DE2452546A1

DE2452546A1 - Conversion of the sun radiation into thermal energy for heating - box absorbs the sun's radiation and contains a hollow chamber to hold a heat carrier

Info

Publication number: DE2452546A1
Application number: DE19742452546
Authority: DE
Inventors: Szymon Szwarcbier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-06
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1976-05-13

Abstract

The box-like housing is constructed of a good insulation material and has a translucent wall on the side exposed to the sun and three radiation-absorbing internal surfaces. The housing contains a water/air-tight chamber to hold a liquid or gaseous heat carrier and has a cover made up of several translucent walls separated by hollow chambers. The heat-carrier container may consist of translucent material and contain a dark cold-resistant fluid with high heat absorption such as black mineral oil as the heat-absorbing and convecting agent.

Description

Einrichtung zum Umwandeln der Sonnenstrahlung in nutzbare Wärmeenergie Die Erfindung erstreckt sich auf eins Einrichtung zum Umwandeln der Sonnenstrahlung in nutzbare Wärmeenergie. Derartige Einrichtungen werden bereits seit einiger Zeit in Ländern mit warmem Klima und hoher Sonnenscheindauer wie im Südteil der USA, der Sowjetunion und in manchen Ländern des mittleren Ostens zum Erzeugen von Warmwasser zu verschiedenen Gebrauchszwecken in größerem Umfang benutzt0 Diese Anlagen z. U. in Form der in Israel auf vielen Dächern montierten sogenannten "Sonnen-Boiler" (Dud Schemesch) würden jedoch in ihrer äußerst einfachen Bauart für einen Betrieb in Ländern mit sehr viel niedrigeren mittleren Temperaturen, die zumindest zeitweilig auch unter den Gefrierpunkt absinken, sowie erheblich kürzeren Sonnenscheinzeiten völlig ungeeignet, da sie - z. 8. durch Einfriergefahr - zu störanfällig und auch in ihrer Leistung unbefriedigend wären. Zum Stand der Technik wird besonders auf eine neuere USAtPatentschrift Nr. 3,815,574 verwiesen, in der ein "Sonnen-Heizungssystem" beschrieben worden ist, das speziell zum Erwärmen von Wasser für ein Schwimmbecken bestimmt ist0 Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Umwandeln von Sonnenstrahlung in nutzbare Wärmeenergie zu schaffen, die sich besonders zu Heizzwecken auch in Ländern mit sogenanntem "gemäßigtem Klima" eignet und sich vor allem durch ihre Gestaltungsmerkmale wirtschaftlich herstellen und in einfacher Weise auch auf größeren Außenflächen wie Dächern und Wänden von Gebäuden montieren läßtO Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst worden, daß die Einrichtung in Form eines Gehäuses aus einem gut wärmedämmenden Werkstoff mit einem darin befindlichen Aufnahmebehälter für ein flüssiges oder gasförmiges als Wärmeträger dienendes medium und einer mehrere lichtdurchlässige durch Hohlräume getrennte Wände aufweisenden Abdeckung gestaltet ist. Durch eine solche Ausbildung der Umwandlungselemente für die Sonnenstrahlung in nutzbare Wärmeenergie läßt sich die auftreffende Sonnenstrahlung weitgehend unabhängig von der jeweiligen Außentemperatur mit verhältnismäßig einfachen mitteln und mit einem hohen Wirkungsgrad ausnutzen.Device for converting solar radiation into usable thermal energy The invention extends to a device for converting solar radiation into usable thermal energy. Such facilities have been around for some time in countries with a warm climate and long hours of sunshine such as in the southern part of the USA, in the Soviet Union and in some Middle Eastern countries for producing hot water used on a large scale for various purposes U. in the form of the so-called "solar boilers" mounted on many roofs in Israel (Dud Schemesch) would, however, be extremely simple for a company in countries with much lower mean temperatures, at least temporarily also drop below freezing point, as well as considerably shorter sunshine times completely unsuitable because they - z. 8. by risk of freezing - too prone to failure and also would be unsatisfactory in their performance. For the state of the art, see in particular referenced a more recent USA patent specification No. 3,815,574 in which a "solar heating system" has been described specifically for heating water for a swimming pool It is an object of the invention to provide a device for converting solar radiation in to create usable thermal energy, which can also be used in particular for heating purposes Countries with a so-called "temperate climate" are suitable, and above all, because of their Produce design features economically and in a simple manner also on larger ones Assembling external surfaces such as roofs and walls of buildingsO This task is according to the invention has essentially been achieved in that the device in the form a housing made of a good heat-insulating material with one located therein Receiving container for a liquid or gaseous medium serving as a heat transfer medium and one having a plurality of translucent walls separated by cavities Cover is designed. By a such training of the conversion elements The incident solar radiation can be converted into usable thermal energy for solar radiation largely independent of the respective outside temperature with relatively simple average and utilize them with a high degree of efficiency.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß eine mehrzahl vorzugsweise unter sich gleicher Einzelelemente mit jeweils mindestens zwei äußeren Anschlüssen für den Aufnahmebehälter zu beliebig großen leicht auf der Außenseite von Gebäuden z. Bo auf Dach- und/oder Wandflächen anbringbaren Wärmesammler-Aggregaten zusammengefaßt sind.A particularly advantageous further embodiment of the invention The device consists in the fact that a plurality of individual elements that are preferably identical to one another with at least two external connections for the receptacle large easily on the outside of buildings e.g. Bo on roof and / or wall surfaces attachable heat collector units are summarized.

Durch die leichte Zusammenfügbarkeit einer Vielzahl von unter sich gleichen Einzelelementen mit verhältnismäßig geringen Abmessungen zu beliebig großen Wärmetauscher-Aggregaten wird sowohl eine äußerst wirtschaftliche Herstellung der Elemente im Großserienbau als auch die montage der Aggregate an den Außenflächen von Gebäuden erheblich vereinfacht und beschleunigt. Für die Anwandung bei Fertighäusern lassen sich die erfindungsgemäßen Wärmesammler-Aggregate vorteilhaft in die vorfabrzierten Wand- bzwO Dachelemente einbauen, wodurch eine nachträgliche montage unter Verwendung von Gerüsten eingespart und damit eine erhebliche Kostensenkung erzielt werden kann.Due to the fact that a large number of them can be easily put together same individual elements with relatively small dimensions to any size Heat exchanger units will be an extremely economical manufacture of both Elements in large-scale production as well as the assembly of the units on the outside surfaces of buildings is considerably simplified and accelerated. For use in prefabricated houses the heat collector units according to the invention can advantageously be incorporated into the prefabricated Install wall or roof elements, which allows for subsequent assembly using of scaffolding can be saved and thus a considerable reduction in costs can be achieved.

Eine vorteilhafte Ausbildungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß der Aufnahmebehälter aus einem lichtdurchlässigen Werkstoff besteht und als wärmeabsorbierendes und übertragendes medium eine dunkle kältebeständige Flüssigkeit mit hoher Wärmeabsorption wie zO B. schwarzes mineralöl oder dgl. enthält.An advantageous embodiment of the device according to the invention consists in that the receptacle consists of a translucent material and a dark, cold-resistant medium as a heat-absorbing and transmitting medium Contains liquid with high heat absorption such as black mineral oil or the like.

Bei dieser Bauweise erfolgt die Umwandlung der einfallenden Sonnenstrahlung in Wärme unmittelbar in der dunklen Flüssigkeit, die also gleichzeitig als wärmeabsorbierendes und zu deren Weiterleitung dienendes medium benutzt wird.With this construction, the conversion of the incident solar radiation takes place in heat directly in the dark liquid, which is therefore at the same time as heat-absorbing and the medium used to forward them.

Eine weitere der vorbeschriebenen praktisch gleichwertige Ausbildungs--möglichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß der Aufnahmebehälter aus einem lichtundurchlässigen Werkstoff besteht und als wärmeabsorbierendes und übertragendes Medium eine nicht gefrierende Flüssigkeit mit hoher Wärmeabsorption wie z. B, mit einem Frostschutzmittel vermischtes Wasser, Glycerin, mineralöl oder dgl.Another training option that is practically equivalent to the one described above the device according to the invention is that the receptacle consists of a opaque material and as a heat absorbing and transmitting Medium a non-freezing liquid with high heat absorption such as B, with water, glycerine, mineral oil or the like mixed with an antifreeze agent.

verwendet wird. In diesem Fall erfolgt die Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme bereits in der Wandung des Aufnahmebehälters mit einer möglichst dunklen (schwarzen) Oberfläche und wird erst dann an das wärmeübertragende medium weitergeleitet, das aus jedem beliebigen möglichst billigen, nicht einfrierenden, flüssigen oder auch gasförmigen Stoff bestehen kann0 Um jede Beschlagbildung auf den Innenseiten der lichtdurchlässigen Wände der Gehäuseabdeckung auch bei größeren Temperaturdifferenzen zu vermeiden, die den Durchgang der Sonnenstrahlung behindern würde, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung darin, daß die an die Wände der Gehäuses Abdeckung grenzenden Hohlräume in an sich bekannter Weise hermetisch abgeschlossen und mit einem trockenen Gas gefüllt sind.is used. In this case, the solar radiation is converted in warmth already in the wall of the receptacle with a dark as possible (black) surface and is only then passed on to the heat-transferring medium, that from any cheap, non-freezing, liquid or gaseous material can also exist0 around any fogging on the inside the translucent walls of the housing cover even in the event of large temperature differences there is one to avoid that would hinder the passage of solar radiation advantageous embodiment of the device according to the invention is that the to the Walls of the housing cover adjoining cavities hermetically in a manner known per se are closed and filled with a dry gas.

Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer an sich bekannten Wärmepumpe, einem Wärmespeicher und/oder einem zusätzlichen Wärmeerzeuger im Kreislauf des wärmeübertragenden mediums zu verbindens Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung mit 5 Abbidlungen näher erläutert. Von diesen zeigen im einzelnen: Fig. 1 eine einzelne Sonnenzelle in Aufsicht, Fig. 2 die gleiche Zelle im Querschnitt nach der Linie Ilfill in Fig. 1, Fig. 3 und 4 die Verbindung mehrerer Zellen gemäß den Fig. 1 und 2 zu einem Wärmesammler-Aggregat und Fig. 5 Beispiele für die Anordnung von Sonnenzellen-Aggregaten auf den Außenflächen eines Hauses. Finally, it is within the scope of the invention, the inventive Device with a known heat pump, a heat accumulator and / or an additional heat generator in the circuit of the heat-transferring medium connect the following is an embodiment of the invention with reference to the drawing explained in more detail with 5 illustrations. Of these, in detail: FIG. 1 shows a single one Sun cell in plan, Fig. 2 the same cell in cross section along the line Ilfill in Fig. 1, Fig. 3 and 4 the connection of several cells according to FIGS. 1 and 2 to a heat collector unit and 5 examples of the arrangement of solar cell aggregates on the exterior of a house.

In Fig. 1 ist eine quaderförmige Zelle 1 dargestellt. Diese Zelle besteht aus dem Gehäuse 2, das vorzugsweise aus gut wärmedämmendem Kunststoff als Preßteil angefertigt werden kann, aus dem Aufnahmebehälter 3 für ein flüssiges oder gasförmiges als Wärmeträger dienendes medium 7, der aus Glas oder einem licht- und wärmedurchlässigen Kunststoff besteht, aus einem Isolierrahmen 4 in den der Aufnahmebehälter eingebettet ist, und aus dem aus Glas oder licht-und wärmedurchlässigen Kunststoff gefertigten Vordertail. Der Aufnahmebehälter 3 ist mit zwei Stutzen 12, 12' zum Werbinden mit weiteren Zellen zum Durchleiten des als Wärmeträger dienenden mediums versehene Der Aufnahmebehälter wird in diesem Fall mit einer nicht einfrierenden, schwarzen, wärmeabsorbierenden Flüssigkeit (vorzugsweise schwarzes ineralöl oder TEer) gefüllt. Die vordere Abdeckung 5 weist im Ausführungsbeispiel durch abgeschlossene Zwischenräume getrennte licht- und wärmedurchlässige Wände 89B',8'2 auf, deren Zwischenräume zum Verhüten der Beschlagbildung bei niedrigen Außentemperaturen in an sich bekannter Weise hermetisch abgeschlossen und mit einem trockenen Gas gefüllt sind. Die Abdeckung 5 ist mittels Schrauben 9 an dem Gehäuse 2 befestigt. Die Bohrungen 10 sind zum Befestigen der einzelnen Zellen 1 an einem Rahmen 11 entsprechend Fig. 3 vorgesehen. Die Fig0 3 zeigt die Verbindung der einzelnen Sonnenzellen, die auf einem gemeinsamen Rahmen 11 befestigt sind.In Fig. 1, a cuboid cell 1 is shown. This cell consists of the housing 2, which is preferably made of good heat-insulating plastic as Pressing can be made from the receptacle 3 for a liquid or gaseous medium 7 serving as a heat carrier, made of glass or a light and heat-permeable plastic consists of an insulating frame 4 in which the receptacle is embedded, and made of glass or light and heat permeable plastic manufactured front tail. The receptacle 3 is with two nozzles 12, 12 'for Verbinden with further cells for the passage of the medium serving as a heat transfer medium The receiving container is provided in this case with a non-freezing, black, heat-absorbing liquid (preferably black mineral oil or TEer) filled. The front cover 5 has in the exemplary embodiment through closed Interstices separate light and heat permeable walls 89B ', 8'2, their interstices to prevent fogging at low outside temperatures in per se known Way are hermetically sealed and filled with a dry gas. The cover 5 is fastened to the housing 2 by means of screws 9. The holes 10 are for Attachment of the individual cells 1 to a frame 11 according to FIG. 3 is provided. The Fig0 3 shows the connection of the individual solar cells on a common Frame 11 are attached.

Die einzelnen Zellen 1 werden durch entsprechende Verschraubungen miteinander verbunden, so daß das in die Aufnahmebehälter eingeführte medium bei Betätigung einer in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpe das ganze Wärmesammel-Aggregat durchfließen kann.The individual cells 1 are secured by appropriate screw connections connected to each other, so that the medium introduced into the receptacle at Actuation of a pump, not shown in the drawing, the entire heat collecting unit can flow through.

In Fig. 5 sind schließlich einige Beispiele für die Anbringung von Wärmesammler-Aggregaten 11 gezeigt, die auf dem Dach, auf der Wand, an einem Balkon oder dgl. von Gebäuden angebracht werden können.In Fig. 5 are finally some examples of the attachment of Heat collector units 11 are shown on the roof, on the wall, on a balcony Or the like. Can be attached to buildings.

Der Aufnahmebehälter kann wahlweise auch aus einem gut wärmeleitenden Material, zO Bo einem Metall, mit einer möglichst dunklen, schwarzen Oberfläche angefertigt werden. In diesem Fall läßt sich für die Wärmeleitung vorzugsweise mit einem Frostschutzmittel gemischtes Wasser, Glyzerin oder ein gasförmiges medium verwenden.The receiving container can optionally also consist of a highly thermally conductive Material, such as a metal, with the darkest possible black surface be made. In this case, it is preferable to use for heat conduction water mixed with an antifreeze, glycerine or a gaseous medium use.

Ansprüchen: Claims:

Claims

Claims: Device for converting solar radiation into Usable thermal energy, in particular for heating purposes, consisting of a box-like Hollow body with light-permeable walls on the incident side and radiation-absorbing Inner surfaces of the other walls as well as a sealed cavity to receive one liquid or gaseous medium serving as a heat transfer medium in the interior of the cavity g e k e n n n z e i c h -n e t by the design in the form of a housing (2) a good heat-insulating material with a receptacle located in it (3) for a liquid or gaseous medium (7) and serving as a heat transfer medium one having several translucent walls (B, 8 ',' ') separated by cavities Cover (5).

2.) Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that a plurality, preferably among themselves, of the same individual elements with at least two outer connections (12, 12 ') for the receptacle (3) to any size easily on the outside of buildings z. B. on roof and / or Wall surfaces attachable heat collector units (11) are combined.

3.) Device according to claims 1 or 2, d a d u r c h g e k It should be noted that the receptacle (3) consists of a translucent Material consists and as a heat-absorbing and transmitting medium (7) dark, cold-resistant liquid with high heat absorption such as B black contains mineral oil or the like.

4.) Device according to claims 1 or 2, d a d u r c h g e k It is noted that the receptacle (3) made of metal, plastic or Like. With the darkest possible surface and as a heat-transferring medium a non-freezing liquid such as 80 mixed with an antifreeze Contains water, glycerine or a gas.

5.) Device according to claim 1 or the following, d a d u r c h g e it is not noted that the on the walls (8,81,8f 1) of the housing cover (5) bordering cavities hermetically sealed and in a manner known per se are filled with a dry gas.

6.) Device according to claim 1 or the following, g e k e n n -z e i c h n e t through the connection with a known heat pump.

7.) Device according to claim 1 or the following, g e k e n n -z e i c h n e t through the connection with a heat storage and / or an additional one Heat generator in the circuit of the heat transfer medium.

L e r s e i t e