DE20106306U1 - Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung - Google Patents
Mobile solare Dusch- und SchwimmbadheizungInfo
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Description
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Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter 10. April 2001
Titel:
Mobile solare Dusch/ und Schwimmbadheiung
Technisches Gebiet:
regenerative Energietechnik
Stand der Technik :
Technisches Gebiet:
regenerative Energietechnik
Stand der Technik :
Die Nutzung von Solarthermieenergie zur Schwimmbaderwärmung kann nach dem Stand der Technik selbst in kälteren Regionen wirtschaflich im Vergleich zu alternativen Wärmeversorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe erfolgen, da die Kollektoren aufgrund des geringen erforderlichen Temperaturabstandes von Außenluft zu Warmwasser (nahe 0°C) sehr einfach unisoliert ausgeführt werden können.
Die Anwendung ist bereits heute also nicht nur alleine aus Umweltschutzüberlegungen sinnvoll.
Die Anwendung ist bereits heute also nicht nur alleine aus Umweltschutzüberlegungen sinnvoll.
Der Stand der Technik mit weitestgehendem Einsatz von Flachkollektoren aus schwarzen Kunststoff rohren oder Matten erfordert allerdings relativ große Kollektoransichtsflächen zur Sonne und damit einen relativ großen Anteil an Investitionen für die Leitungsverlegung, die Installationen und Regelungen und viel Installationsplatz für die Kollektoren. Deshalb werden diese , falls möglich, auf südlich ausgerichtete Dächer verlegt, was wiederum einen großen Aufwand für die Verlegung des Zirkulationskreislaufes un der Pumpstation erfordert, wobei durch die große Förderhöhe meist noch ein Wärmeübertrager Solarwasser/Schwimmbadwasser aus rostfreien Materialien erforderlich wird.
Unter dem Zeichen PCT/DE99/00748 wurde eine "dezentrale solare Energiezentrale" zur Erfindung angemeldet, die durch eine neue erfinderische Konzeption eine gewisse Unhabhängigkeit von der Hausinstallation, also Mobilität bringt und die Installationsleitungen minimiert. Mit den weiteren erfinderischen Elementen nach den Schutzansprüchen nach Aktenzeichen 201 5915 vom 15.3.2001 wurden neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet, die sich aber auf eine ganzjährige Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung ausrichten und deshab für eine Schwimmbadheizung nicht in Frage kommen.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem :
Diese hiermit dokumentierte Erfindung stützt sich auf den nach PCT/DE99/00748 und der Schutzanspruchanmeldung nach Aktenzeichen 201 04 5915 eingeschlagenen technischen Weg mit neuen erfinderischen Elementen aufgrund folgender zugrundeliegender Probleme.
1. Für die Erwärmung des Schwimmbad wassers sind prinzipiell keine Wärmespeicher erforderlich
2. Für die Erwärmung des Schwimmbadwassers ist prinzipiell kein anlageninterner Zirkulationskreislauf erforderlich
3. Für die Erwärmung des Schwimmbadwassers ist prinzipiell keine wärmestauenden Trichter zur Sonnenseite erforderlich
4. Für die Erwärmung des Schwimmbadwassers ist prinzipiell keine Isolierung von Leitungen und Kollektoren erforderlich
Die völlige Unabhängigkeit von erforderlichen Installationen am Haus, auf dem Dach oder im Pool wäre ein Fortschritt.
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter
10. April 2001
Erfindung :
Der Speicher der mobilen, demontablen Solaranlage wird so ausgeführt, daß er die Solarstrahlung direkt ünernehmen kann und die absorbierte Solarenergie direkt auf das in ihm drucklos gespeicherte Wasser überträgt, wodurch ein zusätzlicher Kollektor nicht erforderlich ist. Der sogenannte Absorberspeicher ist damit kein klassischer Langzeitspeicher für Brauchwasser- und/oder Heizwasserwärme, sondern ein betriebstechnischer Pufferspeicher zur Erhöhung der Betriebssicherheit bei einer Anlage ohne elektronischer Regelung und Temperaturlimitierung.
Wird dieser Absorberspeicher von einer Schwimmbadpumpe mit Schwimmbadwasser über einen Vorlaufleitung (23) und Rücklaufleitung (15) durchströmt so bleibt in ihm die Wassertemperatur vorzugsweise nur wenige Grad über der Schwimmbadtemperatur. Fällt die Schwimmbadpumpe aus welchen Gründen auch immer aus, so garantiert das Speichervolumen eine vorher kalkulierbare langsame weitere Erwärmung des Wassers im Speicher und damit die Verhinderung einer klassischen Kollektorüberhitzung. Die zwischenzeitliche absorbierte solare Energie wird damit trotz Pumpenstillstand gespeichert und bei Wiederaufnahme des Pumpenbetriebs entnommen. Das warme Wasser kann aber auch über ein Entleerungsventil (28) in das Schwimmbad abgelassen werden oder es wird als Duschwasser (11) genutzt.
Speicherform, Größe und Inhalt werden nun so bestimmt, daß beim Erreichen einer maximalen akzeptablen Wassertemperatur im Speicher von ca 65 0C die Wärmeverluste durch Abstrahlung am Speicher größer werden als die in der gleichen Zeit aufnehmbare maximale Sonnenenergie.
Damit der Speicher nun konstruktiv an die jeweiligen Nutzerverhältnisse gut angepaßt werden kann, wird er dadurch gekennzeichnet ausgeführt, daß vorzugsweise 2 oder 3 Platten so geformt wasserdicht miteinander verbunden werden, daß sich ein Hohlraum für das Speicherwasser bildet das teils direkt und teils indirekt die Solarenergie von der Absorberplatte übernimmt. Die mit dem Speicherwasser in direktem kontakt stehende Absorberplatte kann nach Figur 3a oder 3b direkt zur Sonne ausgerichtet angeordnet sein, oder auch an der sonneabweisenden Seite nach Figur 3c, wobei in diesem Fall die zur Sonne ausgerichtete Speicherplatte aus lichtdurchlässigem, transparentem Material besteht.
In den Figuren 4a bis 5c ist die zur Sonne gerichtete Speicherplatte jeweils transparent ausgeführt und die Rückseite des Speichers hat keine solarabsorbierende Wirkung. In diesen Fällen ist der flexibel ausführbare Absorber zwischen den beiden Speicherhalbschalen angebracht, wobei er den Speicher teilt und die absorbierte Energie geplant auf den vorderen und hinteren Speicher als Wärme überträgt.
Das Speicherprinzip ist dadurch gekennzeichnet, daß nach den Figuren 3a bis 4c die zur Sonne ausgerichtete Speicheransichtsfläche viel kleiner ist als die gesamte Absorberplatte, die zum großen Teil außerhalb des Speichers trocken liegt und die dort absorbierte Solarenergie matrialintern in den Speicher überträgt, wo ein direkter Kontakt zum Wasser besteht. Dieses Verhältnis von der direkten zur indirekten Absorbtion und Wärmeübertragung kann nun beliebig konstruktiv je nach Anendungsbedarf verändert werden, wobei im Extremfall nach Figur 5a bis Figur 5c der Absorber fast weitgehend direkten Wasserkontakt hat.
Besteht der Bedarf, daß das gespeicherte warme Wasser wieder dem Grundprinzip der Amwendung z.B. als Duschwasser länger gespeichert werden soll, so ist zur Vermeidung von Wärmeverlusten die Speicherrückseite nach Figur 5c isoliert (34) ausgeführt und/oder die transparente Speichervorderseite als doppelte transparente Schale mit Vakuumzwischenraum. Diese Ausführung läßt das vorher dargestellte Prinzip der Temperaturbegrenzung nicht mehr zu und erfordert eine zusätzliche Absicherung. Dies kann z.B. dadurch kennzeichnend erfolgen, daß die Kaltwasserzulaufarmatur (20) über ein Thermostat auf Bedarf öffnet.
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter 10. April 2001
Die einzelnen Speicherplatten sind in einem tragenden Profilrahmen (30) wasserdicht befestigt, der in seiner Außenform beliebig ausgeführt werden kann, bevorzugt aber als Vieleck, um das Befestigen der einzelnen solarverstärkenden Spiegelbleche (6) zu vereinfachen.
Der Kaltwassereintritt (Vorlauf) (7) und Warmwasseraustritt (Rücklauf) (8) also zum Nutzer sind an der höchstmöglichen Stelle am Absorberspeicher angebracht, um bei einem möglichen Defekt an den Zu- bzw Ablaufleitungen ein Auslaufen des Speicherwassers und damit eine Überhitzung zu verhindern. An diesen beiden Öffnungen (7,8) ist ein Armaturenblock (12 bis 21 Angebracht, an dem alle Benutzerfunktionen vorgenommen werden können, gekennzeichnet dadurch, daß eine Absperr-Armatur (20) den Kaltwasserzutritt in den Speicher (7) öffnen oder schließen läßt und das in den Speicher eintretende kalte Wasser über die Öffnung im Absorber (29) schiebt und damit das vorzugsweise oben geschichtete warme Wasser, also direkt am Austrittsrohr (8) zum Nutzer drückt. Der Speicher ist nach dem Austrittsrohr (8) nicht abschließbar, also drucklos über das Uberstromrohr (9) ausgeführt. Beim Öffnen der Armatur 13 fließt das Wasser nicht über das Überlaufrohr (9) zur Dusche (11), sondern über die Leitung (15) vorzugsweise zum Schwimmwasserbecken. Beim Schließen der Armatur (13) fließt dasasserzur Dusche (11). Hierbei kann über die Absperr- und Regelarmatur 18 im Bypass dem Duschwasser Kaltwasser beigemischt werden.
Soweit die Positionierung bzw Sonnennachführung nach Figur 6a von Morgen bis Abend über die Drehachse (32) erfolgt, wird die Frühjahr/Herbst- Nachführung über eine Drehbewegung des die solare Energiezentrale tragenden Untergestells durchgeführt, in der Form, das das Tragegestell hufeisenförmig ausgeführt ist und der Mittelpunkt des Hufeisenhalbkreises in etwa dem Schwerpunkt der Anlage, also auch in der Mitte der Morgen/Abend- Drehachse liegt. Eine solche wie ein Schaukelstuhl aufgestellte Anlage würde auch wie ein Schaukelstuhl in einer Richtung schwankend stehen. Um dies zu vermeiden, wird die solare Energiezentrale so ausgeführt, daß der Schwerpunkt leicht unter den Kreuzpunkt der beiden Sonnennachführdrehachsen liegt, was dadurch erreicht wurde, indem der Schwerpunkt des Solarspeichers durch eine größer ausgeführte untere Speicherhalbschale (5) entsprechend tiefer gelegt wird. Die nun durch Kippen des Hufeisentragegestells leicht aus dem Schwerpunkt geführte Anlage drückt nun rückwärts, was durch verstellbare Standstabilisatoren (25) vermieden werden kann, durch deren Positionsverschiebung (26) die Sonnenpositionierung von Frühjahr bis Herbst justiert wird.
Die Sonnennachführung von morgens bis abends ist über eine Drehachse (32) manuell oder über Stellantrieb möglich. Über diese Drehachse (32) ist der Speichertrageprofilring (30) im hufeisenförmig ausgeführtem Tragegestell (24, 31) auf 2 Seiten drehbar befestigt.
Die auf den Absorber treffende Sonnenenergie wird durch einzelne in der Anzahl beliebig wählbare Spiegel-Segmente (6) verstärkt, die am Speichertrageprofilrahmen (30) befestigt werden. Sie lassen sich auch mit Scharnieren am Trageprofilrahmen befestigen, wodurch sie über der zur Sonne gerichteten Absorberfäche zusammengeklappt werden können, was einen sehr schnellen Aufbau und Abbau der Analage ermöglicht. In diesem Zusammenhang sind natürlich auch die beiden Hufeisentrageprofile an ihrer Befestigung am Trageprofilrahmen drehbar befestigbar und damit klappbar auf Bedarf anbringbar.
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter 10. April 2001
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung :
Diese jederzeit mobil installierbare solare Wassererwärmer benötigt keinerlei feste Installation in Haus, Garten, Schwimmbad und auf dem Dach. Die Anlage kann im Winter ganz einfach in handliche Einzelteile zerlegt werden und in einer Kiste verstaut werden, oder je nach Ausführung unf Größe zusammengeklappt werden, womit sich die Witterungsbelastungen minimieren.
Eine Anlage in Standardgröße benötigt verpackt (montiert zusammangeklappt) nicht mehr als 1 &khgr; 1 &khgr; 0,4 m Stauraum, paßt also in jeden PKW- Kofferraum mit max 60 kg Gesamtgewicht. Die Anlage kann dort im Freien aufgestellt werden, wo zu diesem Zeitpunkt gerade Platz ist.
Doppelfunktion : Duschen und/oder Schwimmbadheizung
Es werden für die Duschwassererzeugung keine externen und internen Verrohrungen und Pumpsysteme benötigt. Die Wasserzirkulation zur Schwimmbaderärmung erfolgt über Pumpen, die in der Regel ohnehin zur Schwimmbadversorgung vorhanden sind. Es wird am Schwimmbadrand der Aufstellung nur 2 m Vorlaufschlauch und 2m Rücklaufschlauch benötigt.
Der Betreiber bzw Nutzer kauft in der Regel erst einmal eine einzelne Anlage und kann diese nach genügendem Funktionstest entsprechend beliebig durch eine 2. oder 3. Anlage erweitern, die in paralleler oder serieller Schaltung mit einfachen Schlauchverbindungen an einen einzelnen Vor- und Rücklauf anschließbar sind.
Durch den dargestellten mehrfachen Schutz gegenüber Überhitzung werden die mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt kommenden Bauteile der solaren Energiezentrale vorwiegend in Kunststoffen gefertigt. Die Anlage wird damit leichter und kostengünstiger. Wesentlich ist aber noch, daß Absorber und Speicher aus Kunststoff wesentlich weniger Verlustwärme nach außen tragen und damit keine zusätzlichen Isolierungen erforderlich werden.
Jedes einzelne Bauteil ist bei möglichem Verschleiß oder Defekt einfach austauschbar.
Die Trennung des Speicherraums durch die Absorberplatte (3) in 2 Speicherhälften läßt durch die nun flexible Positionierung der Vorlauf- (7) und Rücklauföffnungen (8) eine bewußte Steuerung der Temperaturschichtung im Speicher zu.
Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung
Helmut Juran, Andreas Schlüter Str. 12, 53639 Königswinter 10. April 2001
Figur 1 - Querschnitt durch eine mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung, wie sie mit
mehreren Systemkomponenten (Speicher, konzentrierende Spiegel, Anschlüsse Dusche und Schwimmbadheizung, usw) ausgerüstet werden kann
Figur 2 - Anlage aus 3 Ansichten dargestellt
Figur 3a - 5c - verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des Kombinationsprinzips Absorber / Speicher Figur 6a - Darstellung des Schwenkbereiches von der Morgensonne bis zur Abendsonne, ermöglicht durch eine drehbare Aufhängung von Speicher / Absorber über eine im Tragegestell drehbar gelagerten Achse
Figur 6b - Darstellung des Schwenkbereiches von der Frühjahrs- bzw Herbstsonnesonne bis zur Sonneneinstrahlung im Sommer, ermöglicht durch das Kippen des nach dem Schaukelstuhlprinzip ausgeführetenTragegestells
1 zur Sonne gerichtete transparente Speicherhalbschale
2 zur Sonne gerichteter Solarspeicherraum
3 Solarenergie absorbierende Platte, die in dieser Ausführung den Solarspeicher / Absorber trennt
4 zur Sonnenschattenseite gerichteter Solarspeicherraum
5 zur Sonnenschattenseite gerichtete Speicherhalbschale
6 sehr leicht zusätzlich montier- und demontierbare Spiegelbleche zur Solarkonzentration
7 Eintrittsöffnung des Schwimmbadvorlaufwassers (Pumpenseite) oder Kaltwassereintritt bei reiner Duschwassernutzung in die hintere Speicher- / Absorberkammer
8 Austrittsöffnung des Schwimmbadrücklaufwassers oder Warmwasseraustritt bei reiner Duschwassernutzung aus der vorderen Speicher- / Absorberkammer
9 Überlaufrohr des drucklos gefüllten Solarspeichers
10 Schraub- oder Steckverbindung zwischen Überlaufrohr und Duschgarnitur (11)
11 Duschgarnitur
12 Schraub- oder Steckverbindung zum Überlaufrohr
13 Absperrarmatur am Schwimmbadrücklauf
14 Anschluss der Schwimmbadrücklaufleitung an die Solaranlage
15 Schwimmbadrücklaufleitung
16 Verteiler- T-Stück am Wasseraustritt zur alternativen Duschwasser- oder Schwimmbaderwärmung
17 Verteiler- T-Stück am Wasseraustritt zur Bypassmischung mit Vorlaufwasser
18 Absperr-/Regelarmatur zur Bypassmischung zwischen Vorlauf- und Rücklaufwasser
19 Verteiler- T-Stück am Wassereintritt zur Bypassmischung mit Rücklaufwasser
20 Absperr-/Regelarmatur an der Vorlaufleitung
21 Anschluss der Schwimmbadvorlaufleitung oder Kaltwasserleitung an die Solaranlage
22 am Hufeisentragegestell befestigte Achse mir 2 Rädern zum mobilen Bewegen der Anlage
23 Vorlaufwasserleitung
24 2 hufeisenförmig gebogene Profile als Tragegestell der Solaranlage ausgeführt
25 verstellbare Standstabilisatoren zur Sonnen-Positionierung der Anlage von Frühjahr bis Herbst
26 zeitliche Markierungen für die verstellbare Standstabilisatoren zur Sonnen-Positionierung
27 Achse der für die Anlage idealen Sonneneinstrahlrichtung
28 Entleerungsarmatur
29 Öffnung in der Solarenergie absorbierenden Platte (3) zur Wasserströmung vom Vorlauf (hinterer Solarspeicherraum(4)) zum Rücklauf über den vorderen Solarspeicherraum (2)
30 den Solarspeicher tragender Profilrahmen
31 mit Hufeisenprofilen (24) verbundene Platte zur Halterung der Drehlager zur Sonnennachführung
32 Drehlager bzw Drehachse zur Sonnennachführung von morgens bis abends
33 doppelte transparente sonnenseitige Speicherschale mit wärmedämmendem Vakuumzwischenraum
34 Isolierung der sonnenabseitigen Speicherschale
Claims (8)
1. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung, gekennzeichnet dadurch, daß der Speicher gleichzeitig die Absorberfunktion übernimmt, indem bevorzugt 3 Profilplatten (1, 3, 5) so geformt und wasserdicht miteinander verbunden sind, daß die beiden äußeren Platten zwischen sich einen wasserdichten Hohlraum bilden, der das zu erwärmende Wasser aufnimmt und gleichzeitig eine Absorberfläche (3) enthält, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Sonne gerichtete Speicherplatte (1) transparent lichtdurchlässig ist und die Solarstrahlung durch diese Platte auf die im Speicherwasser befindliche Absorberfläche (3) trifft und diese die Solarenergie in Form von Wärmeenergie auf das Speicherwasser überträgt.
2. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Absorberplatte (3) die Solarenergie an das Speicherwasser überträgt, die direkt durch die transparente Scheibe (1) in den Speicherraum dringt und auch die, die außerhalb des Speichers durch die transparente Scheibe (1) auf die Absorberplatte trifft und über die Absorberplatte (3) in den Speicher übertragen wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Absorberplatte (3) außerhalb des Speicherraums (2, 4) von den Speicherplatten (1, 5) wasserdicht eingeklemmt ist, ohne daß die Absorberplatte (3) unterbrochen wird.
3. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Absorberplatte (3) den Solarabsorberspeicher in 2 Speicherräume (2, 4) trennt und die absorbierte Solarenergie somit auf beide Speicherräume (2, 4) übertragen wird.
4. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Anwendung mit Langzeitspeicherung die vordere (1) und hintere Speicherplatte (5) isoliert ausgeführt sind, gekennzeichnet dadurch, daß die vordere Platte (1) als doppelte transparente Platte mit Vakuumzwischenraum (33) und die hintere Platte (5) als mit Dämmmaterial isolierte Platte (34) ausgeführt ist.
5. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß am Speicher die Vorlaufeintrittsöffnung (7) und Rücklaufaustrittsöffnung (8) angebracht sind, gekennzeichnet dadurch, daß diese an technisch höchstmöglicher Stelle das Wasser im Speicher zu- bzw abführen, der Vorlauf bevorzugt in den hinteren Speicherraum (4) führt und der Rücklaufaustritt des Wassers bevorzugt aus dem oberen Drittel des vorderen Speicherraums (2) erfolgt.
6. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wasservorlauf- (7) und Rücklauföffnungen (8) mit einem Armaturenblock verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß sich nach dem Vorlaufanschluß (21) eine Absperrarmatur (20) befindet und danach ein Verteilerstück mit einem Zulauf zum Vorlaufeintritt in den Speicher und mit einem Zulauf über eine weitere Absperrarmatur (18) zum Rücklauf, der wiederum über einen weiteren Verteiler führt, mit einem Zulauf zum Rücklaufaustritt (8) aus dem Speicher und mit einem Zulauf zum Verteilerstück (15) an die Dusche (11) über ein Überlaufrohr und/oder alternativ an den Schwimmbadrücklauf über eine Absperrarmatur (13).
7. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die solarkonzentrierenden ergänzenden Spiegelflächen (6) und die hufeisenförmig ausgeführten Trageprofile (24) drehbar und somit klappbar am Speichertrageprofilring (30) befestigt sind.
8. Mobile solare Dusch- und Schwimmbadheizung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß am hufeisenförmigen Tragegestell (24) zur Positionierung der Anlage nach der Winter/Sommerausrichtung zur Sonneneinstrahlung verstellbare Stützen (25) angebracht sind, sowie 2 Räder (22), auf denen die Anlage in horizontaler Kippposition nach Fig. 2 durch Rollen depositioniert werden kann.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003036187A3 (de) * | 2001-10-14 | 2003-10-16 | Helmut Juran | Mobile solare reflektoranlage zur warmwassererzeugung und/oder stromerzeugung |
| EP1541931A1 (de) * | 2003-12-09 | 2005-06-15 | Matthias Eisenbacher | Solar-Warmwassererzeuger für Gartendusche und Warmwasserspeicher |
| WO2008125085A3 (de) * | 2007-04-14 | 2009-02-19 | Helmut Juran | Solarkonzentrierende absorber- und speicheranlage |
| FR3015996A1 (fr) * | 2013-12-26 | 2015-07-03 | Fabrice Coudin | Conditionneur de temperature |
| DE102019117078A1 (de) * | 2019-06-25 | 2020-12-31 | Stefan Florek | Solardusche |
-
2001
- 2001-04-10 DE DE20106306U patent/DE20106306U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003036187A3 (de) * | 2001-10-14 | 2003-10-16 | Helmut Juran | Mobile solare reflektoranlage zur warmwassererzeugung und/oder stromerzeugung |
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