DE19927056A1 - Vorrichtungen zur Versorgung autarker Gebäude - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Versorgung autarker Gebäude. Sie löst die Aufgabe, bei autarken Gebäuden Vorrichtungen bereitzustellen, mit denen die Trinkwasserversorgung, die Energieversorgung und der Energietransport optimiert werden. Diese Aufgabe wird durch eine rotatorisch arbeitende Entsalzungsanlage, eine nachführbare Kollektorfläche und ein spezielles Heatpipesystem gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Versorgung autarker Gebäude.

Große Problembereiche bei der Versorgung autarker Gebäude bilden die Energieversorgung und die Trinkwasserversorgung. Hierzu wurden zahl­ reiche Konstruktionen vorgeschlagen, die jedoch meistens relativ teuer in der Herstellung und dem Unterhalt sind. Die bisher verwendeten Konstruk­ tionen sind meist aufwendig und vom Laien schwer bedienbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zur Versorgung autarker Gebäude bereitzustellen, mit denen die Trink­ wasserversorgung, die Energieversorgung und der Energietransport optimiert werden kann.

Die Aufgabe der Trinkwasserversorgung wird mit einer Vorrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten mit einem Zulauf, einer Druckerhöhungs­ einrichtung, einem Membranelement und einem Ablauf gelöst, bei der die Druckerhöhungseinrichtung um eine Achse drehbar gelagert ist, so daß Zentrifugalkräfte zwischen Zulauf und Ablauf auf die Flüssigkeit wirken.

Die Verwendung einer um eine Achse drehbaren Druckerhöhungseinrich­ tung verhindert periodische Pumpbewegungen und erlaubt somit eine optimale Ausnutzung der eingesetzten Kraft. Die Leistung der Druckerhö­ hungseinrichtung ist durch die Variation der Drehzahl in weiten Bereichen einstellbar und kann somit optimal an die zur Verfügung stehende Kraft angepaßt werden. Dies ermöglicht den Betrieb der Vorrichtung mittels solarer Kraft erzeugender Anlagen.

Ein einfacher Aufbau der Vorrichtung wird dadurch erzielt, daß der Zulauf konzentrisch zum Membranelement angeordnet ist.

Gute Erfahrungen wurden mit einem Membranelement erzielt, das ein Hohlfaserbündel aufweist. Derartige Hohlfaserbündel haben sich in der Trinkwassergewinnung bestens bewährt. Diese Hohlfaserbündel werden vorzugsweise radial als Membranzylinder angeordnet, so daß die auf die Membranen wirkenden Zentrifugalkräfte die Membranen nicht aufeinander drücken.

Vorteilhaft ist es, wenn die Membranzylinder an einem Ende vorzugsweise im Schleudergußverfahren in Vergußharz eingeschlossen sind. Das Schleudergußverfahren bietet die Möglichkeit, die Enden des Hohlfaser­ membranbündels fest einzugießen. Bei der Verwendung von Endlos­ membranzylindern kann an einer Seite der Vergußmasse ein Hohlfaser­ austritt freigeschliffen werden.

Da die Qualität der Membranen häufig nicht so gut ist, daß beispielweise aus Meerwasser einwandfreies Trinkwasser erzeugt werden kann, wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung zwei hintereinander geschaltete Membranelemente aufweist. Diese Membranelemente sind vorzugsweise auf dem gleichen Rotationskörper angebracht, so daß mit einer einzigen Zentrifuge eine extrem hohe Qualität des Wassers erreicht werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Druckerhöhungseinrichtung tangential angeordnete Auslaßdüsen aufweist. Der Druckerhöhungseinrichtung wird in der Regel Salzwasser zugeführt und aufkonzentriertes Salzwasser und Reinwasser verläßt die Druckerhöhungseinrichtung. Sowohl der Reinwasserstrom als auch der Strom des aufkonzentrierten Salzwassers kann über tangentiale Düsen die Vorrichtung verlassen, so daß der im Flüssigkeitsstrom herrschende Überdruck seine Energie als Rückstoß an die Druckerhöhungseinrichtung weitergibt und somit die Drehung dir Druckerhöhungseinrichtung antreibt.

Um die auf die Druckerhöhungseinrichtung wirkenden Reibungskräfte möglichst weit zu minimieren, wird vorgeschlagen, daß die Drucker­ höhungseinrichtung in einem teilweise evakuierten Raum angeordnet ist. Hierbei wird vorgeschlagen, daß beispielsweise eine Wasserstrahlpumpen­ einrichtung zur Evakuierung des Raumes dient.

Zur weiteren Reibungsreduzierung wird vorgeschlagen, daß die Drucker­ höhungseinrichtung mit einer magnetischen Flüssigkeit abgedichtet ist. Um den von der Druckerhöhungseinrichtung auf das zu filtrierende Medium übertragenen Impuls zu nutzen, wird vorgeschlagen, daß die Druckerhö­ hungseinrichtung relativ zu einem sich radial nach außen konisch verjün­ genden ringförmigen Spalt beweglich angeordnet ist. Die Flüssigkeit kann sich somit in diesem Spalt sammeln, dort eine Ringströmung erzeugen und den Spalt mit erhöhtem Druck verlassen. Dadurch kann beispielsweise die gereinigte Flüssigkeit in einen höher gelegenen Tank gefördert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß die Druck­ erhöhungseinrichtung auf einem Magnetfeld gelagert ist. Eine weitere Ver­ besserung wird dadurch erzielt, daß als Antrieb für die Druckerhöhungs­ einrichtung ein Reluktanzmotor verwendet wird.

Im Hinblick auf eine optimale Energieversorgung wird die eingangs ge­ stellte Aufgabe durch eine nachführbare Fläche mit einem Tragaufbau ge­ löst, bei der der Tragaufbau im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellt ist. Die Verwendung eines Untergestells aus Kunststoff als Tragaufbau ermög­ licht eine kostengünstige Herstellung derartiger Vorrichtungen. Hierzu ist vor allem auch Kunststoffrecyclingmaterial einsetzbar, da die statische Be­ rechnung auch auf minderwertige Materialien ausgelegt werden kann.

Die nachführbare Fläche kann als Reflektor oder als Absorber ausgebildet sein. Als Reflektor dient eine Ebene oder eine fokussierende Spiegelfläche und als Absorber eine Fläche, die beispielsweise solare Energie in Elektri­ zität oder Wärme umwandelt.

Sofern die Fläche als Reflektor eingesetzt wird, wird vorgeschlagen, daß sie eine Aluminiumfläche aufweist.

Sofern die Fläche aus einem anderen Material als der Tragaufbau herge­ stellt ist, entstehen bei Temperaturunterschieden Spannungen zwischen den Materialien aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten. Derartige Spannungen werden erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß zwischen Tragaufbau und Fläche ein Flüssigkeitsfilm, vorzugsweise ein Ölfilm angeordnet ist. Während die adhäsiven Kräfte Tragaufbau und Fläche zusammenhalten, erlaubt der Flüssigkeitsfilm eine begrenzte relative Bewegung zwischen den Bauteilen.

Zur Nachführung der Fläche ist es vorteilhaft, wenn die Fläche um eine senkrechte Achse drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist die Fläche zu­ sätzlich um ihr oberes Ende schwenkbar am Tragaufbau gelagert. Dies er­ möglicht es, die Fläche optimal der Sonne nachzuführen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fläche um eine waagerechte Achse etwa in der Mitte der Fläche schwenkbar am Tragaufbau gelagert ist. Dies führt zu einer vereinfachten Mechanik und zu geringeren Hebelkräften.

Um eine Verstellung der Position der Fläche bei Windkräften zu ver­ hindern, wird vorgeschlagen, daß die Lagerung der Fläche selbsthemmend ausgebildet ist.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht eine Steuerung vor, die nach Eingabe von Uhrzeit, Datum und Breitengrad Stellglieder zur Ausrichtung der Fläche ansteuert. Sofern die Steuerung eine Uhr auf­ weist, können alle diese Daten einmal eingeben werden. Die Steuerung kann dann so programmiert sein, daß aufgrund dieser Daten zu jedem Zeitpunkt die optimale Ausrichtung angesteuert wird.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Problem ist die Wärmeübertragung. Bei­ spielsweise vom Ort der Wärmeerzeugung zum Ort der Wärmeverwendung aber auch zur Kühlung von Räumen und Kälteaggregaten. Hierzu werden üblicherweise Rohre verwendet, mittels denen ein Wärmeträgermedium, wie beispielsweise Wasser, an einem ersten Wärmetauscher erhitzt wird und an einem anderen Wärmetauscher wieder abgekühlt wird. Das Wärme­ tauschermedium wird hierbei im Kreis gefördert und benötigt somit einen hohen Aufwand an Leitungen und Pumpenergie.

Zur Versorgung autarker Gebäude wird erfindungsgemäß ein Rohr zur Wärmeübertragung vorgeschlagen, das ein erstes Ende aufweist, das mit einem den Rohrinhalt erhitzenden ersten Wärmetauscher verbunden ist und ein zweites Ende, das mit einem den Rohrinhalt abkühlenden zweiten Wärmetauscher verbunden ist. Dieses Rohr ist erfindungsgemäß ein abge­ dichtetes Gefäß, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, deren Siede­ temperatur zwischen den Temperaturen der Enden liegt. Vorzugsweise ist die Innenseite des Rohres mit einem Netz ausgekleidet. Dieses Netz führt zu Kapillarkräften, die die Flüssigkeit wieder zum warmen Ende zurück­ führen.

Bei großen Flüssigkeitsströmungen im Wärmeübertragungsrohr kann der aufsteigende Dampf die abfließende Flüssigkeit behindern und es wird daher vorgeschlagen, zwei getrennte geschlossene Röhren vorzusehen, so daß das abgedichtete Gefäß eine die Enden verbindende geschlossene Flüssigkeitsröhre und eine die Enden verbindende geschlossene Gasröhre aufweist.

In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Wärmetauscher ein Solarwärme­ kollektor und der zweite Wärmetauscher ein Wärmespeichertank. Dies er­ laubt es, mittels eines einzigen Rohres vor allem über kürzere Strecken die an einem Solarwärmekollektor erzeugte Wärme auf einen Wärmespeicher­ tank zu übertragen. Hierbei wird weiterhin vorgeschlagen, daß der erste Wärmetauscher Solarzellen aufweist, die wärmeleitend auf einem Kühler angeordnet sind, der Rippen aufweist und die Rippen des Kühlers die Flüssigkeit an den Solarzellen entlang leiten. Die Solarzellen werden somit gekühlt, um ihren Wirkungsgrad zu erhöhen und als Kühlmedium wird die im erfindungsgemäßen Rohr angeordnete Flüssigkeit verwendet.

Ein weiteres Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Rohres zur Wär­ meübertragung erschließt sich, indem als zweiter Wärmetauscher eine Fußbodenheizung verwendet wird. Das zweite Ende des Wärmeübertra­ gungsrohres kann hierzu in eine Bodenfläche eingebaut werden, um die Bodenfläche zu erwärmen. Weitere Anwendungen erschließen sich, wenn einer Wärmetauscher in einem Meer oder einem See angeordnet ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Zusatzaggregate zur Versorgung autarker Gebäude mit Energie und Trinkwasser sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigt,

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Umkehrosmose-Durchlaufzentrifuge,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Zentrifuge,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine selbstansaugende Durchlaufzentrifuge mit magnetischer Lagerung,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Durchlaufzentrifuge mit Reluktanz­ motor,

Fig. 4a eine schematische Darstellung zur Befestigung der Hohlfasermembranbündel in einem Radialborstenring,

Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf die in Fig. 4 gezeigten Blech­ pakete,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines nachführbaren Sonnenspiegels,

Fig. 7 eine Rückansicht des Sonnenspiegels nach Fig. 6,

Fig. 8 die Spindelmutter aus Fig. 6 im Detail,

Fig. 8a ein Detail zum Antrieb des Spiegels

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Strahlungsabsorbers,

Fig. 10 eine Frontansicht des Strahlungsabsorbers nach Fig. 9,

Fig. 11 eine Draufsicht auf ein Solarzellenmodul mit Kühler,

Fig. 12 eine Vorderansicht des Solarzellenmoduls nach Fig. 11,

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Fußbodenheizung,

Fig. 14 eine Darstellung eines Meerwasser-Wärmetauschers mit Wärmeleitrohr,

Fig. 15 einen gebäudeseitigen Wärmetauscher mit einem Wärmeübesr­ tragungsrohr,

Fig. 16 ein Verbindungselement zwischen zwei Wärmeübertragungs­ rohren,

Fig. 17 einen Schnitt durch eine Außenwand,

Fig. 18 eine schematische Ansicht eines Raumkühlers für Tropen­ lüfter,

Fig. 19 einen Tropenlüfter mit integrierter Kühlung,

Fig. 20 eine schematische Darstellung eines Raumluft-Wärmetausch- Systems,

Fig. 21 eine schematische Darstellung einer Wellenenergie-Hoch­ druckpumpe zur Trinkwassergewinnung,

Fig. 22 einen Solar-Einbauherd und einen Peltier-Kühlschrank,

Fig. 23 eine Klärboje mit Wellen-Belüftung und -Umwälzung.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen Umkehrosmose-Durchlaufzentrifugen. Diese Rotationsgeräte sind zur Trinkwassergewinnung aus Meerwasser über das Umkehrosmose-Verfahren konzipiert. Das angewendete Verfahren unter­ scheidet sich im Wesentlichen von herkömmlichen Verfahren, die eine Pumpe und einen anschließenden Filter einsetzen, dadurch, daß bei den Zentrifugen der Filter selbst in Rotation gesetzt wird. Bei einer geeigneten Drehzahl und der mitrotierenden Wassersäule kann dadurch der erforder­ liche Druck für einen osmotischen Filter aufgebaut werden. Diese Art der Druckerhöhung ist energetisch besonders wirkungsvoll, wenig verlustbe­ haftet und verschleißarm.

Die bisher energetisch als Verlust anzusehende Salzwasser-Konzentrat­ spülung (ca. 50% der Reinwassermenge) führt hier nicht zu einem ent­ sprechend erhöhten Leistungsbedarf und kann daher wesentlich verstärkt werden. Dies kommt der Lebensdauer und den Reinigungszyklen der Filter zugute. Desweiteren können nach dem vorgestellten Prinzip auch kleinere Anlagen für einzelne Haushalte oder Segeljachten usw. wirtschaftlich her­ gestellt und mit geringem Energie- und Wartungsaufwand betrieben werden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Grundversion einer Umkehrosmose- Durchlaufzentrifuge. Über einen Einlaßstutzen 1 erreicht das vorgefilterte Seewasser den rotierenden Teil und baut nach einer Füllphase bei konstanter Zufuhr das gestrichelt dargestellte stationäre Niveau 2 auf. Die gestrichelte Linie bildet eine der Drehzahl entsprechende Parabel. Durch mindestens zwei Speichen 3, 3', die als Rohe ausgebildet sind, gelangt das Salzwasser in die zwei abgeschlossenen und dichten Filterräume 4, 4', in denen sich ein Bündel aus Hohlfasern 5 befindet. Durch die Rotation und das Niveau 2 ist der Filterraum 4, 4' mit einem auch noch am kleinsten Radius ausreichenden Überdruck beaufschlagt, um das Salz­ wasser gegen den osmotischen Druck durch die Wände der Hohlfaser 5 zu befördern. Diese enden beidseitig in zusammen mit den Fasern gegossenen bzw. verklebten Abschlußplatten 6, 6'. Die hohlen Seelen der Fasern münden offen in den Innenbereich des Dichtringes 7, 7' und sind über die Auslaßöffnung 8, 8' mit dem drucklosem Außenraum 9 verbunden. Das in der Seele der Fasern fließende, gefilterte Reinigungswasser fließt somit durch die zwei Öffnungen 8, 8' in den drucklosen Außenraum 9 und bildet aufgrund seiner kinetischen Energie zwei tangential rotierende Wasser­ strahlen, die gegen die Wandung des abgeschlossenen Gehäuses 10 prallen. In der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Grundversion kommt das Wasser an der Gehäusewandung zur Ruhe und sammelt sich in dem Rein­ wasserbecken 11, wo es über den gezeichneten Stutzen 12 ausgelassen werden kann.

Das in den Filterräumen 4, 4' aufkonzentrierte Salzwasser fließt durch die Speichen 13, 13', die als Rohre ausgebildet sind, zurück zum Zentrum der Zentrifuge, wo es seine kinetische Energie und seinen Drehimpuls für die Rotation wieder zur Verfügung stellt. Das Salzwasser erreicht hierbei das radiale Niveau 14, dessen Radius ein wenig größer ist als der Radius vom Niveau 2. Dadurch bleibt der Durchfluß des Kondensats aufrecht erhalten und es kann durch die Auslaßöffnung 15 dem rotierenden System ent­ weichen. Ein Konzentratbehälter 16 fängt die Flüssigkeit auf und führt sie über einen Auslaßstutzen 17 ab.

Die Überlauföffnungen 18, 18' verhindern bei unregelmäßiger oder zu starker Salzwasserzufuhr ein zu weites Ansteigen des Niveaus 2. Eine überhöhte Salzwasserzufuhr wird dann zusammen mit dem Konzentrat über den Auslaßstutzen 17 abgeführt. Die unter dem Einlaßrohr 1 angeordnet, rotierende zentrale Verteilerplatte 19 ist gegen die Überlauföffnungen 18, 18' leicht erhaben, so daß im Normalbetrieb bei konstantem Zufluß kein Durchfluß durch diese Öffnungen 18, 18' stattfindet.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Zentrifuge wird mechanisch über die Welle 20 angetrieben und ist gegenüber den ruhenden (in der Figur dunkler dargestellten) Teilen mit zwei Kugellagern 21 und 22 geführt. Der Filterraum 4 hat die Form eines Torus und besteht aus zwei, mit zwei O-Ringen (nicht gezeigt) abgedichteten Halbschalen 23, 24, die druckdicht verschraubt sind. Dadurch können die Hohlfaserbündel 5 am Ende ihrer Lebensdauer durch Neue ersetzt werden.

Die beschriebene Grundversion der Umkehrosmose-Durchlaufzentrifuge eignet sich zur mechanisch, rotatorischen Wellenanbindung an Standard­ elektromotoren mit geeigneter Drehzahl und Leistung. Sie ist jedoch auch für Windräder geeignet, die mit einem Getriebe zur Aufwärtsübersetzung versehen sind.

Bei der erforderlichen hohen Umfangsgeschwindigkeit werden ein Teil der Gesamtverluste durch den Strömungswiderstand des Rotors gegenüber der Umgebungsluft verursacht. Die Fig. 3 bis 5 zeigen daher Ausführungs­ beispiele, bei denen der gesamte Rotor in einem Teilvakuum läuft. Dieses Teilvakuum liegt nicht unter ca. 100 mbar, damit der Siedepunkt von Wasser nicht erreicht wird. Die im Folgenden beschriebenen Durchlauf­ zentrifugen sind darüber hinaus selbstansaugend. Bei einem Unterdruck von 1000 mbar kann die Höhendifferenz zwischen Aufstellhöhe dbr Zentrifuge und dem Meeresspiegel etwa 9 Meter betragen. Eine Speise­ pumpe für die Zentrifuge ist somit nicht mehr notwendig. Nur zum An­ fahren muß zunächst eine geringe Menge an Wasser einlaßseitig zur Ver­ fügung gestellt werden.

Die in Fig. 3 gezeigte Zentrifuge ermöglicht die Förderung gegen einen ausgangsseitigen Überdruck, um zum Beispiel eine gewisse Förderhöhe überwinden zu können. Die bei der Zentrifuge nach Fig. 1 und 2 bisher ungenutzte kinetische Energie der zwei Reinwasserstrahlen, die den Rotor mit ihrer hohen, äußeren Umfangsgeschwindigkeit tangential verlassen, wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zur Druckerhöhung auf der Reinwasserseite verwendet.

Auf der Höhe des Filterauslasses 30 verläuft im ruhenden Gehäuse 31 komplett umlaufend eine Sammelrinne 32. Der in dieser Rinne befindliche Wasserring 33 wird durch die den Rohrrotor 34 tangential (da weitgehend drucklos) verlassenden Strahlen ständig angeschoben, so daß sich eine konstante Ringströmung einstellt. Über die Fliehkraft und die radiale Wasserringtiefe entsteht am größten Durchmesser des Rings ein Überdruck von einigen Bar. An dieser Stelle befindet sich die Austrittsbohrung 35 und das Reinwasser strömt an seinem engsten Querschnitt mit entspre­ chender Geschwindigkeit über den Stutzen 36 ins Freie. Im Bereich der Austrittsbohrung 35 befindet sich eine Entlüftungsbohrung, die zu einem Entlüftungsrohr 37 führt. Das Entlüftungsrohr arbeitet ähnlich einer Wasserstrahl-Pumpe und endet am Boden 38 des Gehäuses 31, um eitxe etwaige Wasseransammlung durch Spritzer innerhalb des Gehäuses 31 ab­ zusaugen und das Gehäuse auszupumpen.

Das Konzentrat muß nun ebenfalls eine Druckdifferenz von ca. 900 mbar relativ zum Innendruck innerhalb des Gehäuses 31 überwinden, um ins Freie zu gelangen. Dazu wird es mit dem Rohr 39 geeigneter Länge oder mittels einer Bohrung in einer Scheibe auf die erforderliche Umfangsge­ schwindigkeit gebracht. Ein Auffangbehälter 40 läßt das Konzentrat zur Ruhe kommen und es kann durch den Auslaßstutzen 41 in die Umgebung abfließen.

Das Salzwasser am Einlaß 42 sollte nicht in das obere Kugellager 43 gelangen. Sein Niveau wird mit der Überlaufbohrung 44 stabilisiert.

Die vakuumdichte, reibungsarme Drehdurchführung 45 der Antriebswelle 46 in das Gehäuse 31 besteht aus magnetischer Flüssigkeit, die über zwei Dauermagnetringe 47 mit radialer, entgegengesetzt gerichteter Magneti­ sierung im Spalt 45 gehalten wird. Über das magnetische Gehäusematerial und ein entsprechendes Wellenmaterial ergibt sich der gezeigte, ge­ schlossene Magnetkreis.

In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Variante gezeigt. Sie beseitigt das in den zuvor beschriebenen Varianten gezeigt Kugellager und eliminiert dadurch ein weiteres Verschleißteil. Außerdem hat diese Variante den Vorteil, daß das Reinwasser auf einen hohen Förderdruck gebracht wird, um beispielsweise einen hoch gelegenen Wassertank am Hang zu speisen.

Das durch den inneren Unterdruck angesaugte Meerwasser gelangt durch das zum Gehäuse dichte Einlaßrohr 50 in den rotierenden Verteilerraum 51. Über mindestens zwei Kanäle 52, die als Speichen oder auch als Bohrungen in einer Platte ausgebildet sind, erreicht das Meerwasser die erforderliche Umfangsgeschwindigkeit und damit zusammen mit der Wassersäule in den Kanälen 52 den nötigen Druck, um durch die Hohl­ fasermembranen 53 zum Reinwasserstahlrohr 54 zu gelangen. Dort aus­ tretend hält es die Reinwasser-Ringströmung in Gang, die einen ent­ sprechenden Ausflußdruck über eine Bohrung in den Reinwasserstutzen 56 hinein aufbaut.

Das Konzentratstahlrohr 57 verläuft leicht drehwinkelversetzt zum Stahlrohr 54 des Reinwassers aus dem Filterraum vor den Konzentrat­ wasserring 58. Die kinetische Energie des Konzetratwasserrings 58 wird ähnlich einer Wasserringpumpe zur Aufrechterhaltung eines Unterdrucks im Rotorgehäuse 59 verwendet, da am Konzentratauslaßstutzen 60 z. B. für den Rücklauf ins Meer ein großer Überdruck zur Umgebung benötigt wird.

Die Stahlrohre 54 und 57 können jedoch auch mit einer tangential zum Rotor angeordneten Düse versehen sein. Dies führt dazu, daß die Düse eine Kraft entgegengesetzt zur Auslaßrichtung auf den Rotor aufbringt und somit die Drehung des Rotors unterstützt.

Das Einbringen der Hohlfasermembranenden 53 im Rotor wird vorzugsweise über einen Radialborstenring 72 gelöst. Der Ring besteht aus einer inneren Bürsteneinfassung 73 und einem äußeren Epoxydharz­ schleudergußring 74. Die Hohlfasermembranbündel sind als Endlosmembranrohr aufgewickelt und werden auf der Seite der Bürsteneinfassung mittels eines Drahtringes 75 gehalten. Auf der Seite des Epoxydharzschleudergusses 74 ist ein Teil der aufgewickelten Membranen abgeschliffen, so daß parallelliegende offene Membranenden entstehen.

Bei der Verwendung eines derartigen Radialborstenringes gelangt der Rohwasserflüssigkeitsstrom an die Oberseite 76 und die Unterseits 77 des Membranbündels. Das Reinwasser dringt in die Membranen ein und verläßt an dem Hohlfaseraustritt 78 den Borstenring; während das aufkonzentrierte Salzwasser radial an den Seiten 76 und 77 entlangströmt und anschließend durch eine andere Austrittsöffnung (nicht gezeigt) den Radialborstenring verläßt.

Der Radialborstenring ist als Hohlfasermembranfiltereinsatz ausgebildet und als nachlieferbares Ersatzteil konzipiert. Die Borsten bestehen aus Polyamid und haben einen Durchmesser vor 100 bis 120 µm und der Innendurchmesser der Hohlfaser beträgt ca. 50 µm.

Der elektrische Antrieb des Rotors 61 ist im dargestellten Fall ein Reluktanz-Motor mit einem als Läufer ausgebildeten Blechpaket 62 aus weichmagnetischem Material. Der Läufer 62 kann jedoch auch aus (wie im Motorenbau üblich) Dauermagnetpolen bestehen. Hier ist jedoch die Regelung einer konstanten Magnetspaltbreite 63 zur Erhaltung der magnetischen Lagerung weitaus schwieriger.

In der Fig. 5 gezeigten Aufsicht wird die Antriebs- und Magnetlager­ funktion deutlich. Das gegenüberliegende Spulenpaar 64 im Bereich I wird gleichsinnig mit Strom beauftragt, so daß sich der Läufer aufgrund des geringsten magnetischen Widerstands wie gezeigt ausrichtet. Die im Spalt befindlichen gegenüberliegenden analogen Hallsonden 65, 65' im oder vor dem Statorblech-Rückschlußpaket 66 messen die magnetische Feldstärke in beiden Spalten. Aus der Differenz der beiden Spaltfeldstärken, die noch in Relation zu den jeweiligen Einzelspulenströmen gesetzt werden muß, wird eine Stellgröße für die betreffende Einzelspule abgeleitet, die mit ge­ eigneten Reglereigenschaften versehen die Magnetspaltbreite 67 konstant hält.

Die Hallsonden 65, 65' werden zusätzlich dazu benutzt, um bei Erreichen des max. Flusses den Motor zur nächsten Phase weiterzuschalten. Wird das Spulenpaar II aktiv und I abgeschaltet, so dreht sich der Läufer 62 entsprechend drehrichtungsmäßig definiert und mit Drehmoment, bis eben­ falls der gleiche Maximalfluß erreicht wird. Das Spulenpaar III schließt den Zyklus ab. Der im Lauf mittlere magnetische Gesamtfluß ist groß genug bemessen, um das Gewicht aller drehenden Teile zu tragen.

Für den Stand und im Falle eines Stromausfalls sind die Notlager 68 und 69 konzipiert. Sie können Gleit- oder wie dargestellt Kugellager sein. Die elektrische Steuerung 70 auf der Platine 71 kann so ausgelegt werden, daß bei Stromausfall zunächst die Generatorwicklung des Antriebs zum Erhalt der Stromversorgung genutzt wird, so daß der Rotor 62 erst bei einer niedrigen Drehzahl auf die Notlager 68 und 69 aufsetzt und dort zur Ruhe kommt.

In den Fig. 6 bis 8 ist ein nachführbarer Sonnenspiegel dargestellt. Die Spiegelplatte 80 ist aus einem verwindungssteifen und witterungsbestän­ digen Kunststoff ausgeführt, dessen Oberfläche aluminiumbeschichtet und versiegelt ist. Als Alternative kann auch eine polyesterbeschichtete Spiegelfolie aufgezogen werden. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Spiegelplatte 80 aus vorzugsweise recyceltem Kunststoff hergestellt ist. Auf diese Platte ist eine sehr dünne Aluminiumscheibe aufgelegt, die nur über einen Ölfilm an der Spiegelplatte 80 haftet. Spiegelplatte und Aluminiumplatte sind von einer Gummidichtung um­ rahmt, die eine relative Verschiebung zwischen Spiegelplatte und Aluminiumplatte verhindert und gleichzeitig unterschiedliche Wärme­ ausdehnungen, der aus verschiedenen Materialien hergestellten Platten, ermöglicht.

Die Spiegelplatte 80 ist vorzugsweise als Gitter hergestellt, auf dem eine Platte aufliegt. Gitter und Platte können auch einstückig hergestellt werden und sind aus Aluminium oder Kunststoff. Darauf liegt ein Spiegel aus verspiegelten Acrylglas oder einer dünnen, verspiegelten Glasscheibe. Die Befestigungspunkte 81, 82 und 83 zwischen der Spiegelplatte 80 und dem Tragrahmen 84 bilden ein größtmögliches Dreieck, um die Windstabi­ lität zu gewährleisten. Um die oberen Gelenklager 81 und 82 kann die Platte 80 durch einen Schrittmotor 85 über eine Spindelstange 86 und eine Spindelmutter 87 geschwenkt werden, wobei je nach Breitengrad der Ele­ vationswinkelbereich bis ca. 45° reichen muß. Ein Ausführungsbeispiel einer Spindelmutter ist in Fig. 8 genauer dargestellt.

Das Querrohr 88 ist mit einem Vertikalrohr 89 fest verbunden. Dieses Vertikalrohr trägt am unteren Ende einen Gehäusedeckel 90, in dem der Schrittmotor 85 drehbar befestigt ist. Am unteren Ende des Vertikalrohrs 89 ist ein Zahnrad 91 montiert und die gesamte Einheit, der zuvor be­ schriebenen Teile, wird anschließend auf ein im Boden verankertes Trag­ rohr 92 von oben her aufgesetzt und ist damit über das Traglager 93 und ein nicht gezeigtes unteres Lager im Azimutwinkelbereich drehbar.

In einem feststehenden Untergehäuse 94 ist ein zweiter Schrittmotor 95 mit einem Schneckenrad 96 montiert, das in das Zahnrad 91 eingreift.

Eine besonders günstige Art der Befestigung des Vertikalrohrs 89 auf einem Tragrohr 92 ist in Fig. 8a dargestellt. Über das Tragrohr 92 ist ein Zahnrad 91 mit dem Vertikalrohr 89 gestülpt. In diesem Vertikalrohr sind 6 Wälzlagerrollen 89a angebracht, die eine Rollreibung zwischen dem Vertikalrohr 89 und dem Tragrohr 92 ermöglichen. Das Zahnrad 91 des Vertikalrohrs 89 wirkt mit einem Schneckenrad 96 zusammen, das mit einem Schrittmotor 95 angetrieben wird.

Beide Getriebe 86, 87 und 91, 96 sind somit für die entsprechend genaue Ausrichtung hoch untersetzt und selbsthemmend, so daß Windböen keine Verstellung bewirken können. Die elektrischen Teile sind mittels Ab­ deckungen gegen Regen geschützt.

Die nicht gezeigt Steuerung muß die genaue Uhrzeit, das Datum, den Breitengrad und die momentane Spiegelposition kennen. Die Position ist über zwei Anschlagmikroschalter absolut bestimmt und wird dann über die Impulse und Feststellwinkel der Schrittmotoren relativ zur Nullposition inkremental gezählt. Als Anschlagmikroschalter dient ein Mikroschalter­ anschlag 97 für die Elevation und ein Mikroschalteranschlag 98 für den Azimut, der mit einem Anschlagstift 99 zusammen wirkt.

Autark arbeitende Spiegel können eine Prozessorsteuerung - z. B. auch mit eingebauter Funkuhr -, ein kleines Solarzellmodul mit Speicher zur Strom­ versorgung und eine Infrarotschnittstelle besitzen. Damit sind sie drahtlos auch an schwer zugänglichen Stellen montierbar und per Infrarotfernbe­ dienung für ihre jeweilige Aufgabe programmierbar.

Die Fig. 9 und 10 zeigen einen Strahlungswärmetauscher zum Heizen eines Wärmespeichers wie beispielsweise eine Warmwassertanks 100. Die Strahlung 101 der Sonne fällt auf eine glatte, geriffelte oder genoppte optisch schwarze Fläche 102 mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die als Strah­ lungsabsorber dient. Vorzugsweise wird schwarz eloxiertes Aluminium verwendet. Horizontale Stege 103 mit scharfen Kanten ergeben durch Mehrfachreflektion einen besseren Absorptionsgrad bei minimierter Luft­ konvektion. Eine vorzugsweise entspiegelte Doppelglasscheibe 104 isoliert die Absorberfläche zur Außenluft. Rückseitig ist eine beispielsweise senk­ recht gerippte Platte 105 rundum dicht aufgeschweißt und mit einem An­ schlußrohr 106 verbunden. Über eine Dichtung 107 ist an das Anschluß­ rohr 106 ein Wärmeleitrohr 108 angeflanscht. Am Wärmeleiter 108 sind Wärmetauscherscheiben 109 wärmeleitend befestigt, um die wirksame Oberfläche des Wärmeleitrohrs 108 zu vergrößern. Während das eine Ende des Wärmeleitrohrs mit den Wärmetauscherscheiben 109 im Warmwasser­ behälter 100 angeordnet ist, ist das andere Ende des Rohres außerhalb des Tanks mit dem Wärmetauscher verbunden. Am Durchtritt durch die Tank­ wand 110 ist auf der Tankinnenseite eine Wärmespeicherabdichtung 111 vorgesehen.

Das Wärmeleitrohr 108 und die gerippte Hohlplatte 105 sind z. B. bis zum Wasserstand 112 mit Wasser gefüllt und der Restinhalt wurde evakuiert bis keine Luft mehr im System ist. Der Restraum ist damit ausschließlich mit Wasserdampf gefüllt. In einem solchen Heat-Pipe-System stellt sich der Dampfdruck bei jeder Temperatur selbstregelnd so ein, daß diese Tempe­ ratur dem Siede- bzw. auch dem Kondensationspunkt entspricht. Kleinste Temperaturerhöhungen im Absorber 105 gegenüber dem Wärmetauscher 109 führen zu Dampfblasen 113 in der gerippten Hohlplatte 105 (Energie­ aufnahme) und zur Kondensation von Flüssigkeit 114 im Bereich des Wärmetauschers 109 (Energieabgabe). Damit können über eine kleine, leicht abzudichtende Durchführung durch die Tankwand 110 große Leistungen bei geringen Temperaturdifferenzen übertragen werden.

Soll innerhalb des Verdampfers 105 eine über die gesamte Fläche gleich­ mäßige Verdampfungstemperatur erreicht werden, so ist über die La­ mellengeometrie und die Füllmenge darauf zu achten, daß eine lokale Füllhöhe keinen größeren hydrostatischen Druck aufbaut, der die Ver­ dampfungstemperatur entsprechend in die Höhe treibt. Ein Zentimeter Füllstand entspricht etwa 1 mbar und dies etwa 1°C.

Das Wärmeleitrohr 108 kann auch so weit verlängert werden, daß der Ab­ sorber an der Außenwand eines Gebäudes anordenbar ist. Der Absorber ist dadurch leichter von Spiegeln anstrahlbar. Der Tankbehälter 100 kann auch auf einem Dach eines Gebäudes montiert sein. Dabei ist für eine gleichmäßige Temperaturverteilung das Wasser des Speichers umzuwälzen. Anstelle des Heat-Pipe-Systems kann auch Umlaufwasser direkt durch den Absorber 105 geleitet werden.

Bei teilweise bedecktem Himmel ist der solare Leistungsinput starken Schwankungen unterworfen. Hierbei - und auch nachts - ist das Heat-Pipe- System besonders vorteilhaft, da der Wärmetransport systembedingt nur in einer Richtung stattfindet und damit keine Wärmeenergie aus dem Speicher verloren geht. Durch die Bündelung über mehrere Spiegel ist die Absor­ berfläche kleiner auszulegen als bei herkömmlichen solaren Absorber­ flächen mit gleichem Leistungseintrag. Dies führt dazu, daß nach einer abgeschalteten Periode die Zeit, in der der abgekühlte Absorber über seine internen Wärmekapazitäten zunächst erst wieder auf Temperatur gebracht werden muß, entsprechend kürzer ist. Da der Absorber, solange er selbst erst auf Temperatur gebracht werden muß, keinen Wärmeeintrag in den Speicher liefert, verkürzt die Verwendung des Heat-Pipe-Systems die Ansprechzeit und steigert den Gesamtwirkungsgrad der Anlage bei wechselhaftem Wetter.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine Ansicht von oben und eine frontale Innenansicht eines Solarzellenmoduls mit Kühler. Dieses Solarzellenmodul ist dafür ausgelegt, bei einer gegebenen relativ teuren Zellenfläche über die Nachführspiegel ein Vielfaches an elektrischer Leistung zu gewinnen und gleichzeitig eine Warmwasseraufbereitung bereitzustellen.

Über ein Wärmeschutzglas 120 fällt die je nach Spiegelanzahl gebündelte Strahlung auf die Solarzellen 121, die wärmeleitend auf einem Kühler 122 angebracht sind. Dieser Kühler 122 besteht aus einem gerippten wärme­ leitenden Grundkörper. Der beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist. Die Rippen 123 des vorzugsweise aus Aluminium hergestellten Kühlers dienen dem Wärmetransport und der mechanischen Stabilität. Dies ist be­ sonders im Falle des Heat-Pipe-Einsatzes wegen des notwendigen Unter­ druckes vorteilhaft.

Der Weg der Kühlflüssigkeit ist über den Einlaß 124 bis zum Auslaß 125 derart gestaltet, daß alle möglichen Strömungswege die gleiche Länge und damit einen gleichen Strömungswiderstand besitzen. Damit wird eine lokale Überhitzung des Solarzellenmoduls vermieden. Der gezeichnete Grundkörper wird mit einer beidseitig abgekanteten Platte 126 abgedeckt und rundum verschweißt oder verklebt. Wird der Kühler als Heat-Pipe- Ende benutzt, reicht der obere Stutzen 125 alleine aus, um die Gasphase abzuführen und die Flüssigkeit einzulassen. In diesem Anwendungsfall stützen die Rippen 123 die Deckplatte 126 gegenüber dem äußeren Über­ druck ab. Der Vorteil der Heat-Pipe-Anwendung liegt in der gleich­ mäßigen Zellentemperatur und dem Wegfall einer Förderpumpe. Eine über die gesamte Fläche gleichmäßige Verdampfungstemperatur wird dann er­ reicht, wenn über die Lamellengeometrie und die Füllmenge im Betrieb lokal kein größerer hydrostatischer Druck aufgebaut wird.

Soll eine relativ hohe Wassertemperatur zur Warmwasserversorgung er­ reicht werden, empfiehlt sich der Einsatz neuerer spektral separierender Solarzellen, die einen geringen negativen Temperaturkoeffizienten besitzen und dadurch bei höheren Einsatztemperaturen weniger Wirkungsgradver­ lust zeigen.

Die Fig. 13 zeigt schematisch die wesentlichen Elemente einer elektrisch schaltbaren Fußbodenheizung nach dem Heat-Pipe-Prinzip. Ein Wärme­ tauscher 130 befindet sich zusammen mit dem unteren Ende des Heat-Pipe- Systems innerhalb eines flüssigen Wärmespeichermediums 131 eines nur durch eine Wand 132 angedeuteten Zentralspeichers. Durch diese Wandung 132 verläuft auf der jeweiligen Etagenhöhe eine wasserdichte Durchführung 133 des Heat-Pipe-Rohres. Dahinter befindet sich ein elektrisches Absperrventil 134 oder - aufwendiger - ein Stellventil mit einstellbarem Öffnungsquerschnitt. Eine Verbindungsbrücke 135 über­ brückt das Absperrventil 134. Diese Verbindungsbrücke ragt senkrecht auf und verhindert dadurch bei gesperrtem Ventil 134 das Einlaufen der inneren Flüssigkeit in den Wärmetauscherbereich 130. Sie ermöglicht aber eine Dampfströmung aus dem Wärmetauscherbereich 130 in ein Rohr­ system 136, 137. Dieses Rohrsystem besteht aus einem Verteilerrohr 136 und Heizrohren 137 die jeweils zur Wanddurchführung 133 leicht geneigt sind, damit das in den Rohren 136 und 137 entstehende Kondensat in den Wärmetauscherbereich 130 zurückfließen kann. Der in Fig. 13 einge­ zeichnete Pegelstand 138 zeigt die Füllmenge des Heat-Pipe-Systems und den Zustand bei eingeschalteter Heizung mit offenen Ventil 134.

Bei offenem Magnetventil 134 verdampft die Flüssigkeit im Heat-Pipe- Bereich des Wärmetauschers 130 und strömt selbständig in das Rohrsystem 136, 137. An den kühlsten Stellen des Rohrsystems kondensiert die ver­ dampfte Flüssigkeit und gibt ihre Kondensationswärme ab. Das Kondensat läuft dabei im unteren Teil der Rohrquerschnitte durch deren Neigung selbständig zurück zum Wärmetauscher 130. Ist das Ventil 134 hingegen geschlossen, so verdampft zunächst weiterhin die innere Flüssigkeit. Der Pegel 138 sinkt solange bis keine Flüssigkeit mehr im Heat-Pipe-Ende 130 vorhanden ist. Dabei kann der Dampf über den Bypaß 135 weiter in das Rohrsystem 136, 137 strömen und das Kondensat staut sich vor dem Ventil 134. Ist das Heat-Pipe-System im Bereich des Wärmetauschers 130 leer, so findet kein Wärmetransport mehr statt. Dies Fußbodenheizung ist abge­ schaltet.

Das Durchführungsrohr durch die Wandung 132 kann aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit (z. B. Edelstahl) bestehen. Das Rohr im Wärmetauscher 130 sollte einen hohen Wärmeleitwert haben und das Rohrsystem 136, 137 ist von der Materialwahl unkritisch, da hier däe gesamte Oberfläche relativ groß ist. Das Rohrsystem 136, 137 kann daher beispielsweise auch aus Kunstoff ausgebildet sein.

Durch Taktung des Ventils 134 mit variablem Tastverhältnis kann der Wärmefluß und damit die Heizung in weiten Bereichen eingestellt werden. Bezogen auf den Stromverbrauch ist ein kontinuierlich einstellbares Durch­ laufventil 134 sparsamer, da die stromverbrauchende Einstellung nur bei einer seltenen Heizleistungskorrektur erfolgen muß.

Die Heizrohre 137 können auch einzelne, separate und damit sekundäre Heat-Pipes sein, die mit einer wärmeleitenden Verbindung am Verteiler­ rohr 136 befestigt sind. Diese Lösung hat Montagevorteile und eine Gasundichtigkeit in einer der vielen Heizrohre 137 hat nicht den Ausfall der ganzen Fußbodenheizung zur Folge. Die wärmeleitenden Verbin­ dungen müssen dabei nur einen entsprechend der Anzahl der Heizrohre 137 kleinen Bruchteil der Heizleistung tragen.

Die Fig. 14 bis 17 zeigen ein weiteres Heat-Pipe-System, mit dem dem Meer, das einen quasi unerschöpflichen Wärmespeicher darstellt, im Winter sobald die Außentemperatur unter die Seewassertemperatur fällt Wärme entzogen und einem Gebäude zugeführt wird. Mit demselben System kann das Gebäude im Sommer je nach Bedarf auch gekühlt werden.

In Fig. 14 ist ein bevorzugtes Wärmetauschersystem 140 dargestellt, das am meerseitigen Ende eines Wärmeleitrohres 141 vorgesehen ist. Dieses Wärmetauschersystem 140 ist in einer Meerestiefe, in der der Seegang 142 keine starken Kräfte mehr entfaltet, auf Ständer 143 aufgestellt.

Das Wärmetauschersystem 140 besteht aus in Modulform je nach Leistungsbedarf erweiterbaren Wärmetauscherplatten 144. Diese Wärme­ tauscherplatten sind beispielsweise aus zwei - wie von Rolltreppen- Trittflächen her bekannten - übereinanderliegenden Aluminium-Rippen- Platten aufgebaut, deren innere Platte, nachdem die Rippen bis auf die Randrippen entlang der Endkanten etwas verkürzt wurden, eine große Kondensations- bzw. Verdampfungs-Oberfläche bildet. Außerdem halten die durch die Rippen gebildeten Kanäle dem Unterdruck von 1 bar stand. Die Platten sind noch mit zwei schmalen Kantenblechen geschlossen und rundherum gasdicht verschweißt. Die äußeren Rippen bilden eine große Oberfläche zum Meerwasser hin, so daß die Wege von den inneren Ober­ flächen durch das Material zu den äußeren Tauscherflächen kurz sind. Über die Lamellengeometrie und die Füllmenge ist darauf zu achten, daß eine lokale Füllhöhe keinen größeren hydrostatischen Druck aufbaut, der die Verdampfungstemperatur entsprechend in die Höhe treibt.

Die auf den Ecken hochkant hintereinander stehenden Platten 144 sind am oberen Eck über ein Dampfeinlass- bzw. auch -auslassrohr 145 verbunden. Dieses Rohr mündet horizontal oder leicht, aufwärts geneigt im Hauptrohr 141 und das Hauptrohr 141 führt zu einem Flansch 146. Das Hauptrohr 141 ist mittels einer Befestigungseinrichtung 147 am Festland befestigt, um das System zusammen mit den Ständern 143 zu stabilisieren. Die Platten 144 sind mit ihren unteren Ecken mit dem Hauptrohr 141 verbunden und das tiefstgelegene Ende des Hauptrohrs 141 ist zugeschweißt. An diesem Ende ist eine Tauchpumpe 148 vorgesehen, die samt Förderschlauchkabel und einem bis zum Rohrende laufenden Seil 149 durch das Hauptrohr 3 herabgelassen wurde und so gegebenenfalls von Land aus gewartet werden kann.

Das Hauptrohr 141 verläuft über Land mit einer thermischen Rohrisolation versehen zu einem Gebäude 150. Am Gebäude 150 mündet es in eine Ver­ zweigung 151 an einer unteren Hausecke. Auf Bodenhöhe um das Haus herum verläuft vorzugsweise in einem kleinen zugänglichen Bodensockel eine untere Primärheatpipe 152 aus wärmeleitendem Material mit Thermo­ isolation. Das Ende der Primärheatpipe 152 ist gegenüber der Ver­ zweigung 151 leicht erhöht. Eine gleichbleibende Neigung der Primärheat­ pipe 152 erleichtert das Abfließen von Kondensat. Von der Verzweigung 151 geht ein weiteres Rohr 153 entlang einer Hausecke bis zum Dach (nicht gezeigt) verläuft ebenfalls leicht geneigt als obere Primärheatpipe 154 ums Haus 150 zurück ins Steigrohr 153 und mündet an der Ver­ zweigung 155 ein. Der von der Tauchpumpe 148 kommende Förder­ schlauch 156 endet knapp hinter der höchsten Stelle 157.

In der oberen Schleife der oberen Primärheatpipe können noch weitere Wärmetauscher 158 hinzugefügt werden, die zum Beispiel einen Kaltwas­ serspeicher 159 bedienen oder es können kühlbare Tropenlüfter (siehe unten) angeschlossen sein.

Kleinere selbstständige Sekundärheatpipes 160 verlaufen in etwa gleichen Abständen senkrecht in den Außenwänden. Sie sind oben mit der oberen Primärheatpipe 154 und unten mit der unteren Primärheatpipe 152 zum Beispiel über einen wärmeleitenden Block verschraubt. Weitere Sekundär­ heatpipes 160 sind im unteren Geschoßboden und im Dach parallel ver­ laufend verlegt und beidseitig wärmeleitend mit der Primärheatpipe ver­ bunden.

Der Schnitt durch die Außenwand in Fig. 17 zeigt den Aufbau der Außenwände. Ähnlich ist auch die Dachisolation und die unterste Boden­ isolation ausgebildet. Hinter dem inneren Mauerwerk 161 liegt eine erste Isolationsschicht 162 mit anschließender wärmeleitender Folie 163, die zum Beispiel eine Aluminiumfolie sein kann. Darauf sind die Sekundär­ heatpipes 164 plaziert. Mit einer weiteren Folienschicht 165, die ebenfalls als Aluminiumfolie ausgebildet sein kann, und einer äußeren Isolation 166 sind die Sekundärheatpipes mit gutem Wärmekontakt zu den Folien über die Außenfassadenplatten 167 zum Beispiel klebend mit geringfügiger Vor­ spannung angedrückt.

Zur Montage wird nach dem Verlegen der Hauptrohre 141, 152 und 154 und dem Aufbringen der ersten Isolation 162, 163 die aufgerollte Meter­ ware der Sekundärheatpipes (zum Beispiel aus weichem Aluminium) abgelängt und beispielsweise um Fenster herum verlegt. Die Sekundärheat­ pipes werden anschließend am unteren Ende zugeschweißt, gedrückt oder verkappt und mit einer Verbindung 168 verschraubt, wobei das obere Ende 169 aller Sekundärheatpipes 160 aus der Verbindung 168 leicht heraus­ steht. Ein Beispiel einer derartigen Verbindung 168 ist in Fig. 16 darge­ stellt.

Nach kompletter Montage werden die offenen Enden 169 mit einem konischen Stößelwerkzeug leicht aufgeweitet und es wird die Ver­ dampfungsflüssigkeit eingefüllt. Eine Dichtungskugel, die beispielsweise aus Gummi hergestellt ist, wird auf die konische Erweiterung gelegt und ein Vakuumschlauch zum Evakuieren aufgesteckt. Eine Druckmesser zeigt den erreichten Siededruck an. Der Schlauch kann gelöst werden und die Gummikugel dichtet vorübergehend ab. Anschließend werden die Enden 169 mit Vergußmasse dauerhaft versiegelt. Ähnlich wird mit der Primär­ heatpipe 152, 154 verfahren, nur daß hier aus Wartungsgründen ein Eva­ kuierungsanschluß mit Handstellventil (nicht gezeigt) vorgesehen werden sollte.

Bei der Verwendung des Meeresheatpipesystems wird als Verdampferflüs­ sigkeit beispielsweise Wasser verwendet. Die Flüssigkeit wird bis zu dem in Fig. 14 gezeigten Füllstand 170 gefüllt, so daß die Wärmetauscher­ platten 144 innen gefüllt sind. Im Rest des Primärsystems inklusive der Gebäudeprimärrohre 152 und 154 stellt sich ein Dampfdruck ein, der der Meerwassertemperatur entspricht. Wird nun irgend ein Teil des Gebäude­ leitungssystems kälter als diese Temperatur, kondensiert dort der Dampf und gibt seine Kondensationswärme ab. Dadurch erwärmt er die be­ treffende Stelle wieder auf Meerwassertemperatur und läuft, da jede Stelle abfallend ist, zurück bis zum Füllstand 170. Gleichzeitig mit der Konden­ sation fällt der innere Druck leicht ab, da nach einer Kondensation weniger Dampf vorhanden ist, und dadurch siedet die Flüssigkeit innerhalb der Wärmetauscher 144, um erneut Dampf zur Verfügung zu stellen.

Der gleiche Vorgang findet innerhalb der Sekundärheatpipes 160 statt, wobei nur der untere Primärzweig 152 den Wärmetransport übernimmt, da nur hier die Flüssigkeit in den Sekundärheatpipes steht und zum Sieden gebracht werden kann. Die fast waagerechten Sekundärheatpipes haben ihre wärmste Stelle zum Verdampfen am tiefer gelegenen Ende, wo die innere flüssige Phase vorhanden ist. Die Wärmezufuhr findet an der Wandisolation statt und wird über die Folien 163 und 165 in dieser Schicht flächig verteilt. Die äußere Isolation 166 verhindert, daß die Verluste des Heatpipesystems bei Kälte und Wind zu stark ansteigen und damit die Temperatur der Folie 165 zu weit absinkt bzw. die Folie groß und kosten­ intensiv ausgelegt werden müßte. Die Dicke der inneren Isolation 162 bestimmt die Rest-Heizleistung der Gebäuderäume, da die Meeres­ temperatur - abzüglich der Verluste - meist nicht für eine gewünschte Innenraumtemperatur ausreichend ist.

Die gesamte Anlage arbeitet zum Heizen automatisch ohne bewegte Teile und dadurch wartungsfrei.

Während bisher die Heizleistung des Heatpipesystems beschrieben wurde, wird im folgenden die Kühlfunktion für einen Sommerbetrieb beschrieben. Wenn an heißen Sommertagen das Gebäude gekühlt werden soll, wird die Hauptpumpe 148 gestartet. Der Förderschlauch 156 füllt sich bis zum Ende 157 mit Flüssigkeit, wobei dessen inneres Gesamtvolumen zum Beispiel ca. 90% der Flüssigkeitsfüllung der Primärheatpipe beträgt. Dadurch sinkt der Pegel 170 soweit, daß fast die gesamte innere Tauscher­ fläche der Wärmetauscher 144 zur Kondensation zur Verfügung steht. Die Flüssigkeit tritt am Schlauchende 157 aus und läuft einmal in der oberen Primärheatpipe um das Gebäude herum. Zunächst wird sie schon vorher verdampft sein, aber im späteren Wärmestromgleichgewicht ist die Förder­ leistung für eine maximal benötigte Kälteleistung ausgelegt, so daß immer noch ein wenig Flüssigkeit durch das Hauptrohr zurückfließt.

Die gepumpte Flüssigkeit verdampft in der Schleife der oberen Primär­ heatpipe 154 und führt hier Wärme ab. Der Dampf strömt durch das Hauptrohr 141 in die Wärmetauscher 144 zurück, um innerhalb der Wärmetauscher zu kondensieren.

In den Sekundärheatpipes 160 der Außenwände ist nun die kälteste Stelle oben. Dies führt dort zur Kondensation und zum Herabrinnen von Flüssig­ keit und dadurch zur Wärmeabfuhr entlang der Gesamtlänge, wodurch der Kreisprozeß in Gang gehalten wird.

Die folgende Beispielsrechnung zeigt, welche Kälteleistung mit nur geringer Pumpleistung erreicht werden kann:
Zur Füllung wird Wasser verwendet (spezifische Verdampfungswärme 539 kcal/l bzw. 0,626 kWh/l).

Bei Förderung von einem Liter Wasser pro Minute ergibt sich eine Kälte­ leistung von 37 kW. Bei einer Pumpenförderleistung von 10 Metern Ge­ samthöhe werden 1,64 Watt benötigt. Bei ca. 20% Pump- und Motorwir­ kungsgrad ergeben sich 8 Watt elektrische Pumpleistung. Damit stehen mit ca. 8 Watt elektrischer Betriebsleistung 37.000 Watt Kälteleistung zur Ver­ fügung.

Zur Raumluftkühlung werden sogenannte Tropenlüfter vorgeschlagen.

Ausführungsbeispiele zeigen die Fig. 18 und 19. Die beschriebenen Lüfter können ohne schwierige bautechnische Veränderungen in Räumen angebracht werden. Ein möglicherweise mit einer Wärmeisolation versehe­ nes Hauptkühlrohr 180 - vorzugsweise eine Primär-Heat-Pipe - verläuft über den Raumdecken 181 von Raum zu Raum und endet zum Beispiel wie in Fig. 14 gezeigt, im Meer oder an einem größeren konventionellen Kälteaggregat.

Wärmeleitende Verbindungen 182 verzweigen einen Teil der Kälteleistung auf die schaltbaren Sekundär-Heatpipes 183, die durch ein Magnetventil 184 unterbrochen sind. Dieses Magnetventil 184 wird über einen aufragen­ den Bypaß 185 überbrückt.

Um Kondensation an den Wärmetauschern 186 und 187 zu vermeiden, ist das Magnetventil 184 elektrisch nur auf Durchgang schaltbar, wenn auch der Lüfter 188, 189 über den Motor 190, 191 angetrieben ist, so daß für eine Anströmung und ständige Belüftung der Tauscherflächen gesorgt ist.

Die Höhe des Bypasses 185 und das Volumen bzw. die Länge der Sekun­ där-Pipe 183 innerhalb der Verbindung 182 ist so bemessen, daß das Ventil 184 im geschlossenen Zustand die gesamte Flüssigkeitsfüllmenge als Kondensat zurückhalten kann. Damit ist der Wärmestrom unterbrochen.

Mit der Konstruktion nach Fig. 18 können bereits vorhandene Tropen­ lüfter nachgerüstet werden. Ein Wärmetauscher mit Kühlflächen 186 be­ findet sich hier im Luftstrom 191.

Eine effektivere und insgesamt materialsparendere Konstruktion zeigt die Fig. 19. Hier ist die Sekundär-Pipe 192 als gerades, festes Rohr ausge­ bildet, auf das zunächst der ruhende elektrische Teil des Lüftermotors 191 bis an die Decke aufgesteckt ist. Das angetriebene Motorenteil 193 ist zusammen mit der rohrmantelförmigen Terziär-Pipe 194 und den Lüfter­ flügeln 195 um zwei Kugellager 196, 197 um die Sekundär-Pipe drehbar aufgehängt. Die Flügel 195 sind innen hohl und vorzugsweise längs des Flügels gerippt und rundherum abgedichtet. Außen sind die Flügel mit Wärmetauscherflächen 187 versehen.

Die Terziär-Pipe 194 besteht aus den flüssigkeitsgefüllten Flügeln 195 und einem spiralförmig nach oben verlaufenden Kanal 198, der die Kondensa­ tionsoberfläche zur Verfügung stellt, für das Zurücklaufen des Kondensats sorgt und gleichzeitig einen effektiven Wärmetauscher zur Sekundär-Pipe ausbildet, da sich in dem engen Spalt zwischen der festen Sekundär-Pipe 192 und der drehenden Terziär-Pipe 194 eine Flüssigkeit, zum Beispiel eine Ölfüllung 199, als Wärmeleitverbindung befindet. Diese Füllung kann durch die nach unten hin geschlossene Konstruktion nicht auslaufen.

Eine Wärmeisolation 200 verhindert die Kondensation der Luft an den Geräteteilen, die eine nur geringe Umfangsgeschwindigkeit besitzen und somit unter Umständen nicht ausreichend belüftet werden.

Mit den beschriebenen Tropenlüftern wird bei sehr niedrigen Betriebs­ kosten dem Benutzer eine geräuscharme Klimatisierung eines Aufenthalts­ raums ermöglicht.

Die Fig. 20 zeigt eine direkte Raumluftkühlung oder Raumluftheizung über einen Meerwasserwärmetauscher. Hierbei wird die Raumluft selbst über einen im Meer angeordneten Wärmetauscher 210 im Umluftverfahren temperiert. Die Vorteile liegen in einer einfachen Konstruktion, da kein zweiter Wärmetauscher im Gebäude notwendig ist. Dadurch wird ein platzsparender nachträglicher Einbau möglich. Da der Lüfter im Außen­ bereich angeordnet ist, bleibt das Gebäude geräuschlos und es fällt kein Kondenswasser im Gebäude an.

Bei höherem Leistungsbedarf ist jedoch das in den Fig. 14 bis 17 gezeigte Heat-Pipe-System vorzuziehen, da die direkte Raumluftkühlung eine geringere Effizienz bezogen auf eine geforderte Wärmetransport­ leistung aufweist. Außerdem ist ein höherer Materialeinsatz und Strom­ bedarf im Betrieb notwendig.

Bei der in Fig. 20 gezeigten direkten Raumluftkühlung/-heizung wird die Innenluft 211 aus einem Gebäuderaum 212 über ein Abluftrohr 213 zu dem Wärmetauscher 210 geleitet, der sich in geeigneter Meerestiefe be­ findet. Das bei der Luftkühlung dort anfallende Kondenswasser 214 sammelt sich am tiefsten Punkt, dem Wärmetauscher-Luftaustritt 215 und fließt in das noch tiefer gelegene Gehäuse 216 ein. In diesem Gehäuse 216 trennt eine osmotische Filtermembran 217 den Innenraum von der Salz­ wasserumgebung. Die seeseitige Fläche des Membranfilters 217 befindet sich an der untersten Stelle des Gesamtsystems. Damit wird über den osmotischen Druck des salzfreien Kondensats und des salzhaltigen Meer­ wassers das Kondenswasser aus dem Luftsystem ohne Pumpen wartungs- und verschleißfrei entfernt. Der osmotische Förderdruck ist dabei weit größer als der Seewasser-Umgebungsdruck am Membranort, selbst wenn das Wärmetauschsystem 210 in größerer Tiefe eingesetzt werden soll. Bei zum Beispiel 5% Salzgehalt beträgt der osmotische Druck ca. 40 bar. Die gekühlte Luft mit einer geringeren absoluten Luftfeuchtigkeit gelangt über ein Rückstromrohr 218 zu einem Umluftventilator 219 und wird von dort zum Raumeinlaß 220 gefördert, der sich hier günstigerweise in der diagonal der Auslaßöffnung 221 gegenüberliegenden Raumecke befindet, um die Kühlung an allen Raum-Teilvolumina wirksam werden zu lassen. Eine geeignete Wärmeisolation 222 der Versorgungsrohre oder -schächte ist in Fig. 20 nur schematisch angedeutet.

Sofern das System ausschließlich zur Lufterwärmung eingesetzt wird - bei­ spielsweise um Frostgefahren abzuwenden - kann der osmotische Konden­ sat-Entferner 216 entfallen.

Zur Versorgung autarker Gebäude, die an Meerwasserküsten stehen, ist eine Trinkwasserversorgung notwendig. Diese kann wie oben beschrieben durch eine Umkehrosmose-Durchlaufzentrifuge erfolgen. Für kleinere Anlagen reicht jedoch auch die im Folgenden beschriebene mechanische Apparatur mit der mittels Wellenenergie süß- bzw. biologisch einwand­ freies Trinkwasser gewonnen wird. Bei der in Fig. 21 gezeigten Vor­ richtung ist an einem biegesteifen, um ein Lager 230 an einem fest­ stehenden Rohr 231 schwenkbaren Rohr 232 ein Auftriebskörper 233 montiert. Der Auftriebskörper 233 der einen Hohlkörper oder auch ein oder mehrere Fender darstellt oder aus einem geschlossenporigen Schaum­ stoffkörper besteht, ist in Form und Größe auf die ortsabhängige jährliche mittlere Wellenhöhe, -länge und -richtung abgestimmt. Ein flaches aber horizontal ausgedehntes Gebildet stellt die notwendige Auftriebskraft schneller zur Verfügung und erreicht dadurch bei kleiner Wellenhöhe mehr Hub als ein vertikal ausgerichteter dicker Körper. Die horizontale Ausdehnung muß jedoch wesentlich kürzer sein als der Abstand zur nächsten Welle, da sonst der Hub wiederum eingeschränkt wird. Außer­ dem bedingt ein horizontal ausgedehnter Körper eine stabilere Gesamt­ konstruktion gegenüber Torsionskräften. Liegt eine im Wesentlichen bekannte Wellenrichtung vor, kann der Körper auch eine flache, quer zur Wellenrichtung längliche Gestalt besitzen, da dann ein Wellenkamm über seine Länge her besser nutzbar ist.

Am Schwenkrohr 232 ist über ein Gelenk 234 ein Zylinder 235 befestigt, in den ein Kolben 236 eingreift, der über ein Gelenk 237 an dem fest­ stehenden Träger 231 montiert ist. In dem Zylinder 235 befindet sich zum Beispiel das Einlaßventil 238 und in dem Kolben 236 das Auslaßventil 239, die beide als Kugelventile angedeutet sind. Kolben 236 und Zylinder 235 sind für den Hochdruckeinsatz entsprechend abgedichtet.

Über einen Vorfilter 240 und einen Schlauch 241 erreicht das Salzwasser das Einlaßventil 238. Der Vorfilter kann am Schwimmkörper 233 montiert sein. Dies hat durch seine Bewegung gegenüber dem Umgebungswasser den Vorteil einer Art Selbstreinigung. Da hier jedoch die Gefahr besteht, daß Blasen angesaugt werden, die durch ihre Kompressibilität die Funktion der Pumpe beeinträchtigen, ist als zweite Möglichkeit eine Aufstellung am Meeresboden gestrichelt in Fig. 21 eingezeichnet.

Der Hub der Pumpe (235, 236) kann über den Hebelarm bzw. die Position des Zylindergelenks 234 an dem Schwenkrohr 232 festgelegt werden. Die Auftriebskraft des Schwimmkörpers wirkt über den Hebelarm als ver­ größerte Kraft auf den Arbeitskolben 236. Über seinen Querschnitt kann dann der Förderdruck bestimmt werden. Die Umkehrosmose zur Reinwas­ sergewinnung aus Salzwasser mit beispielsweise 6% Salzgehalt benötigt etwa 50 bar Förderdruck. Die Fördermenge pro Zeit ergibt sich aus der mittleren Wellenhöhe des jeweiligen Seegangs und dem zeitlichen Abstand der Wellen am Ort des Auftriebskörpers 233.

Wird die dargestellte Konstruktion zum Beispiel ohne osmotischen Filter allgemein für eine wellenkraftgetriebene Wasserförderung eingesetzt, so kann je nach Auslegung des Querschnitts von Kolben 236 und Zylinder 235 auch eine große Fördermenge bei kleinerem Förderdruck erreicht werden.

Das auf Druck gebrachte Seewasser erreicht über einen flexiblen Schlauch 241 den Zufluß 242 einer handelsüblichen Filterpatrone 243 und verläßt drucklos oder für eine vertikale, weitere Förderung mit dem benötigten Überdruck als Reinwasser den Filterauslaß 244. Die aufkonzentrierte Salz­ lösung tritt am Auslaß 245 aus und kann ins Meer zurückfließen. Die Menge der aufkonzentrierten Salzlösung relativ zum Reinwasser kann über einen einstellbaren Öffnungsquerschnitt des Auslasses 245 erfolgen. Sie bestimmt - leider gegenläufig - einerseits die energetischen Verluste und andererseits die notwendigen Spül- und Reinigungsintervalle des osmoti­ schen Filters.

Die gesamte Konstruktion ist am Rohr 231 befestigt und dieses Rohr steckt in einer eingemauerten Führungshülse 246 und ist damit für Wartungs­ arbeiten oder die Vorfilterreinigung über einen Schwenkvorgang von Land her erreichbar oder auch aufbaubar. Das Stützrohr 231 wird im Betrieb von dem Arretierstift 247 fixiert.

Bei einer Richtung der Wellenfront quer zur Küste bzw. quer zum Schwenkrohr treten durch die zyklische, horizontale Strömungskomponente der Wasserwellen in ihrer Ausbreitungsrichtung erhebliche Torsions- Wechselkräfte auf das Ständerrohr 231 auf. Die drei Lagerstellen 234, 237 und 245 werden ebenso belastet. Zum Abfangen dieser Kräfte greift der Arretierungsstift 247 in das Ende einer geeigneten Torsionsfeder 248 ein. Das andere Ende ist mit der drehbaren Gesamtkonstruktion im Rohr 231 verbunden. Damit wird der Auftriebskörper 233 immer wieder über die Feder 248 in seine Null-Position zurückgeführt.

Eine Haube 249 schützt die Konstruktion weitgehend vor Gischt und Witterungseinflüssen.

Ein Ausführungsbeispiel für einen vom Stromnetz autark betreibbaren Herd- und Kühlschrank ist in Fig. 22 schematisch dargestellt.

Die Energie für den Herd 250 kommt von einer nicht gezeichneten Spiegelgruppe und ist durch die Strahlen 251 angedeutet. Beim Einschalten einer Kochplatte 252 mit dem Leistungsstellglied 253 fährt ein erster Nachführspiegel (nicht gezeigt) auf eine Position, die es ermöglicht, Strahlungsenergie in den Bereich des Fensters 254 zu leiten. Dieses Fenster 254 ist bei Aufstellorten in niedrigeren Breitengraden vorteilhaft in der nordseitigen Außenwand 255 eines Gebäudes (nicht gezeigt) eingebaut.

Die planen Einzelsegmente einer Herdspiegelplatte 256 bündeln das Licht 251 auf die Unterseite der Kochplatte 252. Dieser Herdspiegel 256 kann ebenso eine kontinuierliche, parabolisch gekrümmte Oberfläche besitzen, wobei ein verschmierter Brennfleck sicherheitstechnische Vorteile bietet. Die Kochstellen 252 und 257 können auch aus einen Ceranglasfeld be­ stehen, das eine entsprechend strahlungsabsorbierende Unterseitenbe­ schichtung aufweist.

Die über den Leistungssteller 253 - hier mechanisch angedeutet - horizontale Verstellmöglichkeit einer Rückstrahlplatte 258 ermöglicht die gewünschte Einstellung der Heizleistung an der zugehörigen Kochstelle 252. Der Rückstrahler 258 ist an seiner Unterseite verspiegelt und leicht gewölbt, so daß der rückläufige Strahlengang in etwa dem Hinlaufenden entspricht. Damit wird bei Köcheln im Teilleistungsbereich eine unge­ wünschte Erwärmung des Ofenraumes vermieden.

Der Ofenraum ist wie gewohnt über die Ofenklappe 259 erreichbar und kann nach Herunterklappen des Segmentspiegels 256 wie üblich zum Garen und Backen benutzt werden, da dann die Strahlung weniger konzentriert, aber durch Zuschalten weiterer Spiegel erhöhbar auf entsprechend absorbierende Innenflächen des Ofenraumes fällt.

Sind die dem Sonnenstand nachgeführten Spiegel in geeigneter Entfernung und Abstand nebeneinander plaziert, so ergeben sich über den versetzten Strahlengang die Positionen der jeweils zugeordneten Kochstellen 252 und 257. Eine leichte Verzerrung in Form und Größe der Leuchtfläche, die durch die Lichtbündelung unter den Kochstellen entsteht, kann durch ge­ eignete Absorberflächengeometrien abgefangen werden.

In der in Fig. 22 dargestellten Küchenzeile ist auch ein Kühlschrank 260 eingezeichnet, der elektrisch betrieben, zum Beispiel das in den Fig. 14 bis 17 beschriebene Meeres-Heat-Pipe-System effektiv nutzen kann. Eine Wärmetauschfläche 261 innerhalb des Kühlschranks ist über Pelltier- Elemente thermisch gut leitend mit der von dieser Höhe aufsteigenden Sekundär-Heat-Pipe 262 verbunden. Bei einem Solarhaus bietet sich eine günstige Niederspannungs- und Gleichstromversorgung der Pelltierele­ mente an. Ist die elektrische Kühlung nur zeitweise eingeschaltet, so führen die Pelltierelemente 263 Wärme vom Innenraum 264 ab und bringen damit in der Heat-Pipe 262 die Verdampfungsflüssigkeit zum Sieden, die nach ihrer Kondensation selbständig zum Siedeort zurückläuft.

Ist dagegen die Stromzufuhr unterbrochen, was zur Regelung der Innen­ raumtemperatur des Kühlschranks notwendig ist, so kann die innere Flüssigkeit im Wärmeleitrohr 262 nicht zirkulieren, da am oberen Ende der Leitung 262 keine Flüssigkeit zur Verdampfung vorhanden ist. Dadurch wird dem ansonsten entsprechend wärmeisolierten Kühlschrank in den stromlosen Schaltphasen keine weitere Wärme zugeführt, wie es zum Beispiel bei einem üblichen Luft-Wärmetauscher mit Ventilator der Fall wäre.

Effizienzsteigernd für das gezeigte System kommt hinzu, daß eine für die Pelltierelemente 263 gerade in den Sommermonaten niedrige Stütztempera­ für vorliegt, da die durch die Meeres-Heat-Pipe erzeugte Temperatur unterhalb der Außenlufttemperatur liegt. Außerdem ist die Temperatur­ differenz zwischen den beiden Pelltierelementseiten geringer als es bei einem noch so leistungsfähigen Luftkühler der Fall wäre. Infolge der Heat- Pipeanbindung arbeitet das Kühlgerät ohne bewegte Teile lautlos und ver­ schleißfrei.

Als weiteres Element der autarken Hausversorgung ist in Fig. 23 eine Kläranlage dargestellt.

Das Abwasser 270 gelangt zunächst in ein bekanntes Mehrtonnensystem 271, in dem die festen Bestandteile verflüssigt werden und eine Vor­ klärung stattfindet. Das vorgeklärte Abwasser erreicht über ein Rohr 272 und einen unter Wasser gelegenen flexiblen Schlauch 273 den Einlaß­ stutzen 274 einer Klärboje 275. Der dargestellte halbkugelförmige Hohlkörper 276 kann auch aus einer Tonne oder einem für Bojen üblichen Hohlkörper bestehen.

Den im Betrieb gefüllten Hohlkörper hält ein Auftriebskörper 277 über Wasser oder die Wandung des Hohlkörpers besteht aus einem Auftriebs­ material oder einer Doppelwandung. Die Klärboje 275 ist am Grund über eine flexible Verbindung 278 so verankert, daß die Verbindung Tiedenhub und Seegang zuläßt, aber eine Straffung der Zuführschläuche 273 und 279 verhindert.

Das zu klärende Abwasser 270 wird über einen flexiblen Luftschlauch 279 am Einlaß 274 mit Sauerstoff versorgt, indem eine Luftpumpe 280 den nötigen Überdruck und den erforderlichen Volumenstrom erzeugt. Die auf­ steigenden Luftblasen 281 fördern zusätzlich die Umwälzung des Klärwas­ sers, die mit mehreren Hohlschaufeln 282 dadurch in Bewegung gehalten wird, daß deren Strömungswiderstand mit der Anströmrichtung stark variiert. Die Bewegung des Klärwassers gegenüber den Hohlschaufeln 282 wird durch den Wellengang und die Massenträgheit des Klärwasser­ volumens erreicht. Dadurch entsteht neben den lokalen Turbulenzen an den Schaufelrädern auch eine gezielte Umwälzung der gesamten Flüssigkeit.

Ein vorzugsweise teiltransparenter Deckel 283 kann Sonnenlicht einwirken lassen. Das Klärwasser wird über die Gewässertemperatur durch die Wandung des halbkugelförmigen Hohlkörpers 276 im Sommer und im Winter temperiert. Das Volumen der Klärboje bestimmt die Dauer des Klärprozesses bzw. die Zeit zum bakteriellen Abbau der Abfallstoffe. Mehrere Auslaßöffnungen 284 führen zu dem hier ringförmigen bio­ logischen Rasen 285, der wie in einem üblichen Bodenkörper-Filterschacht die letzte Stufe der Abwasserklärung übernimmt. Dabei hilft die Wellenbe­ wegung, das Abwasser gleichmäßig über den Filterboden zu verteilen.

Der Auslaß 286 zur See kann derart gestaltet werden, daß ein Eindringen von Seewasser vermieden wird, die Belüftung ihren Weg ins Freie findet und das geklärte Abwasser bei neuerlicher Abwasserzufuhr in das Ge­ wässer austreten kann.

Zur Belüftung der Klärboje ist eine einfache, durch Wellengang ange­ triebene Pumpe dargestellt, die aus einem zylinderförmigen feststehenden Gehäuse 287 besteht, in dem ein Schwimmkolben 288 entsprechend des Wellengangs eine Hubbewegung ausführt. Mit ihm ist ein kleinerer Kolben 289 verbunden, der die Führung verlängert und den benötigten Druck generiert. Dieser Kolben 289 ist so ausgelegt, daß er im Hubraum 290 bei seiner Aufwärtsbewegung Kraft entfaltet und damit Kompression erzeugt. Dadurch wird ein Teil des Luftvolumens in den Luftschlauch 279 ge­ schoben. Ein Einlassventil 291 und ein Auslassventil 292 ergeben die in Pfeilrichtung dargestellte Pumprichtung.

Entstehen aufgrund der Abwasserzusammensetzung und der bakteriellen Zusammensetzung genügend brennbare Gase (z. B. Methangas), so kann es sinnvoll sein, diese zusammen mit der Belüftungsluft über einen weiteren Schlauch zum Land zurück zu führen und sie in einer Trennanlage zu separieren. Dazu kann der Auslass 268 derart gestaltet werden, daß über einen Siphon die flüssigen Bestandteile ihren Weg ins Freie finden, ein Gas mit geringem Überdruck jedoch zurückgehalten wird. Das erzeugte Gas kann bei entsprechender Zwischenspeicherung zum Kochen, insbesondere in der Nacht oder an bedeckten Tagen, verwendet werden.

Die Fig. 24 zeigt ein Gesamtsystem, bei dem die bisher beschriebenen Komponenten auf optimale Art und Weise angeordnet sind, um ein an einer Meeresküste gelegenes Gebäude zu versorgen. In der Mitte des Gebäudes ist ein zentraler Wärmespeicher A, der auch gleichzeitig das Warmwasserreservoir bilden kann, plaziert. Dieser Wärmespeicher erhebt sich bis knapp unter das Dach. Dieser "Wasserturm" kann im Gegensatz zu Speichern im Freien thermisch nur mit geringem Aufwand isoliert sein, da seine Wärmeabgabe nicht als Verlust anzusehen ist sondern die minimale, tatsächlich auch benötigte Heizleistung für alle Räume des Gebäudes zusammen darstellt. Sein Standort ist daher, was die Über­ brückungsdauer von kalten und strahlungsarmen Zeiten angeht, ideal.

Die Speichertemperatur kann in einem weiten Bereich von ca. 25-70°C variieren wobei eine hohe Temperatur im Winter zur Überbrückung von bedeckten Wetterperioden angestrebt wird, wenn die erhöhte oberflächen­ bedingte Wärmeabgabe auch gewünscht ist.

Über einen Strahlungsabsorber (B) wird die für die Beheizung des zentralen Wärmespeichers (A) benötigte Strahlungsenergie eingekoppelt. Dieser Strahlungsabsorber ist in einem Lichtschacht der leicht trichter­ förmig ins Freie verläuft angeordnet. Zwischen Absorber und Außenluft ist eine Glasscheibe installiert um die Wärmeleitung der Absorberfläche zur Außenluft zu minimieren. Dieser Strahlungs-Wärmetauscher (B) ist vor­ zugsweise am unteren Ende des Wärmespeichers (A) plaziert, damit durch freie Konvektion des flüssigen Speichermediums, sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Speichers einstellt.

Die direkte Sonnenstrahlung wird über mehrere, dem Sonnenstand nach­ führbare ebene Spiegel (S) je nach Bedarf auch teilgruppenweise ganztägig wirksam auf den Absorber (B) zur Temperaturerhöhung oder zur Strom­ wandlung auf elektrische Solarpanele (C) gespiegelt. Die Überlagerung der Strahlung durch mehrere Spiegel und die so erhöhte Leistungsdichte der Strahlung am Ort der Energiewandlung führt zu einer kleinen, kosten­ günstigen Absorberfläche mit kleineren Abmessungen und zu einem besseren Wirkungsgrad der Energiewandlung bei hoher Speichertemperatur und niedrigen Außentemperaturen.

Die Siegel können auch auf einen solaren Einbauherd (J) zum Kochen aus­ gerichtet werden oder sie dienen nur zur Aufhellung von nordseitig orientierten Räumen durch sonniges Fensterlicht.

Um den Wärmespeicher (A) bis in einen niedrigen Temperaturbereich herunter regelbar nutzen zu können, sind raumbezogene, großflächige Fußbodenheizungen (D) vorgesehen, die über zu und abschaltbare Wärme­ leitrohre die Wärmekapazität des Zentralspeichers anzapfen. Damit können die einzelnen Raumlufttemperaturen unabhängig voneinander geregelt werden.

Ein Kaltwasserspeicher (E) ist über eine längere Heat-Pipe (F) mit dem in einiger Tiefe des Sommers wie Winters relativ mittelmäßig moderat temperierten Meerwassers verbunden. Das Wärmeleitrohr (F) transportiert im Winter Wärme in den Kaltwasserspeicher (E) hinein und im Sommer umgekehrt Wärme aus ihm heraus, so daß die Temperatur vom Speicher (E) in etwa konstant auf Meerwassertemperatur (ca. 17°C, je nach Breitengrad) gehalten wird ohne jeglichen Energieverbrauch zum Heizen oder Kühlen (außer ein wenig Heat-Pipe-Pumpleistung im Sommer), wenn die Verdampfung innerhalb der Heat-Pipe auf dem oberen Niveau erfolgt.

Dieses Temperaturniveau wird auch über weitere Wärmeleitrohre (G) in das Dach und die Außenwände des Gebäudes von innen betrachtet hinter die Wärmeisolierung bzw. in die Fassade selbst geleitet. Damit beschränkt sich die benötigte Heizleistung, die dem Wärmespeicher (A) im Winter entnommen werden muß, beträchtlich, da bei z. B. 21°C Innenraum­ temperatur nur noch eine Temperaturdifferenz weniger Grade vom Innen­ raum über die Isolation zur Außenwand aufrecht zu erhalten ist - selbst bei außenseitigem Frost. Im Sommer hingegen kann durch die moderate Kühlung der Außenwände eine weitgehend kondenswasserfreie Klimati­ sierung des Gebäudes erreicht werden, da die Außenwände ständig belüftet sind. Zusätzlich kann zur Innenluftkühlung und Reinigung der Kaltwasser­ speicher (E) herangezogen werden, indem im Umluftverfahren die Raum­ luft durch das Kaltwasserreservoir geperlt wird.

Der Kaltwasserspeicher (E) kann in Bezug auf seine Wärmekapazität klein gehalten werden. Er muß nur Pausen in der Meerwasserentsalzung und Stoßbelastungen des Wasserverbrauchs abfangen. Die Fläche der Solar­ panele (C) kann ebenfalls klein und dadurch preiswert gehalten werden, wenn sie über die Nachführspiegel mit einem Vielfachen der Solar­ konstante beaufschlagt werden. Hierzu müssen die Solarpanele (C) mit Kühlwasser aus dem Reservoir (E) gekühlt werden. Die Abwärme bzw. das erwärmte Kühlwasser kann in den Zentralspeicher (A) geleitet werden. Das Wasserniveau vom Kaltwasserspeicher (E) liegt über dem Niveau vom Speicher (A). Damit erübrigen sich Umwälz- und Förderpumpen. Es müssen nur noch entsprechende Magnetventile geschaltet werden. Sind diese Ventile von bistabiler Bauart kann der Stromverbrauch auf ein Minimum gesenkt werden.

Das Sommers wie Winters relativ temperaturkonstante, gebäudeseitige Ende der Meeres-Heat-Pipe kann auch zur Wärmeabfuhr eines elektrisch be­ triebenen Kühlschranks (J) mit Pelltierelementen verwendet werden. Des weiteren wird vorgeschlagen diese Meeres-Heat-Pipe bei Bedarf zur direkten Kühlung der Raumluft über einen Tropenlüfter (M) zu ver­ wenden.

Zur Meerwasserentsalzung und Trinkwassergewinnung sind je nach Standort unterschiedliche Umkehrosmoseanlagen vorgesehen. Die Anlage (H), überträgt die zyklisch aufwärtsgerichtete, starke Auftriebskraft eines Schwimmkörpers auf eine Kolbenpumpe, um den osmotischen Druck zu erzeugen. Der Süsswasserausgang wird direkt mit dem Kaltwasserspeicher (E) verbunden, wobei dessen Niveau ohne Probleme einige zehn Meter höher über dem Meer liegen kann, da dies nur einen Differenzdruck von einigen bar zur Folge hat.

Darüber hinaus speißt den Kaltwasserspeicher (E) zusätzlich eine Durch­ laufzentrifuge (L), die über einen schnell rotierenden Ringfilter mit Hohlfasermembranen den erforderlichen osmotischen Filterdruck über innere Fliehkräfte aufbaut.

Windräder (N) dienen der Stromgewinnung und zur direkten Süsswasser­ gewinung über die beschriebene Meerwasserentsalzungszentrifuge.

Claims (28)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten mit einem Zulauf, einer Druckerhöhungseinrichtung, einem Membranelement und einem Ablauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungs­ einrichtung um eine Achse drehbar gelagert ist, so daß Zentri­ fugalkräfte zwischen Zulauf und Ablauf auf die Flüssigkeit wirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf konzentrisch zum Membranelement angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranelement ein Hohlfaserbündel aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranelement radial angeordnete Membranzylinder aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Membranzylinder an einem Ende vorzugsweise im Schleudergußverfahren in Vergußharz eingegossen sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei hintereinandergeschaltete Membranelemente aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungseinrichtung tangential angeordnete Auslaßdüsen aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungseinrichtung in einem teilweise evakuierbaren Raum angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Wasser­ strahlpumpeneinrichtung, die der Evakuierung des Raumes dient.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungseinrichtung mit einer magnetischen Flüssigkeit abgedichtet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerhöhungseinrichtung relativ zu einem sich radial nach außen konisch verjüngenden ringförmigen Spalt beweglich angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch ein Magnetfeld, auf die Druckerhöhungseinrichtung gelagert ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch einen Reluktanzmotor, der die Druckerhöhungsein­ richtung antreibt.

14. Nachführbare Fläche mit einem Tragaufbau, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Tragaufbau im wesentlichen aus Kunststoff herge­ stellt ist.

15. Nachführbare Fläche nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche einen Reflektor aufweist.

16. Nachführbare Fläche nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche einen Absorber aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine Aluminiumfolie aufweist.

18. Nachführbare Fläche nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Tragaufbau und Fläche ein Flüssig­ keitsfilm, vorzugsweise ein Ölfilm, angeordnet ist.

19. Nachführbare Fläche nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche um eine senkrechte Achse drehbar gelagert ist.

20. Nachführbare Fläche nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche um eine waagerechte Achse etwa in der Mitte der Fläche schwenkbar am Tragaufbau gelagert ist.

21. Nachführbare Fläche nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Fläche selbst­ hemmend ausgebildet ist.

22. Nachführbare Fläche nach einem der Ansprüche 14 bis 21, gekenn­ zeichnet durch eine Steuerung, die nach Eingabe von Uhrzeit, Datum und Breitengrad Stellglieder zur Ausrichtung der Fläche ansteuert.

23. Rohr zur Wärmeübertragung mit einem ersten Ende, das mit einem den Rohrinhalt erhitzenden ersten Wärmetauscher verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit einem den Rohrinhalt abkühlenden zweiten Wärmetauscher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ein abgedichtetes Gefäß ist, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, deren Siedetemperatur zwischen den Temperaturen der Enden liegt.

24. Rohr nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das abgedichtete Gefäß eine die Enden verbindende geschlossene Flüssigkeitsröhre und eine die Enden verbindende geschlossene Gasröhre aufweist.

25. Rohr nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher ein Solarwärmekollektor ist und der zweite Wärmetauscher ein Wärmespeichertank.

26. Rohr nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher Solarzellen aufweist, die wärmeleitend auf einem Kühler angeordnet sind, der Rippen aufweist, die die Flüssigkeit in den Solarzellen entlangleiten.

27. Rohr nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Wärmetauscher als Fußbodenheizung aus­ gebildet ist.

28. Rohr nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Wärmetauscher im Meer oder einem See ange­ ordnet ist.