DE2524264A1

DE2524264A1 - Sonnenenergiewandler mit speicher fuer die umgewandelte energie

Info

Publication number: DE2524264A1
Application number: DE19752524264
Authority: DE
Inventors: Alfred Boeckmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-05-31
Filing date: 1975-05-31
Publication date: 1976-12-09

Description

Sonnenenergiewandler mit Speicher für die umgewandelte Energie

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sonnenenergiewandler mit einem Speicher für die umgewandelte Energie.

~/\J Es sind bereits Sonnenenergiewandler erwogen worden, wo- V- 2o-o./*jf k_e£ _SOg_# Schwarzkollektoren aus mit Asphalt beschichteten Aluminiumblechen bestehen, unter oder zwischen denen ebenfalls asphaltbeschichtete Stahlrohre zur Leitung des wärmeaufnehmenden Wärmeträgers, z.B. Wasser, vorgesehen sind. Diese Schwarzkollektoren sind mit Glas abgedeckt. Die Zu- und Ableitungen der den Wärmeträger durchfließend aufnehmenden geschwärzten Stahlrohre stehen dabei mit einem kleinen Dampfkessel in Verbindung. Eine Speicherung des in den Stahlrohren aufgeheizten Wärmeträgers ist ganz allgemein vorgesehen. Weiterhin wurde auch schon eine solare Erwär- 2120346" mungsanlage beschrieben, die eine Bodenplatte besitzt, auf der Einzelkanäle in Reihen angeordnet sind. Diese Einzelkanäle nehmen insgesamt an dem einen Ende den wärmesammelnden Wärmeträger auf und geben diesen nach erfolgtem Durchlauf an ihrem anderen Ende aufgewärmt wieder frei.

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Die Abdeckung der Kanäle oder deren tragender Unterlage ist dabei geschwärzt. Vorgeschlagen wurde auch bereits ein Sonnenstrahlenenergie umwandelnder Sammelschirm, wobei - von außen aus gesehen - die Sonnenstrahlen durch Λ/Λ7 V- zwei Glasscheiben hindurchgehen, bevor sie auf geschwärz- ' ' te Aluminiumkollektoren, diese erhitzend, auftreffen. Hinter den Aluminiumkollektoren vorbeistreichende Luft wird durch einen Ventilator an Speichersteinen vorbei geleitet und wärmt diese auf. Ein zweiter Ventilator d TDd preßt Luft an heißen Speichersteinen entlang und drückt 32?>&29^t ^^ese ~ dadurch aufgewärmt - in das Heizsystem eines Hauses.

Bei einem anderen bekanntgemachten Sonnenenergiewandler ist eine aus wärmeisolierendem Werkstoff bestehende Bodenplatte vorgesehen, auf der im Abstand, einen freien Durchflußraum für Wasser oder Gas bildend, eine geschwärzte Isolationsstoffbahn angeordnet ist. Im Abstand auch zu dieser Stoffbahn ist noch eine transparente Tafel, gegenüber der Bodenplatte ebenfalls ortsfest, angeordnet.

DT-0$ Zuletzt sei noch auf einen bekannten Sonnenenergie-Wasser- 230330/· _wärmer verwiesen, der als Durchlauferhitzer oder als Umlauferhitzer ausgebildet sein kann. Es sind Rohrbündel mit

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oberem Wasserzulauf und unterem Wasserablauf aber auch
meanderförmige Rohrschlangen für den aufzuheizenden
Wärmeträger vorgesehen. Die Rohre sind aus Kupfer oder
Aluminium bestehend gedacht und insbesondere als Flossenrohre ausgebildet. Der Querschnitt der Rohre ist als
vorzugsweise oval angegeben. Der Umlauf des Wärmeträgers wird durch eine Pumpe bewirkt. Ein Speicher ist zwischen der Wasserzufuhr und der Entnahme vorgesehen. Eine Wasserentnahme mit jeweils gewünschter Temperatur soll aus dem Speicher möglich sein. Läuft der aufgeheizte Wärmeträger in ein Schwimmbecken, dann ist dieses der Speicher. Die
zusammenfassende Beurteilung der vorstehend erläuterten, bisher vorgeschlagenen Sonnenenergiewandler führte zu
der Feststellung, daß diese Sonnenenergiewandler ausnahmslos die Nutzung der Sonnenstrahlenenergie wirtschaftlich nicht ausreichend lösen und zwar sowohl im Hinblick auf
den notwendigen materiellen Aufwand als auch in bezug auf die erreichbare umgewandelte Energiemenge je sonnenbestrahlte Flächeneinheit des Sonnenenergiewandlers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile
der bisher vorgeschlagenen bzw. bekannten Sonnenenergiewandler zu beheben und Möglichkeiten zu wesentlich höheren wirtschaftlichen Nutzungen zu vermitteln.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mindestens eine Wandlerzelle zum Durchlauf von zwei zumindest räumlich voneinander unabhängigen Wärmeträgern, von denen mindestens einer flüssig und der andere gasförmig sein kann, durch etwa in Richtung der einfallenden Sonnenstrahlen übereinander liegende Räume derart, daß diese Räume an gleiche oder unterschiedliche Zwischen-Wärmespeicher anschließbar sind. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, daß die Wandlerzelle einen dichten, auf der Basisisolation festgelegten Balg enthält, der in Abhängigkeit von der Menge der durch ihn durchlaufenden Flüssigkeit oder dergl. bzw. von dem Druck der Flüssigkeit oder dergl. unterschiedliche Höhen einnehmen kann. Ein Sonnenheiz-Wasserbeutel für unterschiedliche Wasserinhalte wurde schon früher vorgeschlagen, wobei der obere Teil desselben transparent, der untere Teil hingegen geschwärzt ausgebildet ist. Dabei sind jedoch zusätzliche technische Mittel erforderlich, die vor einem Wechsel des Wasservolumens in ein größeres oder kleineres Volumen von Hand betätigt werden müssen. Der bekannte Wasserbeutel ist außerdem nur für stehende Füllungen und nicht für kontinuierliche Durchläufe geeignet. Vorteilhaft ist der Erfindung weiter folgend die den Balg der Wandlerzelle sonnenseitig abschließende Begrenzung durch eine steife Platte.

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Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist abändernd durch eine flexible, zumindest flüssigkeitsdichte Werkstoffbahn als den Balg der Wandlerzelle sonnenseitig abschließende Begrenzung gegeben. Eine weitere Ausbildung dieser flexiblen Werkstoffbahn ist dadurch gegeben, daß diese röhrenartige, zur Basisisolation hin offene Kanäle bildend über ihre ganze, quer zur Flußrichtung des aufzuheizenden Wärmeträgers verlaufende Breite hinweg durch ebenfalls auf der Basisisolation festgelegte Zwischenbälje (Riefen) unterteilt ist. Anstelle des vorerwähnten Balges besteht ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal darin, daß zwischen dem äußeren Aufheizraum für den einen Wärmeträger und der Basisisolation der Wandlerzelle auf dieser Basis ein Durchlaufröhrensystem zum Aufheizen des anderen Wärmeträgers festgelegt ist. Eine Weiterbildung dieser beiden Ausbildungsmöglichkeiten ist gekennzeichnet durch mindestens eine im Abstand von dem Balg- bzw. Röhrensystem angeordnete äußere transparente Werkstoffplatte als äußerste Begrenzung des äußersten Aufheizraumes. Abändernd ist ein zusätzliches Erfindungsmerkmal dadurch gegeben, daß die äußere transparente Werkstoffplatte in mindestens zwei im allgemeinen gleichgroße Werkstoffplatten gegliedert ist, die mindestens einen zusätzlichen Durchflußraum für den einen, im äußeren Fließbereich der Wandlerzelle

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fließenden Wärmeträger zwischen sich einschließen. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeicher für die das Röhren- und Balgheizsystem durchlaufenden Wärmeträger aus mindestens einem Hochwärmespeicher und einem Abwärmespeicher bestehen derart, daß der den aufgeheizten Wärmeträger aufnehmende Wärmespeicher unter Zwischenschaltung des Wärmeverbrauchers mit dem Abwärmespeicher und dieser über einen die aufzuheizende Wassermenge in der Zeiteinheit bestimmenden Niveauschalter hinweg rückläufig mit dem Röhren - oder Balg - Aufheizsystem verbindbar ist. Ergänzend dazu besteht ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung darin, daß ein zweiter Hochwärmespeicher als Isolationskörper — Wärmespeicher ausgebildet ist, der mit dem dem Aufheizen des zweiten Wärmeträgers dienenden Heizraum der Wandlerzelle, hintereinander in ein- und demselben Kreislauf liegt. Vorteilhaft ist weiterhin der Erfindung folgend, daß der Heizraum der Wandlerzelle abändernd wahlweise (Ventile) an jeweils einen der beiden Hochwärmespeicher anschließbar ist.

Nach einem besonderen Erfindungsmerkmal ist es von wesentlichem Vorteil, daß der Isolationskörper-Wärmespeicher und der Abwärmespeicher durch eine wahlweise in jeweils einer von zwei Richtungen arbeitende Ventilpumpe verbind-

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bar sind. Ein allen voranstehenden Ausführungsbeispielen gemeinsames Merkmal ist gekennzeichnet durch je eine dem Hochwärmespeicher und dem Abwärmespeicher nachgeordnete Pumpe. Zu einem besonderen Ausführungsbeispiel ist ein sehr wichtiges und vorteilhaftes Merkmal gekennzeichnet durch eine sowohl dem Hochwärmespeicher als auch dem Abwärmespeicher gemeinsam zugeordnete Vakuumpumpe zum Abfördern der Wärmeträger aus diesen Speichern. Im Rahmen desselben Ausführungsbeispiels ist noch ein Merkmal gekennzeichnet durch einen ggf. gespiegelten Vakuumraum zwischen Hochwärmespeicher und Abwärmespeieher, der mit der Vakuumpumpe in Wirkverbindung steht. Nach einem allen vorstehend angegebenen Ausführungsbeispielen gemeinsamen Merkmal der Erfindung wird außerdem ein Vorteil dadurch erreicht, daß die Zwischenwärmespeicher ineinandergeschachtelt angeordnet sind.

Insbesondere bei Dacheinbauten oder sonstigen Raumbegrenzungen ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß Wandlerzelle und Zwischen - Wärmespeicher räumlich eine bauliche Einheit bilden. Dabei besteht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung darin, daß der Isolationskörper der Wandlerzelle und ein Teil der Isolation, z.B. eine Wandung des Hochwärmespeichers ein - und dasselbe Bauelement sind. Schließlich ist ein vorteilhaftes Erfindungs-

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merkmal noch gekennzeichnet durch den wahlweisen Hilfsanschluß eines mit konventionellen Brennstoffen arbeitenden Kesselhauses an den Verbraucher und die an diesen anschließbaren Zwischenspeicher.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Grundzuge dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 die Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Sonnenenergiewandlers mit Speichern für die umgewandelten Energien,

Fig. 2 die Seitenansicht der Anlage nach Fig. 1,

Fig. 3 die Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Sonnenenergiewandlers mit Speichern für die umgewandelten Energien

Fig. 4 die Seitenansicht der Anlage nach Fig. 3 und

Fig. 5 die Seitenansichten von einem dritten bis

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fünften Ausführungsbeispiel eines Sonnenenergiewandlers mit Speichern für die umgewandelten Energien und Anlagen zu deren Nutzung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Wandlerzelle 1 dargestellt, bestehend aus einem rückseitigen starren Tragelement 2. das etwa mittig in einem nicht weiter dargestellten Tragegerüst vorzugsweise schwenkbar gelagert ist.

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Auf diese Weise kann die Wandlerzelle 1 immer so im Winkelbereich Alpha eingestellt werden, daß dessen sonnenzugewandte Außenfläche weitgehend immer etwa senkrecht zu den einfallenden Sonnenstrahlen verläuft. Die Einstellung kann jedoch auch im Bereich eines jeden Breitengrades ein für allemal festbleibend eingestellt bleiben.

Auf dem Tragelement 2 der Wandlerzelle 1 ist ein wärmedämmender Isolationsbelag 3 festgelegt. Ist dieser Isolationsbelag 4 selbsttragend, dann kann er auch alleine die Funktion des Tragelements 2 übernehmen.

Auf dem Isolationsbelag 3,4 ist ein Röhrensystern, bestehend aus je einem oberen und unteren Sammelrohr 61, 62 und mit diesem in üblicher Weise, z.B. durch Schweißen fest verbundenen, im wesentlichen senkrecht zu den Sammelrohren und zueinander parallelen Steigrohren 5 oder dgl. unverrückbar angeordnet. Die sonnenseitige Oberfläche der Rohre des Röhrensystems 5,61,62 sind geschwärzt, d.h. beispielsweise mit einer stumpfen, schwarzen Emissionsoberflächenfarbe versehen. Ebenfalls schwarz kann die vom Röhrensystem nicht abgedeckte Oberfläche des Iso« lationsbelags 3,4 ausgebildet sein. Zwischen der Sonne

und dem Röhrensystem 5,61,62 ist im Abstand zu diesem mindestens eine durchsichtige,

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möglichst Sonnenstrahlen absorbierende und nicht reflektierende Werkstoffbahn 7, z.B. eine Glas- oder Kunststoffschicht auf dem Isolationsbelag 3,4 fest und diesem sowie der Außenluft und dem Röhrensystem 5, 61,62 gegenüber gasdicht abgedichtet. Damit ist zwischen Röhrensystem 5,61,62 und Werkstoffbahn 7 mindestens ein Hohlraum gegeben, der als Heizraum 12 für ein gasförmiges Medium, z.B. Luft, geeignet ist. Sind noch weitere Hohlräume zwischen zwei oder mehr als zwei Werkstoffbahnen 7 gegeben, dann bilden auch diese Hohlräume Teile des Heizraumes 17. Der unterste Teil des Heizraumes 12 steht über eine Rohrleitung 13 mit einem als Isolationskörper-Wärmespeicher 15 ausgebildeten Hochwärmespeicher in Verbindung. Eine weitere Rohrleitung 16 stellt die Verbindung der höchsten Stelle des Heizraumes 12 mit dem Isolationskörper-Wärmespeicher her. Wird ein Gas, z.B. Luft durch den Isolationskörper — Wärmespeicher 15 bei Sonnenstrahleneinfall in das Kreislaufsystem 12, 13, 15, 16 geleitet, dann läuft es - im Heizraum 12 aufgeheizt - selbsttätig um und gibt dabei den Wärmezuwachs an die Isolationskörper, z.B. Steine mit hohem Wärmeaufnahmekoeffizienten, des Isolationskörper-Wärmespeichers 15 ab. Um eine weitestgehend schatten- und damit verlustlose Halterung der Werkstoffbahnen 7 auf dem Isolationsbelag 3, 4 zu erreichen, können die

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Ränder der dann flexibel und balgteilähnlich ausgebildeten Werkstoffbahnen flach auf dem Isolationsbelag festgelegt sein. Tritt dann aufzuheizende Luft oder unter gewissen baulichen Änderungen des Speichersystemes auch eine klare Flüssigkeit mit einem nur geringen Überdruck zwischen die Werkstoffbahnen und dergl. den Heizraum 12 bildend, ein, dann entfallen Schatteneinflüsse auf die stumpf-schwärze Oberfläche des Röhrensystems (5, 61, 62), die sonst bei rahmenartig angehobenen Auflagen für die Werkstoffbahnen 7 entstehen.

Das Röhrensystem 5, 61, 62 ist mit seinem unteren Teil über eine Wärmeträger-Rohrleitung 10 an einen Hochwärmespeicher 14 angeschlossen. Eine Ableitung 9 des Hochwärmespeichers 14 führt zu dem oberen Teil des Röhrensystems. Der Hochwärmespeicher 14 ist bei dieser Art des Aufheizsystems immer ausreichend mit dem beispielsweise gewählten gleichen Wasser gefüllt. Der Hochwärmespeicher 14 ist mit einer Isolationsschicht 140 weitgehend gegen Wärmeverluste abgesichert, z.B. unter Verwendung von isolierenden Schäumen oder bekannten Isolationsmaterialien oder einfachen kristallinen Stoffen hoher spezifischer Wärme, wie Salz, Ton, Quarzsand usw. Um diese Isolationsschicht herum ist mit einem gewissen ausreichenden Rauminhalt der Isolationskörper - Wärmespeicher 15 angeordnet.

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Auf diese Weise wird ein besonders wirtschaftlicher Aufbau der Speicher 14, 15 erreicht. Ist diese Wirtschaftlichkeit nicht vorrangig, dann ist auch eine räumlich getrennte Anordnung der Wärmespeicher sonstigen Gesichtspunkten folgend durchaus möglich.

Über die Rohrleitung 16 wird der vorher seine Wärme in dem Isolationskörper-Wärmespeicher 15 oder gelegentlich mit besonderen noch zu erwähnenden technischen Mitteln in den Hochwärmespeicher 14 über die Rohrleitung 10 hinweg abgebende Wärmeträger wieder dem Heizraum 12 zugeführt zu neuer Energieaufnahme. Bei dem Auftreffen der Sonnenstrahlen auf die schwarze Oberfläche des Röhrensystems 5, 61, 62 wird die in dieser befindliche Wassermenge schnell stark erwärmt und dadurch zu einem künstlichen Umlauf veranlaßt. Dieser Vorgang bleibt von anderen Einflüssen des Wetters, wie Wind, niedrige Außentemperaturen usw. unberührt.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß bei in die Wandlerzelle 1 einfallenden Sonnenstrahlen zwei voneinander unabhängige stofflich gleiche oder ungleiche Wärmeträger, z.B. Wasser und Wasser, Wasser und Luft, Luft und Wasser oder Luft und Luft in gleicher Richtung oder zueinander auch entgegengesetzt laufend, in der Wandlerzelle aufgeheizt, damit zum Umlauf gebracht und zur Abgabe der aufgeheizten

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Wärme in Speichern 14, 15 oder dergl. veranlaßt werden können. Das Weiterleiten der im Hochwärmespeicher 14 festgehaltenen, durch Sonnenenergieumwandlung gewonnenen Wärmemenge zu einem Verbraucher und auch die Verwendung der Wärmemenge im Isolationskörper - Wärmespeicher 15 werden weiter unten erläutert werden.

Die Anlage nach Fig. 3 und 4 unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen der Fig. 1 und 2 nur dadurch, daß das Röhrensystem 5, 60, 64 aus Rohren 5 besteht, die einzeln, z.B. den Seiten von zunehmend großen Quadraten oder Rechtecken folgen, der Lineatur eines Mühlespiels ähnlich ineinandergeschaltelt vorzugsweise in einer Ebene liegen und mit dem Wärmeträger, hier Wasser zuleitenden 60 und ableitenden 64 Sammelrohren nahtdicht verschweißt sind. Die Rohrzuleitung 9 der Anlage ist dementsprechend an das Sammelrohr 60 und die Rohrableitung 10 an das Sammelrohr 64 mit dem Wärmespeicher verbunden.

Die Wirkungsweise der Anlage ist im übrigen dieselbe wie die nach den Fig. 1 und 2. Abgesehen von der Möglichkeit, die Wandlerzellen 1 der Fig. 1 bis 4 in beliebigen Vorder-Flächen-Formen, z.B. Quadrat, Rechteck, Kreis, Ellipse usw. auszubilden, können diese Vorderflächen, also auch die diesen zugehörigen Tragelemente beliebig große Abmessungen erhalten. Da diese Abmessungen von einer ge-

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wissen Größe an nicht immer, und zwar aus verschiedenen Gründen, zweckmäßig bzw. vorteilhaft sein dürften, ist auch eine sinngemäße Aneinanderrexhung und Koppelung beliebig vieler Wandlerzellen 1 möglich und vorgesehen.

Der Kreislauf 9, 10 der Anlagen nach den Fig. 1 bis 4 kann bei besonderen Wärmeträgern, insbes. Gasen auch künstlich betrieben werden. Zu diesem Zweck ist dann in die Rohrzuleitung 9 eine Pumpe oder ein Gebläse 24 (Fig. 5) eingefügt worden.

Je nach der zur Verfügung stehenden Sonnenenergiemenge kann es jahreszeitlich bedingt zweckmäßig sein, den Wärmeträger 10 (hier beispielsweise Wasser), der im Röhrensystem 5, 61, 62 oder 5, 60, 64 (Fig. 1 bis 4) erwärmt werden soll,mengenmäßig zu beschränken oder zu vergrößern Diese Beschränkung oder Vergrößerung kann z.B. durch eine Verringerung oder Erhöhung des Heizkörpers erreicht werden.

Eine geringere Menge des wärmeaufnehmenden Wärmeträgers 10 läßt bei gleichgroß bleibender Heizfläche 8 schneller höhere Temperaturen im Verlaufe des Heizvorganges erreichen und umgekehrt. Der Wirkungsgrad nimmt mit der Wassermenge und kleinem Delta T zu. Ganz besonders ein-

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fach und vorteilhaft sind unterschiedliche Heizleistungen dieser Art bei der Anwendung von Heizkörpern mit elastischen oder plastischen Heizflächen 8 der Wandlerzelle 1 zu erreichen, insbesondere in Verbindung mit einem in der Höhenstellung variablen Niveauschalter 22 (Fig. 5) Dieser Niveauschalter kann z.B. einem Toilettenspülkasten für unterschiedlich große Spülleistungen ähnlich gestaltet sein und wirken aber auch in anderer an sich bereits bekannter und deshalb hier nicht weiter dargestellter Weise. Alle Bauelemente der Fig. 5, die mit denen der Fig. 1 bis 4 übereinstimmen, besitzen dieselben Bezugszeichen und werden deshalb in Fig. 5 nicht von neuem erläutert.

Der mit Aufheizbalg 17 (Fig. 5) benannte Heizkörper dieser Art kann als ihn sonnenseitig abschließende Begrenzung eine steife, außen ebenfalls geschwärzte 8 Platte besitzen, die in (Fig. 5) nicht weiter dargestellter Weise mit dem Isolationsbelag deckungsgleich ausgebildet sein kann und mit diesem - wie auch selbst - durch einen Randbalg 18 luft- und flüssigkeitsdicht verbunden ist.

Anstelle der vorerwähnten Platte 80 kann die sonnenseitig abschließende Begrenzung des Aufheizbalges 17 (Fig.5) auch durch eine flexible gas- und flüssigkeitsdichte,

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ebenfalls sonnenseitig geschwärzte Werkstoffbahn 81 gegeben sein. Zweckmäßig kann dabei die flexible Werkstoffbahn 81 in am besten von oben nach unten verlaufende Kanäle über in Kanalbreite voneinander abstehende Zwischenbälge (bei Luftmatratzen Riefen genannt) mit der Basisisolation (Isolationsbelag 3, 4) fest verbunden sein. In gleicher oder ähnlicher Art gebildete Kanal«, können auch unter der Platte 80 an dieser angearbeitet sein.

Die Aufheizbälge 17 der einen oder anderen Bauweise liegen im Zustand der Entleerung vom Wärmeträger mehr oder weniger dicht auf dem u.U. zusätzlich gegen Flüssigkeiten und Gase abgedichteten Isolationsbelag 3, auf und werden, nur einen filmdünnen Durchgangsraum bildend, zumindest von einem Wärmeträger kleinster Menge oder kleinsten Durchlaufdruckes angehoben. Größere in der Zeiteinheit durchlaufende Mengen oder höhere Drücke des Wärmeträgers bewirken auch einen größeren Durchlauf im Aufheizbalg 17. Auch Aufheizbälge 17 können sinngemäß in allen Richtungen ihrer Ebene aneinandergereiht zu größeren Einheiten zusammengekoppelt werden.

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Dadurch, daß - wie an sich bekannt - die gewünschte Aufheiζtemperatur des im Aufheizbalg durchlaufenden Wärmeträgers vorgewählt, also voreinstellbar ist, wird der jeweilige Füllungsgrad über die veränderliche Höhe des Durchgangsraums im Aufheizbalg 17 bestimmt. Eine große Niveauhöhe des Niveauschalters 2 2 ergibt einen hohen Füllungsgrad, eine geringere Niveauhöhe einen niedrigeren Füllungsgrad, d.h. z.B. große, bzw. kleine Wassermengen und damit entsprechend unterschiedliche Höhen des Aufheizbalges 17. Damit wird auch erreicht, daß die mit der Erwärmung des durchlaufenden Wärmeträgers verbundene Ausdehnung einen unerwünschten Druckaufbau nicht überschreitet. Im sonnenwärtigen Abstand von der äußeren sonnenseitigen Begrenzung des Aufheizbalges 17 ist ebenfalls wie bei den Fig. 1 bis 4 mindestens eine durchsichtige, Sonnenstrahlen und -energie nicht nach außen reflektierende Werkstoffschicht 7 (Kunststoff oder Glas) auf dem Isolationsbelag befestigt. In Fig. sind zwei derartige Werkstoffschichten im Abstand voneinander angeordnet. Die unterschiedliche Art und Weise der Befestigung dieser Werkstoffschichten auf dem Isolationsbelag 3, 4 stimmt mit derjenigen der Anlagen nach den Fig. 1 bis 4 überein.

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Zu der Sonnenenergiewandler-Anlage nach Fig. 5 ist ein Mehrwegeventil 23 mit unabhängig voneinander beweglichen Ventilkanälen - im weiteren Verlauf der Schilderung als Ventile 231 und 232 - vorgesehen, das in der gezeichneten Stellung den Niveauschalter 22 über eine Rohrableitung 19 und einen Ventilkanal 231 mit der Rohrzuleitung 10 zum Aufheizbalg 17 der Wandler ze He 1 verbindet. Die hier aus dem oberen Bereich des Aufheizbalges 17 abgeleitete Rohrleitung 21 ist durch die gezeichnete Stellung des Ventilkanalf 232 des Ventils^an die in den Hochwärmespeicher 14 mündende Rohrleitung 100 angeschlossen, die über das Ventil mit der Rohrleitung 10 in Verbindung steht. Die Rohrableitung 13 des Heizraumes 12 ist über je ein Ventil 25 und 26 an den Hochwärmespeicher 14 und den Isolationskörper-Wärmespeicher 15 anschließbar. Ein Entlüfter 29 ist für die beiden vorerwähnten Speicher vorgesehen. Eine Ableitung 33 des Hochwärmespeichers 14 mündet über nacheinander angeordnete Armaturen, nämlich ein Ventil 35 und eine Pumpe 36 in den Wärmeverbraucher, hier Radiatoren

Die Rohrableitung 40 dieser Radiatoren führt über Zwischenschaltung des Ventiles 43 Leitung 42 in den Abwärmespeicher 27. Der Radiator 34 ist gleichzeitig über den Heizkessel 39 der Vorlaufleitung 37 mit dem Ventil 38 der gleichen Pumpe 36 über die Rücklaufleitung 40 Ventil 41 Leitung 40 als Rücklaufleitung in Verbindung.

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Die Wärmespeicher 14 und 15 sind von einem Abwärmespeicher 27 umgeben, dessen Rohr-Ableitung 31 mit zwischengeschalteter Pumpe 30 zum Ventil 32 des Niveauschalters 22 führt. Eine in zwei Richtungen wahlweise arbeitende Ventilpumpe 28 verbindet zu Wärmetauschzwecken den Isolierkörper-Wärmespeicher 15 mit dem Abwärmespeicher 27. Die in den Fig. 1 bis 4 nicht erwähnten Organe der Fig. 5 können auch zu den Anlagen der Fig. 1 bis 4 angewendet werden. Eine weitestgehende wirtschaftliche Nutzung und damit eine optimale Verwendung der erläuterten Sonnenenergieanlage wird erreicht, indem die erwärmte Luft als 2, Medium 11 in Heizraum 12 durch die Leitung 13 offenes Ventil 25 zunächst geschlossenes Ventil 26 über die inneren angewendeten Werkstoffe des Wärmespeichers 14 durch den Luftraum des Wärmespeichers, über die Entlüftung 29 im Isolations-Wärmespeicher 15, über die Leitung 16, Gebläse 24 im Kreislauf umgewälzt wird. Dadurch tritt eine Aufheizung der Luft 11 im Heizraum 12 ein. Zugleich wird der Wärmeträger 10 unter der schwarzen Heizoberfläche 8 des Aufheizbalges 17 durch Sonnenstrahlungseinfluß aufgeheizt.

Vorher war das im Abwärmespeicher 27 enthaltene Rücklaufwasser nach Verbrauch während einer zeitlich verschobenen Nutzungszeit zur Sonnenaufheizzeit in 34 Leitung 40, Ven-

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til 43 und Leitung 42 über Leitung 31 und Pumpe 30 dem Niveauschalter 22 zugeführt worden. Im weiteren Verlauf öffnet sich nun das Ventil 26, wenn mit steigendem Niveau im Hochwärmespeicher 14 und einer Thermometeranzeige zu diesem eine intensivere Beheizung des Luftraumes im Wärmespeicher und die Aufheizung der Wärmespeichermaterialien und der Isolierstoffe wie bei Beginn nicht mehr erforderlich ist.

Über die Leitung 13 und das nun geöffnete Ventil 26 wird mit dem Wärmeträger 11 des Heizraumes 12 wie vorstehend bereits für die Vorwärmung erläutert, der Isolations-Wärmespeicher aufgeheizt. Untersuchungen ergaben dabei an der äußeren Oberfläche der Isolation 140 durch steigende Speicherung im Hoch-Wärmespeicher 14 eine Temperatur von 10 bis ca. 20 ⁰C und zwar bei einem Isolationsgrad von ca. 10 kcal/m /h bei Raumtemperatur. Auf der inneren Oberfläche der Isolation wurde dazu ein gespeichertes Medium 10 von 60 - ca. 70° C festgestellt.

Nachdem der Isolations-Wärmespeicher 15 auf mehr als 40⁰C mit dem Wärmeträgermedium 11 aufgeheizt wird, ergibt sich während der Aufheizung kein Wärmeisolationsver lust mehr.

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Während dieses ganzen Vorganges strömt die, durch die Speicherung im Hoch-Wärmespeicher 14 vermehrende Wärmeträgermenge erwärmte Luft über den Entlüfter 29 in den Isolierkörper-Wärmespeicher 15, um auch die Verluste zu eliminieren, die sich sonst durch eine freie Entlüftung ergeben würden. Dabei ist eine filterähnliche,mit geringem Widerstand gekennzeichnete Vorlage in den isolierten überlauf 29 eingebaut. Diese Vorlage wirkt im weiteren Verlauf als Wärmespeicher für diejenigen geringen Luftmengen, die sich bei späterem Nutzungsbetrieb auf umgekehrtem Wege ergeben.

Während nämlich inzwischen der Abwärmespeicher 27 leer und der Hoch-Wärmespeicher 14 mit dem Wärmeträger 10 von ca. 65 - 60 ⁰C gefüllt ist, beginnt mit den nun einsetzenden Nutzungsbetrieb die Niveauhöhe im Hoch-Wärmespeicher 14 kontinuierlich zu sinken und im Abwärmespeicher 27 zu steigen. Zu diesem Zeitpunkt - oder sogar vorher - ist die Sonne untergegangen und es hat allein ein statischer Speichervorgang stattgefunden ohne weitere WärmeZuführungen durch die Wärmeträger 10 und 11. Der rücklaufende Wärmeträger 10 nimmt seinen Weg über die Leitung 33 und das Ventil 35,die Pumpe 36, die Radiatoren 34, das Ventil 43 und die Rücklaufleitung 42 mit Vorlauftemperaturen von ca. +60° C

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und Rücklauftemperaturen von ca. 40 ° C. Die Ventile 41, 38 und Leitungen 40, 37, die zum Kesselbetrieb 39 führen, wenn keine Sonnenenergie zu nutzen möglich ist, sind geschlossen. In dem Isolierkörper-Wärmespeicher 15 hätte sich, inzwischen nach außen abnehmend, eine niedrigere Temperatur als vormals 40 ° C, die über den Heizraum 12 der Wandlerzelle 1 entstanden war, ergeben.

Damit wäre auch die Vorlauftemperatur des gespeicherten Wärmeträgers 10 gefallen. Weitestgehend ist nun die Nutzung verhindert durch den rücklaufenden Wärmeträger 10 bis zum gleichen Niveaustand zwischen dem Abwärmespeicher 27 und dem Wärmespeicher 14. Wenn diese beiden Speicher bei - wie vorstehend angenommen - verwendeten flüssigem Wärmeträger dann gleiche Niveauhöhen haben, wird über eine Ventilpumpe 28 der Isolationskörper-Wärmespeicher mit dem Wasserspeicher 27 durch Öffnen des Ventils 28 verbunden.

Jetzt kommt nochmals eine weitere besonders temperaturwertige Nutzung zum Tragen. Der rücklaufende Wärmeträger 10 hat eine Rücklauftemperatur von mindestens 40 ⁰C. Mit der hohen spezifischen Wärme von Wasser wird dabei die durch den zweiten Wärmeträger 11 ehemals aufgeheizte und im Isolationskörper-Wärmespeicher 15 gespeicherte Wärme

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ersetzt. Sie reicht nun aus, die weitestgehende höchste Temperatur für den Wärmeträger 10 im Innern des Hochwärmespeichers 14 sicherzustellen, bis ein neuer Sonnentag beginnt. Vor dem neuen Beginn der Vorgänge wird über die Ventilpumpe 28 der Isolationskörper-Wärmespeicher entwässert. Diese beschriebene letzte Sicherstellung ergibt eine besondere Wirkung dadurch, daß allgemein nicht 100 %ig gefüllte Wärmespeicher relativ und absolut normalerweise schneller abkühlen als 100 %ig gefüllte.

Wie bei den Anlagen nach den Fig. 1 bis 4 sind auch bei der Anlage nach Fig. 5 alle Leitungen und Armaturen mit zweckmäßigsten Mitteln gegen Wärmeverluste isoliert.

Die Apparatur nach Fig. 5 arbeitet bei der Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme im allgemeinen nicht nach dem zu den Fig. 1 und 2 erwähnten Kreislaufsystem (Kreislauf 9) Die wirtschaftlichere Nutzung ergibt sich durch einen intermittierenden Betrieb. Das Medium 10 im Heizkörper 5, 60, 64, 61 und 62 kann hierfür aus Gas oder Flüssigkeit bestehen. Das Mehrwegeventil 231 ist dann für die Leitung 19 geschlossen, wenn ein Ablassen des erwärmten Mediums in den Wärmespeicher 14 über das Ventil 20 erfolgt. Danach wird das Ventil 20 geschlossen, während Ventilkanal 232 für Leitung 21 geöffnet war. Das Ventil 20 bleibt geschlossen, das Zweiwegeventil 231 wird geöffnet, wenn ein neuer zu erwärmender Wärmeträger 10 in den Heizkörper 17 durch

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den Niveauschalter 22 zur Erwärmung einströmt. Infolge des fehlenden Gegendruckes durch die nicht kommunizierende Wassersäule öffnet das Schwimmerventil 32.

Das Ventil 32 und 231 schließt, wenn die gewünschte
Niveauhöhe erreicht ist. Dies geschieht durch den
Schwimmerdruck (Auftrieb) des Ventils 32 und eine elektrische Betätigung von 231.Das Ventil 20 ist ebenfalls geschlossen und das Ventil 231 gleichfalls, jedoch 232 senkrecht offen. Diese Stellungen entsprechen der Normalaufheizung ohne Krexslaufsystem. Ventil 232 dient
der Belüftung und für einen evtl. Überlauf. Die Leitung des Ventils 232 zum isolierten Hochwärmespeicher 14 ist aus dem Grunde vorgesehen, damit bei der hohen Erwärmung und Erreichung der Dampfphase oberhalb 1 ata ( 0 bar) - das Ventil 20 ist geschlossen - das Ventil 232 senkrecht offen sein und der zu hoch erwärmte Wärmeträger 10 über die Leitung 21 als Überlauf direkt dem Wärmespeicher 14 zugeführt werden kann.

Von maßgeblichem Einfluß für eine optimale wirtschaftliche Nutzung ist zusätzlich zu dieser Anlage die Anpassung an die verschiedenen Wetterzustände. Der Normalfall besteht darin, daß bei Tagesbeginn eine Fotozelle 44 die Betriebsbereitschaft der Anlage sicherstellt.

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Nachdem im oberen Teil 60 das Thermometer 45 mit dem Thermostat 46 im Luftraum zwischen den Werkstoffschichten

7 oder einer Einzelschicht 7 und der Heizkörperfläche

8 eine Temperatur von mindestens + 40 ⁰C erfaßt, wird über den Niveauschalter 22 und das Schwimmerventil 32 sowie durch Schließung des Ventils 22 und waagrechte Öffnung des Ventilkanals 231 das zu beheizende Medium 10 in den Heizkörper 17 eingelassen und damit durch den Niveauschalter 22 eine gewünschte optimale Füllung erreicht.

Nun wird der Ventilkanal geschlossen, der Ventilkanal 232 öffnet senkrecht. Die Temperatur des Wärmeträgermediums 10 wird durch das an der Stelle 61 des Aufheizbalges 17 angeordnete Thermometer 47 gemessen. Nachdem nun nach einiger Zeit durch die Sonneneinstrahlung die vorgesehene Temperatur an der Stelle 61 über das Thermometer 47 mit z.B. + 65 ⁰C erfaßt wird, erfolgt über das Thermostat 48 das öffnen des Ventils 20 und das erwärmte Medium für die Speicherung wird in den Hochwärmespeicher 14 abgelassen.

Danach schließt das Ventil 20, der Ventilkanal 231 öffnet waagrecht und durch den Niveauschalter 22 wird die nächste definierte Füllung bewirkt. Diese kann zunä^cht zum ZwecKe eines schnellen Erreichens einer max. Tempe-

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ratur gering sein, wird aber unter Beibehaltung von T max. laufend erhöht. Kommt es nun unverhofft zu einer starken Wolkenbildung, möglicherweise zu Regen oder einem kälteren Wettereinbruch, so wird sofort bei der Stelle 60 , d.h. durch das Thermometer 4 5 der Abfall der Temperatur nach kurzer Zeit in diesem Luftraum 11, 12 festgestellt, ohne daß zunächst das Medium 10 über Thermometer 47 bei 61 diese Änderung feststellt, infolge Trägheit des Systems.Nach einiger Zeit wird durch das Thermometer 47 an der Stelle 61 eine gewisse Temperatur des bereits aufgeheizten Wärmeträgers mit dem Stand des Thermometers 45 an der Stelle 60 verglichen.

Daraus ergibt sich eine Temperaturdifferenz. Ist diese Temperaturdifferenz zwischen 60 und 61, d.h. Medien 10 und 11 im weiteren Verlauf als Differential dt/d Zeit immer negativer und ist der absolute Wert bei 61 höher als die Temperatur des gespeicherten Mediums im Hochwärmespeicher 14, so kommt es zu einem programmierten Ablassen in den Wärmespeicher wie bereits beschrieben. Ist dagegen an der Stelle 61 die Temperatur des zu erwärmenden Wärmeträgers 10 geringer als der Einstellwert von z.B. + 65 ⁰C am Thermometer und zeigt sich des weiteren ein beschriebenes weiteres negatives Differential zwischen den Thermometern 45 und 47 und ist die Temperatur des Wär-

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meträgers 10 im Speicher höher als bei 47 / 60, so erfolgt kein Ablassen.

Steigt nun durch weitere Sonneneinstrahlung die Temperatur an der Stelle 60 und wird wieder über Thermometer an der Stelle 61 gemessen, dann ist der Normalfall erreicht. Es kommt zur üblichen Aufheizung wie bereits beschrieben. Geht der Sonnentag zu Ende, so sorgt die Foto-

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zelle/dafür, daß der Aufheizbalg 17 entleert wird. Wird dabei das Differential, z.B. durch kurz vorher getätigte Füllung zwischen den Temperaturen an den Stellen 60 und 61 negativ und die absolute Temperatur bei 61 geringer als im Hochwärmespeicher 14, so erfolgt kein Ablassen des Wärmeträgers in den Hochwärmespeicher 14, um die Temperatur dort trotz des Vorteils einer größeren Wärmemenge nicht zu stark zu reduzieren. Sie wird zur Isolationsspeicherung dem Isolationskörper-Wärmespeicher 15 oder dem Abwärmespeicher 27 zugeführt. Während die geschilderten Wechselfälle und während die Normalfälle, den Wärmeträger 10 betreffend, ablaufen, hat jeweils durch Einschalten ein Gebläse oder eine Pumpe dann die Luft- oder Wassermenge als Wärmeträgermedium 11 in den Aufheizbalg 12 im Isolationskörper-Wärmespeicher bzw. im Wärmespeicher 14 überführt, wenn das Thermometer 45 an der Stelle 60 mindestens 40 ⁰C im Heizraum 12 für das zweite Medium 11 aufweist oder das Thermometer 151

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im Grenzbereich zwischen der Isolation 140 und Isolationskörper-Wärraespeicher 15 oder inmitten dieses Raumes einen geringeren Wert als an der Stelle 60 anzeigte. Das Thermometer 151 zeigt dabei im Anfang die effektive Oberflächentemperatur der Isolation an.

Eine Überführung entfällt durch Abschalten des Gebläses oder der Pumpe, wenn an der Stelle 60 eine niedrigere Temperatur als diejenige mit dem Thermometer 62 gemessen wird. Durch Stocken des Kreislaufes findet dann keine weitere Abkühlung im Isolationskörper-Wärmespeicher 15 statt.

Alle diese beschriebenen gegenseitig wirksamen, regel- und steuertechnischen Funktionen sind einmalig programmiert und können maximal.oder minimal ablaufen. Die Einstellwerte der Thermostate 46 und 48 sind veränderlich.

Die Anlage nach Fig. 6 unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen nach Fig. 5 durch die Verwendung eines anderen Wärmespeichers als nach Fig. 1 bis 4 und zwar dadurch, daß anstelle eines Isolationskörper-Wärmespeichers 15 (Fig. 5) ein Vakuumraum 65 zwischen dem Hochwärmespeicher 14 mit Isolation 140 und dem Abwärmespeicher

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angeordnet ist. Es ist außerdem nur eine einzige Pumpe
(Vakuumpumpe 71 mit Saugseite für Vakuum und Druckseite für Pressung) vorgesehen. Die Saugseite der Pumpe 71 steht über ein Absperrventil 66 für ein Vakuum im Hochwärmespeicher 14 in Verbindung und mit einem Vakuumventil 68 für den Vakuumraum 65. Parallel zu den Ventilen 66 und 68 liegt noch ein Vakuumventil 70 für den Abwärmespeicher 27 an der Saugseite der Pumpe 71. Das Vakuumventil 70 steht außerdem über ein Rückschlagventil 7 2
mit der Außenluft in Verbindung.

Abändernd zur Fig. 5 steht in Fig. 6 der Niveauschalter 22 über eine Rohrleitung 59 mit einem in zwei Ebenen
wirksamen Mehrwege-Drehventil 230 in Verbindung, dessen Kanal 233 die Rohrleitung 59 mit einer zum Röhrensystem 5, 61, 62 bzw. 5, 60, 64 führenden Rohrleitung 57 verbinden kann. Die Rohrableitung 52 führt über ein Ventil 53 und ein Rückschlagventil 54 in den Hochwärmespeicher 14. Vor dem Ventil 53, also zwischen diesem und dem Röhrensystem der Wandlerzelle 1 -weigtyvon der Rohrableitung 52 abzweigende Rohrleitung 56 ab. Diese führt zu einem weiteren Ventilkanal 234 des Mehrwege-Drehventils und kann durch diesen mit einer Rohrleitung 55 gekoppelt werden, die zwischen Ventil 53 und Rückschlagventil 54
in die Rohrableitung 52 mündet.Rückschlagventile 49, 50

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und 51 sind noch in die Rohrleitungen 33, 31 und 42 (Fig. 6) gelegt. Nach den Ausführungen zu den Figuren 1 bis 5 zeigt die Fig. 6 durch diese Maßnahmen die Anwendungen der gesamten Durchlaufsysteme des Wärmeträgermediums 10 ohne Pumpen, im Gegensatz zu den Fig. 1 bis 5. Der Heizraum 12 ist übereinstimmend mit dem der Fig. 5 an den Hochwärmespeicher 14 und über Leitung 85 Gebläse 58 kreislaufmäßig verbunden. Anstelle eines Röhrensystems kann in der Wandlerzelle 1 zur Fig. 6 auch ein Aufheizbalg 17 mit entsprechenden Zu- und Ableitungen vorgesehen sein.

Zu Wärmespeichern kleineren Volumens als 3.000 ltr. ist die Anlage nach Fig. 6, d.h. eine solche mit evakuierten Räumen bewährt. Der Hochwärmespeicher 14 ist dabei - wie vorstehend bereits erläutert - normal isoliert (140). Der in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Isolationskörper-Wärmespeicher 15 ist hier dagegen durch den Vakuumraum 65 ersetzt. Der Abwärmespeicher 27 enthält, ohne die Ventilpumpe 28 der Fig. 5, im Falle des flüssigen Wärmeträgers Wasser ebenfalls das Rücklaufwasser des Verbrauchers 34 über die Leitung 40, Ventil 43, Leitung 42, Rückschlagventil 51.

Im Vakuumraum 65 sind zweckmäßig an sich bekannte reflektierende Folien am äußeren Mantel, d.h. deckungs-

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gleich zur Isolation 140 des Hochwärmespeichers 14, angeordnet, um die Wärmestrahlung zurück zu werfen. Die Wärmeleitung wird durch ein Vakuum von 2 bis 4 Torr verhindert.

Anstelle des Isolationsraumes 140 kann auch der Vakuumraum 65 treten, der Abwärmespeicher 27 ist dann anstelle des Vakuumraumes 65 bei sonst gleichen Bedingungen vorgesehen. Es ist dann zwar günstig, außen um den Abwärmespeicher 27 eine Isolation zu legen. Diese unveränderte Ausführung hat jedoch den Vorteil, durch Anwendung von Druck und Vakuum den Heizungsbetrieb mit Nutzung durch Radiatoren 34 und den gesamten Kreislauf des Wärmetragermediums 10 über Rückschlagventil Leitung 31 über Schwimmerventil 32, Leitung 59, Ventilkanal 233, Leitung 57, Strahlenwandler 1, Leitungen 52, 56, 55,54 resp. Ventile 53, 234 und Rückschlagventil ohne Pumpe zu ermöglichen (Fig. 6)

Ist eine Wärmespeicherung vorgesehen, dann sind die Ventile 66 und 67 geschlossen und 70 geöffnet und die Ventile 68 und 69 geöffnet. Das Vakuum in 65 wird gebildet. Ist anschließend eine 10 %ige Füllung des Hochwärmespeichers 14 erreicht worden, dann kann die weitere Speicherung umgewandelter Sonnenstrahlenenergie bei offe-

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nen Ventilen 66 und 70 erfolgen, wenn die Vorwärmung des Wärmespeichers 14 mit dem Wärmeträgermedium 11 über Heizraum 12 ausreichend war und beendet wurde. Es ist auch möglich 66 und 67 zu schließen, um eine weitere Vorwärmung ohne Vakuum und Druck in 14 sicher zu stellen.

Soll die Entnahme aus dem Hochwärmespeicher 14 erfolgen, dann sind die Ventile 66 und 69 geschlossen und die Ventile 67, 68 und 70 geöffnet.

Bei begrenzten räumlichen Möglichkeiten zum Aufstellen eines Sonnenenergiewandlers, z.B. in bzw. auf einem Dach, ist eine besonders kompakte Gestaltung desselben vorteilhaft. Fig. 7 zeigt eine derartige Anlage. Die Wandlerzelle 1 bildet bei dieser zusammen mit den Speichern 14, 15 und 27 eine bauliche Einheit. Um diese bauliche Einheit so knapp wie möglich zu machen, stimmen der Isolations-(grund-)körper 3,4 der Wandlerzelle 1 und ein Wandungsteil des Hochwärmespeichers 14 mit der zugehörigen Isolation 140 der Form, der Lage und dem Werkstoff nach über ein. Die übrige Anlage ist mit derjenigen der Fig. 5 über einstimmend angelegt. Die wichtigsten dem entsprechenden Armaturen sind mit zugehörigen Bezugszeichen in Fig. 7

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eingetragen. Abändernd kann aber auch die Anlagenkombination nach Fig. 6 verwendet werden. Eine jede Wandlerzelle 1 kann dabei wahlweise mit einem Röhrensystem 5 61, 62 oder 5, 60, 64 oder einem Aufheizbalg 17 ausgerüstet sein. Der weitere Vorteil ist dabei die integrierte Bauart zwischen der Wandlerzelle 1 und den Wärmespeichern 14, 15 und 27 in bezug auf ein großes Gewicht durch die Bauart und bei Verwendung des Wärmeträgermediums 10. Diese Vorteile sind bei einer Aufstellung auf Dächern besonders durch Windbeanspruchungen vorteilhaft.

Bei einer geringfügigen geänderten Anordnung zwischen Wandlerzelle 1 und den Wärmespeichern 14, 15 und 27, kann auch der Speicher über den Wandlerflächen stehen, damit die in den Fig. 1-6 beschriebene Bewegung des 2. Wärmeträgermediums 11 durch Erwärmung in den Heizräumen 12 ohne Bewerkstelligung mit einem Gebläse 24 in Fig. 7 resp. des gleichartigen Gebläses 58 in Fig. 6 geschehen kann. Es ist dabei jedoch keine Umwälzung des 2. Wärmeträger-Mediums 1 1 möglich, es wird durch Erwärmung im Heizraum 12 leichter und tritt von unten her in den Wärme -Isolationsspeicher 15 ein und speichert dort seine Wärme in den beschriebenen Speichermaterialien.

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Mit dem sog. Kreislauf- oder Füllsystem nach Fig. 5 verbunden ist über die Rohrleitung 10 und ein in diese gelegtes Ventil 20 ebenfalls ein Hochwärmespeicher 14, hier mit einem Entlüfter 29. Die Isolation dieses Speichers besteht auch ohne den Isolationskörper-Wärmespeicher 15 aus vorzugsweise an sich bekanntem Isolationswerkstoff mit Verlusten von weniger als 10kcal/m²/h. Da die Oberfläche eines Körpers bei dessen Vergrößerung in der zweiten Potenz, das Volumen desselben Körpers aber in der dritten Potenz zunimmt, ist ein Wärmespeicher um so besser, je größer sein Volumen ist. Eine wirtschaftliche untere Volumengrenze der Wärmespeicher liegt bei ca. 3.000 ltr. Inhalt. Der Wärmeverlust eines Wärmespeichers von 1 m³ Inhalt, gefüllt mit Wasser von 60 ⁰C Temperatur beträgt bei einem Isolationsgrad von 10 kcal/m^/ je Stunde 0,1 % und ist damit zwanzig Mal so hoch, wie der Wärmeverlust 0,05 %/h bei einem neun Mal so großen Wärmespeicher, dessen Oberfläche 27 m und die gleichen Isolationswerte besitzt. Aus diesem Grunde ist auch die Verbesserung und eine gewisse Speicherung im Isolationskörper-Wärmespeicher 15 so wichtig, da ja auch schon bei der Aufheizung Wärmeverluste eintreten.

Wärmeverluste bringen z.B. auch schon die Aufheizung der gesamten Wasserwerte (Produkt in kcal/°C aus dem Gewicht G χ spezifischer Wärme C) der verwendeten Wärmespeicher und

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Isolationsstoffe des Luftraums im Wärmespeicher bei der Aufheizung und danach bei Speicherung und Nutzung. Anteilig wirkt sich auch die notwendige Entlüftung des Wärmespeichers negativ aus, die sich, z.B. bei einem flüssigen Medium, durch den steigenden uns sinkenden Spiegel bemerkbar macht.

Anstelle von teuren Einzelrohren erlaubt eine kissenförmige Ausführung eines Aufheizbalges 17 der Wandlerzelle mit im wesentlich senkrecht aufsteigenden und dem damit verbundenen unteren und oberen sammelrohrähnlichen Kanälen ein großflächiges, wirtschaftlicheres und industriell herstellbares Produkt, das auch leicht, z.B. aufgerollt oder zerlegt, transportiert werden kann.

Derartige Aufheizbälge 17 aus plastischen, elastischen oder harten Werkstoffen (Metall oder Leichtmetall) oder aus anderen Werkstoffen, die Temperaturen bis ca. + 95 ⁰C, einen Druck bis zu 1,5 atü aushalten und wasserbeständig sind, vermitteln die besten Ergebnisse.

Von größter Bedeutung ist ferner der Abstand der Wandungsinnenflächen derartiger Aufheizbälge voneinander, d.h. die vorzusehende "Dicke" des Mediums der Wasser- oder Gasmenge,

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die bei den entsprechenden Breitengraden und der Neigung der Kissenflächen - gegenüber der Horizontalen für eine Sonnenstrahlenumwandlung in Wärme - eine bestmögliche Größe darstellt. Bestmögliche Größen sind kleine Medien - Mengen bzw. - "Dicken" bei höchster Temperaturerhöhung oder größere Wassermengen mit optimalen Temperaturen bei einem besseren Wirkungsgrad. Ausgehend von diesen Parametern ist z.B. eine Umwandlung in Wärme von mehr als ca. 400 kcal/m²/h bei Temperaturen von über + 60 ⁰C und das selbst bei winterlichen Außentemperaturen von unter 0° C auch mit Wasser möglich. Das bedeutet, daß die Verwendung von irgendwelchen Mengen Wasser nur bis zu einer gewissen Grenze sinnvoll ist, damit möglichst schnell hohe Temperaturen erreicht werden können. Je schneller die Sonnenenergie - in Wärmeenergie umgewandelt - in eine höhere Temperaturspeicherung überführt werden kann, um so höher ist ihr Nutzungswert. (Vorlauf = minus Rücklauftemperatur = nutzbares Temperaturgefälle einer Heizung.)

Mit der schneller erreichten, höheren Temperatur des erwärmten Mediums steigen die Verluste an Wärmestrahlung und Wärmeübergang in der Anlage und der Wirkungsgrad sinkt

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im gleichen Maße. Diese Verluste werden nach kurzer Zeit so groß, daß es zu einem Gleichgewichtszustand kommt. Dieser ist im allgemeinen zwischen dem Medium und dem jeweiligen Material des Kollektors auf der sonnenbeschienenen Seite - unter Berücksichtigung einer guten Isolation der sonnenabgewandten Seite - nach kurzer Zeit erreicht. Diese Verluste sind die Energien aus dem mathematischen Produkt aus Gewicht, spezifischer Wärme, der Temperaturerhöhung und den Strahlungen des Kollektor- bzw. Kissenwerkstoffes einer darüber befindlichen Glas- oder Kunststoffschicht und dem gasförmigen oder flüssigen Medium zwischen diesen, die den Heizraum 12 bei ihrer Verlustleistung passieren.

Nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes ist keine weitere Nutzung der Sonnenenergie für das vorgesehene Aufheizen des Wärmeträgermediums 10 in dem Aufheizbalg 17 möglich. Dies ist auch der Grund, weshalb trotz mehrstündiger Sonneneinstrahlung keine weitere Temperaturerhöhung eintritt. Es wurde nicht einmal eine asymptotische Erhöhung der Temperatur festgestellt. Die Richtigkeit dieses Vorganges wird auch durch Messungen des Volks wagenwerkes an schwarzen Karosserien am Äquator und am 50. Breitengrad und durch Veröffentlichungen der Uni Potsdam erhärtet,nach denen Einstrahlungen von mehr als 800 kcal/h/m^ möglich sind. Derartige Einstrahlungen

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müßten bei einer Dicke des Durchgangsraumes des Aufheizbalges 17 von ca. 1 mm und damit einer Wassermenge von 1 kg/m als Wärmeträgermedium IO zu einer Dampfentwicklung führen, da 600 kcal genügen, um 1 kg Wasser zu verdampfen. Erreicht wurden bei Außentemperaturen von ca. minus 5 ⁰C in 1200 m Höhe jedoch nur ca. +70⁰C als GIexchgewichtstemperatur, die über viele Stunden konstant blieb,

Diese beträchtlichen, bisher nicht genutzten Energiemengen passieren bei der Verlustleistung im Heizraum 12 das 2. Wärmeträgermedium 11 und werden nun zur Verbesserung der Wärmespeicher-Isolation 15 verwendet. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad gegenüber dem bisherigen Stand der Technik bei ähnlichen Anlagen erheblich. Bei dem Aufbau einer Anlage für eine Sonnenstrahlenwandlung in Wärme ist es auch denkbar, ein rohrartiges System mit Kollektorblechen - also mit möglichen starren selbsttragenden Heizflächen - so vorzusehen, daß dieses mit seiner integrierbaren kissenförmigen Plattenheizkörper-Fläche als Einzelelement eines Baukastensystems ausgebildet und damit erweiterungsfähig ist. Die Einzelelemente müssen industriell wirtschaftlich produzierbar und auf Lastwagen transportabel sein, des weiteren aber so ausgeführt wer-

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den, daß eine ergänzende Komplettierung und Vergrößerung auf theoretisch nahezu unendliche Flächenmaße möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

1) Sonnenenergiewandler mit Speicher für die umgewandelte Energie, gekennzeichnet durch mindestens eine Wandlerzelle (1) zum Durchlauf von zwei zumindest räumlich voneinander unabhängigen Wärmeträgern, von denen mindestens der eine flüssig und der andere ein Gas sein kann, durch etwa in Richtung der einfallenden Sonnenstrahlen übereinander liegende Räume(5, 60 bis 62, 12) derart, daß diese Räume an gleiche oder unterschiedliche Zwischenspeicher anschließbar sind. (14, 15, 27).

Z) Sonnenenergiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerzelle (1) einen dichten, auf der Basisisolation festgelegten Balg (17) enthält, der in Abhängigkeit von der Menge der durch ihn durchlaufenden Flüssigkeit bzw. von dem Druck der Flüssigkeit unterschiedliche Höhen einnehmen kann.

3) Sonnenenergiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Balg (17) der Wandlerzelle (1) sonnenseitig abschließende Begrenzung durch eine steife Platte (80) gegeben ist.

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4) Sonnenenergiewandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Balg (17) der Wandlerzelle (1) sonnenseitig abschließende Begrenzung durch eine flexible, zumindest flüssigkeitsdichte Werkstoffbahn (81) gegeben ist.

5) Sonnenenergiewandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Werkstoffbahn (81) röhrenartige, zur Basisisolation (3,4) hin offene Kanäle bildend, über ihre ganze, quer zur Flußrichtung der aufzuheizenden Flüssigkeit (Wärmeträger) verlaufenden Breite hinweg durch ebenfalls auf der Basisisolation festgelegte Zwischenbälge (Riefen) unterteilt ist.

6) Sonnenenergiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zwischen dem äußeren Aufheizraum für den einen Wärmeträger und der Basisisolation (3,4) der Wandlerzelle (1) auf dieser Basis ein Durchlaufröhrensystem (5, bis 62) zum Aufheizen des anderen Wärmeträgers festgelegt ist.

7) Sonnenenergiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6

gekennzeichnet durch mindestens eine im Abstand von dem

Balg (17) - bzw. Röhrensystem (5, 60 bis 62) angeordnete

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äußere transparente Werkstoffplatte (7) als äußerste Begrenzung des äußersten Aufheizraums.

8) Sonnenenergiewandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere transparente Werkstoffplatte

(7) in mindestens zwei im allgemeinen wesentlichen gleich große Werkstoffplatten (7.0, 7.1) gegliedert ist, die mindestens einen zusätzlichen Durchflußraum für den einen Wärmeträger zwischen sich einschließen.

9) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeicher (14,27) für das die Röhren- und Balgheizsysteme (5,60 bis 62, 12) durchlaufende Wärmeträger aus mindestens einem Hochwärmespeicher (14) und einem Abwärmespeicher (27) bestehen derart, daß der den aufgeheizten Wärmeträger aufnehmende Wärmespeicher (14) im allgemeinen unter Zwischenschaltung des Wärmeverbrauchers (34) mit dem Abwärmespeicher (27) und dieser über einen, die aufzuheizende Wassermenge in der Zeiteinheit bestimmenden Niveauschalter (22) hinweg rückläufig mit dem Röhren- oder Balg - Aufheizsystem verbindbar ist.

10) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Wärmespeicher als Isolationskörper-Wärmespeicher (15) ausgebil-

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det ist, der mit dem, dem Aufheizen des ersten Wärmeträgers dienenden Heizraum (17) der Wandlerzelle (1) hintereinander, in ein- und demselben Kreislauf liegt.

11) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizraum (12) der Wandlerzelle (1) abändernd wahlweise (Ventile 26, 25) an jeweils einen der beiden Hochwärmespeicher (14) Isolationskörper-Wärmespeicher (15) anschließbar ist.

12) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper-Wärmespeicher (15) und der Abwärmespeicher (27) durch eine, wahlweise in jeweils einer von zwei Richtungen arbeitende Ventilpumpe (28) verbindbar sind.

13) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren Ansprüchen 1, 9 bis 12, gekennzeichnet durch je eine dem Hochwärmespeicher (14) und dem Abwärmespeicher (27) nachgeordnete Pumpe (36,30).

14) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren Ansprüchen 1,9 bis 12, gekennzeichnet durch eine sowohl dem Hoch-

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wärmespeicher (14) als auch dem Abwärmespeicher ge-

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meinsam zugeordnete VakuumpumpeVzum Fördern der Wärmeträger aus diesen Speichern.

15) Sonnenenergiewandler nach den Ansprüchen 13 und 14 gekennzeichnet durch ggf. gespiegelten Vakuumraum (65) zwischen Hochwärmespeicher (14) und Abwärmespeicher (27), der mit der Vakuumpumpe in Wirkverbindung steht.

16) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen-Wärmespeicher (14,15,27) ineinandergeschachtelt angeordnet sind.

17) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Wandler zelle (1) und Zwischen-Wärmespeicher (14,15,27) räumlich eine bauliche Einheit bilden.

18) Sonnenenergiewandler nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet, daß der Isolationskörper (3,4) der Wandlerzelle (1) und ein Teil der Isolation (140) z.B.eine

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Wandung, des Hochwärmespeichers (14) ein - und dasselbe Bauelement sind.

19) Sonnenenergiewandler nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 18, gekennzeichnet durch den wahlweisen Hilfsanschluß eines mit konventionellen Brennstoffen arbeitenden Kesselhauses (39) an den Verbraucher (34) und die an diesen anschließbaren Zwischenspeicher (14,15,27).

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