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DE3214843A1 - Einrichtung zur umsetzung von sonnenenergie in waerme - Google Patents

Einrichtung zur umsetzung von sonnenenergie in waerme

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Publication number
DE3214843A1
DE3214843A1 DE19823214843 DE3214843A DE3214843A1 DE 3214843 A1 DE3214843 A1 DE 3214843A1 DE 19823214843 DE19823214843 DE 19823214843 DE 3214843 A DE3214843 A DE 3214843A DE 3214843 A1 DE3214843 A1 DE 3214843A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
channel
flap
duct
heat
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19823214843
Other languages
English (en)
Inventor
Hermann Ing.(grad.) 8121 Antdorf Kirchmayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19823214843 priority Critical patent/DE3214843A1/de
Priority to CA000426146A priority patent/CA1203133A/en
Priority to DE8383103867T priority patent/DE3361335D1/de
Priority to AT83103867T priority patent/ATE16726T1/de
Priority to EP83103867A priority patent/EP0092251B1/de
Priority to US06/486,925 priority patent/US4505256A/en
Priority to JP58070829A priority patent/JPS5946453A/ja
Publication of DE3214843A1 publication Critical patent/DE3214843A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0221—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S10/25—Solar heat collectors using working fluids having two or more passages for the same working fluid layered in direction of solar-rays, e.g. having upper circulation channels connected with lower circulation channels
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Description

4O4O -—~.
ZIMMERMANN
PATENTANWÄLTE
european patent attorneys
Dipl.-lng. H. Leinweber («awe) Dipl.-lng. Heinz Zimmermann Dipl.-lng. A. Gf. ν. Wengersky Dipl.-Phys. Dr. Jürgen Kraus
Rosental 7, D-8000 Manchen 2 2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2 60 39 89 Telex 52 8191 Iepatd Telegr.-Adr. Leinpat München
d0n 21. April 1982
Unser Zeichen
Hermann Kirchmayer, 8121 Antdorf
Einrichtung zur Umsetzung von Sonnenenergie in Wärme Zusatz zu P 30 48 499.2-13
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Umsetzung von Sonnenenergie in Wärme, mit einem Sonnenkollektor aus einer Mehrzahl von auf einer Tragfläche festlegbaren, miteinander kuppelbaren, an ein Wärmeträgerfluidnetz anschließbaren Kollektorelementen, die jeweils außer einem ersten, der Sonne zugewandten Wärmeträgerfluid-Kanal einen zweiten quer zum ersten Kana ausgerichteten, mit der Umgebungsluft in Berührung stehenden Kanal umfassen, wobei der erste Kanal in Normalbetriebsstellung mit einem ersten Speicher für höhere Temperaturen und der zweite Kanal mit einem zweiten Speicher für gegenüber dem ersten Speicher niedrigere Temperaturen verbunden ist und wobei der erste Kanal bei Unterschreiten einer vorbestimmten, mittels eines Temperaturfühlers festgestellten Mindesttemperatur des zirkulierenden Wärmeträgerfluids über ein Umsteuerventil vom ersten Speicher trennbar und an den zweiten Speicher anschließbar ist nach Patent...(Patent-
anmeldung P 30 48 499. 2 - 13).
Bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent sind sowohl dem der Sonne zugewandten Kanal als auch dem quer zu diesem ausgerichteten Kanal jeweils Abdeckungen zugeordnet. Es hat sich gezeigt, daß zur Gewinnung einer bestimmten Wärmemenge eine Einrichtung mit einer relativ großen Anzahl von Kollektorelementen oder aber mit
besonders groß dimensionierten Kollektorelementen erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung nach dem Hauptpatent so weiter auszugestalten, daß die gleiche Leistung mit einem wesentlich geringeren Platzbedarf für die Kollektorelemente erreichbar ist.
Diese Ausgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß der erste Kanal mit seiner unterhalb einer lichtdurchlässigen Abdeckung befindlichen Oberseite ausschließlich bei Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur und der zweite abdeckungsfreie Kanal sowohl mit seiner Oberseite als auch mit seiner Unterseite ständig unmittelbar mit der Umgebungsluft in Berührung stehen. Die erfindungsgemäße Ausbildung gibt die Möglichkeit, auf der Kollektorseite bei Sonneneinstrahlung eine
optimale Umsetzung der Strahlung in Wärme zu erzielen und gleichzeitig auf der abgewandten Seite einen optimalen Wärmeaustausch mit der den Absorder-Kanal
umströmenden Luft sicherzustellen, jedoch auch dann, wenn die Wetterverhältnisse bzw. die Tageszeit keine auswertbare Einstrahlung bieten, den ersten Kanal
durch Verwendung als Absorber, der ebenfalls der an
seiner Oberfläche entlangstreichenden Luft die Wärme entzieht, sinnvoll einzusetzen. Auf diese Weise läßt
\J Cm I "T V/ "T
sich eine außerordentlich kompakte Einrichtung erzielen, die eine jährliche ölersparnis von annähernd 500 1 pro Quadratmeter ergibt. Um eine fühlbare Senkung des ölbedarfs zu erzielen, genügt somit ° eine relativ kleine Kollektorfläche, die im Gegensatz zu herkömmlichen Einrichtungen auf Dächern od.dgl. kaum auffällt und deshalb mit einer bemerkenswerten Verbesserung auch in ästhetischer Hinsicht verbunden ist.
10
An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß bereits ein Sonnenenergiekollektor bekannt ist (DE-OS 29 39 836) , der zwei parallel zueinander verlaufende Rohrleitungsschleifen aufweist, von denen eine der Aufnahme von
Sonnenenergie, die andere dem Wärmeentzug aus vorbeistreichender Luft dient, welche mittels eines Querstromgebläses durch den Rohrleitungsraum unter einer Abdeckung gefördert wird. Ferner ist ein Solar-Heizelement als Gebäudefassadenteil bekannt (DE-OS 30 04 364) ,
das temperaturgesteuerte Schließeinrichtungen zum öffnen und Verschließen eines Durchganges von erwärmter Luft in einen zu beheizenden Raum umfaßt.
Schließlich sind auch flache Fassadenelemente 25
für eine Gebäude-Vorhangwand bekannt (DE-OS 27 08 128), die mit einem außenliegenden Solarkollektor und einem innenliegenden belüfteten Absorptions-Wärmetauscher ausgerüstet sind.
Allen genanten Einrichtungen ist die Eigenschaft
gemeinsam, daß sie trotz eines aufwendigen Aufbaus eine nur geringe Leistungsfähigkeit besitzen.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn dem ersten Kanal eine in Abhängigkeit von der Temperatur den Durchströmquerschnitt zwischen Kanal und Abdeckung steuernde Klappe zugeordnet ist. Dabei ° ist die Klappe zweckmäßigerweise mit einem sich unter Temperatureinwirkung verforrrenden Steuerelement verbunden. Dieses stellt automatisch die jeweils gewünschte optimale Einstellung der Klappe sicher. Bei Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur öffnet sich letztere, so daß nunmehr die Umgebungsluft am Kanal entlangstreichen und einen Teil ihrer Wärme an letzteren abgeben kann.
Zweckmäßigerweise ist das Steuerelement durch
eine mit ihrem einen Ende an der Klappe angelenkte Stange gebildet. Diese stellt ein besonders einfaches aber sicher wirkendes Steuerelement für die Betätigung der Klappe sicher.
Letztere ist in besonders günstiger weiterer
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung oberhalb des höchsten Punktes des ersten Kanals angeordnet. Dadurch ist sie einerseits durch die Abdeckung gegen störende Einwirkungen, insbesondere Verschmutzun-
gen geschützt. Andererseits bietet sie die Möglichkeit, in Abhängigkeit von der durch die Stange gesteuerten Stellung die Luftströmung mehr oder weniger zu drosseln und damit die Luftgeschwindigkeit zu steuern.
Als in fertigungstechnischer Hinsicht sehr zweckmäßig hat sich eine Ausführung erwiesen, bei der die Klappe leistenförmig ausgebildet und um eine im Bereich der einen Längskante befindliche Achse schwenk-
bar gelagert ist. Dabei ist die Klappe zweckmäßigerweise aus elastischem Kunststoff gefertigt und weist mindestens einen sich in Schließstellung mehr oder weniger stark verformenden Klappenrand auf. Auch bei starker Temperatur erhöhung kann die als Steuerelement dienende Stange nicht zu einer Zerstörung der Klappe führen, nachdem letztere mit ihrem Rand in Verschlußstellung gelangt ist.
Als in funktioneller Hinsicht besonders optimal hat es sich herausgestellt, wenn der zweite Kanal mit einer Vielzahl von in Strönungsrichtung verlaufenden Rippen sowie mit sich parallel zu den Rippen erstreckenden Schlitzen versehen ist, durch die eine an der Kanal-Unterseite befindliche Absorberkammer mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Auf diese Weise wird eine sehr effektive große Oberfläche des zweiten Kanals erzielt, so daß dieser bei seinem Einsatz als Absorber einen besonders wirksamen Wärmeentzug aus der Umgebungsluft garantiert.
Die Funktion des zweiten Kanals wird dadurch weiter optimiert, daß den Schlitzen zur Oberseite des zweiten Kanals vorstehende Leitflächen für die Ableitung von quer zu den Schlitzen strömender Luft in die an der Unterseite des zweiten Kanals befindliche Absorberkammer zugeordnet sind.
Weiterhin hat sich in funktioneller Hinsicht
das Merkmal als günstig erwiesen, daß die den ersten Kanal nach außen begrenzende Abdeckung zum zweiten Kanal hin abgewinkelt ist und so die von ihr begrenzte Kollektorkammer bei geöffneter Klappe mit der Absorberkammer verbindet. Auf diese Weise kann die die Kollek- torkammer im Bereich der Klappe verlassende Luft in die
32U843
-fr.
Absorberkammer eintreten, sich mit der dort vorhandenen Luft vermischen und durch die Schlitze wieder austreten, wobei ihr von den Rippen des Absorber-Kanals Wärme entzogen wird.
Als in fertigungstechnischer Hinsicht optimal hat sich das Kennzeichen herausgestellt, wonach dem ersten und dem zweiten Kanal ein gemeinsamer aus Kunststoff geformter, . Träger mit zwei
einen etwa rechten Winkel miteinander einschließenden Tragbereichen zugeordnet ist, an dessen erstem Tragbereich der erste Kanal über praktisch seine ganze Länge anliegt und an dessem zweiten Tragbereich der zweite Kanal unter Bildung der Absorberkammer mit Abstand fest-
1^ gelegt ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung,/3ie bezüglich aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Hälfte eines Kollektorelementes der erfindungsgemäßen
Einrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt im Bereich des Absorber-Kanals des Kollektorelementes nach Fig. 1 entspre-
chens der Linie II-II der Fig. 1, 30
Fig. 3 Details der Ausbildung der Enden zweier
aufeinander folgender Kollektorelemente, und
Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Veranschau-35
lichung des Verlaufs und der gegenseitigen
Zuordnung der Wärmeträgerfluid-Kanäle und der mit ihnen verbindbaren Wärmeträgerfluid-Speicher.
il
Wie aus Fig, 1 der Zeichnung ersichtlich, umfaßt jedes Kollektorelement 1 einen aus Schaumkunststoff,
vorzugsweise Polyurethanschaum (Integral) geformten, ca. 10 mm starken Träger 2 mit Vorsprüngen 3,
4 und 5. Stattdessen kann der Träger natürlich auch aus einem thermoplastischen Kunststoff mit vergleichsweise dünner Wandung und Versteifungsrippen gefertigt sein.
Dieser Träger 2 besitzt zwei einen etwa rechten Winkel miteinander einschließende Tragbereiche. Am ersten Tragbereich liegt ein erster Kanal 6, der vorzugsweise aus Kunststoff, z.B. Polyäthylen oder Polypropylen geformt ist, über seine ganze Länge an. Am zweiten Tragbereich ist der zweite, ebenfalls vorzugsweise aus Kunststoff
bestehende Kanal 7 mit Abstand festgelegt. Dem ersten
Kanal 6 ist eine transparente Abdeckung 8 aus witterungsbeständigem Material, vorzugsweise Acrylglas zugeordnet. Diese Abdeckung 8 ist auf den Vorsprüngen 3 und 4 festgelegt, so daß sie mit der Oberseite des Kanals 6 eine Kollektorkammer 9 begrenzt. Seitlich, d.h. in etwa
parallel zur Zeichnungsebene liegenden Ebenen geht
die Abdeckung 8 in zum Träger 2 gerichtete, nicht veranschaulichte Begrenzungswände über.Mit ihrem unteren, nach aufwärts gebogenen Rand bildet die Abdeckung 8
einen trichterartigen Einlaß zwischen, benachbarten
2^ Vorsprüngen 3, von denen in Fig, 1 nur der vorderste
veranschaulicht ist. Im gegenüberliegenden Randbereich ist die Abdeckung 8 zum zweiten Kanal 7 hin abgewinkelt und bildet so eine Verbindung der Kollektorkammer 9 mit einer unterhalb des Kanals 7 befindlichen Absorberkammer 10. Unterhalb des abgewinkelten Teils der Abdeckung 8 ist dem ersten Kanal 6 eine in Abhängigkeit von der Temperatur den Durchströmquerschnitt zwischen Kanal und Abdeckung steuernde Klappe 11 zugeordnet. Diese ist mit einem sich unter Temperatureinwirkung verformenden Steuerelement verbunden, das bei-
spielsweise durch ein Bimetallelement gebildet sein kann. Stattdessen ist auch ein gasgefüllter Schlauch verwendbar, der sich in Klappenlängsrichtung erstreckt, an einer festen Rippe abstützt und in der Nähe der Klappenschwenkachse an der Klappe anliegt. Ferner ist eine als SME-Stellantrieb dienende, an der Klappe angreifende Messingschraubenfeder einsetzbar(VDI-Nachrichten Nr. 14 v.2.4.82). Im veranschaulichten Beispiel besteht das Steuerelement aus einer Stange 12, die mit ihrem einen
1^ Ende an der Klappe 11 angelenkt ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Klappe 11 oberhalb des höchsten Punktes des ersten Kanals 6 angeordnet. Sie ist leistenförmig ausgebildet und um eine im Bereich der einen Längskante befindliche Achse 13 schwenkbar gelagert.
1^ Die Stange 12 ist an einer zur Achse 13 nach unten versetzten Stelle exzentrisch angelenkt. Das andere Ende der Stange 12 ist am Vorsprung 3 festgelegt. Die Stange 12 erstreckt sich unterhalb der Abdeckung 8. Bei Erwärmung dehnt sie sich in Richtung des Pfeils 14 aus und führt die Klappe 11 in die in Fig. 1 veranschaulichte Schließstellung. Da die Klappe aus elastischem Kunststoff gefertigt ist, kann sich ihr Klappenrand 15 in Abhängigkeit von der Ausdehnung der Stange 12 in Schließstellung mehr oder weniger stark verformen. Auf der gegenüberliegenden Seite weist die Klappe 11 eine Zunge 16 auf, die in Schließstellung an der Abdeckung 8 zur Anlage gelangt. Für besonders windige Gegenden kann das Kollektorelement auch mit einer zweiten gesteuerten Klappe am trichterartigen Einlaß in die Kollektor-
kammer ausgerüstet sein.
Wie aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 ersichtlich, ist der zweite Kanal 7 mit einer Vielzahl von
in Strömungsrichtung verlaufenden Rippen 17 sowie mit sich 35
parallel zu den Rippen 17 erstreckenden Schlitzen 18
versehen, durch die die an der Kanalunterseite befindliche Absorberkammer 10 mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Den Schlitzen 18 sind zur Oberseite des zweiten Kanals 7 vorstehende Leitflächen 19 bzw. zugeordnet, die für die Ableitung von quer zu den Schlitzen 18 strömender Luft in die an der Unterseite des zweiten Kanals 7 befindliche Absorberkammer 10 sorgen. Die Leitflächen 19 sind so angeordnet, daß in der einen Strömungsrichtung auftreffende Luft in Richtung der Pfeile 21 durch den Schlitz 18 durchtritt. Die Leitflächen 20 sorgen für den Luftdurchtritt in Richtung der Pfeile 22 bei entgegengesetzter Strömungsrichtung.
Fig. 1 zeigt, daß im Träger 2 bzw. in Vorsprüngen 5 des Trägers 2 Bohrungen 23 für die steckbare Aufnahme der Kanal-Zu- und Abteitstutzen 24, von denen nur der vorderste veranschaulicht ist, vorgesehen sind. Zu diesem Zweck ist der Bohrung 23 des Vorsprungs 5 eine elastische Dichtungsmanschette 25 zugeordnet. Der dem Stutzen 5 abgelegene freie obere Rand des zweiten Kanals 7 ist U-förmig ausgebildet. In die so gebildete Nut 26 greift der freie Rand der Abdeckung 8 des ersten Kanals 6 ein und legt auf diese Weise den Kanal 7 fest. Wird die Abdeckung beispielsweise durch Verschraubung im Bereich der strichpunktierten Linie 27 auf dem Vorsprung 4 festgelegt, dann ist gleichzeitig der zweite Kanal 7 in seiner Lage fixiert.
Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Träger 2 an seiner Unterseite mit einer isolierenden Leichtschaumschicht 28, vorzugsweise aus Polyurethan versehen. In diese Leichtschaumschicht 28 sind die das gegenseitige Kuppeln der Wärmeträgerfluid-Kanäle bzw. 7 ermöglichenden Leitungsrohre 29 eingelagert. °° In der Zeichnung ist lediglich das eine vorderste
Leitungsrohr 29 für das Verbinden der Kanäle 7 miteinander veranschaulicht. In einer zur Zeichnungsebene versetzten Ebene befindet sich hinter dem Vorsprung 5 ein weiterer Vorsprung mit Bohrung zur Aufnahme des zweiten Stutzens des Kanals 7. Dieser weitere Stutzen steht mit einem abgewinkelten Rohrstück 30 in Verbindung, über eine gegebenenfalls elastische Steckmuffe 31 sind die Enden der Leitungsrohre 29 bzw. das eine Ende der Rohrstücke 30 jeweils mit dem zugehörigen Stutzen 24 der Kanäle 7 dicht verbindbar.
Die nicht näher veranschaulichten Anschlußstutzen des ersten Kanals 6 sind analog an ebenfalls nicht gezeigte Leitungsrohre angeschlossen, die der gegenseitigen Verbindung dienen.
Aus Fig. 3 geht hervor, daß im Abstand von dem in Fig. 1 veranschaulichten Vorsprung 5 mit der Bohrung 23 ein derartiger Vorsprung mit einer entsprechenden Bohrung vorgesehen ist, die der Aufnahme eines am Kanal 7 vorgesehenen Zapfens 32 und damit Fixierung des Kanals 7 dient. Aus Fig. 3 geht ferner hervor, auf welch einfache Weise aufeinander folgende Kollektorelemente 1 mit ihren Trägern 2 in Bezug zueinander verriegelt festlegbar sind. Zu diesem Zweck läuft der jeweils obere Rand des Trägers 2 jedes Kollektorelements 1 in einen nach oben gerichteten Haken 33 aus, der von einem entsprechenden, jedoch nach unten gewandten Haken 33' am jeweils
"^ unteren Rand des Trägers 2 des benachbarten Kollektorelementes übergriffen wird.
In Fig.1 ist lediglich ein Drittel eines Kollektorelements veranschaulicht. Auf der linken Seite schließen sich dementsprechend weitere Tragbereiche des Trägers 2 an, nämlich zunächst ein Bereich mit
' zugeordnetem zweiten Kanal, auf den wieder ein erster Tragbereich zur Abstützung des ersten Kanals über praktisch seine ganze Länge folgt, usw.. Der letzte Tragbereich läuft auf die in Fig, 3 veranschaulichte Weise ! in den nach unten gerichteten Haken 33' zur mechanischen Verbindung mit dem folgenden Kollektorelement aus.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Kollektorelement 1 dient der Anordnung auf einem etwa unter 30° geneigten Süddach. In diesem Fall sind die Kanäle 6 optimalen Einstrahlungsbedingungen ausgesetzt. Die Klappe 11 ist geschlossen. Bereits im Frühjahr bis einschließlich Herbst ist bei Sonnenschein eine direkte Hochtemperaturerzeugung ohne Wärmepumpe möglich. Der sich quer zum ersten Kanal 6 erstreckende zweite Kanal 7 befindet sich auf der Schattenseite. Er steht mit der Umgebungsluft in Berührung und arbeitet ausschließlich als Absorber. Das Wärmeträgerfluid, das über das Leitungsrohr 29 in den Zuleitstutzen strömt, fließt unterhalb einer Trennwand 34 entlang, tritt
dabei jedoch durch eine Serie von Durchbrüchen der Trennwand 34 hindurch. Einlaßseitig sind die Durchbrüche klein bemessen; zum (von der Zeichnungsebene entfernten) Ende der Trennwand 34 hin nehmen die Querschnitte der Durchbrüche zu, so daß sich das letztere passierende Wärme-
trägerfluid gleichmäßig über die Rippen des Kanals 7
verteilt. Nach dem Passieren der Rippen fließt das sich in der oberen Kammer sammelnde Fluid durch eine nicht näher veranschaulichte Rückführleitung zum Ableitstutzen und weiter zum angeschlossenen Rohrstück 30. Bei geringer Sonneneinstrahlung, d.h. bei Schlechtwetter und auch nachts sorgt die Stange 12 für eine Verschwenkung der Klappe 11 nach aufwärts. Durch die Kammer 9 kann dann an den Vorsprüngen^ 3 vorbeistreichende Luft nach aufwärts über den Kanal 6 hinwegströmen, die durch die 35
Klappe 1 gebildelte Drosselstelle passieren und in
32K843
die Absorberkamner 1o eintreten. Der Kanal 6 arbeitet dann wie der Kanal 7, indem er der Umgebungsluft die in ihr enthaltene Wärme entzieht. Die die Drosselstelle passierende Luft vermischt sich mit der in der Absorberkammer 10 befindlichen, streicht an den Rippen 17 entlang und tritt nach Wärmeentzug vorzugsweise im Bereich zwischen den Vorsprüngen 5 und zum geringeren Teil durch die Schlitze 18 aus.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der der Sonne zugewandte erste Wärmeträgerfluid-Kanal 6 in Normalbetriebsstellung über eine Verbindungsleitung 35 mit einem ersten Speicher 36 für höhere Temperaturen verbunden. Der zweite, quer zur Sonneneinstrahlung ausgerichtete Wärmeträgerfluid-Kanal 7 ist über eine Verbindungsleitung 37 an einen zweiten Speicher 38 für gegenüber dem ersten Speicher 36 niedrigere Temperaturen angeschlossen. Dieser zweite Speicher 38 ist mit dem ersten Speicher 36 über eine Wärmepumpe 39 verbunden. Die Ver-" bindungsleitungen 35 und 37 enthalten im jeweiligen Vorlaufstrang eine Pumpe 40 bzw. 41. Jedem Wärmeträgerfluid-Kanal 6 bzw. 7 ist ein Temperaturfühler 42 bzw. 43 zugeordnet. Der Temperaturfühler 42 steht über nicht näher veranschaulichte Steuerelemente mit einem Umsteuerventil 44 in der Verbindungsleitung 35 in Verbindung. Der dem Kanal 7 zugeordnete Temperaturfühler 43 ist über ebenfalls nicht veranschaulichte Steuerelemente mit der Pumpe 41 im Vorlauf der Verbindungsleitung 37 verbunden. Dem Umsteuerventil 44 ist eine Querleitung 45 zugeordnet, über die das Wärmeträgerfluid, beispielsweise Sole aus dem Kanal 6 statt zum ersten Speicher 36 zum zweiten Speicher 38 führbar ist.
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Mit Hilfe der in Fig. 4 veranschaulichten Einrichtung sind folgende Betriebsweisen möglich: Bei Normalbetrieb, d.h. bei Sonneneinstrahlung und relativ warmer Witterung ist der Kanal 6 über die Verbindungsleitung 35 und das Umsteuerventil 44 mit dem ersten Speicher 36 verbunden, dem die Pumpe 40 das Wärmeträgerfluid zuführt. Der Kanal 7 steht dann über die Verbindungsleitung 37 mit dem zweiten Speicher 38 in Verbindung, dem die Pumpe 41 das Wärmeträgerfluid zuleitet.
Ändern sich die Witterungsbedingungen, und die Temperatur im Bereich des Kanals 6 fällt unter einen vorbestimmten Grenzwert, beispielsweise von 45°C, dann sorgen die dem Temperaturfühler 42 zugeordneten Steuerelemente dafür, daß das Umsteuerventil 44 die Verbindungsleitung zum ersten Speicher 36 trennt und stattdessen die Querleitung 45 zum zweiten Speicher 38 öffnet.
Es kann auch der Fall eintreten, daß bei relativ kühler Witterung, jedoch starker Sonneneinstrahlung der Kanal 6 mit dem ersten Speicher 36 in Verbindung bleibt, da die Temperatur vom 450C nicht unterschritten wird, gleichzeitig jedoch die Temperatur im Kanal 7 auf einen Wert unter dem wirtschaftlich sinnvollen Grenzwert von beispielsweise -50C bleibt. In diesem Fall wird einfach die Pumpe 41 stillgesetzt, damit dem zweiten Speicher 38 nicht Wärmeträgerfluid einer Temperatur zugeleitet wird, die unter der vorbestimmten Mindesttemperatur liegt.
Lediglich an extrem kalten Tagen ohne Sonneneinstrahlung wird der Fall eintreten, daß beide Temperaturfühler 42 und 43 für einen Stillstand beider Pumpen 40 und 41 sorgen, da im Kanal 6 nicht einmal die
Mindesttemperatur von -50C erreicht wird, die eine Betätigung des Umsteuerventils 44 für den Anschluß des zweiten Speichers 38 über die Querleitung 45 sinnvoll erscheinen läßt.
5
Im Winter kann der Fall eintreten, daß sich nicht nur auf dem Absorber-Kanal 7. sondern auch auf_ der Abdeckung 8 S'chnee ansammelt. Durch einen nicht näher veranschaulichten Fühler, der demjenigen von Abtaueinrichtungen in Kühlschränken entspricht, läßt sich über dem Fühler zugeordnete Steuerelemente eine Umsteuerung der Pumpe 40 in dem Sinne bewirken, daß über eine vorbestimmbare Zeitspanne Wärmeträgerfluid aus dem ersten Speicher 36 rückwärts über das Umsteuerventil 44 in den Kanal 6 gepumpt wird, um für das Abtauen zu sorgen. Analog ist es auch möglich, stattdessen durch Umsteuerung der Pumpe 41 Wärmeträgerfluid vom Speicher 36 über das Umsteuerventil 44 und die Querleitung 45 in den Absorberkanal 7 zu fördern; in diesem Fall ist allerdings eine Abtrennung des zweiten Speichers 38 sicherzustellen, beispielsweise durch Einschalten eines zusätzlichen Umsteuerventils 46 an der Anschlußstelle der Querleitung 45
an die Verbxndungsleitung 37.
25
Für den Fall, daß bei besonders hohen Temperaturen und sehr starker Sonneneinstrahlung im Sommer im Kollektor-Kanal 6 Temperaturen nahe dem Siedepunkt erreicht werden, bietet die Anordnung des Umsteuerventils 46
die Möglichkeit, einer etwaigen möglichen Überhitzung des Kollektor-Kanals 6 mit entsprechend hohen gefährlichen Drücken dadurch zu begegnen, daß über den Temperaturfühler 42 und die diesem zugeordneten Steuerelemente eine Umsteuerung der Pumpe 40 bei gleichzeitiger
Verbindung des zweiten Speichers 38 über die Umsteuerventile 46 und 44 mit dem Kanal/ausgelöst und eine
O L
->r-- 20-
vorübergehende Kühlung des Kanals 6 durch das im zweiten Speicher 38 befindliche Wärmeträgerfluid niedrigerer Temperatur bewirkt wird.
Sobald sich die Temperatur im ersten Speicher 36 gefährlich dem Siedepunkt nähert, läßt sich auch der Absorber-Kanal 7 vom zweiten Speicher 38 trennen und über das Umsteuerventil 46 sowie eine zusätzliche Querleitung 47 unmittelbar mit dem ersten Speicher 36 verbinden. Mit Hilfe der Pumpe 41 wird dann das Überhitzte Wärmeträgerfluid durch den Absorber-Kanal 7 geführt und solange abgekühlt, bis die Temperatur im Speicher 36 auf einen normalen ungefährlichen Wert abgesenkt ist.
32U843
BezugsZeichenaufstellung
2 Träger 32 Zapfen
3 Vorsprung 33, 33' Haken
4 Il 34 Trennwand
5 Il 35 Verbindungsleitung
8 Abdeckung 36 erster Speicher
9 Kollektorkammer 37 Verbindungsleitung
10 Absorberkammer 38 zweiter Speicher
11 Klappe 39 Wärmepumpe
12 Stange 40 Pumpe
13 Achse 41 Pumpe
14 Pfeil 42 Temperaturfühler
15 Klappenrand 43 Il
16 Zunge 44 Umsteuerventil
17 Rippen 45 Querleitung
18 Schlitten 46 Umsteuerventil
19 Leitflächen
20 Il
21 Pfeil
22 Il
23 Bohrung
24 Zu- und Ableitstutzen
25 Dichtungsmanschette
26 Nut
27 Linie
28 Leichtschaumschicht
29 Leitungsrohre
30 Rohrstück
31 Steckmuffe
-M-
Leerseite

Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    1 ./ Einrichtung zur Umsetzung von Sonnenenergie in Wärme, mit einem Sonnenkollektor aus einer Mehrzahl von auf einer Tragfläche festlegbaren, miteinander kuppelbaren, an ein Wärmeträgerfluidnetz anschließbaren Kollektorelementen (1), die jeweils außer einem ersten, der Sonne zugewandten Wärmeträgerfluid-Kanal (6) einen zweiten, quer zum ersten Kanal (6) ausgerichteten, mit der Umgebungsluft in Berührung stehenden Kanal (7) umfassen, wobei der erste Kanal (6) in Normalbetriebsstellung mit einem ersten Speicher (36) für höhere Temperaturen und der zweite Kanal (7) mit einem zweiten Speicher (38) für gegenüber dem ersten Speicher (36) niedrigere Temperaturen verbunden ist und wobei der erste Kanal (6) bei Unterschreiben einer vorbestimmten, mittels eines Temperaturfühlers (42) festgestellten Mindesttemperatur des zirkulierenden Wärmeträgerfluids über ein Umsteuerventil (44) vom ersten Speicher (36) trennbar und an den zweiten Speicher (38) anschließbar ist, nach Patent... (Patentanmeldung P 30 48 499.2-13), dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal (6) mit seiner unterhalb einer lichtdurchlässigen Abdeckung (8) befindlichen Oberseite ausschließlich bei Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur und der zweite abdeckungsfreie Kanal (7) sowohl mit seiner Oberseite als auch mit seiner Unter-
    seite ständig unmittelbar mit der Umgebungsluft in Berührung stehen.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Kanal (6) eine in Abhängigkeit von der Temperatur den Durchströmquerschnitt zwischen Kanal (6) und Abdeckung (8) steuernde Klappe
    (11) zugeordnet ist.
    3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) mit einem sich unter Temperatureinwirkung verformenden Steuerelement (12) verbunden ist.
    4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement durch eine mit ihrem einen Ende an der Klappe (11) angelenkte Stange (12)
    1^ gebildet ist.
    5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) oberhalb des höchsten Punktes des ersten Kanals (6) angeordnet ist.
    6. Einrichtung nach einem der Anspruch e 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) leistenförmig ausgebildet und um eine im Bereich der einen
    ° Längskante befindliche Achse (13) schwenkbar gelagert ist.
    7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) aus ela-
    stischem Kunststoff gefertigt ist und mindestens einen sich in Schließstellung mehr oder weniger stark verformenden Klappenrand (15) aufweist.
    8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanal (7) mit einer Vielzahl von in Strömungsrichtung verlaufenden Rippen (17) sowie mit sich parallel zu den Rippen erstreckenden Schlitzen (18) versehen ist, durch die eine an der Kanalunterseite befindliche Absorberkammer (10) mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.
    9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Schlitzen (18) zur Oberseite des
    zweiten Kanals (7) vorstehende Leitflächen (19) für die Ableitung von quer zu den Schlitzen strömender Luft in die an der Unterseite des zweiten Kanals befindliche Absorberkammer (10) zugeordnet sind. 15
    10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Kanal (6) nach außen begrenzende Abdeckung (8) zum zweiten Kanal (7) hin abgewinkelt ist und so die von ihr begrenzte Kollektorkammer (9) bei geöffneter Klappe (11) mit der Absorberkammer (10) verbindet.
    11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und dem
    α zweiten Kanal (6, 7) ein gemeinsamer aus Kunststoff geformter Träger (2) mit zwei einen etwa rechten Winkel miteinander einschließenden Tragbereichen zugeordnet ist, an dessen erstem Tragbereich der erste Kanal (6) über praktisch seine ganze Länge anliegt und
    an dessen zweitem Tragbereich der zweite Kanal (7) unter Bildung der Absorberkammer (10) mit Abstand festgelegt ist.
    12. Einrichtung nach Anspruch 11/ dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) mit Vorsprüngen (3,4,5) für die Abstützung der lichtdurchlässigen Abdeckung (8) oder des zweiten Kanals (7) und/oder für die Anlenkung der Klappe (11) und/oder für die Anlenkung der die Klappe steuernden Stange (12) versehen ist.
    13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Träger (2) und/oder in Vorsprüngen (5) des Trägers Bohrungen (23) für die steckbare Aufnahme der Kanal-Zu- und Ableitstutzen (24) vorgesehen sind.
    IS 14. Einrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13/
    dadurch gekennzeichnet, daß der den Stutzen (24) abgelegene freie Rand des zweiten Kanals (7) über eine an ihm vorgesehene Nut (26) am freien Rand der Abdeckung (8) des ersten Kanals (6) festgelegt ist.
    15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß den Bohrungen (23) Dichtungsmanschetten (25) für die Klemmhalterung der hindurchgesteckten Kanal-Zu- und Ableitstutzen (24) zugeordnet
    sind.
    16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) an seiner Unterseite mit einer isolierenden Leicht-
    schaumschicht (28) versehen ist.
    17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das gegenseitige Kuppeln der Wärme-
    trägerfluid-Kanäle (6, 7) benachbarter Kollektorelemen-35
    te (1) ermöglichende Leitungsrohre (29) in die Leichtschaumschicht (28) eingelagert sind.
    32U843
    -2f-- S-
    18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff des Trägers (2) und/oder der Leichtschaumschicht (28) aus Polyurethanschaum besteht.
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EP0092251B1 (de) * 1982-04-21 1985-11-27 Hermann Kirchmayer Einrichtung zur Umsetzung von Sonnenenergie in Wärme
FR2896858A1 (fr) * 2005-12-26 2007-08-03 Jacques Bernier Systeme de production de chaleur avec capteur mixte solaire et atmospherique couple a une pompe a chaleur

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