DE102004050946A1

DE102004050946A1 - Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe

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Publication number: DE102004050946A1
Application number: DE102004050946A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-20
Also published as: WO2006042517A3; WO2006042517A2

Abstract

Eine installationsunabhängige, vertikal angeordnete, solare Kollektoranlage zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Absorbergehäuse (5) je zwischen einer oberen (16) und unteren transparenten, lichtdurchlässigen Schutzschale (15) eingeschlossen sind und diese übereinander angeordnete sind, gekennzeichnet dadurch, daß sie von einem sie durchdringenden Mast (4) getragen werden und alle Bauteile der einzelnen Absorbersegmente, der transparenten Hüllen und des Zirkulationssystems, welches von den zu erwärmenden Medien durchströmt wird, durch speziell hierfür ausgeführte Verbindungsscheiben (13) sicher verknüpft werden, wobei der Zutritt (9) und der Austritt (8) des zu erwärmenden Mediums vorzugsweise am unteren Ende des Mastes (4) zentral angebracht ist und der Mast (4) an seinem Fuße (10), je nach Bedarf, unterschiedlich und bei geringstem Platzbedarf flexibel befestigt wird.

Description

Technisches Gebiet:

regenerative Energietechnik

Stand der Technik:
Die Nutzung von Solarthermieenergie, vor allem zur Warmwassererzeugung für den Haushalt und zur Erwärmung von Schwimmbädern kann nach dem Stand der Technik selbst in kälteren Regionen wirtschaflich im Vergleich zu alternativen Wärmeversorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe erfolgen, wenn bestimmte Umgebungseinflüsse gegeben sind. Der allgemein angewendete Stand der Technik nutzt weitestgehend den Einsatz von transparent isolierten Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren bei höheren Temperaturdifferenzen, z.B. bei der Erzeugung von mindestens 60-grädigem Brauchwasser, und auch schwarze, nakte Absorber, bestehend aus unterschiedlichen Materialstrukturen als Kunststoffrohre oder Matten, wenn die Temperaturdifferenz sehr gering ist, z.B. zum Einsatz bei der Schwimmbadheizung.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem:
Die hiermit dokumentierten erfinderischen Schutzansprüche stützen sich auf folgende zugrundeliegende Probleme nach Stand der Technik. Die Wirtschaftlichkeit von Solar-Thermiesystemen können nicht durch den Vergleich der Leistung bei Idealbedingungen bestimmt werden, sondern nur durch die erzielte Jahresarbeit bei allen möglichen anfallenden und einschränkenden Rahmenbedingungen. Die wohl wichtigsten von vielen weiteren Rahmenbedingungen der unter "Stand der Technik" vorab genannten Vorraussetzungen für den wirtschaftlichen Einsatz nach Stand der Technik sind:

a) geringer erforderlicher Temperaturabstand von Außenluft zu Warmwasser
b) geringer Windeinfluß
c) Platzverfügbarkeit für unbedingt erforderliche Speicher
d) Platzverfügbarkeit für Absorber- bzw Kollektorflächen
e) geringer Installationsaufwand
f) genügende, mindestens ca 10 h/Tag freie, unverschattete Sonneneinstrahlung auf die Absorber- bzw. Kollektorflächen
g) keine ästetischen Einschränkungen
h) keine zu hohen Kosten

Zu a)
Selbst bei der Anwendung best isolierter Vakuumkollektoren reduzieren sich die Wirkungsgrade bei geringer Sonneneinstrahlung (z.B. geringe Einstrahlung im Frühjahr, hoher diffuser Anteil an der Globalstrahlung, Verluste durch Schrägeinstrahlung bei Morgen- und Abendsonne) bei tieferen Außentemperaturen gegen Null. Der wesentliche Grund hierfür ist, daß bei sinkender absorbierbarer Sonneneinstrahlung auch die Wirkungsgrade als Faktoren der Einstrahlleistung sinken.
Zu b)
Der Windeinfluß ist vor allem bei ohnehin geringem Sonneneangebot von besonders negativer Bedeutung, vor allem bei den nakten Absorberflächen zur Schwimmbadheizung bereits bei geringsten Temperaturdifferenzen und erfordert einen großen Regelaufwand.
Zu c)
Ist kein Platz für die Unterbringung eines Speichers vorhanden, wird die Installation einer Solar-Thermieanlage sinnlos.
Zu d)
Ist kein Platz für die Unterbringung der Absorber oder Kollektoren vorhanden, wird die Installation einer Solar-Thermieanlage sinnlos.
Zu e)
Ergeben die Platzverhältnisse einen großen Installationsaufwand, so wird die Installation einer Solar-Thermieanlage noch unwirtschaftlicher, als sie vielleicht bereits ist, während sie ansonsten aus Umweltschutzüberlegungen noch Anwendung gefunden hätte.
Zu f)
Die örtlichen Bedingungen lassen sehr selten, vor allem in Verbindung des Bedarfs an großer Aufstellungsfläche für die Kollektoren, eine Installation zu, bei der die globale Solareinstrahlung mehr als 5–8 Stunden effektiv genutzt werden könnte. Bestimmend hierfür ist vor allen auch die freie maximale Ausrichtung in Südrichtung. Diese äußerst mangelhafte Flexibilität der Systeme nach Stand der Technik bezüglich einer optimalen Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten schränkt die Anwendung von Solarthermiesystemen weitaus mehr ein, als ihre jeweils unterschiedlichen relativen Leistungsverhalten.
Zu g)
Jeder, wie auch immer installierte, Absorber oder Kollektor stellt mehr oder weniger eine ästetische Einschränkung des architektonisch geplanten äußeren Wohnbereichs dar.
Zu h)
Die Kosten einer Solarthermieanlage teilen sich in der Regel in 4 Investitionsbaugruppen auf, die jeweils eigene hohe Installationskosten erfordern. Die Baugruppen sind der Speicher, die Kollektoren, das Rohrleitungsnetz und das Pump- und Regelsystem.
Erfindung:
Die Erfindung des Solarthermiesystems als Solarmast beruht im wesentlichen darauf, die unter "Der Erfindung zugrundeliegendes Problem" vorab genannten Probleme nach Stand der Technik in Summe weitestgehend zu eliminieren.
Die erzielten praktischen Effekte die sich letzlich mit dieser Erfindung ergeben haben, werden im nachstehenden Textblock unter "Vorteilhafte Wirkung der Erfindung" erläutert.
Die Erfindung geht von mehreren übereinander angeordneten Absorbergehäusen (1, 5) aus, die an einem vornehmlich vertikal aufgestelltem Mast (4, 14) befestigt sind, oder mit ihm eine Einheit bilden. Form, Anzahl, Anordnung und Größe dieser am Mast integrierten Gehäuse (1, 5) sind variabel ausführbar, wie in 1, 2 und 4 dargestellt und wie in der Figurenbeschreibung erläutert.
Die in jedem Gehäuse (1, 5) integrierten Absorberflächen (5) sind von transparenten, lichtdurchlässigen und sehr dünnwandigen Hüllen (1) umgeben. Diese sind vorzugsweise in horizontaler Richtung geteilt in eine untere Schale (15) und eine obere Haube (16), damit eine Montage der Bauteile am Auftstellungsort möglich wird.
Die Zirkulationswege (11) des zu erwärmenden Mediums, vorzugsweise Wasser, sind variabel anordbar nach 5a bis 5c. Auch die Strömungsrichtung kann frei gewählt werden. Der Übergang der Zirkulationswege von einem Absorbergehäuse zu einem anderen darunter- oder darüberliegendem erfolgt vorzugsweise in oder an den Mastprofilen (4), wofür spezielle Verbindungselemente (13) angewendet werden. Diese Scheiben (13) aus vorzugsweise syntetischem Kautschuk sind als 1 Bauteil als Verbindungselemente, Verspannelemente, Dichtungselemente und Zikulationsübertragungselemente ausgeführt, führen also mehrere wichtige Funktionen aus, für die ansonsten mehrere Bauteile erforderlich wären.
Das oder die Mastprofile (4) sind in Segmente geteilt die zusammengesteckt (14) den gesamten Mast (4) ergeben. Auch die Absorberstrukturen (5), die unterschiedlichst nach Stand der Technik ausgeführt sein können, sind aus Einzelteilen zusammenfügbar und zum Beispiel, wie in 8 dargestellt, mit Steckverbindungen schnell integrierbar. Die Absorberstrukturen werden bevorzugt mit großen Oberflächen ausgeführt, da in das Absorbergehäuse (1) von rundum Licht einstrahlen kann, das heißt durch die obere transparente Haube weitgehend direktes und diffuses Licht und durch die untere transparente Schale weitgehend diffuses Licht, womit in Summe auf optimale Weise sehr viel diffuses Licht absorbiert werden kann. Der Anteil der absorbierten Leistung aus diffusem Licht ist also weit überdurchschnittlich hoch.
Der Solarmast bietet durch seine Ausführung der Sonne von morgens bis abends nahezu die gleiche Absorbtionsfläche für die direkte und die indirekte Einstrahlung, ohne daß eine Sonnennachführung erforderlich wäre. Um eine Verschattung zu vermeiden, können die übereinander angeordneten Absorbergehäuse (1) in einem größerem Abstand voneinander am Mast (4) integriert werden. Da die Solareinstrahlung im Jahresmittel in einem Einstrahlwinkel unter 45° zur ebenen Erde erfolgt, ist eine Verschattung ohnehin im Mittel der Jahreszeit sehr gering und vernachlässigbar.
Zum Zusammenbau dieser als Solarmast ausgeführten Solaranlage werden also keine Installationen und Fachleute benötigt. Die Befestigungsvorrichtung (10) am unteren Mastende kann für die unterschiedlichsten Aufstellungsgegebenheiten ausgeführt werden. Damit ist der Solarmast aufstellbar auf freier Wiese, auf Beton- oder Fliesenuntergrund (z.B. Schwimmbeckenumrandungen), an vertkalen Wänden, an Balkonen oder auf Balkonen, auf Flachdächern, aber auch auf Spitzdächern, wenn der Mast (4) in das Dachinnere geführt wird und dort statisch stabil befestigt werden kann.
Der Solarmast ist nach 9 mit integriertem Speicher (22) und integrierter Pump- und Regelstation (23) auf Bedarf ausführbar und damit völlig autark funktionsfähig. Damit werden zum Zusammenbau dieser als Solarmast ausgeführten Solaranlage weder Installationsarbeiten, noch Fachleute benötigt, was das Gesamtsystem flexbler anwenbar und wesentlich wirtschaftlicher macht, da typische Einschränkungen am Aufstellungsort und die wesentlichen Kostenanteile entfallen.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung:
Die Vorteilhafte Wirkung der Erfindung soll durch die im Vorspann unter " Der Erfindung zugrundeliegendes Problem" dargestellten Punkte a) bis h) nachvollzogen werden.
Zu a)
Bei der Anwendung zur Schwimmbadheizung können ein oder mehrere Solarmasten je nach Schwimmbadgröße im Umfeld des Pools ästetisch integriert werden. Man benötigt also auch für große Leistungen keine Dachflächen zur Anbringung der Absorbermatten oder der für den Schwimmbadbereich zu teuren Kollektoren. Zudem benötigt man kein teures Regelsystem zur Umschaltung oder den Stop der Absorberfunktion, wenn keine Solareinstrahlung gegeben ist und die Absorber als Kühler wirken. Beim Solarmast spielt durch die transparente Isolierung die Temperaturdifferenz von der Wärmeträgertemperatur zur Außenluft keine Rolle.
Die Solarmasten sind immer wärmer als der Pool durch die starke Absorbtion diffusen Lichts. Das teure Regelsystem mit Bypassschaltungen, das 1/4 bis 1/3 der Investitionen der solaren Schwimmbadheizung mit nakten Absorbern ausmacht, kann also entfallen.
Zudem kann mit einem wesentlich größerem Delta T gefahren werden, was den sehr wesentlichen Vorteil sehr kleiner Umsatzwassermengen bis weit unter 1 m3/h ergibt, womit normale Schläuche für die Wasserzirkulation zum Pool verwendet werden können.
Zu b)
Selbst bei Windeinfluß der bei Windgeschwindigeiten um 4–5 m/s, die in machen Gegenden z.B. in Meeresnähe oder auf dem spanischen Hochplateau im Jahresmittel gegeben sein können, fällt der Wirkungsgrad kaum ab, der bei nakten Absorbern bereits gegen 0 geht.
Siehe: SOLARANLAGEN, Heiz Ladener, Ökobuchverlag, Seite 28, 2.7
Nakte Absorberflächen können zudem weitgehend nur auf Dächern montiert werden, wo die Windgeschwindigkeit aufgrund des größeren Weges noch höher ist. All das kümmert einen Solarmast nicht, völlig egal wo er aufgestellt wird.
Zu c)
Wenn kein Platz zur Unterbringung eines gewünschten oder erforderlichen Speichers verfügbar ist, kann dieser nach 9 am Solarmast sehr einfach integriert werden. Hier kommt der wesentliche Vorteil hinzu, daß die Wärmeverluste vom Absorber zum Speicher, die nach Stand der Technik ca 25–30% der Wärmeabsorbtion ausmachen, in dieser Solarmast-Konzeption unbedeutend klein sind.
Zu d)
Der Solarmast ist auch dann anwendbar und installierbar, wenn kein Platz für eine Solaranlage vorhanden ist, denn er benötigt praktisch keinen Platz und kann selbst auf Balkonen, an Hausmauern oder auf Spitzdächern optimal angebracht werden.
Zu e)
Beim Solarmast entfallen die langwierigen, für das Haus oft risikoreichen Installationsarbeiten für Speicher, Pump- und Regelstation, Rohrleitungen und Regelanlagen. Alles wird am einen einzigen Aufstellungspunkt montiert, wobei dies von Laien durchgeführt werden kann.
Zu f)
Da der Solarmast fast überall aufstellbar ist, ist es mehrfach einfacher als bei der Aufstellung von Flachkollektoranlagen, einen günstigen Platz zur optimalen ganztägigen Nutzung der Solarstrahlung zu finden.
Zu g)
Der Solarmast ist in unterschiedlichsten Formen ausführbar, also auch so, daß er nahezu an jedem Ort ästetisch optimal integrierbar ist.
Zu h)
Der Materialaufwand des Solarmastes liegt bezogen auf die wirksame Solarfläche extrem niedrig, da die kompletten Rahmenkonstruktionen nebst Rückwand und Rückwandisolierung von Flachkollektoren und deren Rohrleitungen entfallen. Die transparenten Hüllen sind aufgrund der gewölbten Form wesentlich dünnwandiger ausführbar und die Absorberstrukturen können selbst bei gewünschten Speichertemperaturen um 60°C aus schwarzen Kunststoffen gefertigt werden, da der integrierte Speicher viel geringere Temperaturen an den Absorberflächen erfordert, weil nur sehr kurze wärmeverlustfreie Transportwege vom Absorber zum Speicher anfallen.
Beschreibung der grafischen Darstellungen von 1 bis 9
1 Seitenansicht eines komplett montierten, zu ebener Erde aufgestellten Solarmastes in vertikal zylindrischer Bauweise mit einem oberen, vorzugsweise ringförmigen (2) Wasserverteiler und einem unterem, vorzugsweise ringförmigen (6) Wassersammler, mit im Ring hängend angeordneten Absorberprofilen (5), mit transparenter zylindrischer Umhüllung (1), aufgehängt bzw befestigt an einem mittig angeordnetem Mast (4), an dem an der Unterseite der Kaltwasserzutritt (9) und der Warwasseraustritt (8) angeordnet ist.
2 Seitenansicht eines komplett montierten, zu ebener Erde aufgestellten Solarmastes in vertikal kegeligen Bauweise mit einem oberen vorzugsweise ringförmigen (2) Wasserverteiler und einem unterem vorzugsweise ringförmigen (6) Wassersammler, mit im Ring hängend angeordneten Absorberprofilen (5), mit transparenter kegelförmigen Umhüllung (1), aufgehängt bzw befestigt an einem mittig angeordnetem Mast (4), an dem an der Unterseite der Kaltwasserzutritt (9) und der Warwasseraustritt (8) angeordnet ist.
3 Prinzip der Wasserzirkulation in den nach 1 und 2 definierten Solarmasten, wobei die Strömungsrichtung auch umgekehrt verlaufen kann.
4 Solarmasten mit in mehrere autarke Segmente aufgeteilte und vertikal übereinander angeordnete Absorberstrukturen (5) einschließlich der transparenten Gehäuse (1), wobei diese unterschiedlich angeordnet und geformt sein können und deren Durchmesser in horizontaler Ebene bevorzugt rund sind.
4a zeigt 4 transparente, ballonförmige und eng aneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Durchmesser bevorzugt rund sind.
4b zeigt 3 transparente, ballonförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Mast aus mehreren Profilen besteht.
4c zeigt 4 transparente, ballonförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Größe des jeweils oberhalb angeordneten Gehäuses kleiner ist.
4d zeigt 4 transparente, birnenförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Form demonstrieren soll, daß die unterschiedlichsten transparenten Gehäuseformen möglich sind.
4e zeigt 3 transparente, birnenförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Form demonstrieren soll, daß die unterschiedlichsten transparenten Gehäuseformen möglich sind, deren hohe Anordnung eine fast 100%ige Einsparung des Aufstellungsplatzes ergibt.
5 Die 5a bis 5d zeigen das Funktionsprinzip am Beispiel eines Mastes mit 3 übereinander angeordneten Absorbergehäusen mit bevorzugt rundem Querschnitt in der Horizontalen.
5a zeigt die prinzipielle Möglichkeit des Verlaufs der Wasserzirkulation (11) vom Eintritt (9) durchgehend bis zur Mastspitze, wo sich das Wasser je nach technischer Ausführung durch oder über die Absorberflächen verteilt, bevorzugt nahe der transparenten Schutzhülle (1), um eine große Fläche zum Licht zu ergeben. Der Übergang der Wasserströmung von einem zum anderen Gehäuse erfolgt dicht am Mast (4) oder im Mast.
Nach 5b kann der Wasserstrom (11) auch dezentral erfolgen, zum Beispiel durch das Aufsteigen durch die Absorberstrukturen und Ablaufen durch die Absorberstrukturen.
In 5c werden die die einzelnen Gehäuse verbindenden Teile (13) angedeutet, durch die auch der Wasserstrom zwischen den Absorbergehäusen strömt.
5d zeigt einen Mast, der aus einzelnen Segmenten (14) zusammegesteckt wird.
Aus fertigungstechnischen und Montagegründen sind auch die transparenten Gehäuse, die einen Hohlkörper aus transparentem, dünnwandigem Material darstellen, in 2 unterschiedlich geformte Hauben oder Schalen geteilt, in eine obere Haube (16) und untere Schale (15). Haube (16) und Schale (15) haben einen in horizontaler Richtung vorzugsweise runden Querschnitt, durch deren Mitte die Achse des Mastes (4, 14) führt. Die Absorberstrukturen (5) bedecken den größten Teil der Innenfläche des transparenten Gehäuses (1) nahezu vollständig, um eine große Oberfläche zur direkten Sonneneinstrahlung und zum indirekten diffusem Licht zu erzielen. Die vom Wasserkreislauf (11) durchströmten oder umströmten Absorberstrukturen (5) können verschiedenst ausgeführt sein, als Absorber-Schlauchsystem, als Wabensysten wie in Kühltürmen oder als strukturierte Absorbermatten.
6 Die Verknüpfungsstelle zwischen den einzelnen transparenten Gehäusen ((1, 15, 16), also den Mastsegmenten (4, 14), den Gehäusewänden (1, 15, 16), den Absorberstrukturen (5) und dem Wasserzirkulationssystem (11, 18) wird von vorzugsweise 3 runden Scheiben (13) in beliebiger Stärke gesichert. Diese Scheiben (13) werden durch einen vorzugsweise mittigen Ausschnitt über das obere Ende des Maststückes (4) bis zum Anschlag (20) bündig aufgeschoben, wobei zwischen der oberen Scheibe (13a) und der mittig angeordneten Scheibe (13b) die transparente Schale (16) des oberen Gehäuses (1) eingeklemmt und gehalten wird und zwischen der unteren Scheibe (13c) und der mittig angeordneten Scheibe (13b) die transparente Haube (15) des unteren Gehäuses (1) eingeklemmt und gehalten wird. Das Mastsegment (4) des oberen transparenten Gehäuses (1) wird mit seinem unteren Ende (14) in das obere Ende des unteren Mastsegments eingeschoben und zwar bis zum Anschlag (19). Die Draufsicht der 6 zeigt eine runde Scheibe (13) mit mittiger Aussparung für den Mastdurchtritt (4), sowie 8 Bohrungen für eine Schraubenverbindung (17) und acht Bohrungen (20) für den Durchtritt des zirkulierenden Wassers (11) beziehungseise für den Anschluß der Verbindungsteile (18) zum Wasserzirkulationssystem (11). Die Schnittzeichnung A-B zeigt den Schnitt durch die Bohrungen (20).
7 Es wird im Schnitt C-D der Schnitt durch die Verschraubungen (17) gezeigt. Im Unterschied zur Darstellung der Verknüpfungsstelle nach 6 sind alle Bauteile miteinander verbunden dargestellt.
8 Die Verknüpfungsstelle zwischen den einzelnen transparenten Gehäusen (1, 15, 16) wird im Schnitt durch die Durchtrittsöffnungen (13) des zirkulierenden Wassers (11) dargestellt. Hierbei sind als Beispiel der Anbindung der Absorberstrukturen 90° gewinkelte Schlauchsteckverbindungen in die Öffnungen (13) eingedrückt, an denen typische Absorberschläuche (5) mit großer Außenstruktur aufgeschoben sind.
9 Kompletter autark funktionierender Solarmast, einschließlich einem integrierten Speicher (22) und einer Pump- und Regelstation (23). Hierbei wird die untere Schale des unterst angeordneten Absorbergehäuses (5) als isolierter Speicher ausgeführt. Zur Aufnahme des zusätztlichen Gewichtes muß nur der Mast (4) unterhalb des Speichers (22) verstärkt werden. In Verbindung mit einer am Mast (4) integrierten Pump- und Regelstation (23) ist der Solarmast eine kompakte, vollständige, autarke Funktionseinheit, wofür nach Stand der Technik in der Regel 4 getrennte technische Installationen erfolgen müßten (Speicher, Pump- und Regelstation, Kollektoren, Rohrleitungssystem). Hierbei benötigt diese komplette Anlage genau genommen nicht mehr Platz als die Querschnittsfläche des unteren Mastteils.

1: Hohle, transparente, also besonders gut lichtdurchlässige Gehäuse (1) mit geringer Wandstärke, vorzugsweise in 2 Teile aufgeteilt, einer oberen Haube (16) und einer unteren Schale (15). Die Gehäuse dienen gegen Wärmeverluste bei niederer Außentemperatur und/oder Windeinfluß. Sie sind bei einer vorzugsweisen Ausführung der Anlage mit einem mittig angeordnetem Mast auch vorzugsweise in der horizontalen Ebene im Durchmesser rund ausgeführt. Bei mehreren Masten (4) und unsymetrisch geformten oder angeordneten Mastprofilen (4, 14) oder bspw auch seitlichen Befestigunggen an einer Hauswand bieten sich technisch andere Querschnittsformen an.
2: Wasserverteilsammler in ringförmiger Bauweise zur Verteilung des Wasserstromes auf die Absorberstrukturen (5). Dieser Verteilsammler kommt vorzugsweise bei Solarmastkonstruktionen mit einem zylindrischen oder kegelig geformen Gehäuse (1) großer Höhe zur Anwendung.
3: Verbindungselemente zwischen der Mastspitze (4) und dem oberen Verteilring (2).
4: Kern des Solarmastes ist ein vorzugsweise zentral angeordneter Mast aus statisch stabilen Materialien, in beliebiger Querschnitsform. Ein Mast kann auch aus mehreren weitgehend parallel geführten Profilen bestehen, die vorzugsweise auch untereinander statisch verbunden sind.
5: Absorberstrukturen zur thermischen Absorbtion der Sonnenenergie. Sie bedecken den größten Teil der Innenfläche des transparenten Gehäuses (1) nahezu vollständig, um eine große Oberfläche zur direkten Sonneneinstrahlung und zum indirekten diffusem Licht zu bewirken. Sie haben zur guten Absorbtion des diffusen Lichtanteils der solaren Globalstrahlung auch vorzugsweise groß struktuierte Oberflächen. Die vom Wasserkreislauf (11) durchströmten oder umströmten Absorberstrukturen können deshalb verschiedenst ausgeführt sein als Absorber-Schlauchsystem, als Wabensysten wie in Kühltürmen oder als strukturierte Absorbermatten. Die Absorberstrukturen werden vom Zirkulationswasser (11) durchströmt, umströmt oder überströmt, je nach technischer Ausführung und auch davon abhängig, ob der Solarmast mit offenem oder mit geschlossenem Wasserzirkulationssystem (11) ausgeführt ist. Bei einem offenen System kommen bevorzugt plattenförmig struktuierte Absorber zum Einsatz, bei einem geschlossenen System bspw Schlauchsysteme wie in 8 dargestellt.
6: Wassersammler in ringförmiger Bauweise zur Sammlung des Wasserstromes, aus den Absorberstrukturen (5) an der tieferen Seite des Absorbergehäuses. Dieser Verteilsammler kommt vorzugsweise bei Solarmastkonstruktionen mit einem zylindrischen oder kegelig geformen Gehäuse (1) großer Höhe zur Anwendung.
7: Verbindungselemente zwischen dem unteren Mastende (4) und dem ringförmigen Wassersammler (6).
8: Austrittsöffnung des im Solarbaum zirkulierenden fluiden Mediums (vorzugsweise Wasser) nach seiner Erwärmung durch die solaren Absorberstrukturen.
9: Eintrittsöffnung des zu erwärmenden fluiden Mediums (vorzugsweise Wasser) in den Solarmast, oder einer anderen Leitung am unteren Ende des Solarbaums.
10: Bodenplatte oder Befestigungsvorrichtung zur Verbindung des Solarmastes (4) zu ebener Erde, auf einem Dach, an einer Hauswand oder anderen Befestigungsvorgaben. Alle Figuren zeigen der Einfachheit halber nur ein Beispiel zur Befestigung auf ebener Erde.
11: Zirkulationssystem des im Solarmast zu erwärmenden fluiden Mediums (vorzugsweise Wasser)
12: Ventil am obersten Ende des Solarmastes und des Wasserzirkulationssystems, Dieses Ventil ist bei der Ausführung des Kreislaufsystems (11) als atmosphärisch offener Kreislauf in der Regel offen. Bei der Ausführung des Kreislaufsystems als geschlossener, druckbeladbarer Kreislauf wird dieses Ventil in der Regel als Überdruckvebntil ausgeführt.
13: Bauteile, die zur technischen Verbindung der einzelnen übereinander angeordneten Absorbergehäuse (1) einschließlich der Mastsegmente (4, 14) und des Zirkulationssystems (11) dienen. Diese sind bei dieser speziellen Solarmastausführung als Scheiben weichen, stabilen Materials wie künstlicher Kautschuk ausgeführt, mit Durchtittsöffnungen für die Verschraubung (17), für den Zirkulationsdurchtritt (18, 29) und für die Durchführung des oder der Mastproifile (21). Zwischen diesen Verbindungsscheiben (13a, 13b, 13c) werden auch die transparenten Hauben (15) und Schalen (16) gehalten.
14: Wenn die Mastprofile (4) zwecks Montageerleichterung und kleinem Verpackungsvolumen in einzele Profilsegmente geteilt sind, dann müssen sie statisch gut abgesichert miteinander verbunden werden. Dies ist durch die Anbringung eins Rohres kleineren Durchmessers am unteren Segmentende möglich, das in das obere Segmentrohrende eingesteckt wird.
15: Unterer Teil des transparenten Gehäuses (1) als dünnwandige Platte oder als Schale ausgeführt.
16: Oberer Teil des transparenten Gehäuses (1) als dünnwandige Haube in beliebig unterschiedlichen Formen ausgeführt.
17: Verschraubungen zur Verbindung der Verbindungsbauteile (13a, 13b, 13c). Hiermit werden alle Bauteile des aus mehren Segmenten bestehenden Solarmastes miteinander technisch fest verbunden.
18: Beispielhaft dargestelltes Verbindungsteil zwischen den Absorberstrukturen (5), hier als Schlauchprofile dargestellt, mit den Verbindungsbauteilen (13) als bekannte standartisierte rechtwinklige Steckverbindungen aus vorzugsweise Kunststoffmaterialien.
19: Distanzscheibe am unteren Ende eines Mastsegments (4, 14)
20: Distanzscheibe am oberen Ende eines Mastsegments (4, 14)
21: Vorzugsweise mittig der Bauteilplatten (13) angebrachte Durchtrittsöffnungen zur engen Durchführung und Befestigung der Mastsegmente (4, 14)
22: Isolierter Speicher, der anstelle der unteren transparenten Gehäuseschale am unterst angeordnetem Absorbergehäuse (5) ausgeführt ist. Damit ist der Solarmast wärmetechnisch auch dann voll funktionsfähig, wenn keine Wärme abgenommen wird.
23: Pump- und Regelstation, die bevorzugt am unteren Mastteil (4) angebracht werden kann. Hiermit funktioniert der Solarmast völlig autark. Damit mit einer sehr geringen Zirkulationsmenge zur Wärmeübertragung an den Abnehmer gefahren werden kann, sind für die Verbindung zum Wärmeabnehmer (1 × Vorlauf, 1 × Rücklauf) nur Schläuche von 10 bis 15 mm Durchmesser erforderlich.

Claims

Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Solarabsorbergehäuse (1, 5) übereinander angeordnet sind (4), in der Form, daß vorzugsweise an ihrer mittigen Unterseite (15) und mittigen Oberseite (16) in einem frei wählbarem Abstand mittels miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß die verbindenen Bauteile (4, 14, 19, 20, 13, 17) eine vorzugsweise vertikal ausgerichtete Maststruktur oder Mastkonstruktion aus einem oder mehreren statisch tragenden Profilen ergeben.
Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die in den Absorbergehäusen (1) befindlichen Absorberstrukturen (5) von transparenten, lichtdurchlässigen Schutzhüllen (1) umschlossen sind, die vorzugsweise zweigeteilt aus einer oberen Haube (16) und einer unteren Schale (15) oder aus einer linken und rechten, also horizontal gegenüberliegenden Schalen bestehen.
Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß an den Verbindungsstellen der Absorbergehäuse (1, 5) mit den Mastprofilen (4, 14) an den Mastprofilen fest verbundene Distanzhalteprofile angebracht sind, an denen zur Verbindung der Mastprofile (4, 14) mit den Absorberstrukturen (5) und transparenten Hüllen (1, 15, 16) speziell profilierte Bauteile (13) positioniert werden, die die Absorbergehäuse (1, 5, 15, 16) vorzugsweise durch Einspannen fest fixieren.
Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß in den die Maststruktur (4, 14) und die Absorbergehäuse verbindenden Bauteilen (13) Durchtrittsöffnungen (17, 20) eingebracht sind, die zum Durchtritt des zirkulierenden Mediums (20) von einem Absorbergehäuse (1, 5) zum anderen darunter- oder darüberliegenden Absorbergehäuse (1, 5) dienen, oder als Durchtrittsöffnungen (17) für Schraubverbindungen zum festen Verspannen aller Bauteile.
Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbindungsstellen zwischen den Mastprofilen (4, 14) und der Absorbergehäusen (1, 5) aus mehreren übereinander angeordneten Scheiben (13a, 13b, 13c) aus vorzugsweise flexiblem und dichtendem Material wie künstlicher Kautschuk bestehen, die so ausgeführt sind, daß sie mittels eines vorzugsweise mittig angeordneten Ausschnitts (21) über die Mastprofile (4) geschoben werden können, zwischen zwei Scheiben (13a, 13b) die untere Schale (16) des oberen Absorbergehäuses (1, 5) einspannen und zwischen zwei Scheiben (13b, 13c) die obere Haube (16) des unteren Absorbergehäuses (1, 4) einspannen.
Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß in den Verbindungsteilen (13) aller Bauteile mehrere Durchtrittsöffnungen (20) in beliebiger Anzahl zum Durchströmen des zikulierenden Wärmeträgermediums (11) eingebracht werden, gekennzeichnet dadurch daß diese Durchtrittsöffnungen (13) den Betriebszuständen entsprechend in variabler Anzahl für das in das Absorberhehäuse (1, 5) eintretende oder austretende Medium verwendet werden.
Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß ein Absorbergehäuse (1, 5) als Sammler des zikulierenden Wärmeträgermediums (11) und damit als Speicher (22, 9) ausgeführt ist, gekennzeichnet dadurch, daß die zugeordnete untere Schale (15) dieses Gehäuses (1) entsprechend verstärkt und isoliert ist.