DE2413255A1 - Verbesserungen an heiz- und kuehlanlagen zur ausnutzung der sonnenenergie und der ausstrahlung - Google Patents

Description

• Verbesserungen an lieiz- und Kühlanlagen zur Ausnutzung der sonnenenergie und der Ausstrahlung.
• Bekannt sind Einrichtungen zur Ausnutzung der @onnenenergie zur Erwärmung eines Gases oder einer Flüssigkeit (z.B.
• Wasser), die entweder direkt verbraucht wird oder in Klimaanlagen umläuft.
• ebenfalls bekannt sind Anlagen zur Ausnutzung der Ausstrahlung der Warme der Erdoberfläche gegen den Himmel zwecks Verhütung thermischer Verseuchung der Gewässer und der Atmosphäre durch die auf der Erde bei der Tätigkeit der Menschen entwickelte Wärme. Wir führen hierbei@nur beispielsweise das italienische Paten-t jr. 674.521 fiir den ersten und das italienische latent Nr. 931.124 für den zweiten Fall an. Bei beiden Fällen, aber ganz besonders zum Einfangen der Sonnenenergie werden passende Einstrahlplatten verwendet, die größere Flächenausdehnung erreichen können und nur zeitweise aktiv sind (nämlich in den Sonnenscheinstunden zum Einfangen der Sonnenenergie und in den tachtstunden zur Di;-,sipation).
• Hauptzweck der Erfindung ist nun, eine Verbesserung an Erwärm- und Kühlanlagen für Flüssigkeiten (oder Gase), die zur Ausnützung der Sonnenenergie dienen, sowie an den vorerwähnten Prinzipien dadurch zu erzielen, daß eine ergänzende Verbindung der Funktionen der die betreffenden Anlagen bildenden Bauteile in der Art erreicht wird, daß eine einzige, rationellere, wi@tschaftlichere Anlage geschaffen wird, die dazu geeignet ist, beide Funktionen nacheinander auszuüben, und somit den Ausnutzungsgrad und daher die gesamte Leistung zu erhöhen.
• Die erfindungsgemäße Anlage mufaßt Mittel zum Einfangen der Sonnenenergie und Mittel zur Dissipation durch Ausstrahlung der Wärmeenergie in ctie Atmosphäre, sowie einen ersten, vorzugsweise luft- und wasserdichten Flüssigkeitskreislauf zur Weiterleitung der durch Sonneneinstrahlung erzeugten Wärme und einen zweiten, ebenfalls vorzugsweise luft- und wasserdichten Flüssigkeitakreislauf zur Dissipation durch Ausstrahlung der thermiscnen Energie, @ obei sowohl der erste als auch der zweite Kreislauf mit Wärmeaustauschmitteln versehen sind, die in entsprechenden Wärmespeichern sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfang- und Dissipationsorgane aus einem und demselben Kasten bzw. einer und derselben Kastengruppe bestehen, deren Abdeckung von einer ersten Stellung, bei der der Kasten auf Einfangen eingestellt ist, in eine zweite Stellung verschiebbar ist bei der der Kasten auf Dissipation eingestellt ist. Außerdem ist der vorerwähnte Kasten so an beiden Kreisläufen angeschlossen, daß er tiefer als der Wärmeaustauscher @es ersten, d.h. des Einfangkreislaufes, und höher liegt als der Wärmeaustauscher des zweite d.h. des Dissipationckreislaufes.
• Im wesentlichen bildet demnach der Wärmekasten, der sowohl als Sinfang- als auch als Dissipationsorgan arbeitet, abwechselnd die warme bzw. die kalte Stelle zweier verschiedener Kreisläufe zur Herbeiführung entsprechender thermischer Vorgänge.
• Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Anlage liegt darin, daß die beiden Kreisläufe für das Einfangen der Sonnenenergie bzw. für die Dissipation thermischer Energie, miteinander frei kommunizieren, ohne daß sich ihre Funktionen gegenseitig stören, wobei der Vorteil geboten wird, daß die Anwendung von Sperr- und Steuergliedern entfällt.
• -Obige sowie weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachstehender, nur als Beispiel gegebener Beschreibung, die sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, in der Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung, bei der der Einfangkreislauf gemäß einem sogenannten "Damp£-umlauf", während der Dissipationskreislauf nach ein sogenannten Flüssigkeitsumlauf arbeitet, Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage, bei der beide Kreisläufe nach einem Wasserumlaufsystem arbeiten, und Fig. 3 eine teilgeschnittene Einzelheit der Anlage nach Fig. 1 zeigt.
• Die Anlage nach Fig. 1 und 3 umfaßt einen Wärmekasten 1, z.B. der in der italienischen Patentschrift Nr. 674,521 beschriebenen Bauart, der zumindest mit einer Scheibe aus Glas (oder dgl.) abgedeckt ist. Die Glasscheibe 23 ist in einen'Rahmen.24 eingefaßt, der bei 25 am Kasten 1 unter Zwischenlegung einer Dichtung 26 mit Scharnier angelenkt ist. Somit ist die Glasscheibe 23 von einer Stellung, bei der sie den Kasten 1 abdeckt in eine zweite Stellung (z.B.
• nach der DarsteLlung von Fig. 2) verschiebbar, bei der.der Kasten 1 völlig frei liegt. Diese zweite Stellung ist dazu vorgesehen, damit der Kasten die gegebenenfalls enthaltene thermische Energie in optimaler Weise gegen den Himmel vorzugsweise nach allen Richtungen ausstrahlen kann.
• In der Abd@ckstellung begrenzt dagegen die Glasscheibe 23 mit dem Wärmekasten 1 einen Vorhang von im wesentlichen ruhiger Luft, die das Einfangen der Sonneneinstrahlung durch den Wärmekasten fördert.
• Im beschriebenen Beispiel ist das Einfang- Dissipationsaggregat 1, 23 geneigt angeordnet (was nicht unbedingt nötig ist), und das obere Ende des Wärmekastens 1 ist über eine Leitung 2 mit einem Wärmeaustauscher 3 verbunden, der in einem Speicher 4 für das zu erwärmende Betriebsmedium (z.B. Wasser) eingetaucht ist.
• Auf die Waagerechte bezogen, liegt der Wärmeaustauscher höher als der Wärmekasten 1 und ist vorzugsweise als senkrecht angeordnete Rohrschlange ausgebildet. An ihrem unteren Ende ist die Rohrschlange an einen Stand- und Speisebehälter 5 und über eine Rückleitung 6 am unteren Ende des Wärmekastens 1 angeschlossen.
• Vorgenannte Teile bilden einen ersten' Kreislauf (der vorsugsweise luft- und wasserdicht ausgeführt ist), während ein zweiter Kreislauf (auch er vorzugsweise luft- und wasserdicht) durch den Wärmekasten 1 und eine von der Leitung 6 abgezweigte Leitung 12 gebildet ist, welche über einen Wä meaustauscher 13 (der dem Wärmeaustauscher 3 ähnlich ist und in einem Speicher 14 für des abzukühlende Betriebsmediutn sitzt) an einer Rückleitung 15 angeschlossen ist, die in die Leitung 2 dicht bei dem oberen Ende des Wärmekastens 1 ein mündet.
• Die beiden oben beschriebenen kommunizierenden Kreisläufe enthalten ein passendes Medium 7 (am besten ein unter Vakuum eingefülltes Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel), dessen unterster Stand höher liegt als die Einmündung der Leitung 15 in die Leitung 2. Dieser Stand wird durch die Strich-Punktlinie 21 angegeben und verläuft im Bereich des Behälters 5. In ähnlicher Weise liegt der Wärmeaustauscher 13 niedriger als der Abzweigpunkt der Leitung 12 von der Leitung 6 und somit auch als der Wärmekasten 1.
• Während der Sonneneinstrahlungszeiten erwärmt die vom Wärmekasten 1 (mit Glasscheibe 23 abgedeckt) eingefangene Sonnenenergie das Medium 7, das oberhalb der Standlinie 21 durch di Leitung 2 verdampft und über den Wärmeaustauscher 3 läuft, wo es dem im Behälter 4 enthaltenen Wasser seine Wärme abgibt und sich dabei verflüssigt. Durch die Verflüssigung tropft das. Medium 7 in den Stand- und Speisebehälter -5 und läuft durch die Leitung 6 gemäß dem bekannten Prinzip der kommunizierenden Röhren in den Wärmekasten 1 zurück.
• Hier beginnt der Kreislauf (ein sogenannter "Dampfkreislauf") in der Pfeilrichtung 9 (Dampfzustand), 10 (kondensierter Dampf) und 11 (Flüssigkeitsstand) von neuem.
• Während der Zeiten thermischer Dissipation aus dem Wärmekasten 1 (der jetzt nicht mehr mit der Glasscheibe 23 bedeckt ist) verursacht die Ausstrahlung gen Himmel (Pfeile 16) eine Kühlung des Mediums 7, das dabei an Dichte zunimmt und daher über die Leitun£; eine nacn unten strömt und in die Leitung 12 eintritt. Daraufhin durchläuft das Medium 7 den Wärmeaustauscher 13, wo es der im Behälter 14 enthaltenen Flüssigkeit Wärme entzieht, in die Leitung 15 steigt und in die Leitung 2 eintritt, um in ddn Wärmekasten 1 zurückzulaufen; hier beginnt der Vorgang (ein sogenannter "Flüssigkeitsumlauf") in Pfeilrichtung 17 (kalte Flüssigkeit), 18 (sich erwärmende Flüssigkeit), 19 (warme Flüssigkeit) von neuem.
• Zusammenfassend kann.man sagen, daß die beschriebene Anlage die Erwärmung bzw. die Kühlung der in den Behältern 4 und 14 enthaltenen Medien ermöglicht, die somit am zweckmäßigtsen ausgenützt werden können.
• Für bestimmte Verwendungszwecke ist u,U, eine Lösung vorzuzichen, bei der beide Kreisläufe, d.h. sowohl der Einfangals auch der Dissipationskreislauf mit Flüssigkeitsumlauf arboiten. Diese Lösung nach der Ausführungsform von Fig. 2 sieht eine erfindungsgemäße Anlage vor, die im wesentlichen der Anlage nach Fig. 1 gleicht. Der einzige Unter@chied liegt darin, daß der Stand- und Speisebehälter 5 an der Leitung 2 direkt angeschlossen und über dem Wärmeaustausche 3 angeordnet ist, so daß hier der tand 21 der Flüssigkeit 7 höher gelegen ist als der entsprechende Wärmeaustauscher 3, so daß sämtliche Leitungen der Anlage voll sind.
• Auch in diesem Fall wird die Flüssigkeit 7 vorzugsweise un--ter Vakuum eingefüllt, so daß sich die Anlage stets in einem Zustand des Unterdruckes befindet; das verhindert die Bildung von Luftblasen, die bei den sehr langsamen Bewegungen der Flüssigkeit 7 den Wärmeübergang zwischen den Wandungen der Leitungen und der Flüssigkeit 7 selbst, besonders im Bereich des Wärmekastens 1, behindern würden.
• Aus dem bisher Gesagten versteht sich die Wirkungsweise der Anlage nach Fig. 2 von selbst, so daß sich die Beschreibung.
• erübrigt. Es wird nur hervorgehoben, daß der Wärmeaustauscher 3 (der hier nicht mehr von Dampf sondern von Flüssigkeit durchlaufen wird)bei gleicher Leistung größere hbmessungen aufweisen muß als der en@sprechende Wärmeaustauscher der Ausführungsform von Fig. 1. Beiden Ausführungsformen der Anlage ist edenfalls das Merkmal gemeinsam, daß auf Grund des bekannten, physikalischen Prinzips, nach dem ein warmes Medium bestrebt ist auf einen höheren Stand zu steigen, keine gegenseitige Betriebsbeeinflussung zwischen den beiden Kreisläufen besteht, obwohl diese frei aneinander angeschlossen sind. Diese Besonderheit wurde auch durch Versuche bestätigt.
• Eignet sich die "Dampfanlage" besser für Haushaltzwecke, so ist die "Flüssigkeitsumlaufanlage" für die Verwendung in der Industrie c,'der jedenfalls in den Bällen geeignet wo besonders hohe Energiemengen benötigt werden. -Beide Bauarten der Anlage bieten eine Reihe gemeinsamer Vorteile,- von denen in der Folge die wichtigsten zusammengefaßt werden: - einfach in der Konstruktion und in der Wirkungsweise, du ein einziges Element (Wärmekasten 1) sowohl die Aufgabe des Einfangens der Sonnenenergie als auch die der Ausstrahlung übernimmt, - gänzlicher Verzicht auf Schließ-. Regel-, Abzweig- usw.
• organe und trotzdem keine gegenseitige Betriebsbeeinflussung zwischen den beiden getrennt verlaufenden Kreisläufen der Erwärmung bzw. der Kühlung in derselben Anlage, - Mögliclikeit (durch den Anbau passender, hier nicht beschriebener, selbsttätiger Bauglieder) einer automatischen Funktion der Anlage abwechselnd für Heizung und Kühlung, je nach den Wetter- und Umgebungsverhältnissen.
• Wie bereits gesagt, sind die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Anlage zahlreich. Von diesen führen wir insbesondere folgende an - Wasserklimatisierung (und Speicherung) zwecks Heizung und Kühlung von Räumen, - Erstellung thermodynamischer Abläufe (z.B. bei Verwendung von Antriebsmaschinen, Berieselungspumpen usw.) auch im Dauerbetrieb, - Ausnützung in einem Kältekreislauf des als i,'?nd£tufe der Kondensation angesammelten kalten Mediums zwecks Erniedrigung der Dempera-tur und des Kondensationsdruckes, und zwar vornehmlich in Tropengegenden, - Ausnützung des angesammelten warmen sowie kalten Mediums zur Herstellung eines Kältekreislaufes.
• Für jeden verschiedenen Verwendungszweck sind die beiden Kreisläufe der Anlage in ihren Funktionen unterschiedlich einander anzupassen und die ganze Anlage kann alle jeweils zweckmäßig erscheinenden Änderungen erfahren, soweit die im Schutzbereich der Erfindung enthaltenen Merkmale unangetastet bleiben.

Claims (6)

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Heiz- und Kühlanlage zur Ausnützung der Sonnenenergie und der Ausstrahlung, welche Mittel zum Einfangen der Sonnenenergie und Mittel zur Dissipation durch Ausstrahlung der Wärmeenergie in die Atmosphäre, sowie einen ersten, vorzugsweise luft- und wasserdichten Flüssigkeitskreislauf zur Weiterleitung der durch Sonneneinstrahlung erzeugten Wärme und einen zweiten, ebenfalls vorzugsweise luft- und wasserdichten Flüssigkeitskreislauf zur Dissipation durch Ausstrahlung der thermischen Energie umfaßt, wobei sowohl der erste als auch der zweite Kreislauf mit Wärmeaustauschmitteln versehen sind, die in entsprechenden Wärmespeichern sitzen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einfang-und Dissipationsorgane aus einem und demselben Kasten bzw.

einer und derselben Kastengruppe bestehen, deren Abdeckung von einer ersten Stellung, bei der der Kasten auf Einfangen eingestellt ist, In eine zweite Stellung verschiebbar ist, bei der d.er lasten auf Dissipation eingestellt ist, außerdem d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der vorerwähnte Kasten so an beiden Kreisläufen angeschlossen ist, daß eI tiefer-als der Wrmeaustauscher des ersten, d.

h. des Einfangkreislaufes, und höher als der Wärmeaustauscher des zweiten, d.h. des Dissipationskreislaufes liegt.

2. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n Z e i c n -n e t , daß die vorgenannten Mittel zur Abdeckung; des Wärmekastens zumindest eine Scheibe aus Glas oder dgl. umfassen, die von einem am Wärmekasten durch Scharniere angelenkten Rahmer eingefaßt ist, so daß sie von der vorerwähnten ersten Stellung in die zweite Stellung umgeklappt werden kann.

3. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e; c h -n e t , daß der erwähnte zweite Kreislauf am ersten in der Nähe der entgegengesetzten @nden des Wärmekastens in niedrigerer Höhe als der niedrigste Stand des Mediums angeschlossen ist, wobei das Medium dazu vorgesehen ist, in beiden Kreisläufen umzulaufen.

4. Anlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n ii z e i c h -n e t , daß der erwähnte erste und der zweite Kreislauf aneinander frei kommunizierend angeschlossen sind und zwar an Stellen, die in niedrigerer Höhe liegen als der stand des Wärmeaustauschers des ersten Kreislaufes bzw. höher liegen als der Wärmeanstauscher des zweiten Kreislaufes.

5. Anlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der erwähnte, erste Kreislauf einen Stand- und Speisebehälter enthält, über welchen das Medium nach Vakuumerzeugung in den beiden Kreisläufen, in diese eingefüllt wird.

6. Anlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z t i c h -n e t , daß das Medium aus einem Frostschutzmittel besteht, das gegebenenfalls mit Wasser vermischt sein kann.