CH668632A5

CH668632A5 - PASSIVE SOLAR ENERGY WATER HEATER.

Info

Publication number: CH668632A5
Application number: CH4047/85A
Authority: CH
Inventors: Erwin Mittasch; Traude Mittasch
Original assignee: Erwin Mittasch; Traude Mittasch
Priority date: 1985-09-20
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1989-01-13
Also published as: DE3533565C2; DE3533565A1

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf einen passiven Sonnenenergie-Warmwasserbereiter, aus einem vorzugsweise zylindrischen Warmwasserspeicher, der in einem geschlossenen, ein Lichtfenster aufweisenden Isoliergehäuse sitzt und mit einem im Einstrahlbereich des Lichtfensters liegenden, eine lichtabsorbierende, selektive Beschichtung aufnehmenden Teil selbst als Absorber dient. The invention relates to a passive solar energy water heater, consisting of a preferably cylindrical hot water tank, which is seated in a closed insulating housing which has a light window and which itself serves as an absorber with a part located in the irradiation area of the light window and receiving a light-absorbing, selective coating.

Übüche Sonnenenergie-Warmwasserbereiter bestehen aus eigenen Sonnenkollektoren, die durch ein Kreislaufsystem an die gut wärmegedämmten Warmwasserspeicher angeschlossen sind und über das im Zwangs- oder Naturumlauf gewälzte Wärmeträgermedium das Wasser des Warmwasserspeichers aufwärmen. Es sind aufwendige, umständlich zu installierende Anlagen mit teuren Aggregaten und Einrichtungen erforderlich und ausserdem aufgrund der nicht zu vermeidenden Rohrleitungssysteme verhältnismässig grosse Wärmeverluste in Kauf zu nehmen. Common solar energy water heaters consist of their own solar collectors, which are connected to the well-insulated hot water storage tank by a circulation system and heat the water in the hot water storage tank via the heat transfer medium that is circulated in a forced or natural circulation. Elaborate, cumbersome to install systems with expensive units and equipment are required and, due to the unavoidable piping systems, relatively large heat losses have to be accepted.

Wie die US-PS 4 355 629 und die DE-OS 3 217 365 zeigen, gibt es auch schon Sonnenenergie-Warmwasserbereiter, die einen teilweise selbst als Absorber dienenden Warmwasserspeicher aufweisen und in einem geschlossenen, mit einem Lichtfenster versehenen Isohergehäuse sitzen. Allerdings erfordern diese bekannten Warmwasserbereiter ebenfalls einen beträchtlichen Konstruktionsaufwand und arbeiten wegen der auftretenden Wärmeverluste nur mit geringen Wirkungsgraden. So befindet sich der Warmwasserbereiter gemäss der US-PS 4 355 629 zwar in einem geschlossenen Isoliergehäuse, doch kommt es hier durch den grossen Freiraum innerhalb des Isoliergehäuses und der dadurch bedingten Luftströmungen sowie durch die wenig isolierende Eigenschaft des Lichtfensters zu den ungewünschten hohen Wärmeverlusten. Der Warmwasserbereiter nach der DE-OS 3 217 365 wiederum besteht aus einem vakuuinisolierten Gehäuse mit teilweise lichtdurchlässigen Wänden, das bei üblichem Speichervolumen wegen der Herstellungsschwierigkeiten praktisch nicht zu verwirklichen ist, wozu noch kommt, dass eine Vakuumisolierung solcher Dimensionen auf längere Zeit kaum aufrechterhalten werden kann und sich ausserdem entsprechende Abstrahlverluste durch die schwach isolierenden, grossflächigen Fensterwände einstellen. As shown in US Pat. No. 4,355,629 and DE-OS 3,217,365, there are already solar energy water heaters which have a hot water tank, some of which serves as an absorber themselves, and which are seated in a closed, insulated housing provided with a light window. However, these known water heaters also require a considerable amount of design and work only with low efficiencies because of the heat losses that occur. For example, the water heater according to US Pat. No. 4,355,629 is located in a closed insulating housing, but here there is the undesired high heat losses due to the large free space inside the insulating housing and the air currents caused by it, as well as the poorly insulating property of the light window. The water heater according to DE-OS 3 217 365 in turn consists of a vacuum-insulated housing with partially translucent walls, which is practically impossible to achieve with conventional storage volumes due to the manufacturing difficulties, and what is more, vacuum insulation of such dimensions can hardly be maintained for a long time and there are also corresponding radiation losses due to the weakly insulating, large-area window walls.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und einen Warmwasserbereiter der eingangs geschilderten Art zuu schaffen, der auf rationelle Weise die Energieverluste minimiert und sich bei recht einfacher Bauweise durch vergleichsweise hohe Wirkungsgrade auszeichnet. The invention is therefore based on the object to eliminate these deficiencies and to provide a water heater of the type described above, which minimizes energy losses in a rational manner and is distinguished by a relatively simple design due to comparatively high efficiencies.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Isoliergehäuse einen den Speicher berührenden Dämmantel bildet, der in einem den Absorberteil des Speichers abdämmenden Absorberbereich durch bis zur Beschichtung des Absorberteils durchgehende Kanäle unterbrochen ist, welche Kanäle eine reflektierende Auskleidung tragen und mit einer lichtdurchlässigen, wärmeisolierenden Abdeckung verschlossen sind. Diese besondere Ausgestaltung des Isoliergehäuses und die damit verbundene, spezielle Isolierung des Speicher-Absorberteils gewährleisten eine optimale Wirkung, da praktisch eine die gesamte Speicheroberfläche eng um-schliessende Dämmschicht einerseits durch den Dämmantel selbst und anderseits durch die innerhalb des Dämmantels verlaufenden, nach aussen verschlossenen Kanäle entsteht und weder aufgrund von Konvektion noch aufgrund von Strahlung grössere Wärmeverluste zu befürchten sind. The invention solves this problem in that the insulating housing forms an insulating jacket touching the memory, which is interrupted in an absorber area that insulates the absorber part of the memory by channels that are continuous until the coating of the absorber part, which channels have a reflective lining and a translucent, heat-insulating cover are closed. This special design of the insulating housing and the associated, special insulation of the storage absorber part ensure an optimal effect, since practically an insulating layer that tightly encloses the entire storage surface on the one hand through the insulation jacket itself and on the other hand through the channels that run inside the insulation jacket and are closed to the outside arises and there is no fear of major heat losses due to convection or radiation.

Gemäss einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nehmen die Kanäle zylindrische oder der Kanalform angepasste lichtdurchlässige Vakuumhohlkörper auf, wodurch die Isolierung des Absorberteils weiter verbessert und die Wärmeverluste verringert werden. According to a particularly advantageous development of the invention, the channels accommodate cylindrical or translucent vacuum hollow bodies adapted to the channel shape, as a result of which the insulation of the absorber part is further improved and the heat losses are reduced.

Eine Steigerung der Effektivität ergibt sich, wenn erfin-dungsgemäss der die Kanäle aufweisende Absorberbereich des Dämmantels von zum Lichtfenster führenden, einen konkaven, das einfallende Licht zu den Kanälen hin ablenkenden Reflektor bildenden Leitwänden des Isoliergehäuses begrenzt ist, denn so können die einfallenden Lichtstrahlen auf die Kanäle konzentriert und zur besseren Nutzung gebündelt werden. The effectiveness is increased if, according to the invention, the absorber area of the insulating jacket which has the channels is limited by the concave guide walls of the insulating housing which lead to the light window and which deflect the incident light towards the channels, since the incident light rays can thus be limited to the Channels are concentrated and bundled for better use.

Ist dem Reflektor innerhalb des Lichtfensters wenigstens ein ausserhalb des Lichtfensters vorgesehener weiterer Reflektor vorgeordnet, kommt es zu einem grossen Einfangbereich der Sonnenstrahlung mit vergrÖsserter Energiezufuhr. Dadurch erübrigt sich auch ein dem Sonnenstand entsprechendes Nachführen des Warmwasserbereiters, wenn dieser mit seiner optischen Hauptachse auf einen mittleren Sonnenstand ausgerichtet wird. If at least one further reflector provided outside the light window is arranged upstream of the reflector within the light window, there is a large capture area of the solar radiation with an increased energy supply. This also eliminates the need to track the water heater in accordance with the position of the sun if it is aligned with its main optical axis to an average position of the sun.

Um einen Schutz zu erreichen, kann der schwenkbar gelagerte äussere Reflektor vor das Lichtfenster klappbar sein und vorzugsweise an seiner Rückseite eine Dämmschicht aufweisen, wodurch nicht nur Beschädigungen des Lichtfensters vermieden werden, sondern auch bei ungünstigen Verhältnissen eine zusätzliche Wärmedämmung gegeben ist. In order to achieve protection, the pivotably mounted outer reflector can be folded in front of the light window and preferably has an insulation layer on its rear, which not only prevents damage to the light window, but also provides additional thermal insulation in unfavorable conditions.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise rein schematisch dargestellt, und zwar zeigen In the drawing, the subject of the invention is shown purely schematically, for example, and show

Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungs-gemässen Warmwasserbereiters jeweils im Querschnitt und 1 and 2, two embodiments of a water heater according to the invention, each in cross section and

Fig. 3 den Absorberteil dieser Warmwasserbereiter im Querschnitt grösseren Massstabes. Fig. 3 shows the absorber part of this water heater in cross section on a larger scale.

Ein liegender, zylindrischer Warmwasserspeicher 1 sitzt in einem geschlossenen Isoliergehäuse, das einen den Speicher 1 berührenden Dämmantel 8 bildet und ein Lichtfenster A lying, cylindrical hot water tank 1 sits in a closed insulating housing which forms an insulating jacket 8 touching the tank 1 and a light window

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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45 45

50 50

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60 60

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3 3rd

668 632 668 632

9 aufweist. Der im Einstrahlbereich des Lichtfensters 9 liegende Teil des Speichers 1 nimmt eine lichtabsorbierende, selektive Beschichtung 5 auf und dient selbst als Absorber. Der diesen Absorberteil des Speichers 1 abdämmende Absorberbereich D des Dämmantels 8 ist bis auf verbleibende Zwischenstege 2 durch Kanäle 3 unterbrochen, die bis zur Beschichtung 5 hindurchgehen und sich nach aussen erweitern. Die Zwischenstege 2 tragen eine reflektierende Auskleidung 6 für die Kanäle 3, die nach aussen mit einer lichtdurchlässigen aber wärmeisolierenden Abdeckung 4 verschlossen sind. Zur Verbesserung der Wärmedämmung nehmen die Kanäle 3 zylindrische Vakuumhohlkörper 7 auf, die sich über die ganze Länge der Kanäle 3 erstrecken. 9 has. The part of the memory 1 located in the irradiation area of the light window 9 receives a light-absorbing, selective coating 5 and itself serves as an absorber. The absorber area D of the insulating jacket 8 which isolates this absorber part of the memory 1 is interrupted except for the remaining intermediate webs 2 by channels 3 which pass through to the coating 5 and widen outwards. The intermediate webs 2 carry a reflective lining 6 for the channels 3, which are closed to the outside with a translucent but heat-insulating cover 4. In order to improve the thermal insulation, the channels 3 accommodate cylindrical vacuum hollow bodies 7, which extend over the entire length of the channels 3.

Vom Lichtfenster 9 führen Leitwände zum die Kanäle 3 aufweisenden Absorberbereich D des Dämmantels 8, die einen konkaven, das einfallende Licht zu den Kanälen 3 hin ablenkenden Reflektor 10 bilden. Diesem Reflektor 10 innerhalb des Lichtfensters 9 ist ausserhalb des Lichtfensters ein oder zwei weitere Reflektoren 11 vorgeordnet, wobei die äusseren Reflektoren 11 schwenkbar gelagert sind und an der Rückseite eine Dämmschicht 12 aufweisen können. Diese Reflektoren lassen sich vor das Lichtfenster 9 klappen und bilden für das Lichtfenster einen Schutz und eine zusätzliche Wärmedämmung. Guide walls lead from the light window 9 to the absorber region D of the insulating jacket 8 which has the channels 3 and which form a concave reflector 10 which deflects the incident light toward the channels 3. This reflector 10 inside the light window 9 is preceded by one or two further reflectors 11 outside the light window, the outer reflectors 11 being pivotally mounted and having an insulation layer 12 on the rear. These reflectors can be folded in front of the light window 9 and form protection and additional thermal insulation for the light window.

Der erfindungsgemässe Warmwasserbereitergewährlei-stet auf rationelle Weise eine Minimierung der Energieverluste und bringt einen verhältnismässig hohen Wirkungsgrad mit sich, was durch die besonders gute Wärmedämmung des Speichers 1 und durch den grossen Einfangbereich bedingt ist. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist der Reflektor 10 so gekrümmt, dass alle durch die vom Lichtfenster 9 überdeckte Eintrittsblende B —G einfallenden Sonnenstrahlen li bis I5 zum Absorberteil des Speichers 1 hin reflektiert werden, und zwar innerhalb der Einfallswinkel von +45° und —60° bezüglich des zur optischen Hauptachse A parallelen Hauptstrahles L. Der Hauptanteil der Sonnenstrahlen, auch vom Boden reflektierte Strahlen wie die Sonnenstrahlen Ii, können so zur Wärmenutzung herangezogen werden. Der Hauptstrahl L und die optische Hauptachse A sind unter 45° geneigt, was der Einstellung des Warmwasserbereiters für eine geografische Breite von ebenfalls 45° entspricht. Wie in Fig. 2 angedeutet, können die Einfallsverhältnisse für die Eintrittsblende E—F auch durch die äusseren Reflektoren 11 beeinflusst und zusätzlich verbessert werden. The water heater according to the invention ensures that the energy losses are minimized in a rational manner and brings with it a relatively high degree of efficiency, which is due to the particularly good thermal insulation of the store 1 and the large capture area. As illustrated in FIG. 1, the reflector 10 is curved in such a way that all the sun rays li to I5 incident through the entrance aperture B-G covered by the light window 9 are reflected toward the absorber part of the memory 1, specifically within the angles of incidence of + 45 ° and —60 ° with respect to the main ray L parallel to the main optical axis A. The majority of the sun's rays, including rays reflected from the ground, such as sun rays Ii, can thus be used for the use of heat. The main beam L and the main optical axis A are inclined at 45 °, which corresponds to the setting of the water heater for a geographic latitude of 45 °. As indicated in FIG. 2, the incidence conditions for the entrance panel E-F can also be influenced and additionally improved by the outer reflectors 11.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

668 632 PATENT CLAIMS

1.Passive solar energy water heater, from a hot water tank, which sits in a closed insulating housing with a light window and which serves as an absorber with a light-absorbing, selective coating in the irradiation area of the light window, characterized in that the isothermal housing has a den Memory (1) touching insulation jacket (8), which is interrupted in an absorber area (D) which isolates the absorber part of the store (1) by channels (3) which pass through to the coating (5) of the absorber part, which channels (3) are reflective Wear the lining (6) and close it with a translucent, heat-insulating cover (4).

2. When water heater according to claim 1, characterized in that the channels (3) receive cylindrical or the channel shape adapted translucent vacuum hollow body (7).

3. Water heater according to claim 1 or 2, characterized in that the channels (3) having absorber area (D) of the insulating jacket (8) leading to the light window (9), a concave, the incident light to the channels (3) deflecting reflector (10) forming guide walls of the isoher housing is limited.

4. Water heater according to claim 3, characterized in that the reflector (10) within the light window (9) at least one outside of the light window (9) provided further reflector (11) is arranged upstream.

5. Water heater according to claim 4, characterized in that the pivotably mounted outer reflector (11) can be folded in front of the light window (9) and preferably has an insulation layer (12) on its rear side.