DE2330700A1

DE2330700A1 - Verfahren und vorrichtung zur ausnuetzung meteorologischer strahlungsstroeme

Info

Publication number: DE2330700A1
Application number: DE2330700A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-16
Publication date: 1974-01-10
Also published as: US4073284A; JPS4957434A; DE2330701A1; ES428402A1; FR2237142B1; FR2237142A1; BR7304640D0; AU5712673A; SE402343B; IN139818B; GB1442334A; DE2330700C2; CA1040498A; DE2330701B2; EG12215A; JPS4957433A; FR2237143B1; US4015583A; FR2237143A1; ES416224A1

Description

Nikolaus Laing, 7141 Aldlnqen bei Stuttgart

, ■ /u ■ ^r ■ U₊, λ -* Dr. W. PFEIFFER

Verfahren und Vorrichtung zur Auenutzung PATENTANWALT meteorologischer Strahlungsströme

TELEFON 333626

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung von Wärme durch Aufnahme und/oder zur Abstrahlung von Sonnenenergie im infraroten Bereich des Spektrums. .

Es sind sowohl Schichten, die das Sonnenlicht stark absorbieren und im Infraroten ein geringes Emissionsvermögen haben, als auch Schichten, die das Sonnenlicht reflektieren und im Infraroten emittieren, bekannt. Solche Schichten werden einerseits in Sonnenenergie-Kollektoren als sogenannte" superschwarze" Schichten oder in sonnenenergieabweisenden Vorrichtungen als sogenannte "superweisse" Beschichtungen verwendet.

Es ist bekannt, solche Beschichtungen zur Erwärmung von Wasser für Heizzwecke zu verwenden. Die gewinnbare Wärme aus dem Sonnenlicht ergibt sich aus folgender Gleichung: · ■ ' *

.N = S-R-I,

• 2

wobei N die Nutzleistung, S die Energieeinstrahlung/m und see aufgrund

der Solarkonstante, R die Reflektion/m und see und I die Abstrahlung im

2 '

infraroten Bereich/m und see bedeuten.

Der Betrag für R wird sumso kleiner, je grosser der Absorptionskoeffizient der Beschichtung für das Sonnenlicht ist. Der Betrag für I dagegen steigt proportional mit dem Absorptionskoeffizient im Infraroten und mit T , wobei T die absolute Temperatur ist. .

Hieraus ergibt sich, dass Wasserspeicher , deren Beschichtung physikalisch schwarz ist, einen schlechten Wirkungsgrad haben, denn R ist zwar sehr klein, I nimmt jedoch mit zunehmender Wassertemperatur stark zu und erreicht In der Gegend dee Siedepunktes dee Wassers den Wert von S. Bei dieser Temperatur »!Ho EiHNtralilmiß um! lanffwellitfe Htlcketrnltfuiifl im Qleiohtfowioht· Dia tfo-

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wünschten Temperaturen sind bei Wasserspeichern für Haushältszwecke in der Regel nur 40 oder 50 . Bei diesen niederen Temperaturen aber lassen sich nur'geringe Energiemengen bei gegebenem Volumen des Speichertankejs speichern, denn die Speicherfähigkeit des Wassers steigt.proportional mit der Temperatur. Dies ist der Grund, weshalb mit Wasser als Wärmespeicher mit sehr schlechten "Wirkungsgraden zu rechnen ist.

Die Erfindung bezweckt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme durch Aufnahme von Sonnenenergie und/oder Kühlung von Räumen durch Abstrahlung im infraroten Bereich des Spektrums, bei der die Wärmeaufnahme oder -abstrahlung durch die Beschichtung mit weit höherem Wirkungsgrad erfolgen kann, was bedeutet, daß mit gleichgroßen, der Sonne exponierten Oberflächen weit mehr Energie gewonnen oder abgestrahlt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe bedient sich die Erfindung eines Speichers., der Energie nicht in Form fühlbarer Wärme, sondern in Form von latenter ■Wärmespeichert. , ·

Erfindungsgemäss werden dabei Latentspeicher-Subetanzen eingesetzt, deren Kristallisationstemperatur mit der gewünschten Prozesstemperatur, z.B. der Temperatur des Wassers, bei Wassererhitzern zusammenfällt. Hierdurch wird die Temperatur des Kollektors wesentlich herabgesetzt und betriebsmassig auf einem konstanten Wert gehalten, der weit unterhalb der bisher üblichen Temperatur liegt. Dadurch ist der Betrag von I wesentlich kleiner als bei Verwendung von bekannten Vorrichtungen dieser Art, worauf der grössere Wirkungsgrad zurückzuführen ist.

Die Erfindung sieht weiter vor, den Sonnenkollektor mit einer Beschichtung zu versehen, die im^ Frequenzbereich des Sonnenlichts sich im wesentlichen wie ein schwarzer Körper verhält, die also eine möglichst grosse Absorption aufweist, während sie die langwellige Strahlung weitgehend nicht emittiert. Derartige Schichten lassen sich beispielsweise dadurch verwirklichen, dass in an sich bekannter Weise die Kollektoroberflächen mit einer Reihe von Schichten versehen werden, von denen mindestens eine in ihrer Schichtdicke in einem vorgegebenen VerhüUnie (z. B. 1/4) zur mittleren Wellen-

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länge des Sonnenlichtes steht. Hierdurch erfolgt eine Absorption der Sonnen- ■. strahlung, während die Infrarotstrahlung, deren Wellenlänge um mehr als eine Zehnerpotenz grosser ist, reflektiert wird. Da die Abstrahlung umso geringer wird, je grosser die Reflexion ist, wird dadurch I der obigen Gleichung weiter verringert.

Die inverse Ausnutzung meteorologischer Strahlungsströme besteht in der Abstrahlung von Energie im Infraroten zu Kühlzwecken. In diesem Fall wird · gemäss der Erfindung die abzustrahlende Energie -S durch Latentspeicher ge-..speichert , deren Kristallisationstemperatur mit der gewünschten Prozesstemperatur, z. B. der Temperatur einer Raumdecke, zusammenfällt. Hier gilt die Beziehung

wobeiiA der Emissionskoeffizient und T die absolute Temperatur ist. Aus dieser Gleichung ergibt sich, dass jegliche Unterkühlung des Speichers zu einer starken Herabsetzung des Energiestromes -S führt. Durch die Verwendung einer Latentspeichermasse nach der Erfindung tritt eine Unterkühlung im Betrieb nicht mehr ein-, so dass ständig die optimalen Abstrahlungsverhältnisse gegeben sind. In der Regel wird man derartige Einrichtungen zur Kühlung von Räumen verwenden. Dies bedeutet, dass die am Tage eingestrahlte, unerwünschte Wärme möglichst niedrig gehalten werden soll. Physikalisch schwarze Oberflächen aber verhalten sich hinsichtlich der Abstrahlung zwar extrem günstig, hinsichtlich der Aufheizung durch Sonnenlicht jedoch extrem ungünstig. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung zur Verbesserung des Effektes vor, Beschichtungen zu verwenden, die im Frequenzbereich des Sonnenlichtes möglichst gut reflektieren, während sie im langwelligen Bereich gut emittieren. Hierfür eignen sich wiederum aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzte Schichten, insbesondere metallische Spiegel, die mit einer Glasemaille-Schicht oder auch mit einer Kunststoffschicht überzogen sind» sofern der Beschichtungswerkstoff im langwelligen Bereich hohe Absorption aufweist. So haben sich sowohl glasklare Emailleüberzüge als auch PTFE- · Beschichtungen als vorteilhaft erwiesen. Als Spiegelwerkstoffe eignen sioh insbesondere oxidfreie AluminiumflHchen. '■

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Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Figur 1 zeigt in einem. Diagramm die Absorptionskurve einer superweissen Beschichtung nach der Erfindung,

Figur 2 zeigt in einem Diagramm die Absorptionskurve einer superschwarzen Beschichtung nach der Erfindung,

Figur 3 zeigt teils in perspektivischer Ansicht und teils im Schnitt eine als Dachplatte ausgebildete Vorrichtung nach der Erfindung.

Figur 4 zeigt teils in perspektivischer Ansicht und teils im Schnitt eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung.

Figur 5a zeigt teils in perspektivischer Ansicht und teils im Schnitt

eine Dachplatte zum Kühlen, ^;

Figur 5b zeigt eine Einzelheit der in Figur 5a dargestellten Platte,

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung ähnlich der in Figur 5a dargestellten die auch zum

Kühlen des darunter befindlichen Raumes vorgesehen ist.

Die Figur 7a zeigt teilweise in perspektivischer Ansich und teilweise im Schnitt eine Ausführungsform nach der Erfindung, die zum Heizen geeignet ist·

Die Figuren 7b bis 7d zeigen in Ausschnitten Einzelheiten der in Figur 7a dargestellten Vorrichtung.

Figur 8 zeigt in perspektivischer Ansicht und im Schnitt eine Ausführungsform nach der Erfindung, die zum Heizen oder zum Kühlen geeignet ist.

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Figur 9 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung teilweise in perspektivischer Ansicht und teilweise im Schnitt, bei der die Wärmeleitung einstellbar variabel ist.

Figur 10 a bis 1Od zeigen Einzelheiten der in Figur 9 dargestellten Vorrichtung.

Figur 1 zeigt das spektrale Profil einer Schicht, die aus einer im langwelligen Bereich opaken, das Sonnenlicht aber durchlassenden Schicht, z.B. Spezialglas oder Folie aus Fluorpolyäthylen und einer darunter angeordneten Metallschicht, die die Sonnenstrahlung weitgehend reflektiert, besteht,

Figur 2 zeigt das spektrale Profil einer Schicht, die aus einer Magnesiumfluoridschicht, einer sehr dünnen Siliziuindioxidschicht, einer Siliziumschicht, einer Siliziumnitridschicht und einer Goldschicht besteht.

Figur 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer als Dachplatte aufgebauten Vorrichtung nach der Erfindung, die aus einer dem Innenraum zugewandten Wand 5, einer Speichermasse 10 mit einer Kristallisationstemperatur von ca. 17 C einer wärmeisolierenden, aber gasdurchlässigen Zone Z und einer nach außen weisenden Wandung 4 besteht. Das Innere ist mit dem Sattdampf eines Wärmeträgers gefüllt. Dieser gibt Wärme an die nach außen weisende Wandung 4 ab, sobald dieselbe kühler ist als die

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Wärmespeichermasse 10. Für die gleichmäßige Verteilung des Kondensates dient die saugfähige Schicht 132

Figur 4 zeigt die nach außen weisende Schicht einer Wandung, die zur Verhinderung der Abkühlung durch den Konvektionsstrom der Außenluft mit einer strahiungsdurchlässigen Folie F abgedeckt ist. Die Folie ist entsprechend dem gezeigten Profil verformt und längs der Streifen mit der optisch aktiven Schicht 102 unlösbar verbunden. Die in den Kanälen 103 eingeschlossene Luft wirkt isolierend, so daß sich die Konvektion durch Außenluft nicht nachteilig auswirkt.

Figur 5a zeigt den prinzipiellen Aufbau einer als Dachplatte aufgebauten Vorrichtung nach der Erfindung zum Kühlen von Räumen. Die Länge der Kante 1 ist beispielsweise 5 bis 10 Meter, die Länge der Kante 2 ist beispielsweise 1 bis 2 Meter. Die Abdeckplatte 4 besteht aus Metall und weist mit ihrer Oberfläche 3 zum Weltraum, Auch die raumseitige, nach unten weisende Platte 5 besteht

aus Metall und hat Rippen 6, die dem besseren Wärmeübergang dienen. Die Verbindung zwischen den beiden Platten 4 und 5 besteht aus vorzugsweise gewellten,' schlecht wärmeleitenden Kantenstreifen 7 und T. Hierzu sind z.B. gewellte Streifen aus dünnem Edelstahlblech geeignet. Auf der Platte 5 befindet sich eine Schicht 10 aus Latentspeichermasse. Die Kristallisationstemperatur der Speichermasse wird so gewählt, daß sie oberhalb der nächtlichen Abstrahlungstemperaturen der Fläche '3 liegt und möglichst oberhalb der Taupunktstemperatur, die sich während des Tages innerhalb des Raumes einstellt. Die Abstützung zwischen der Schicht 10 und der Platte 4 übernimmt ein anisotropes Stützkörpergerüst 11, z.B. aus vertikal angeordneten,

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parallel liegenden Hohlkörpern mit beispielsweise rundem oder hexagonalem Querschnitt (Wabenstruktur). Das Innere der Platte wird evakuiert und anschließend mit einem Wärmetragermedium teilweise wieder gefüllt. Die Eigenschaften dieses Wärmeträgers, der in flüssiger und gasförmiger Phase das Innere der Platte ausfüllt, werden so gewählt, daß der herrschende Dampfdruck im Inneren der Platte bei den höchsten betriebsmäßig vorkommenden Temperaturen kleiner bleibt als der außen herrschende Luftdruck. Dabei wird der Druck im Platteninneren durch die kälteste Stelle des Gerätes, nicht also beispielsweise durch die Temperatur der dem Sonnenlicht zugewandten Platte 4 bestimmt. Die nach innen weisende Seite der Platte 4 weist Tropfnasen 8 auf (Figur 5b), an denen das Kondensat 9 des Wärmeträgers abtropfen kann. Die Tropfnasen 8 sind so angeordnet, daß sie sich jeweils etwa in der Achse der vertikalen Stützkörper 11 befinden.

Sobald die raumseitige Temperatur über die Kristallisationstemperatur der Speichermasse angestiegen ist, steigt längs den Pfeilen 12 warme Luft auf, gibt ihre Wärme an die Rippen 6 ab und fällt längs den Pfeilen 13 und 13^l wieder in den Raum zurück. Die Rippen 6 leiten die Wärme incie Speichermasse 10 weiter. Dadurch wird die anfänglich kristallin vorliegende Speichermasse 10 bei konstanter Temperatur kontinuierlich in den geschmolzenen Zustand überführt. Zwischen der Speichermasse 10 und dem Stützgerüst 11 befindet sich eine dünne Abdeckplatte 14, beispielsweise aus Blech, auf welcher die Verdampfung des Wärmeträgers stattfindet.

Die Oberfläche 3 ist mit einer Schicht belegt, die im langwelligen Infrarotbereich extrem gut abstrahlt,

während sie im Bereich des Sonnenlichtes gut reflektiert.

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Dadurch wird bewirkt, daß während des Tages die Platte keine sehr hohen Temperaturen annimmt, wohingegen sie während der Nacht auf Abstrahlungstemperaturen, wesentlich unterhalb der Umgebungstemperatur, absinkt. Sobald die Temperatur der Platte 4 die Kristallisationstemperatur der Speichermasse 10 unterschritten hat, beginnt die Kondensation des gasförmigen Wärmeträgers an der Innenseite der Platte 4, und die Tropfen 9 fallen von den Abtropfspitzen 8 innerhalb der einzelnen Hohlkörper des Stützgerüstes 11 auf die Platte 14 zurück, auf der sie erneut verdampfen, so daß sich ein kontinuierlicher Verdampfungs-Kondensations-Kreislauf ausbildet. Sobald wieder Sonneneinstrahlung einsetzt und die Temperatur der Platte 4 die Temperatur des Speichers 10 überschreitet, hört dieser Kreislauf auf und die Vorrichtung wirkt als hochwertiger Isolator. Die Innenseite der Platte 4 ist so behandelt, daß sie im Bereich der Infrarotstrahlung extrem gut reflektiert.

Während die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 5a eine unterdruckdichte Ausführung'verlangt, also die gewaLlten Kantenstreifen 7 und 7¹ erforderlich macht, zeigt Figur eine Ausfuhrungsform, bei der der Wärmetransport zwischen Plattenunter- und -Oberseite nicht über Gas bzw. Sattdampf, sondern über Luft erfolgt. Die dem Raum zugewandte Platte mit den Rippen 6 nimmt - wie anhand der vorigen Figur erklärt - die Wärme aus dem Konvektionsstrom der Raumluft 12, 13, 13' auf. Sie gibt diese Wärme an die Speichermasse 10 ab, so daß diese aufgeladen wird. Der Speichermassenbehälter weist eine -kreuzförmige Rippenanordnung 10' und 1O" auf, die ebenfalls mit Speichermasse gefüllt ist. Solange die Speichermasse kühler ist als die nach außen weisende Platte 4 ruht die in den Kanälen 20 befindliche Luft, da sie thermisch stabil geschichtet ist. Sobald nun durch Abstrahlung der Oberfläche 3 die Temperatur der Innenseite 4¹ der Platte 4 mr'-or die Kristalli-

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sationstemperatur des Speichers 10 absinkt, setzt ein Konvektionsstrom in den Kanälen 20 längs den Pfeilen 21 und 21'. ein. Hierdurch wird die Wärme von den Speicherrippen 10' und 10" an die Platte 4 abgegeben, der Speicher also entladen. Die Unterseite 4¹ der Platten hat eine zusätzliche Verrippung 22, wodurch der Wärmeübergang aufgrund der größeren Fläche erhöht wird. Diese Rippen verlaufen senkrecht zu den Rippen 10' in den Zwischenräumen der¹ Rippen 10". Die in das Platteninnere weisenden Flächen 4¹ der oberen Abdeckplatte 4 sowie die Rippenoberflächen der Rippen IO' und 10" des Speichermassenbehälters reflektieren stark im Infraroten.

Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß keine druckdichte Behälterkonstruktion notwendig ist.

Auch hier hat die nach außen weisende Schicht 3 der Platte

4 die anhand von Figur 5a beschriebenen optischen Eigenschaften.

Figuren 7a bis 7d zeigen eine Ausführungsform des in Figur

5 gezeigten Typs, jedoch zum Heizen von Räumen. Die Platte ist ebenfalls mit einem wärmeträger 30 gefüllt. Auch sind die Abmessungen der Kanten 1 und 2 etwa dieselben wie anhand von Figur 1 beschrieben.

Die dem Raum zugewandte Platte 5 ist ebenfalls mit Rippen

6 versehen. Hler haben die Rippen jedoch eine weitere Funktion. Sie sind nämlich als Rippen 6 für die Aufnahme von Wärmeträger-Kondensat 30 ausgebildet (Figur 7c). Die Speicherkörper 10 sind mit einer Speichermasse gefüllt, die Wärmeenergie als latente Wärme bei einer Temperatur, die oberhalb der gewünschten Raumtemperatur liegt, aufzunehmen vermag. Andererseits soll die Umwandlungstemperatur

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des Speichers 10 so gewählt werden, daß sie noch hinreichend unterhalb der betriebsmäßigen Temperatur liegt, die "die nach außen weisende Oberfläche 3 der oberen Deckplatte 4 während der Sonneneinstrahlung annimmt. Diese nach außen weisende Schicht 3 ist so ausgebildet, daß sie im Bereich der Sonnenstrahlung extrem absorbiert, jedoch im Bereich der Infrarotstrahlung nicht emittieren kann; sie nimmt also bevorzugt Wärmeenergie im Bereich der sichtbaren Strahlung auf, ohne diese wieder im Infraroten abzustrahlen. In den Rinnen 6 sammelt sich das Kondensat des Wärmeträger?;. Für die Auswahl des Wärmeträgers gilt wiederum die Überlegung, daß der im Inneren entstehende temperaturabhängige Kaxiraaldruck niemals höher sein darf als der Außendruck. In die Rinnen 6 hinein ragen Streifen 32 aus geeigneten kapillaraktiven Substanzen. In diesen Streifen, die vorzugsweise aus parallel zu den Pfeilen 33 angeordneten faserigen Materialien aufgebaut sind, wird das Kondensat 30 hochgesogen. Diese saugfähigen Streifen 32 sind abgewinkelt und verlaufen in ihrem Bereich 32· parallel zur nach innen weisenden Oberfläche der Platte 4. Von dort nehmen sie am Tage Wärme auf, wodurch das durch Kapillarkräfte hinaufgeförderte Kondensat verdampft und sich in Richtung der Pfeile 33' wieder nach unten bewegt. An der Oberfläche der Speicherkörper IO kondensiert der Dampf 34, solange er heißer ist als die Speicherkörper. Die Speicherkörper geben ihre Wärme zum Raum hin ab, d.h sie erwärmen ihn insbesondere durch Strahlung. Zur Verhinderung des Kollabierens der Platten unter dem Außendruck ist- wie bereits anhand von Figur 5 beschrieben - eine Stützstruktur 11 vorgesehen. Die Kanäle 6 kommunizieren mit einem Sammelkanal 35, in welchem sich ein aufblasbarer Faltenkörper 36 befindet. Dieser Faltenkörper ist durch eine Leitung mit einer Pumpe verbunden und kann in Längsrichtung des Pfeiles 37 durch

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Beaufschlagung rait einem Verdrängermedium verschoben werden. Hierdurch ist die Menge des Kondensates in der Rinne 35 veränderbar, so daß die Höhe des Kondensatspiegels 38 so eingestellt werden kann, daß alternativ die Unterkante des saugfähigen Streifens 32 in das Kondensat eintaucht oder nicht. Selbstverständlich kann an die Stelle des Faltenkörpers jeder andere Verdrängerkörper treten, durch welchen der Spiegel des Kondensates in der Höhe verändert werden kann. Dieses Prinzip kann auch an anderer Stelle, z.B. bei der Anordnung nach Figur 8 Anwendung finden.

Figur 8 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung, bei welcher zv/ei ARten von Speicherkörpern nebeneinander Verwendung finden. Die Speicherkörper 10 dienen der Kühlung, während die Speicherkörper 40 der Heizung des Innenraumes dienen. Die für die Heizung vorgesehenen Speicherkörper 40 weisen wiederum Rinnen 41 auf, in die - wie bereits anhand der Figuren 7a bis 7d beschrieben wurde - ein saugfähiges Vlies 42 eintaucht, welches an der Innenseite der nach oben weisenden Platte 4 abgewinkelt ist. Wenn die Temperatur der Platte 4, deren nach außen weisende Schicht 43 sowohl im Sichtbaren als auch im langwelligen Bereich absorbiert, am Tage erhitzt wird, gelangt Dampf zu der Oberfläche 44 der Speicherkörper, kondensiert dort und gibt an die Speicherkörper 10 und 40 Wärme ab. Nur die Speicherkörper 40 können jedoch latente Wärem aufnehmen, da sie eine entsprechend hohe Umwandlungstemperatur auf v/eisen. Die Speicher 10 nehmen die Wärme in fühlbarer Form auf. Solange die Temperatur der Platte 4 höher ist als die der Speicherkörper 40, findet dieser Wärmetransport statt.

Sobald die nach außen weisende Schicht 43 jedoch Wärme abstrahlt, wird der Wärmetransport unterbrochen, indem ein anhand der Figuren 7a bis 7b beschriebener Verdrängerkörper 36 soweit verkleinert wird, daß die gesamte, in

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den Rinnen 41 enthaltene Flüssigkeitsmenge in den Sainmelkanal 35 (Figur 7d) einströmt. Eine andere Anordnung sieht vor, daß durch eine Rohrleitung 45 der dampfförmige Wärmeträger in einen Kondensator geleitet und in diesem niederschlagen wird, z.B. dadurch, daß dieser Kondensator durch Peltierelemente, abgekühlt wird. Im Inneren der gasdicht hergestellten Platte befinden sich wiederum Stützkörper 11, zwischen denen spiegelnde Metallfolien 46 und 46' angeordnet sind. Jedem Hohlkörper der Stützstruktur ist ein Durchbruch 47 in den Folien 46 und 46' zugeordnet, durch welchen Dampf und Flüssigkeit auf- und absteigend strömen können. An der Innenseite der Platte 4 sind die anhand von Figur 5 (8) beschriebenen Abtropfspitzen angebracht, die zum Rücktropfen von Kondensat dann führen, wenn Wärme aus den Speicheiriementen 10 an die Platte 4 abgeführt werden soll. In diesem Falle entnehmen - wie bei der Aus f. uhr ungs form nach Figur 5 - die Speicherkörper 10 der Raumluft über die Konvektionsströme gemäß den Pfeilen 12, 13 und 13* die Wärme und werden aufgeladen. Wenn während der Nacht die dem Weltraum zugewandte Schicht 43 so stark abkühlt, daß ihre Temperatur unter die Temperatur der Speicherkörper 10, absinkt, findet der anhand von Figur 5 beschriebene kontinuierliche Kondensations-Verdampfungs-Kreislauf statt. Den Speicherkörpern 40 wird dabei fühlbar Wärme entzogen, während die Speicherkörper 10 ihre latente Wärme abgeben.

Es ist vorgesehen, nur so viel Wärmeträger zur Befüllung der Platte zu verwenden, daß bei Heizbetrieb, d.h. wenn Wärme von der Oberfläche 43 in den unter der Dachplatte befindlichen Raum eingebracht werden soll, der Druck nicht wesentlich über den Außendruck ansteigt.

Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, daß je nach

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Betriebsart für Heizen oder Kühlen zwei Wärmeträger unterschiedlicher Siedetemperatur verwendet v/erden. In diesem Fall ist für jedes Medium ein Kondensator vorhanden. Beim Heizen verbleibt das leichtersiedende Medium im zugeordneten Kondensationsgefäß, beim Kühlen das höhersiedende.

Es ist auch denkbar und vorgesehen, diese Wärmeträger durch Trennvorrichtungen, z.B. durch Rektifizierkolonnen wieder voneinander au trennen, wenn sie vermischt sind.

Figur 9 zeigt eine Dachplatte mit einer Rektifizierkolonne, die außerhalb der Dachplatte 50 angeordnet ist. In den

Figuren 10 a bis 1Od sind Einzelheiten der Rektifizierkolonne dargestellt. Diese steht über die Rohrleitung 51 mit dem Inneren der Dachplatte in Verbindung. Ein Umschaltventil 52 verbindet über das Rohr 53 den unteren Bereich 54 (Sumpf), der Rektifizierkolonne 55 mit dem Anschlußrohr Das Flossenrohr 57 verbindet den Kopf 56 der Kolonne mit dem Rohr 51.

Soll die Platte zur Isolierung eingesetzt werden, werden die Peltierelemente 58 so geschaltet, daß der Sumpf 54 gekühlt wird. Hierdurch wandert das gesamte Wärmeträgergemisch 59 in den Sumpf 54. Das Ventil 52 wird dabei in die Stellung 61 gebracht. Soll die niedersiedende Komponente in das Platteninnere zurückgeleitet werden, so wird das Ventil entsprechend der Stellung 60 verschwenkt, und unter Umpolung der Peltierelemente 58 wird dein Supf 54 der Kolonne 55 Wärme zugeleitet, über den Kopf 56 der Kolonne und die Rohre 57 und 51 tritt der niedersiedende Anteil des Gemisches in das Innere der Platte ein. Soll

dagegen der höhersiedende Anteil in die Platte eingeleitet werden, so wird zunächst das Ventil in die Stellung 62 \

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verschwenkt. Die Kolonne wird durch die Peltierelemente 58 beheizt. Der leichtersiedende Anteil wird in dem Flossenrohr 57 durch Wärmeabgabe kondensiert und gesammelt. Durch Schwenkung des Ventils in Stellung 61 kann der höhersiedende Anteil in die Dachplatte zurückgeführt werden. In Stellung 62 sind die betriebsmässig gefüllte Dachplatte um die Kolonne voneinander getrennt.

Die nach aussen weisenden grossflächigen Wandungen 4, 50, 103 der Hohlplatten bestehen vorzugsweise aus Metallblech, auf dessen Aussenseite die superschwarzen oder supervveissen Beschichtungen aufgebracht sind. Auf der dem Hohlraum zugewandten Fläche jeder dieser Wandungen befindet sich vorzugsweise eine dünne Aluminiumschicht.

Die superweissen bzw. superschwarzen BeSchichtungen können im Vakuum auf gedampft ,oder aus Lösungen niedergeschlagen und danach eingebrannt werden. Beispiele für Beschichtungen, die für das Sonnenlicht schwarz sind, während sie im infraroten Bereich reflektieren sind folgende:

Mo - Al₀O- - Mo - Al₀O₀

Mo - Al₃O₃ - Mo - Al₃O₃ - Mo - Al₃O₃

Mo - Al₃O₃ - Mo - Al₂O₃ - Mo - Al₂O₃ - Mo - Al₃O₃

Mo - CeO₀ - Mo - MgF_r

Au - Si₃N₄ - Si - SiO₂

Mo - Ta_O_

Δ 5

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Beispiele für superweisse Beschichtungen sind: ZnO - dispergiert in einem Organopolysiloxan TiO₀ - dispergiert in einem Organopolysiloxan Spiegelnde Schicht belegt mit einem Polytetrafluoräthylenfilm Zi - dispergiert in K SiO ,

ei

Li₀O - A1_OO„ - SiO₀ - dispergiert in K₀ Si„O_Q

Δ tu O Δ ti *± ο

Beispiele für Wärmeträger in den Hohlplatten sind: CII₃OH ^H2°

C„H_COH

halogenierte Kohlenwasserstoffe Beispiele für Speichermassen sind: Mg Cl₀ . 6 H₀O

O Δ

Al (NH₄) (SO₄)₂ .

₄)

₄)₂

. 3 H₂O

NaC₂H₃O₂ . 5 H₂O

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LiNO _ . 3 HO

O et

Für die Beschichtungen, die Wärmeträger und die Speichermassen sind oben nur einige wenige Beispiele angegeben. Es sind weitere Beispiele bekannt, mit denen die angestrebten Wirkungen erzielt werden können.

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Claims

Ansprüche

1J Verfahren zur Aufnahme und Speicherung der Energie des Sonnenlichtes mit einer Beschichtung, die das Sonnenlicht stark absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Beschichtung auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, indem diese Beschichtung in wärmeleitende Verbindung mit einer kristallinen Speichermasse gebracht wird, deren Phasenumwandlungstemperatur 'der niedrigsten, die Wärmeentnahme aus der Speichermasse ermöglichenden Temperatur entspricht.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination einer Beschichtung, die das Sonnenlicht stark absorbiert, im Infraroten ein geringes Emissionsvermögen hat, mit einer kristallinen Speichermasse, welche einen Phasenumwandlungspunkt bei einer vorgegebenen Temperatur hat und welche mit der Beschichtung derart in wärmeleitender Verbindung steht, daß die Wärme im wesentlichen nur von der Beschichtung zur Speichermasse, jedoch nicht in umgekehrter Richtung geleitet wird,
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Verbindung durch einen in einem abgeschlossenen Raum «wischen der Beschichtung und der Speichermasse befindlichen Wärmetrager erfolgt, der sowohl in gasförmiger als auch flüssiger Phase vorliegt.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine nach außen weisende Schicht auf v/eist, die im Infraroten ein geringes Emissionsvermögen hat.
5. Verfahren zur Abstrahlung von Sonnenlicht und zur Abgabe von Wärme an den freien Baum mit einer Beschichtung, die das Sonnenlicht reflektiert und im Infraroten stark emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Beschichtung auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, indem diese Beschichtung in wärmeleitende Verbindung mit einer kristallinen Speichermasse gebracht wird, deren Phasenumwahdlungstemperatur der höchsten, die Wärmeaufnahme durch die Speichermasse im Betrieb ermöglichenden Temperatur entspricht.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Kombination einer Beschichtung, die das Sonnenlicht reflektiert, im Infraroten stark emittiert, mit einer kristallinen Speichermasse, welche einen Phasenumwandlungspunkt bei einer vorgegebenen Temperatur hat und welche mit der Beschichtung derart in wärmeleitender Verbindung steht, daß die Wärme im wesentlichen nur von der Speicherraasse zur Beschichtung, jedoch nicht in umgekehrter Richtung geleitet wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Verbindung durch einen in einem abgeschlossenen Raum zwischen der Beschichtung und der Speichermasse befindlichen Wärmeträger erfolgt, der sowohl in gasförmiger als auch flüssiger Phase vorliegt,

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Beschichtung eine dem zu kühlenden Raum zugewandte Schicht aufweist, die im Infraroten stark emittiert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Verbindung zwischen der Beschichtung und der darunter befindlichen wärmeren Speichermässe durch die thermische Konvektion eines Gases im Zwischenraum dieser Beschichtung und der Speichermasse bewirkt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine dem zu kühlenden Raum zugewandte Schicht aufweist, die im Infraroten stark emittiert.

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