DE202010009179U1

DE202010009179U1 - Solarthermische Anlage

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Publication number: DE202010009179U1
Application number: DE202010009179U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2020-06-18

Abstract

Solarthermische Anlage (1),
mit einem Pufferspeicher (2), einem mit dem Pufferspeicher (2) verbundenen geschlossenen Röhrensystem (3), einer Pumpe (4), zur Förderung eines Trägermediums durch das Röhrensystem (3), einem im wesentlichen vertikal ausgerichteten Ständer (5) sowie mindestens einem im wesentlichen horizontal ausgerichteten Hohlkörper (6), wobei der Hohlkörper (6) drehbar um eine Achse (8) zumindest mittelbar an dem Ständer (5) angeordnet ist, und
das Röhrensystem (3) teilweise innerhalb des Hohlkörpers (6) angeordnet ist, einer Sonnenlicht reflektierenden Fokussiereinrichtung (7), welche einfallendes Sonnenlicht auf den Hohlkörper (6) zur Erwärmung des Trägermediums fokussiert,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlkörper (6) mit einem wärmeleitenden Material (9) ausgefüllt ist, welches das Röhrensystem (3) zumindest teilweise umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine solarthermische Anlage zur Nutzung, insbesondere Speicherung von Wärme aus Sonnenenergie, umfassend einen über ein Röhrensystem mit einem Pufferspeicher verbundenen Wärmetauscher, auf welchen Sonnenlicht fokussiert wird.
Aus der DE 10 2007 044 063 A1 sowie DE 10 2008 009 477 A1 sind solarthermische Anlagen bekannt, die Rohre aufweisen, die in einem bestimmten Bereich als Wärmetauscher fungieren. Dieser bestimmte Bereich ist direkt, ggf. unter Einbindung einer Fokussiereinrichtung, oder indirekt der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Die so erwärmten Rohre sorgen dafür, dass ein durch sie gefördertes Trägermedium sich an den Rohrinnenwänden erwärmt. Diese auf das Trägermedium übertragene und in diesem gespeicherte Wärme gelangt über das Röhrensystem in einem Pufferspeicher, in welchem die Wärme auf z. B. Brauchwasser übertragen wird. Nach dem zitierten Stand der Technik ist innerhalb einer solarthermischen Anlage einzig und allein das Material des Röhrensystems dafür vorgesehen, sich durch das Sonnenlicht zu erwärmen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine solarthermische Anlage bereit zu stellen, die eine effizientere Nutzung der Sonnenenergie ermöglicht.
Die sich auf die solarthermische Anlage bezogene Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Oberfläche des Wärmetauschers zu vergrößern wodurch sich die durch das Sonnenlicht eingebrachte Wärme gleichmäßiger verteilen kann. Der Wärmetauscher wird dabei durch einen metallischen Hohlkörper gebildet, durch den das Trägermedium-fördernde Röhrensystem mäanderförmig verläuft. Der Hohlraum der sich zwischen den Außenwänden des Röhrensystems und der Innenwand des Hohlkörpers bildet ist dabei mit einem wärmeleitenden Medium ausgefüllt. Wärmeleitend meint in diesem Zusammenhang auch gleichzeitig eine wärmespeichernde Eigenschaft.
Dieser Aufbau des Wärmetauschers hat zum Vorteil, dass das beispielsweise über einen Parabolspiegel fokussierte Sonnenlicht über eine größere Oberfläche geführt werden kann. Somit können unterschiedliche Bereiche des Wärmetauschers mit Sonnenlicht bestrahlt werden, was zu einer gleichmäßigen Erwärmung des gesamten Wärmetauschers führt.
Diese Möglichkeit der unterschiedlichen Positionierung des fokussierten Sonnenlichts wird durch eine Fokussiereinrichtung ermöglicht, wie z. B. einem Parabolspiegel, welche elektromotorisch sowohl horizontal als auch vertikal verschwenkt werden kann. Für eine optimale Ausrichtung der Fokussiereinrichtung bezüglich des Sonnenstrahl-Einfallwinkels sorgt dabei eine mit einem Lichtsensor verbundene Steuereinheit. Um den Wärmetauscher gleichmäß zu erwärmen, kann das fokussierte Sonnenlicht entsprechend einem in der Steuereinheit abgespeicherten Verlauf folgen. Hierbei sind unterschiedlichste Szenerien denkbar, wie von einem Anfangspunkt A auf der Oberfläche des Wärmetauschers zu einem Endpunkt B gelangen kann. Entweder von A nach B im Rahmen einer gleichförmigen Hin- und Herbewegung oder von A nach B, wobei von A nach B in einem schnelleren Tempo verfahren wird. Auch Schlangenlinien-förmige Verläufe zwischen A und B können zum Einsatz kommen.
In den Zeichnungen 1–3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer solarthermischen Anlage,
2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 gezeigten Hohlkörpers und
3 einen Querschnittsansicht des Hohlkörpers aus 2.
1 zeigt schematisch die Darstellung einer solarthermischen Anlage (1), wie Sie beispielsweise in Ein- oder Mehrfamilienhäusern zur Anwendung kommen kann. Die solarthermische Anlage (1) besteht im Wesentlichen aus einem dem Sonnenlicht ausgesetzten Wärmetauscher (6) und einem entfernt von diesem liegenden Pufferspeicher (2). Wärmetauscher und Pufferspeicher (2) sind dabei mit einem geschlossenen Röhrensystem (3) verbunden, durch welches ein Trägermedium, wie z. B. ein Thermoöl, mittels einer Pumpe (4) gefördert wird. Das im Wärmetauscher erwärmte Trägermedium gelangt über den über die Pumpe erzeugten Kreislauf zum Puffer (2) in dem die im Trägermedium vorhandene Wärme gespeichert wird.
Der Wärmetauscher wird durch einen zylinderförmigen, metallischen Hohlkörper (6) gebildet und weißt in der speziellen Anwendung einen Durchmesser von x mm sowie eine Länge von x mm auf. Innerhalb des Hohlkörpers (6) verläuft das aus Kupferrohren bestehende Röhrensystem (3) mäanderförmig, so dass mehrere Schlaufen entstehen. Diese Schlaufen ermöglichen es, dass das Trägermedium eine längere Strecke innerhalb des Wärmetauschers zurücklegt. Für eine gute Wärmeleitung bzw. guten Wärmeübergang zwischen Röhrensystem (3) und Hohlkörper (6) sorgt ein wärmeleitender offenporiger Metallschaum (9) auf Aluminiumbasis, der den zwischen Röhrensystem (3) und Hohlkörper (6) gebildeten Hohlraum vollständig ausfüllt. An seinem einen Ende ist der Hohlkörper (6) mit einer Endkappe (13) wärmeisolierend verschlossen. An seinem anderen Ende wird der Hohlkörper (6) von einer Verbindungsmuffe (12) aufgenommen, welche drehbar um eine Achse (8) an einem Ständer (5) angeordnet ist. Der Ständer (5) wiederum kann beispielsweise auf dem Dach eines Hauses befestigt sein. Der Ständer (5) ist ebenso wie der Wärmetauscher und die Verbindungsmuffe (12) hohl ausgeführt, so dass das Röhrensystem (3) gegen Außeneinflüsse geschützt innerhalb des Ständers (5) verlaufen kann. Dabei wird das Röhrensystem (3) in diesem Bereich durch elastische Hydraulikschläuche (10) gebildet, die eine Rotation des Hohlkörpers (6) gegenüber dem feststehenden Ständer (5) ermöglichen. Die Verbindungsmuffe (12) besitzt in einer besonderen Ausführungsform eine zweite Aufnahme für einen zweiten Hohlkörper (6). Vorteilhafterweise fluchten dabei die Mittelachsen dieser beiden Hohlkörper (6).
Von der Endkappe (13) erstreckt sich ein erster Träger (14) an dem eine Sonnenlicht reflektierende erste Fokussiereinrichtung (7) drehbar um eine Achse (11) angebracht ist. Die als Parabolspiegel ausgeführte Fokussiereinrichtung (7) dient dazu Sonnenlicht als gebündelten Lichtstrahl auf den Wärmetauscher bzw. die Oberfläche des Hohlkörpers (6) zu reflektieren.
Für den oben erwähnten zweiten Hohlkörper erstreckt sich von der Verbindungsmuffe (12) ein zweiter Träger (14,) an dem eine weitere zweite Fokussiereinrichtung (7) drehbar angeordnet ist. Das Verschwenken bzw. Drehen des Hohlkörpers (6) um die Achse (8) sowie das Verschwenken der Fokussiereinrichtung (7) um die Achse (11) wird mittels Elektromotoren (15) realisiert. Die Elektromotoren (15) stehen mit einer Steuereinheit (17) sowie einer Spannungsversorgung (18) über Leitungen (16) in Verbindung. An der Fokussiereinrichtung (7) ist ein Lichtsensor (19) angebracht, der ebenfalls mit der Steuereinheit (17) in Verbindung steht. Die Steuereinheit (17) wertet die von dem Lichtsensor (19) empfangenen Informationen aus und sorgt dafür, dass die Elektromotoren (15) so angesteuert werden, dass die Fokussiereinrichtung (7) optimal bezüglich des Sonneneinfallswinkels ausgerichtet wird.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit (17) derart eingestellt werden, dass die Position sowie die Verweildauer des auf den Hohlkörper (5) fokussierten Sonnenlichts variabel vorgebbar ist. Dadurch wird gewährleistet, dass der Hohlkörper (6) immer gleichmäßig über seine für den Lichtstrahl gesamte erreichbare Oberfläche erwärmt wird. Dabei kann der Lichtstrahl entweder einer Pendelbewegung (hin- und her) folgen oder nach dem Durchfahren einer Strecke wieder von vorne beginnen.
2 zeigt den Abschnitt A des Hohlkörpers (6) in einer vergrößerten Version. Am äußeren Umfang ist ein Glaskörper (23) dargestellt, der aufgrund seiner nicht so hohen Erwärmung gegenüber dem Metallmantel (22) bzw. Hohlkörpers (6) vor Verbrennung bei Montagearbeiten oder Brandgefahr durch herabfallendes Laub schützt. Im inneren des Metallmantels (22) verlaufen einzelne Kupferrohre des Trägermedium fördernden Röhrensystems (3). Der sich zwischen Metallmantel (22) und Rohrsystem (3) bildende Hohlraum ist mit einem offenporigen Metallschaum (9) ausgefüllt.
3 zeigt eine Querschnittsansicht des Wärmetauschers (6). Die einzelnen Rohre des Röhrensystems sind dabei so angeordnet, dass der Abstand zwischen den Rohren untereinander als auch der Abstand der Rohre zur Innenwand des Metallmantels (22-9) ungefähr gleich ist.
Bezugszeichenliste

1: solarthermische Anlage
2: Pufferspeicher
3: Röhrensystem
4: Pumpe
5: Ständer
6: Hohlkörper/Wärmetauscher
7: Fokussiereinrichtung/Parabolspiegel
8: Achse
9: Wärmeleitendes Medium/Metallschaum
10: Hydraulikschläuche
11: Achse
12: Verbindungsmuffe
13: Endkappe
14: Träger
15: Elektromotor
16: Leitungen
17: Steuereinheit
18: Spannungsversorgung
19: Lichtsensor
20: Überdruckventil
21: Druckausgleichsbehälter
22: Metallmantel
23: Glasrohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007044063 A1 [0002]
DE 102008009477 A1 [0002]

Claims

Solarthermische Anlage (1), mit einem Pufferspeicher (2), einem mit dem Pufferspeicher (2) verbundenen geschlossenen Röhrensystem (3), einer Pumpe (4), zur Förderung eines Trägermediums durch das Röhrensystem (3), einem im wesentlichen vertikal ausgerichteten Ständer (5) sowie mindestens einem im wesentlichen horizontal ausgerichteten Hohlkörper (6), wobei der Hohlkörper (6) drehbar um eine Achse (8) zumindest mittelbar an dem Ständer (5) angeordnet ist, und das Röhrensystem (3) teilweise innerhalb des Hohlkörpers (6) angeordnet ist, einer Sonnenlicht reflektierenden Fokussiereinrichtung (7), welche einfallendes Sonnenlicht auf den Hohlkörper (6) zur Erwärmung des Trägermediums fokussiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6) mit einem wärmeleitenden Material (9) ausgefüllt ist, welches das Röhrensystem (3) zumindest teilweise umschließt.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Röhrensystem (3) innerhalb des Hohlkörpers (6) mäanderförmig verläuft.
Solarthermische Anlage (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Material (9) ein Metallschaum ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (5) hohl ausgeführt ist und das Röhrensystem (3) durch den Ständer (5) in den Hohlkörper (6) geführt ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Röhrensystem (3) im Bereich des Ständers (5) durch elastische Hydraulikschläuche (10) gebildet ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (7) schwenkbar um eine Achse (11) angeordnet ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (6) an seinem oberen Ende eine Verbindungsmuffe (12) aufweist, welche zumindest ein Ende eines Hohlkörpers (5) teilweise aufnimmt.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des einen Hohlkörpers (5) mit einer Endkappe (13) wärmeisolierend verschlossen ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (7) als Parabolspiegel ausführt ist und an einem sich von der Endkappe (13) erstreckenden Träger (14) schwenkbar angeordnet ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Träger (14) zur Halterung einer zweiten Fokussiereinrichtung (7) an der Verbindungsmuffe (12) angeordnet ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fokussiereinrichtung (7) ebenfalls als Parabolspiegel ausgeführt ist, wobei der Durchmesser des zweiten Parabolspiegels kleiner, vorzugsweise etwa ein Drittel kleiner, als der des ersten Parabolspiegels ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (6) und die Fokussiereinrichtung (7) um Ihre jeweiligen Achsen (8, 10) jeweils mittels eines Elektromotors (15) verschwenkt werden.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (11) über Leitungen (16) mit einer Steuereinheit (17) sowie Spannungsversorgung (18) in Verbindung stehen, durch welche die Elektromotoren (15) angesteuert werden.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) unter Einbindung eines ihr zugeordneten Lichtsensors (19) dafür sorgt, dass die Fokussiereinrichtungen (7) optimal bezüglich Sonneneinfallswinkel und Sonnenstand ausgerichtet ist.
Solarthermische Anlage (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Position sowie die Verweildauer des auf den Hohlkörper (5) fokussierten Sonnenlichts durch die Steuereinheit (17) variabel vorgebbar ist.