DE102009051302A1

DE102009051302A1 - Vaku TEG

Info

Publication number: DE102009051302A1
Application number: DE102009051302A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-12-22

Abstract

Bisher benötigt ein Ein- und Mehrfamilienhaus Vakuumröhren und Fotovoltaikanlagen, um Wärmeenergie und elektrischen Strom zu gewinnen. Trotzdem ist nicht immer genügend Platz vorhanden, woraufhin auf eine Energieform verzichtet werden muss. Bezüglich der Erzeugung der hohen Wärmeenergie durch die Vakuumröhren ist ein Warmwasserspeicher nicht in der Lage die gesamte zur Verfügung gestellte Energie aufzunehmen. Die neue Kombination aus Vakuumröhren und thermoelektrischen Generatoren soll nun ausreichend Wärme für den Haushalt gewinnen und die überschüssige Wärmeenergie in elektrische Energie umwandeln. Um auf engstem Raum so viel wie möglich Energie zu gewinnen, wird über die Kollektoren der Heat-Pipe-Vakuumröhren die gewonnene Wärme über eine Metallplatte an den Wasserbehälter und an die thermoelektrischen Generatoren abgegeben. Das Wasser wird so lange erhitzt, bis die Wärmespeicherkapazität des Wassers ausgereizt ist. Auf der Seite der TEGs wird Wärme an die Umgebung abgegeben, die nach oben steigt und unterhalb der Vakuumröhren einen Luftstrom erzeugt, der die untere, frei liegende. Durch die entstandene Temperaturdifferenz kann elektrische Energie gewonnen werden. Die Kombination eignet sich besonders auf Dächern zur Gewinnung von Wärme und elektrischer Energie für den Haushalt.

Description

Es ist bekannt, dass thermoelektrische Generatoren (kurz: TEGs) Wärmeenergie direkt in elektrische Energie umwandeln, wenn eine Temperaturdifferenz vorliegt. Anwendungen wären zum Beispiel die Nutzung der Restwärme bei Verbrennungsmotoren (beim Auspuff eines Autos), die Temperaturmessung und die Stromversorgung von Raum- und Messsonden. (Heft „Von Brennstoffzellen bis Leuchtdioden – Energie und Chemie-Ein Bündnis für die Zukunft" Jahrgang 2008, Seiten 43 bis 44)
Die zweite wichtige, technische Erfindung ist die „Heat-Pipe-Vakuumröhre”. Sie bündelt die Energie der Sonnenstrahlen und wandelt sie in Wärmeenergie um, die wiederum zunehmend für Ein- oder Mehrfamilienhäuser genutzt werden kann.
Der im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung liegen folgende Probleme zugrunde:

1.) Vakuumröhren erzeugen im Sommer so viel Wärmeenergie, dass die Wärmespeicherung nach kurzer Zeit und folglich die Wärmenutzung für den Haushalt nur begrenzt möglich ist. Die Ursache dafür ist, dass bei der Wärmespeicherung die Siedetemperatur von Wasser nicht übertreten werden darf. Somit bleibt viel Wärmeenergie, die durch die Vakuumröhren zur Verfügung steht, ungenutzt.
2.) Nicht alle Häuser weisen genügend Fläche auf, um Wärmeenergie (mittels Vakuumröhren) und elektrische Energie (mittels Fotovoltaikanlagen) tagsüber parallel gewinnen und nutzen zu können.

Diesen Problemen wird, wie im Patentanspruch 1 formuliert, in der vorliegenden Erfindung „VakuTEG” nachgegangen/gelöst, einer Kombination aus Heat-Pipe-Vakuumröhren und thermoelektrischen Generatoren (kurz: TEGs).
Die mit der Erfindung erziehlten Vorteile bestehen darin, dass:

1.) Wärmeenergie in ausreichendem Maße gewonnen und zur Verfügung gestellt werden kann (so, wie es jeder Haushalt benötigt)
2.) sowohl Wärme-, als auch elektrische Energie auf engstem Raum gewonnen werden kann, auch wenn die Dachfläche von Ein- oder Mehrfamilienhäusern nur einen geringen, nutzbaren Bereich zur Verfügung stellt (somit muss auf keine Energieform verzichtet werden, wie es in einer Kombination aus Vakuumröhren und Fotovoltaikanlagen der Fall sein würde)
3.) die überschüssige Wärmeenergie, die durch Vakuumröhren zur Verfügung gestellt wird, durch TEGs in elektrische Energie umgewandelt werden kann und nicht ungenutzt bleibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die Weiterbildung nach Patenanspruch 1 ermöglicht es, Wärme- und elektrische Energie gleichzeitig, auf engstem Raum zu gewinnen.
Das Ausführungsbeispiel ist in den drei Zeichnungen „Vogelperspektive”, „Seitenansicht” und „Vorderansicht” dargestellt und wird im Folgendem näher beschrieben.
Wie in der Zeichnung „Seitenansicht” zu erkennen ist, sind die Heat-Pipe-Vakuumröhren in einem flacheren Winkel, im Vergleich zur Dachschräge, angebracht und werden von einer Dämmstoffmatte zur Dachschräge getrennt. Der Kollektor, an dem die Wärmeenergie der Vakuumröhre abgegeben wird, ist ein wenig verlängert und in eine dicht anliegende Metallplatte eingelassen, von der er komplett umschlossen wird.
Oberhalb der sehr gut Wärme leitenden Platte befindet sich ein kleiner Wasserbehälter/Wassersammler. Unterhalb der Metallplatte sind die thermoelektrischen Generatoren befestigt (siehe „Seitenansicht” und „Vorderansicht”).
Insgesamt wird sowohl die Oberfläche der Metallplatte und der Wasserbehälter von einem Dämmmaterial umschlossen. Der einzige kleine Teil, wo die TEGs befestigt sind, bleibt frei.
Um einen sehr geringen Abstand zwischen der Dachoberfläche und den TEGs herzustellen, wird zusätzlich eine geringe Erhöhung nötig sein.
Außerdem wird jeweils an den Seiten, unter der Dämmstoffmatte, eine Seitenwand erforderlich sein. Auch muss eventuell eine Verlängerung oberhalb der TEGs angebracht werden, um die Strömungsgeschwindigkeit der vorbeistrechenden, kühlen Luft zu erhöhen.
Bei der Erfindung gibt es nur einen Wasserkreislauf, der direkt mit dem Warmwasserspeicher eines Ein- oder Mehrfamilienhauses verbunden ist. Tagsüber werden nun durch die Heat-Pipe-Vakuumröhren Wärmeenergie gewonnen und durch die Kollektoren an die Metallplatte abgegeben. Das vorbeiströmende Wasser nimmt somit die Wärme auf und fördert es in den Warmwassertank des Hauses. Dies ist jedoch nur bis zu einer bestimmten Temperatur möglich, sodass die Siedetemperatur des Wassers nicht übertreten wird.
Kurz bevor die Siedetemperatur des Wasser erreicht ist, wird die Pumpe des Wasserkreislaufes ausgestellt. Das gesamte Wasser steht nun in dem Kreislauf, auch in dem Wassersammler.
Trotzdem wird durch die Vakuumröhren immer mehr Wärme zur Verfügung gestellt, die normalerweise zur Zeit nicht genutzt wird.
Durch die stetig weiter abgegebene Wärme siedet das Wasser im Wasserbehälter. Da diese Stelle die höchste des gesamten Kreislaufs ist, wird das Wasser durch den entstandenen Wasserdampf in das Ausdehnungsgefäß gedrückt. Somit ist der Wassersammler von Wasser befreit.
Der Vorteil dabei ist, dass der größte Teil der Wärmeenergie über die Metallplatte nach unten abgegeben wird, wo sich die TEGs befinden. Da die warme Luft, die eine höhere Temperatur als die Umgebungsluft aufweist, immer nach oben steigt, entsteht an der oberen Stelle ein Sog.
Demzufolge wird kühle Luft unter den Vakuumröhren angesaugt, durch die Seitenwände zu den TEGs nach oben gelengt, und kühlt folglich die andere, frei liegende Seite der TEGs ab. (Das Prinzip basiert auf einem Aufwindkraftwerk). Auf Grund des geringen Abstandes zwischen den TEGs und der Dachoberfläche wird die Geschwindigkeit der vorbeistreichenden Luft nochmals erhöht. Die entstandene Temperaturdifferenz zwischen der Ober- und Unterseite der thermoelektrischen Generatoren führt zur Gewinnung der elektrischer Energie.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Von Brennstoffzellen bis Leuchtdioden – Energie und Chemie-Ein Bündnis für die Zukunft” Jahrgang 2008, Seiten 43 bis 44 [0001]

Claims

Kombination aus Vakuumröhren und thermoelektrischen Generatoren für die Energiegewinnung von Wärme und elektrischem Strom auf Dächern (besonders geeignet für Ein- und Mehrfamilienhäuser)
Kombination aus Anspruch 1, bei der die thermoelektrischen Generatoren unterhalb der Kollektoren der Vakuumröhren angebracht sind und durch einen Luftstrom auf deren unteren Seite abgekühlt werden und bei der das Wasser oberhalb der Kollektoren der Vakuumröhren vorbeifließt, erhitzt und für den Haushalt zur Verfügung gestellt wird