DE2402999A1 - Anlage zur ausnutzung von sonnenwaerme - Google Patents

Description

• Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwarme Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwärme.
• Der Fachwelt ist seit langem bekannt, daß langfristig mit einer wachsenden Energieverknappung gerechnet werden muß, wenn nicht neue Methoden zur Energiegewinnung, Energieumwandlung und Energienutzung entwickelt und angewandt werden. Folglich wird auch daran gearbeitet, einerseits der Vergeudung von Energie Einhalt zu gebieten, andererseits die vorhandenen Energiequellen besser aus zu nutzen und neue Energiequellen zu finden. Auch die bessere Aust nutzung der Sonnenenergie ist schon vielfach in Angriff genommen worden. Wenn auch für Sonderanwendungen, wie z. B. Solarzellen in der Weltraumtechnik, mit außergewöhnlich hohen Aufwendungen Erfolge erzielt wurden, so können diese jedoch keinen nennenswerten Beitrag zur Deckung unseres gesamten Energiebedarfes leisten Bis heute sind keine Anlagen bekannt, die mit vertretbarem technischen und wirtschaftlichen Aufwand auch in unseren Breiten die Ausnutzung der Sonnenwärme in der Praxis in großem Umfang gestatten.
• Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine heute praktisch und innennenswertem Umfang einsetzbare Anlage zur Ausnutzung von Sonnenenergie anzugeben.
• Die erfindungsgemäße Anlage ist zunächst und im wesentlichen gekennzeichnet durch einen der Sonneneinstrahlung ausgesetzten Wärmekollektor, durch einen Wärmetauscher und durch einen zwischen dem Wärmekollektor und dem Wärmetauscher im Kreislauf gefUhrten Wärmezwischenträger. Grundlage der Erfindung ist die Überlegung,'daß die Sonnenwärme zu einem nicht unerheblichen Teil ausgenutzt werden kann, wenn man sich mit einer Ausnutzung auf einem relativ geringen Temperaturniveau zufrieden gibt und wenn nicht übertriebene Anforderungen an einen hohen Wirkungsgrad im Vordergrund stehen. Selbst wenn z. B. mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anlage erzeugtes Warmwasser vor dem Gebrauch noch in anderer Weise auf eine höhere Temperatur gebracht werden muß, so ist hierbei doch die Sonnenwärme zu einem beachtlichen Teil ausgenutzt worden.
• Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erSindungsgemäße Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwärme auszugestaltenund weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.
• Zunächst empfiehlt es sich, die Absorptionsfähigkeit des Wärmekollektors (und damit dess "Kollektionsfähigkeit") beispielsweise durch eine Schwärzung der Innenflächen zu erhöhen. Damit die absorbierte Sonnenwärme möglichst vollständig an den Wärmezwischenträger abgegeben wird, müssen entsprechende, an sich bekannte wärmetechnische Maßnahmen ergirffen werden. Insbesondere empfiehlt es sich, einerseits den Wärmekollektor durch eine Abdeckung gegen eine konvektive Wärmeabgabe zu schützen, andererseits den Wärmekollektor durch Reflexionsschichten, die für Wärmestrahlung im wesentlichen nur von außen nach innen durchlässig sind, gegen eine Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung von innen nach außen zu schützen. Darüber hinaus wird man natürlich den Wärmekollektor dort, wo er nicht der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, entsprechend isolieren.
• Grundsätzlich wäre es möglich, als Wärmezwischenträger, der zwischen dem Wärmekollektor und dem Wärmetauscher im Kreislauf geführt wird, z. B. Wasser, vorzusehen. Der dabei sich einstellende zweifache Temperatursprung - Wärmekollektor / Wasser als Wärmezwischenträger einerseits, Wasser als Wärmezwischenträger/ z. B. zu erwärmendes Wasser andererseits - würde jedoch zu einer nicht voll befriedigenden Ausnutzung der absorbierten Sonneneinstrahlung führen. Deshalb ist nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, als Wärmezwischenträger zwischen dem Wärmekollektor und dem Wärmetauscher ein geeignetes Arbeitsmedium, beispielsweise Kältemittel, vorgesehen. Dadurch, daß als Wärmezwischenträger ein Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Verdampfer (Wärmekollektor) und einem Verflüssiger (Wärmetauscher) arbeitet, ist der Wärmezwischenträger in der Lage, sowohl fühlbare Wärme als auch Verdampfungswärme aufzunehmen und im Wärme aus scher z. B. an das zu erwärmende Wasser abzugeben. In diesem Fall, d. h. ohne Anwendung eines Verdichters, erfolgt die Wärmeübertragung nach dem Prinzip des Wärmerohres (Heatpipe).
• Schließlich geht noch eine weitere Lehre der Erfindung, der ebenfalls besondere Bedeutung zukommt, dahin, zwischen dem Wärmekollektor und dem Wärmetauscher eine Wärmepumpe vorzusehen, bzw.
• den Wärmekollektor und den Wärmetauscher durch Hinzufügen eines Verdichters und eines Drosselventils zu einer Wärmepumpe zu ergänzen. Dadurch kann, wie an sich bekannt, die durch den Wärmekollektor absorbierte Sonnenwärme vor dem Wärmetauscher auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden. Das gibt z. B. die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Anlage auch direkt zur Erzeugung von Heißwasser einzusetzen, was ohne die Wärmepumpe nicht in jedem Fall möglich wäre. Auch kann die Wärmepumpe wahlweise einschaltbar sein. Z. B. kann die erfindungsgemäße Anlage im Sommer, d. h. oberhalb einer bestimmten, im Wärmekollektor erreichbaren Temperatur ohne Wärmepumpe und in der übrigen Jahreszeit, d. h. unterhalb einer bestimmten Temperatur im Wärmekollektor mit Wärmepumpe arbeiten. Auch kann durch Umschalten das System (Heatpipe oder Wärmepumpe) z. B. während der Nacht überschüssige Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgeben bzw.
• an den Weltraum abstrahlen.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert; die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwärme.
• Die in der Figur schematisch dargestellte Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwärme besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem der Sonneneinstrahlung 1 ausgesetzten Wärmekollektor 2, aus einem Wärmetauscher 3 ünd aus einem zwischen dem Wärmekollektor 2 und dem Wärmetauscher 3 im Kreislauf geführten Wärmezwischenträger 4.
• Die Absorptionsfähigkeit des Wärmekollektors 2 ist durch eine Schwärzung. der Innenflächen 5 erhöht. Außerdem sind wärmetechnisch übliche Maßnahmen verwirklicht, um sicherzustellen, daß die von dem Wärmekollektor 2 absorbierte Sonnenwärme möglichst vollständig über den Wärmezwischenträger 4 dem Wärmetauscher 3 zugeführt wird. Dazu ist der Wärmekollektor 2 zunächst an seinen der Sonneneinstrahlung 1 nicht zugewandten Außenflächen mit einer Isolation 6 versehen. Weiter ist der Wärmekollektor 2 durch eine Abdeckung 7 gegen eine konvektive Wärmeabgabe geschützt. Der Wärmekollektor 2 ist schließlich durch eine Reflexionsschicht 8, die für Wärmestrahlung im wesentlichen nur von außen nach innen durchlässig ist, gegen eine Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung geschützt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 7 als Glasscheibe ausgeführt und die Reflexionsschicht 8 darauf aufgebracht.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwärme, die in der Figur dargestellt ist, ist als Wärmezwischenträger 4 ein Kältemittel vorgesehen.
• Folglich kann der Wärmezwischenträger 4 sowohl fühlbare Wärme als auch Verdampfungswärme im Wärmekollektor 2 aufnehmen und im Wärmetauscher 5 abgeben.
• Im übrigen zeigt die Figur insoweit eine besondere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Ausnutzung von Sonnen wärme, als zwischen dem Wärmekollektor 2 und dem Wärmetauscher 3 eine Wärmepumpe 9 (mit einem Verdichter 10, einem Verdampfer 11 und einem Verflüssiger 12) vorgesehen ist. Nicht dargestellt ist, daß die Wärmepumpe 9, eine "Strahlung-Wasser-Wärmepumpe", nur bedarfsweise einschaltbar ist. Zur Umgehung des Verdichters 10 der Wärmepumpe 9 ist eine nicht dargestellte Bypass-Leitung vorgesehen.
• Schließlich darf noch darauf hingewiesen werden, daß die in der Figur dargestellte Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwärme für die Erzeugung von Warmwasser für die verschiedensten Zwecke verwendet werden kann. Dem Wärmetauscher 3 wird also über einen Anschlußstutzen 13 Kaltwasser zugeführt und über einen Anschlußstutzen 14 Warmwasser entnommen.

Claims (8)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   Anlage zur Ausnutzung von Sonnenwärme, g e k e n n z e i c ht d u r c h einen der Sonneneinstrahlung (1) ausgesetzten Wärmekollektor (2), einen Wärmetauscher (3) und einen zwischen dem Wärmekollektor (2) und dem Wärmetauscher (3) im Kreislauf geführten Wärmezwischenträger (4).
2. 2. Anlage nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsfähigkeit des Wärmekollektors (2) durch eine geeignete Behandlung, beispielsweise durch eine Schwärzung der Innenflächen (5), erhöht ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmekollektor (2) durch eine Abdeckung (7) gegen eine konvektive Wärmeabgabe geschützt ist.
4. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmekollektor (2) durch Reflexionsschichten (8), die für Wärmestrahlung im wesentlichen nur von außen nach innen durchlässig sind, gegen eine Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung geschützt ist.
5. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmezwischenträger (4) ein geeignetes Arbeitsmedium, bespielsweise ein Kältemittel, vorgesehen ist.
6. 6. - Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmekollektor (25 und dem Wärmetauscher (3) eine Wärmepumpe (9) (mit einem Verdichter (in), einem Verdampfer (11) und einem Verflüssiger (12) vorgesehen ist.
7. 7. Anwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Erzeugung von Warm- oder Heißwasser oder für die Erzeugung von Warmluft.
8. 8. Anwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Abgabe von Überschußwärme durch Strahlung und Konvektion an die Umgebung.