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Gerät zur Wärmegewinnung aus Sonnenenergie
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Wärmegewinnung aus Sonnenenergie
mit einem der Sonnenlichtstrahlung ausgesetzten, sich durch diese erwärmenden Absorber,
der ein fluides Medium ist, das als Wärmetransportmittel dient, nach Patent ........
(Patentanmeldung P 27 12 411.4).
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Es ist allgemein bekannt, bei einem Gerät zur Wärmegewinnung aus Sonnenenergie
einen geschwärzten Körper zu verwenden, der dem Sonnenlicht ausgesetzt wird und
sich erwärmt, und der seinerseits ständig von einem Strömungsmittel
gekühlt
wird, das konvektiv Wärme vom schwarzen Körper aufnimmt und einem Verwendungszweck
zuführt. Nachteilig ist hierbei der verlustbehaftete Wärmeübergang zwischen schwarzem
Körper und Strömungsmittel. Um derartige Verluste zu vermeiden, und um eine stärkere
Aufheizung des Strömungsmittels zu erreichen, schlägt das eingangs zitierte Patent
(Patentanmeldung P 27 12 411.4) vor, anstelle eines schwarzen Körpers ein fluides
Medium zu verwenden, das aufgrund seiner Art geeignet ist, selbst unmittelbar Strahlungsenergie
des Sonnenlichtes aufzunehmen und sich hierdurch zu erwärmen; dieses fluide Medium
kann selbst als Transportströmungsmittel für den ;;ärmetransport verwendet werden,
so daß die Verluste des Wärmeübergangs zwischen dem Sonnenlichtenergie absorbierenden
Medium und einem Transportmedium entfällt.
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Es ist grundsätzlich möglich, herkömmliche Geräte zur Wärmegewinnung
aus Sonnenenergie mit dem Absorbermedium zu betreiben, soweit es in den Geräten
der unmittelbaren Sonnenlichtstrahlung ausgesetzt werden kann, doch ergeben sich
spezielle Probleme nicht zuletzt dadurch, daß ein Absorbermedium der obengenannten
Art im Sonnenlicht stärker aufgeheizt wird, als dies bei einem herkömmlichen Viärmetransportmedium
der Fall war.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gerät der eingangs genannten
Art zu finden, das zum Betrieb mit einem die Sonnenlichtstrahlung ganz oder teilweise
absorbierenden Strömungsmittel
besonders gut geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Aufnahme
des Mediums ein durch Wandungen abgeschlossener Strömungskanal vorgesehen ist, dessen
dem Sonnenlicht zugewandte Wandung lichtdurchlässig ist. Durch die Verwendung eines
Strömungskanals ergibt sich der besondere Vorteil, daß durch entsprechendes Dimensionieren
des Kanales und durch Beeinflussen der Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums
jederzeit und an jeder Stelle des Strömungskanales verhindert werden kann, daß etwa
fluides Medium zu lange dem Sonnenlicht ausgesetzt wird und demnach sich auf eine
unzulässige Temperatur erhitzt, bei der unerwünschte, das fluide Medium bzw. das
Gerät schädigende chemische oder physikalische Vorgänge ausgelöst werden könnten,
wie etwa das Ausbleichen von Farbpigmenten oder dergleichen.
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Obwohl es nicht zwingend erforderlich ist, kann es von Vorteil sein,
alle dem Sonnenlicht nicht ausgesetzten Wandungen des Kanales licht- bzw. strahlungsundurchlässig
auszubilden, um das Abstrahlen von Infrarot-Strahlung durch das erwärmte fluide
Medium zu vermeiden. Es können beispielsweise die dem Sonnenlicht nicht ausgesetzten
Wandungen des Strömungskanales
verspiegelt sein;gemäß einer Ausgestaltung
der Erfindung aber ist es von Vorteil, daß im Strömungskanal mindestens ein von
dem Medium ständig benetzter, lichtabsorbierender Festkörper angeordnet ist. Ein
derartiger Körper ist geeignet, Strahlungsenergie aufzunehmen, die das fluide Medium
entweder selbst nicht auf zunehmen imstande ist oder selbst abstrahlt, wobei die
vom absorbierenden Festkörper aufgenommene Strahlungsenergie zu dessen Erwärmung
führt, was seinerseits bei Vorliegen eines hinlänglichen Temperaturgradienten zwischen
erwärmtem Festkörper und fluidem Medium zu dessen weiterer Erwärmung führt. Dieser
Wärmeübergang ist zwar, für sich allein betrachtet, verlustbehaftet, derartige Verluste
können jedoch in Kauf genommen werden, da sie nicht bei der eigentlichen Gewinnung
von Wärme aus Sonnenlichtenergie, sondern erst bei der Rückgewinnung an sich ungenutzter
oder bereits verlorengegangener Strahlungsenergie auftreten.
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Es ist grundsätzlich möglich, als absorbierenden Körper einen allseits
vom fluiden Medium umspülten, etwa in der Mitte des Strömungskanals angeordneten
Festkörper zu wählen; gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es aber
besonders von Vorteil, daß die Innenseite von nicht lichtdurchlässigen Wandungen
des Strömungskanals als lichtabsorbierender Körper ausgebildet ist. Diese Ausbildung
weist den besonderen Vorteil auf, daß zur primären Gewinnung von Wärmeenergie das
gesamte, zur Verfügung stehende fluide Medium herangezogen
wird,
und daß lediglich der Teil der auftretenden Strahlung, der unweigerlich einen Verlust
bilden würde, von der absorbierenden Innenseite der Wandungen aufgenommen, in Wärme
umgewandelt und zum Teil wieder an das fluide Medium zurückgeführt wird.
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Es ist grundsätzlich möglich, die dem Sonnenlicht nicht ausgesetzten
Wandungen des Strömungskanals aus strahlungsabsorbierendem Material herzustellen,
es ist jedoch gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, daß
lediglich eine die Innenseite nicht lichtdurchlässiger Wandungen abdeckende, lichtabsorbierende
Schicht vorgesehen ist. Die von dieser Schicht zur Wandung hin abgegebene Wärme
stellt einen Verlust dar, der dadurch verringert wird, daß der Wärmeübergang zwischen
Schicht und getrennt hiervon ausgebildeter Wandung seinerseits verlustbehaftet ist.
Es ist sogar möglich, die Wandung3 selbst mit einer Verspiegelung oder einer sonstigen
Ausbildung zu versehen, die Abstrahlung und Wärmeübergang noch weiter beeinträchtigt;
es ist unter Umständen auch von Vorteil, die Wandung selbst aus einem Material mit
besonders schlechten Wärmeleitungs--Eigenschaften herzustellen.
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Es ist grundsätzlich möglich, die Schicht durch ein herkömmliches
Beschichtungsverfahren unmittelbar oder über eine isolierende Zwischenschicht iu
Ü den Wandungen aufzubringen; gemäß einer weiteren Ausgestaltung aber ist es besonders
von
Vorteil, daß die Schicht in den Kanal einschiebbar ausgebildet ist; es ist somit
nicht nur die Verwendung vorgefertigter Kanäle möglich, sondern auch die Umrüstung
bereits installierter Geräte, soweit sie Strömungskanäle aufweisen.
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Im übrigen ist durch die verhältnismäßig schlechte Wärme leitung zwischen
eingeschobener Schicht und Kanalwandung die Wärmeabgabe an die Kanalwandung hin
und der hiermit verbundene Verlust verringert.
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Wie bereits oben angedeutet, ist es zweckmäßig, Vorkehrungen zu treffen,
um den Wärmeverlust durch die Wandungen des Strömungskanals zu verhindern. Es besteht
demnach eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß mindestens
eine der nicht lichtdurchlässigen Wandungen als Wärmesperre ausgebildet ist, um
Wärmeverluste durch diese Wandung hindurch möglichst weitgehend einzudämmen. Hierzu
ist es möglich, wie bereits oben angedeutet, die Wandung auf ihrer Innenseite zu
verspiegeln oder mit einer den Wärmeübergang hemmenden Schicht zu versehen. Gemäß
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber ist es besonders von Vorteil, daß
die als 11ärmesperre ausgebildete Wandung auf ihrer Außenseite eine Schicht aus
Isoliermaterial aufweist, Da nämlich kaum verhindert werden kann, daß sich die dem
Sonnenlicht ausgesetzte, lichtdurchlässige Wand'erwärmt, wird durch die letztgenannte
Weiterbildung der Erfindung auch eine Erwärmung der die Wärmesperre bildenden Wandung
vorgesehen,
um somit das Ausbilderl von Wärmeverzugsspannungen
innerhalb des Strömunqskanals zu vermei(len, ohne daß Wärme von der Wandung des
Strömungskanals aus nach außen abgegeben wird.
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Es ist grundsätzlich möglich, einen einzigen, hinlänglich breiten,
flachen Strömungskanal zu bilden, der zur Gewinnung der benötigten Wärneeriergle
.ttlsreichend ist. Ein derartiger Kanal weist die Vorzüge auf, daß er verhältnismäig
billig herzustellen ist und die zur Nutzung der Sonnenenergie zur Verfügung stehende
Grund- oder Dachfläche praktisch optimal nutzen kann. Es ist aber dennoch gemäß
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, daß mehrere Kanäle nebeneinanderliegend
angeordnet sind, da durch den verringerten Querschnitt eine bessere Beherrschung
der Strömungsverhältnisse herbeigeführt werden kann, und da Kanäle kleineren Querschnitts
mit geringerem technischen Aufwand druckbeständig hergestellt werden können; gemäß
der letztgenannten Ausgestaltung der Erfindung ist es zusätzlich aber auch von Vorteil,
daß die nebeneinanderliegenden Kanäle zu einem flachen Montageblock zusammengefaßt
sind, an dessen einer Breitseite alle lichtdurchlässigen Wandungen angeordnet sind.
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Es ist somit beim Verlegen bzw. bei der Montage des erfindungsgemäßen
Gerätes nur erforderlich, die nötige Anzahl von Montageblocks parallel oder hintereinander
geschaltet zu verrohren und die Verrohrung abzudichten; die Herstellung des
Montageblocks
selbst und dessen Abdichtung erfolgt fabrikationsmäßig, so daß sicherclestellt ist,
daß die Strömungskanäle selbst gegenüber den bei verhältnislnäßig starker Erhitzung
auftretenden Drücken dicht sind. Dies ist nämlich deshalb besonders wichtig, da
das zum Absorbieren von Sonnenlichtstrahlunq geeigllete fluide Medium unter Umständen
selbst stark färbend ist, so daß die MögLichkeit des Auftretens einer Leckstelle
beispielsweise bei Anbringung des erfindungsgemäßen Gerätes am Dach eines Wohnhauses
weitgehend ausgeschaltet werden muß.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der den lichtdurchlässigen
Wandungen gegenüberliegenden Breitseite des Blocks eine Isoliermaterialschicht aufgebracht,
die den Wärmeaustausch zwischen den Kanälen des Blocks und der Unterlage, auf die
der Block aufgebracht wird, verhindert; weiteres Isoliermateril 1, das den Wärmeautausch
zwischen den einzelnen Kanälen verhindern soll, ist überflüssig, da die derart ausgetauschte
Wärme dem Gerät selbst nicht entzogen wird. Im übrigen dient eine derartige Isolierschicht
auch dem Isolieren eines von Blocks abgedeckten Hauses, so daß der Wärmeübergang
im Sommer bei Betrieb einer Klimaanlage oder im Winter bei Betrieb einer Heizung
erschwert wird.
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Hierbei ist vorzugsweise das Isoliermaterial derart zu wählen, daß
es zwar einerseits luftdurchlässig ist, andererseits aber für das in den Strömungskanälen
des Blocks enthaltene
fluide Medium weitgehend undurchlässig ist,
so daß dieses Medium bei Auftreten einer I,ockstellc nicht ohne weiteres in das
Innere eines mit den Blocks gedeckten ilauses eindringen kann.
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Es ist grundsätzlich möglich, den Strömungskanal bzw. die Kanäle des
Blocks aus mehreren Bestandteilen zu bauen, die jeweils derart ausgebildet sind,
daß sie die für die zugehörigen Wandungen geforderten Eigenschaften aufweisen. Es
ist aber gerade im vorliegenden Fall bei der Verwendung eines absorbierenden fluiden
Mediums, bei dem wegen der verlustarmen Aufnahme von Sonnenlichtenergie verhältnismäßig
hohe Drücke auftreten können, besonders von Vorteil, Kanäle verhältnismäßig kleinen
Querschnitts vorzusehen, die, um dicht zu bleiben, einstückig ausgebildet sind.
So ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders von Vorteil,
daß die Kanäle als Glasrohr geformt sind und einen im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen, wodurch hohe Temperaturbeständigkeit und hinlängliche Druckfestigkeit
gewährleistet sind. Im übrigen ist Glas mit hoher Lichtdurchlässigkeit und verhältnismäßig
geringem Wärmeleitvermögen verfügbar, wodurch eine verlustarme Absorption von Sonnenlichtenergie
sichergestellt ist.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Kanaäle jedoch
aus Kunststoffmaterial geformt und weisen einen Querschnitt mit ebenen Wandungen
auf; ein derartiger
Querschnitt wäre bei der Verwendung eines Glasrohres
nur unter erheblichem Kostenaufwand zu erreichen, bietet aber den Vorteil leichter
Montage, leichten Ausrichtens und der Unverdrehbarkeit einmal montierter Strömungskanäle.
Es ist sogar möglich, in gewissem Maße flexible Kunststoffkanäle vorzusehen, die
eine besonders problemfreie Montage trotz hoher Fertigungstoleranzen gewährleisten.
Als Kunststoffmaterial kommt grundsätzlich jedes glasklare Material in Frage, soweit
es hinlänglich gegenüber chemischen Einflüssen Umwelteinflüssen und Temperatureinflüssen
beständig ist, z.B. Polystyrol, Polyvinylchlorid, Zellulose-Derivate, ungesättigte
Polyester-Gießharze, Epoxid-Gießharze; hierbei sind insbesondere anorganische ungesättigte
Polyesterharze des Typs 801 und ähnliche wegen ihrer außerordentlich guten Temperaturbeständigkeit
von Vorzug, ebenso auch Epoxid-Gießharze wegen ihrer schlechten Entflammbarkeit.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist aber insbesondere Polymethylmethacrylat
bzw. Acrylglas bzw. Polycarbonat oder Polyamid der Vorzug gegeben, da derartiges
Material in mannigfachen, glasklaren Profilformen kostengünstig erhältlich ist.
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Es ist grundsätzlich möglich und im Einzelfall auch von Vorteil, einen
Strömungskanal großer Länge herzustellen und dann durch Umbiegen zu einem flachen
Block zu formen, wobei das Umbiegen bei der Verwendung eines Glas- oder Acrylglasrohres
durch örtliches Erhitzen an der Biegestelle ermöglicht
wird; eine
derartige Ausbildung ist insbesondere bei der Verwendung aggressiver oder umweltgefährdender
fluider Medien zu empfehlen. Soweit jedoch ein verhältnismäßig harmloses Medium
verwendet wird, ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil,
daß zwischen zwei nebeneinanderliegenden Kanälen eine gemeinsame Wandung vorgesehen
ist, um somit trotz der Verwendung eines Blocks aus Einzel-Strömungskanälen die
vom Block bedeckte Fläche optimal zu nutzen. Im übrigen wirkt sich auch die durch
die Ausgestaltung der Erfindung erzielte Materialeinsparung kostengünstig aus, da
bei der Verwendung jeweils zweier, nur durch eine gemeinsame Trennwand getrennter
Kanäle das Material für eine Trennwand eingespart werden kann.
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Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung insbesondere
von Vorteil, wenn die Kanäle eines Blocks einstückig zusammengefaßt sind, wodurch
sich der besondere Vorzug ergibt, daß die im Blockinneren liegenden Trennwände besonders
dünn ausgebildet sein können, da sie lediglich der Strömungsformung, nicht aber
der Druckabdichtung dienen. Im übrigen kann ein derartiger einstückig ausgebildeter
Block mit einer besonders geringen Außenoberfläche versehen werden, die nicht nur
einfach abdichtbar ist, sondern auch bei dem bereits eingebauten Gerät nach längerer
Stillegung vor der Inbetriebnahme zuverlässig überprüft werden kann, was wegen der
Verwendung eines unter Umständen stark färbenden fluiden Mediums von besonderer
Wichtigkeit ist.
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Es ist grundsätzlich möglich, bei der Verwendung mehrerer Blocks jeweils
Blocks gleicher Art unmittelbar derart hintereinander zu schalten, daß mehrere,
nebeneinanderliegende, durchgehende, lange Strömungskanäle geschaffen werden. Es
ist aber gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindung insbesondere von Vorteil,
daß beiderseits an die Mündungen der Kanäle eines Blocks jeweils mindestens eine
Rohrverbindung zum Zusammenschalten mindestens zweier Kanäle angeordnet ist, um
die Kanäle jeweils eines Blocks gesondert einzeln oder gruppenweise parallel- bzw.
hintereinanderzuschalten, so daß ein Block jeweils lediglich eines Ein- und eines
Ablaufes für das fluide Medium bedarf; bei Auftreten einer Leckstelle oder bei Verdacht
auf eine Leckstelle kann ein derartiger Block ohne weiteres kurzgeschlossen bzw.
überbrückt werden, ohne daß man deshalb den Gesamtbetrieb einer aus mehreren Blocks
gebildeten Gesamtanlage beeinträchtigt.
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Bei der Verwendung eines einstückigen Blocks liegt eine weitere Ausgestaltung
der Erfindung darin, daß als Rohrverbindung die Mündungen der Kanäle abgedeckt sind
und die gemeinsamen Wände jeweils mindestens zweier Kanäle im Bereich der Mündungen
ausgespart sind. Somit kann beispielsweise aus einer handelsüblichen Doppelstegplatte
unter geringstmöglichem Aufwand und unter größtmöglicher Nutzung der vom Gerät bedeckten
Fläche eine einfache und zuverlässige Rohrverbindung geschaffen werden, ohne daß
jeder Kanal etwa mit einem eigenen
Rohrstutzen versehen werden
müßte.
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Soweit Einzelkanäle zu einem Block zusammengefaßt sind, ist es grundsätzlich
möglich, diese nach Befestigung auf einem Tragerahmen durch Schläuche oder dergleichen
miteinander zu verbinden. Da eine derartige Verbindung aber insbesondere bei der
Montage beschädigt werden kann und somit zum Austritt von färbendem fluidem Medium
führen kann, besteht eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
darin, daß als Rohrverbindung ein Hohlteil vorgesehen ist, das mindestens zwei Anschlußlöcher
zur Aufnahme von Kanälen sowie einen Hohlraum aufweist, der mit den Anschlußlöchern
in Verbindung steht. Die Anschlußlöcher können vorzugsweise mit einer Dichtung und/oder
einer Steckkupplung zur druck-und lecksicheren Aufnahme der Einzelkanäle versehen
sein.
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Hierbei dient die Rohrverhindung, die aus Sicherheitsgründen besonders
stabil ausgeführt sein sollte, gleichzeitig als Träger für die Kanäle, die demnach
nicht mehr selbst unabhängig auf einer festen Unterlage befestigt werden müssen.
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Es ist somit sichergestellt, daß bei einer Verschiebung einander zugeordneter
Rohrverschiebungen der zwischen diesen vorgesehene Kanal dieser Verschiebung folgen
kann, ohne deshalb eine Leckstelle hervorzurufen.
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Es ist grundsätzlich möglich, jeweils eine durchgehende Rohrverbindung
an einer Endstelle eines Blocks vorzusehen, wobei
eine derartige
Rohrverschiebung beispielsweise einen Ventilkörper aufweisen kann, der - je nach
Stellung - die Verschaltung der Einzelkanäle ändert, also etwa von Reihenauf Parallelschaltung
umstellt. Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber von Vorteil,
daß mehrere Rohrverbindungen aneinandersteckbar ausgebildet sind, so daß zu jeder
erforderlichen bzw. vorhandenen Blockbreite durch Zusammenstecken ohne weiteres
eine passende Rohrverbindung hergestellt werden kann; es ist überdies möglich, benachbarte
Blocks über ihre Rohrverbindungen zusammenzustecken und somit die aufwendige Verschaltung
der Einzelgeräte zu einer Gesamtanlage zu vereinfachen.
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Es ist grundsätzlich möglich, die einzelnen Strömungskanäle des erfindungsgemäßen
Gerätes derartig stabil auszubilden, daß sie den während ihres Betriebes auftretenden
Belastungen (Hagelschlag, Steinwurf und dergleichen) gewachsen sind. In Anbetracht
der Verwendung eines unter Umständen stark färbenden fluiden Mediums ist es jedoch
von Vorteil, gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Kanäle zusätzlich
lichtseitig mit einer lichtdurchlässigen, mechanisch widerstandsfähigen Abdeckung
zu versehen, die aus einem schlagfesten Kunststoff etwa der oben aufgezählen Sorten,
aus durch eine Drahteinlage verstärktem Glas oder dergleichen bestehen kann. Es
ergibt sich hierbei noch der besondere Vorzug, daß sich unterhalb dieser Abdeckung
bei
längerem Betrieb ein Temperatur einstellt, die über der allgemeinen Um(3et)unstelllperatur
liegt und die den Wärmeübergang zwischen den Strömungskanälen und der Umgebung erschwert
und somit Verluste verringert.
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Vorzugsweise ist die Abdeckung bzw. die lichtdurchlässige Wandung
auf ihrer der Sonne zugewandten Seite mit einer reflexionsmindernden bzw. auf ihrer
der Sonne abgewandten Seite mit einer Infrarotstarhlung reflektierenden Schicht
versehen.
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Es hat sich durch Versuche herausgestellt, daß ein fluides Medium
der eingangs genannten Art, wenn es beispielsweise in einer flachen Schale dem Sonnenlicht
ausgesetzt wird, in mitteleuropäischen Breiten nur im Hochsommer eine Temperatur
erreicht, wie sie etwa in der Warmwasserversorgung eines Wohnhauses gefordert wird.
Die Temperatur, die an sonnigen Wintertagen erreicht wird, ist zwar ausreichend,
eine speziell für diesen Zweck geschaffene Raumheizung (Fußbodenheizung) zu betreiben,
ist aber zum Betrieb herkömmlicher Wandheizkörper oder einer Warmwasseraufbereitung
ungeeignet, solange nicht aufwendige Zusatzeinrichtungen wie etwa eine Wärmepumpe
oder dergleichen vorgesehen werden. Es ist daher gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung insbesondere von Vorteil, daß an der lichtdurchlässigen Wandung des
Strömungskanals eine Anordnung zum Sammeln bzw. Konzentrieren
der
Sonnen lichtstrahlen im Inneren des fluiden Mediums vorgesehen ist. Is wird süii
L irinct-h,il.b tlcs fluiden Mediums eine Zone konzentrierter Strahlung und somit
stärkerer Erwärmung geschaffen, wobei die Lage dieser Zone von der Transparenz des
verwendeten fluiden Mediums abhängig ist: Ähnelt dieses Medium beispielsweise mittelblauer,
klarer Tinte, dann kann die genannte Brennzone verhältnismäßig tief innerhalb des
Mediums liegen, wobei eine Vergrößerung der Eindringtiefe der Lichstrahlen bis zum
Erreichen der Brennzone die im fluiden Medium erreichbare Maximaltemperatur herabsetzt.
Bei der Verwendung eines fluiden Mediums, das etwa schwarzer Tusche ähnelt, muß
die Brennzone bereits verhältnismäßig dicht unter der lichtbeschienenen Oberfläche
liegen, um noch eine beachtliche Temperaturerhöhung herbeizuführen. Wesentlich ist
in diesem Fall, daß die Brennzone nicht an oder in der Kanalwandung liegt, die Schaden
nehmen könnte, sondern im fluiden Medium.
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Die erreichbare Temperatur ist somit nicht nur von der Intensität
und dem Einfallwinkel der Sonnenstrahlen sowie vom Durchsatz des fluiden Mediums
im Strömungskanal abhängig, sondern weitgehend auch von der Lage der Brennzone innerhalb
des Strömungskanals, in Relation gesetzt zur Art des verwendeten fluiden Mediums.
Es ist somit möglich, die vom erfindungsgemäßen Gerät erzielbare und in einem Wärmeaustauscher
abgebbare Temperatur nicht nur durch den Durchsatz des fluiden
Mediums,
sondern auch durch dessen Beschaffenheit sowie durch die zarge der Brennzone bzw.
clcji Abstand der Anordnung zum Konzentrieren der Sonnenlichstrahlen von der Oberfläche
des fluiden Mediums zu beeinflussen bzw. zu steuern.
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Es ist daher durchaus sinnvoll, eine Anordnung zum Konzentrieren der
Sonnenlichtstrahl en wie etwa einen i>arabolspiegel oder dergleichen zu verwenden,
cter mit verstellbarem Abstand gegenüber dem Strömungskanal angeordnet ist. Gemäß
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber ist es von Vorteil, daß die Anordnung
von einem lichtdurchlässigen Profilmaterial gebildet wird, das auf die lichtdurchlässige
Wandung aufgesetzt ist, und zwar entweder auf der Kanalaußenseite, was den Vorteil
aufweist, daß das Profil nicht etwa vom fluiden Medium verschmutzt und somit in
seiner Wirksamkeit beeinträchtigt wird, oder von der Kanalinnenseite her, was den
Vorzug aufweist daß durch diese Ausbilelung Brennzonen erreichbar sind, die dicht
unter der Oberfläche des fluiden Mediums liegen, was die Verwendung hochopaker fluider
Medien erlaubt.
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Die Vorteile der letztgenannten beiden Ausführungsformen wer den durch
die nachfolgende weitere Ausbildung der Erfindung zusamnngefa ßt, gemäß deren die
lichtdurchlässige Wandung selbst als lichtkonzentrierendes Profil ausgebi ldet ist.
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Es ist möglich, als Profil ein mehrflächiges Dachprisma zu wählen,
dessen einzelne I?1 ächen unter Umständen konvex ausgebildet sind, um somit je nach
Sonnenstand eine weitgehend unveränderliche Brennzone zu bilden. (emäß weiterer
Ausgestaltungen der Erfindung ist es aber von Vorteil, daß das Profil entweder den
Querschnitt einer konvexen Sammellinse oder den Querschnitt einer Fresnel-Sammellinse
aufweist; die Sammellinse kann derart ausgebildet sein, daß sie auf die Morgensonne
eingestellt ist; dies ergibt am Morgen eine scharfe abgegrenzte Brennzone, die zum
raschen Erwärmen des über Nacht ausgekühlten fluiden Mediums auf eine relativ hohe
Temperatur beiträgt; untertags verbreitert sich die Brennzone und entsprechend würde
die maximal im Medium erreichbare Temeratur absinken, wenn nicht die Mittagssonne
wegen ihrer höheren Strahlungsintensität einen Ausgleich schaffen würde, so daß
bis zum frühen Nachmittag im fluiden Medium eine etwa gleichbleibende Maximaltemperatur
erreichbar ist.
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Eine konvexe Sammellinse kann als glas- oder als stranggepreßtes Kunststoffprofil
ohne weiteres kostengünstig hergestellt werden, und es ist ohne Schwierigkeit möglich,
dieses Profil bei der herstellung eins Glasrohres bzw. eines ein-oder mehrteiligen
Kunststoffblocks von vornherein miteinzubeziehen. Fresnel-Profile können ohne weiteres,
zu einem Block passend, als Folie hergestellt werden und auf einen fertigen Block
aufgeklebt werden; es ist auch möglich, eine Fresnel-Profilierung in die Obet-fläche
eines Acrylglas-Blocks
mit erhitzten Werkzeugen e@nzurollen bzw.
"einzubügel Allerdings bed,irf inshes()lldere eine auf der Kanalaußenseite angeordnete
Fresnel-Sammellinse einer zusätzlichen Abdeckung, um die Verschmutzung der feinen
Profilnuten zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist es insbesondere von Vorteil, ein entsprechen
des Profil auf die Kanäle bzw. einem Block derart aufzubringen, daß die Profilnuten
den lichtdurchlässigen Wandungen zugewandt sind, während die glatte Profilrückseite
wetterseitig angeordnet ist.
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Das bisher beschriebene erfindungsgemäße Gerät kann mit einer Vielzahl
die Sonnenlichtstrahlung absorbierender fluider Medien betrieben werden, soweit
diese Medien zum Wärmetransport hinlänglich geeignet sind, die Strömungskanäle und
sonstigen Bestandteile des erfindungsgemäßen Geräte nicht angreifen, hinlänglich
lichtecht und alterungsbeständig sind, und, bei der Verwendung auf Wohngebäuden,
hinlänglich brandsicher sind. Besonders temperaturbeständig ist beispielsweise eine
Fests Feststoffsuspension in Gasen, wie etwa mit Stickstoff fluidisierter (;raphitstaub.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist aber das fluide Medium als
eine das Sonnenlicht mindestens zum Teil absorbierende homogene Flüssigkeit oder
als ein Gemisch derartiger Flüssigkeiten bzw. Lösungen ausgebildet. Eine homogene
Flüssigkeit weist den besonderen Vorzug auf, daß sie, soweit sie alterungs- und
lichtbeständig ist, niemals ihre Zusammensetzung oder Färbung ändert, so daß das
erfindungsgemäße
Gerät selbst nach länger dauernder Außerbetriebanhme
ohne weiteres wieder in Betrieb genonunen werden kann. Soweit sich Mischungen aus
honlo(lerlen lltissinJkeiten oder lösungen aufgrund unterschiedlicher slJezifischer
Gewichte trennen, genügt das Umpumpen bei der Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen
Gerätes, daß nach kurzem Betrieb der ursprüngliche Mischungszustand wieder hergestellt
ist.
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Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber auch
möglich, daß das fluide Medium als eine Suspension und/ oder Emulsion einer Flüssigkeit
ausgebildet ist, bei der schwebende Teilchen bzw. Tröpfchen aus einem die Sonnenlichtstrahlung
mindestens zum Teil absorbierenden Stoff vorgesehen sind. Soweit bei einer Suspension
oder Emulsion eine farblose Trägerflüssigkeit verwendet wird, werden bei Auftreten
feinster Haarrisse im erfindungsgemäßen Gerät weniger Farbstoffe austreten, als
dies der Fall bei einer homogen durchfärbten Flüssigkeit wäre. Im übrigen ist es
ohne weiteres möglich, schwebende Teiteverschiedenartigster Stoffe vorzusehen, die
jeweils auf ein bestimmtes, örtlich vorherrschendes Sonnenspektrum abgestimmt sind
und bei Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Gerätes in eine Trägerflüssigkeit eingemischt
werden.
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Es ist grundsätzlich möglich, daß die homogene Flüssigkeit oder die
schwebenden Teilchen jeweils möglichst vollständig die Sonnenlichtstrahlung abs(vrhieren.
Gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung ist es aber besonders
von Vorteil, daß der Stoff der schwebenden Teilchen bzw. Tröpfchen nur einen Teil
des Sonnenlichtspektrums absorbiert, und daß die Trägerflüssigkeit ein Stoff ist,
der einen anderen Teil des Sonnenlichts[cktru at)s)lbiert. Es ist in diesem Zusammenhang
gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung auch von Vorteil, daß die Suspension
und/oder Emulsion aus Teilchen bzw. Tröpfchen mehrerer Stofie gebildet ist, die
jeweils zum Absorbieren der gesamten Sonnenlichtstrahlung bzw. des vom absorbierenden
Körper in Strömungskanal nicht absorbierten Teils der Sonnenlichtstrahlung jeweils
einen Teilbereich der zu absorbierenden Strahlung völlig oder weitgehend absorbieren.
Soweit kein einziger, das Sonnenlichtspektrum im gewünschten Umfang absorbierender
Stoff verfügbar ist, besteht die Möglichkeit, ein Stoffgemisch vorzusehen, von dem
jeder Bestandteil jeweils einen anderen Teil des Sonnenlichtspektrums, auch im infraroten
und ultravioletten Teil, absorbiert, so daß das das erfindungsgemäße fluide Medium
bildende Gemisch entweder allein oder in Zusammenhang mit einem von ihm benetzten
absorbierenden Körper ein möglichst vollkommenes thermodynamisches Schwarz oder
selektive Absorntion erreicht.
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In diesem Zusammenhang ist es insbesondere von Vorteil, daß das fluide
Medium nur einen Teil des Sonnenlichtspektrums absorbierend ausgebildet ist und
daß der im Strömungskanal angeordnete absorbierende Körper einen anderen Teil des
Sonnenlichtspektrums absorbierend @usgebildet ist, wobei gemäß
einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindunj das fluide Medium durchlässig im sichtbaren
und absorbierend im infraroten Bereich des Sonnenspektrums ausgebildet ist, während
der im Strömungskanal angeordnete Körper im sichtbaren Bereich absorbierend ausgebildet
ist. Das in das fluide Medium einfallende Sonnenlicht verläßt dieses Medium gefiltert
(ohne seinen Infrarot-Anteil) und trifft auf den absorbierenden Körper, der z.B.
aus massivem Material oder Fasern bzw. Draht wie z.B. aus Kühlen stoff oder jetall
gef1Ochten, ge)ebt, geickelt oder gepreßt sein kann.
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dieser Körper absorbiert die Sonnenstrahlung, erwärmt sich dabei und
strahlt seinerseits Energie im infraroten Bereich ab, die ihrerseits vom fluiden
Medium absorbiert wird. Wesentlich ist hierbei, daß die Wärmeübertragung zwischen
absorbierendem Körper und fluidem Medium nicht nur allein durch konvektiven Wärmeübergang
stattfindet.
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Es lassen sich durch die selektive Absorption des fluiden Mediums
aber auch noch weitere Wirkungen erzielen; so ist es beispielsweise möglich, ein
Gerät in der beschriebenen erfindungsgemäßen Blockbauweise zu schaffen, jedoch auf
Isolierschicht und absorbierenden, eingeschobenen Körper zu verzichten und ein fluides
Medium zu verwenden, das sichtbare und infrarote Strahlung ausfiltert, jedoch für
ultraviolette Strahlung durchlässig ist. Derartige Blocks können als Dächer in Gewächshäusern,
Loggien von Sanatorien usw. Anwendung finden, also überall dort, wo das Auftreten
ultravioletter Strahlung aus therapeutischen und sonstigen Gründen erwünscht ist.
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Als fluide Medien eignen sich vorzuswcise unter Verwendung von Wasser
als Trägerflüssigkeit Eisenrhodanid, Berliner Blau, Williamson's Violett, Oxalatorkomplexe
von Eisen und Kobalt und/oder farbgebende Alaune, die sich im Wasser in Lösung befinden,
und/oder Teilchen von blauen Phtalocyanid-Farbstoffen, Cumulenen und/oder Kohlenstoff,
die im Wasser suspendiert sind und/oder suspendierte gefärbte Hohlkügelchen aus
Glas oder Kunststoff ("microballoon") ,deren spezifisches Gewicht auf das des Wassers
bzw. der sonst vorgesehenen Trägerflüssigkeit abgestimmt ist.
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Bei der Verwendung von Suspensionen ist es insbesondere von Vorzug,
wenn dem Wasser ein Netzmittel zugegeben ist, um Verklumpungen zu vermeiden.
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Dem als Trägerflüssigkeit verwendeten Wasser kann auch kolloidales
Molybdänblau zugesetzt sein.
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Zur selektiven Absorption kann unter Verwendung von Wasser als Trägerflüssigkeit
zum Absorbieren von Teilbereichen des Sonnenlichtspektrums ein Zusatz von organischen
Farbstoffen und/oder kolloidalen Lösungen von Metallen und Metallsulfiden verwendet
werden. Bei der Verwendung einer kolloidalen Lösung ist es insbesondere von Vorteil,
dieser ein Stabilisierungsmittel wie etwa ein thixotropes Geliermittel zuzusetzen.
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Wasser als Trägerflüssigkeit weist grundsätzlich den Vorteil auf,
daß es billig und nbrennbcr ist. Um äir lJmXrr m;lichst viele Zusatzstoffc verwenden
zu können, deren Anwendung; bei Wasser nicht iroglich ist, ist es gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, daß das fluide Medium Glykol, Glyzerin,
einen sonstigen Alkohol, Fluorkohlenstoff oder Silikon zusätzlich zu Wasser oder
als alleinige Trägerflüssigkeit aufweist, um Wärmekapazität, Siede- und Gefrierpunkt
des fluiden Mediums zu beeinflussen.
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Um die Leckgefahr beim Auftreten von Haarrissen herabzusetzen, ist
es auch von Vorteil, als fluides Medium eine Ol-Wasser-Emulsion zu verwenden, wobei
mindestens eine der beiden Komponenten zum Absorbieren von Sonnenlichtstrahlung
mit einem der obengenannten Zusätze gefärbt ist, wobei es besonders von Vorteil
ist, das Öl als den zähflüssigeren Bestandteil der Emulsion zu färben, um beim Auftreten
von Leckstellen Schaden durch austretenden Farbstoff weitgehend zu vermeiden.
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Es ist grundsätzlich möglich, die erfindungsgemäßen Blocks beispielsweise
beim Dach eines hauses auf einer Dachpappeschicht zu verlegen, die im Fall eines
Lecks austretendes fluides Medium auffängt und der Dachrinne zuführt. In diesem
Fall ist es nicht unbedingt notwendig, daß die Stoßfugen zwischen den einzelnen
Blocks dicht aneinanderstoßen, es
ist jedoch im lahoen der vorliegenden
Erfindung gemäß einer weiteren Ausbildung bevorzugt, daß an den parallel zu den
Strömungskanälen verlautenden Seiten des Blocks Ausbildungen zur Aufnahme eines
Verbindungselements oder eines Nachbarblocks ausgebildet sind, wodurch ein sauberes,
bündiges Verlegen der Blocks einfach möglich ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement
nachgiebig ausgebildet, so daß es nicht nur in der Lage ist, etwa auftretenden Wärmeverzug
auszugleichen, sondern gleichzeitig auch als zuverlässige Abdichtung zwischen den
einzelnen Blocks dient. Das nachgiebige Verbindungselement kann sogar aus derartig
weichem Material, wie etwa Moosgummi oder dgl. bzw. aus einer Faltenbalg heUiest-ellt
ulerden,daß der Einzelblock aus einer Gesamtanlage durch gewaltsames Abziehen bzw.
Eindrücken auswechselbar ist, ohne daß die Nachbarblocks bewegt zu werden brauchen.
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Da es mit dem erfindungsgemäßen Gerät möglich ist, hohe Temperaturen
im fluiden medium zu erzielen, die hinlänglich sind, um damit eine herkömmliche
Zentralheizung zu betreiben, ist es grundsätzlich möglich, unter Zwischenschalten
hinlänglich dimensionierter Wärmespeichertanks die Heizkörper und die dem Sonnenlicht
ausgesetzten Strömungskanaäle in einem gemeinsamen Umlauf anzuordnen.
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Gemäß einer weiteren Aus(jest 1 i ciij der Erfindung ist es aber insbesondere
von Vorteil, daß der Strömungskanal in einem Umlauf für das fluide Medium mit einem
Wärmeaustauscher zum Abgeben der absorbierten Wärme angeschlossen ist. Es muß in
diesem Fall zwar hingenommen werden, daß im Wärmeaustauscher Wärmeübergangsverluste
auftreten, es wird auf diese Weise aber vermieden, daß ein fluides Medium, das unter
Umständen stark färbend ist, in einerZentralheizungsverrohrung durch ein Haus gepumpt
wird und dort im Falle eines Rohrbruches erhebliche Schäden anrichten kann.
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Es ist grundsätzlich möglich, und bei der Verwendung eines flüchtigen
fluiden Mediums sogar vorzuziehen, daß der gesamte Umlauf mitsamt dem Wärmetauscher
und einem Ausgleichsbehälter nach der erfolgten Füllung hermetisch abgeschlossen
wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist aber im Umlauf ein mit
einem Ablaufbehälter verbundenes Ablaßventil vorgesehen, um im Falle des Auftretens
einer Störung die gesamte Anlage so rasch wie möglich zu entleeren, um zu verhindern,
daß aus einem Leck, das entweder Anlaß zur Störung ist oder sich als Folge der Störung
einstellen kann, stark färbendes fluides Medium austritt.
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Ein derartiges Ablaßventil ist vorzugsweise von Hand betätigbar, kann
gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung aber auch selbsttätig angesteuert werden,
indem es mit einem Druckfühler im Umlauf und/oder einem Leckspürgerät verbunden
ist;
erreicht der Druck im Umlauf einen kritischen oberen Wert, dann muß belürchtet werden,
daß die Anlage undicht wird; erreicht er einen ulaterell kritischen Wert, dann muß
angenommen werden, daß die Anlage bereits undicht ist und der Druckabfall durch
den bereits erfolgten Austritt von fluidem Medium erfolgt ist. im Umlauf kann vorteilhafterweise
auch ein Temperaturfühler angeordnet sein, der z.B.
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bei Überhitzung oder Erreichen der Gefriertemperatur des Mediums das
Ablaßventil ansteuert. Der Temperaturfühler kann auch als Flüssigkeitsstandsfühler
in einem Steigrohr, Überlauf oder hochgelegenem Punkt des Geräts angeordnet sein,
wobei sein Temperatursignal, das er abgibt, wenn er bei Absinken des Flüssigkeitsstandes
nicht mehr von dieser benetzt und somit erwärmt bzw. gekühlt wird, das Ablaßventil
ansteuert. Als Leckspürgerät ist beispielsweise ein an der unteren abgedeckten Seite
der Blocks angeordneter Kontaktstreifen verwendbar, der auf Benetzung durch das
fluide Medium anspricht. In allen genannten Fällen wird das Ablaßventil automatisch
geöffnet und die Gesamtanlage in den Ablaufbehälter ausgelassen, bevor noch ein
weiterer Schaden entstehen kann.
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Bei der Verwendung eines brennbaren fluiden Mediums kann schließlich
auch noch ein Temperaturfühler an der Gesamtanlage angeordnet sein, der beim Auftreten
gefährlicher Tempeiaturen das Entleeren der Anlage bewirkt.
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Ein idedl verwendbares fluides Medium sollte so gewählt sein, daß
es wie etwa eine homogene Flüssigkeit seine Eigenschaften selbst nach längerer Außerbetriebnahme
der Gesamtanlage nicht verändert, lichtecht, ungiftig und alterungsbeständig ist.
Da das zwingende Vorschreiben derartiger Eigenschaften aber zu einer unerwünschten
Einschränkung der Auswahlmöglichkeiten führen würde, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung vorgeschlagen, daß der Strömungskanal an einem Gerät zum Aufbereiten
des fluiden Strömungsmittels angeschlossen ist, um somit über einen längeren Betriebszeitraum
hinweg eine gleichbleibende Charakteristik eines fluiden Mediums zu gewährleisten,
das die obengenannten Eigenschaften nicht in vollem Umfang aufweist.
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Das Gerät zum Aufbereiten des Strömungsmittels weist vorzugsweise
einen Vorratsbehälter mit Färbungsmittel zum Nachfärben ausgeblichenen fluiden Mediums
auf, wobei die Zugabe von Färbungsmittel von lland nach Schätzung oder auch automatisch
über eine Dosiereinrichtung erfolgen kann, die entweder als Steuerung wirkt und
in gleichbleibenden Zeitabständen oder nach jeweils gleichen Betriebsintervallen
eine vorbestimmte Farbmenge zugibt, oder auch als Regelung ausgebildet sein kann,
indem sie beispielsweise über ein photoelektrisches Element die Farbintensität des
fluiden Mediums mißt und bis zum Erreichen eines Sollwertes Färbungsmittel zugibt.
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Das Gerät zunc Aufbereiten des fluiden Strömungsmittels kann gemäß
einer weitlr-(n Aust3est ng der Erfindung auch ein Rührwerk bzw. einen Ultraschallmischer
zum Wiederherstellen einer Suspension, Mischung oder Emulsion aufweisen, um insbesondere
nach längerer Außerbetriebnahme der Anlage das fluide Medium wieder durchzumischen.
Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung von Vorzug, daß das Gerät zum Aufbereiten
als Umwälzpumpe ausgebildet ist, innerhalb deren das fluide Medium stärker verwirbelt
wird, als dies zum Fördern unbedingt erforderlich wäre. Unwälzpumpe bzw. Rührwerk
oder Ultraschallmischer können vorzugsweise von elekrtischen Solarzellen betrieben
werden, die elektrischen Strom abgeben und Pumpe, Rührwerk oder Mischer in Betrieb
setzen, wenn gleichzeitig hinlänglich Sonnenlichtstrahlung vorhanden ist, um auch
das erfindungsgemäße Gerät zur Wärmegewinnung aus Sonnenenergie selbst betreiben
zu können. Ist nicht hinlänglich Sonnenlicht vorhanden, um das Gerät zu betreiben,
dann braucht auch der von den Solarzellen abgegebene elektrische Strom zum Betrieb
der Pumpe, des Rührwerks bzw.
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des Mischers nicht mehr auszureichen.
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Wegen der außergewöhnlich guten Ausnutzung der Wärmeenergie durch
das erfindungsgemäße fluide Medium liegt die Grundidee der Erfindung, wie eingangs
ausgeführt, darin, daß ein Strömungskanal vorgesehen ist, durch den das fluide Medium
unter genau bestimmten Strömungsverhältnissen geführt wird, um eine Überhitzung
und somit Schädigung von Medium und
Gerät zu vermeiden. Fällt nun
eine Pumpe aus, dann ist es nicht mehr möglich, die geford(rten Strömungsbedingungen
zuverlässig einzuhalten. Zwar ist es möglich, über das Ablaßventil in diesem Falle
die Anlage in den Ablaufbehälter zu entleeren, doch durch eine derartige Maßnahem
kann nicht sichergestellt werden, daß es in einer größeren Anlage örtlich nicht
doch zu schädigender Überhitzung kommt. Ist das erfindungsgemäße Gerät mit einem
absorbierenden Körper versehen, der selektiv einen wesentlichen Anteil des Sonnenlichts
absorbiert, dann kommt es auch bei Abwesenheit des fluiden Mediums unter Umständen
noch zu gefährlicher Erwärmung des leeren Strömungskanales, wodurch beispielsweise
bei einem Acrylglas-Kanal Aufbeulungen auftreten können. Um derartige Schäden zu
vermeiden, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Abdeckung der
lichtdurchlässigen Wandung des Strömungskanals zum Abschwächen des einfallenden
Sonnenlichts vorgesehen, so daß nach vorgenommener Abdeckung keine Schädigung von
Kanal und/oder fluidem Medium auftreten kann.
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Eine derartige Abdeckung kann beispielsweise eine Jalousie sein, es
ist aber auch möglich, an den Enden der zu Blocks zusammengefaßten Strömungskanäle
eine Rolle mit Metallfolie oder einem ähnlich reflektierenden, lichtundurchlässigen
Bahnmaterial vorzusehen, das bei Auftreten einer Störung und gleichzeitigem Einfall
von Sonnenlicht durch einen über Solarzellen getriebenen Motor über die dem Licht
zugewandten Flachseite der entsprechenden Blocks gezogen wird.
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Gemäß einer weitere AusgcMsttJltung der Erfindung ist es aber auch
möglich, eine Kühleinrichtunc3 zum Kühlen des Gerätes bei Störung wie beispielsweise
bei Ent teerung des Strömungskanals vorzusehen. Die Kühlung kann beispielsweise
darin bestehen, daß die Strömungskanäle durch ein selbsttätig oder von Hand betätigtes
Umschaltventil an der Wasserleitung angeschlossen werden und somit gekühlt werden,
wobei trotz des Ausfalls von Pumpen der ;;asserleitungsdruck für den zum Kühlen
erforderlichen Durchsatz sorgt.
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Da es beim Auftreten erheblicher Leckstellen keineswegs wünschenswert
ist, daß an den Leckstellen Flüssigkeit irgendeiner Art austritt, ist es gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, daß die Kühleinrichtung eine Berieselungsanlage
ist, die von außen her die Oberfläche des Gerätes besprüht und somit abkühlt.
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Soweit das erfindungsgcinäße Gerät nur zeitweise in Betrieb genommen
wird, in den Zwischenzeiten aber für längere, zusammenhängende Zeiträume unbeaufsichtigt
bleibt, wie es etwa bei Ferienhäusern der Fall ist, dann ist es grundsätzlich von
Vorteil, das gesamte Gerät bei Außerbetriebnahme abzulassen und an seiner dem Sonnenlicht
zugewandten Seite sorgfältig abzudecken. Da das Abdecken entweder einen erheblichen
Arbeitsaufwand oder aufwendige, störungsanfällige Zusatzeinrichtungen verlangt,
ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, daß das Gerät
eine
Einrichtung zum Füllen des Strölnungskanals mit einem die
Sonnenlichtstrahlung reflektierenden Strömungsmittel zur Außerbetriebnahme des Gerätes
vorgesehen ist. Als Strömungsmittel für ein derartiges Gerät eignet sich insbesondere
ein thixotropes Gel, dessen spezifisches Gewicht deutlich von dem des fluiden Mediums
verschieden ist, so daß eine gegenseitige Durchmischung nicht zu befürchten ist;
ein derartiges Gel ist zwar pumpfähig, kann aber von sich aus nicht aus kleinen
etwa auftretenden Leckstellen austreten.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Gerät zusätzlich mit elektrischen
Solarzellen zum Gewinnen der für den Betrieb des Gerätes erforderlichen Antriebsenergie
ausgestattet, wobei alle erforderlichen Elemente derart ausgelegt sein können, daß
sie nur zum Ausüben ihrer normalen Betriebsfunktion elektrische Energie benötigen,
nicht aber in Ruhestellung, wenn sich das gesamte Gerät außer Betrieb befindet.
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Somit führt das Auftreten von Sonnenlicht, das das fluide Medium im
Gerät erwärmt, auch zur Erzeugung von elektrischem Strom, der die erforderliche
Antriebsenergie für Nebenaggregate wie Umwälzpumpen, Steuereinrichtungen und dergleichen,
in Betrieb nimmt. Es ist aber auch möglich, den Solarzellen Speicherbatterien zuzuordnen,
um ständig für gewisse Überwachungsfunktionen (Lecküberwachung) elektrische Antriebsenergie
zur Verfügung zu haben.
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Es wurde weiter oben bereits der Fall besprochen, daß in gewissen
Umständen maßnahmen erforderlich sein können, wenn es innerhalb des Gerätes zu einem
Wärmestau kommt, weil es zu einer Störung gekommen ist oder weil das Gerät als solches
außer Betrieb genommen ist. 1:5 kann aber auch möglich sein, daß das Gerät bei einer
vorgegebenen Zusammensetzung des fluiden Mediums mehr Wärme aufnimmt, als anschließend
benötigt wird. Es ist aber umgekehrt auch möglich, daß das fluide Medium mehr @icht
absorbiert, als erwünscht ist. So ist es beispielsweise möglich, Wände oder Däch
r von Wohn-und Arbeitsräumen durch erfindungsgemäße Blocks zu bilden, die durchscheinend
sein sollen, um eine Beleuchtung des Innenraumes zuzulassen. Herrscht düsteres,
kaltes Wetter, dann sol 1 von diesen Blocks nur verhältnismäßig wenig Licht absorbiert
werden während bei heißem Wetter und starker Sonneneinstrahlung verhältnismäßig
viel Licht absorbiert werden soll, wobei auch gleichzeitig der Bedarf an Wärmeenergie
ansteigt, die irl diesem Fall jedoch nicht zur Heizung, sondern zum Betreiben einer
Klimaanlage verwendet wird.
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In diesem fall ist es möglich, ils fluides Medium eine Suspension
zu verwerden, wobei im Umlauf des Gerätes eine Trenneinrichtung wie beispielsweise
ein Hydrozyklon angeordnet ist, um die Suspension in einen angereicherten bzw. abgereicherten
Teil aufzuspalten. Angereicherter und abgereicherter Teil können jeweils nach Bedarf
wicder zusammengemischt werden, um somit den Absorptionsgrad des fluiden Mediums
das
durch den Block strömt, zu beeinflussen. Es ist aber erfindungsgemäß von Vorteil,
eine nematische bzw. thermochrome Flüssigkeit zu verwenden, die bei stärkerer Sonnenlichteinstrahlung
selbsttätig dunkler wird und hierbei entsprechend mehr Sonnenlichtenergie absorbiert,
als dies bei geringerer Temperatur der Fall ist.
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Wie sich aus Versuchen ergeben hat, erbringt ein gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung mit Dispersionsfarbe gefärbtes Wasser als fluides Medium
zufriedenstellende Ergebnisse, wobei es besonders von Vorteil ist, daß dieses gefärbte
Wasser ohne weiteres in gewünschter.Farbdichte billig herstellbar ist.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung , die sich bei Versuchen
bewährt hat, liegt darin, daß der Sonnenlicht absorbierende Wandabschnitt als durchgehende
Schicht ausgebildet ist, die auf die dem Sonnenlicht abgewandten Seiten der Strömungskanäle
aufgelegt ist, wobei sich der besondere Vorteil ergibt, daß das Material der Schicht
nicht gegenüber dem fluiden Medium chemisch neutral zu sein braucht, da es nicht
benetzt wird. Im übrigen kann das zeitraubende Einschieben absorbierender Profile
in die Strömungskanäle unterbleiben, was insbesondere bei der Verwendung von Glasrohren
Schwierigkeiten verursachen kannn. wichtig ist bei der letzgenannten Ausgestaltung
der Erfindung allerdings,
daß die dem Sonnenlicht abgewandte Oberfläche
der absorbierenden Schicht mit einer Schicht aus hochwertigem, verhältnismäßig wärmebeständigem
Isoliermaterial abgedeckt ist, um Wärmeverluste zu vermeiden.
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Der Gegenstand der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung
beispielsweise noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bis 3 den Querschnitt eines
erfindungsgemäßen Strö-IllUngSkand l S Fig. 4 mehrere, zu einem Block zusammengefaßte
Strömungskanäle, Fig. 5 die Ansicht eines Rohrverbindungselements eines anderen,
erfindungsgemäßen Blocks, Fig. 6 einen Schnitt durch das in Fig. 5 gezeigte Rohrverbindungselement
längs Linie VI-VI, und Fig. 7 einen Längsschnitt durch. ein einbaufertiges, erfindungsgemäßes
Gerät.
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In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Strömungskanal 1 dargestellt,
dessen Wandungen von einem Glasrohr 2 gebildet werden, das einen kreisrunden Inccluerschnitt,
jedoch einen
ovalen Außenquerschnitt aufweist, so daß sich auf
der dem Licht (Pteil) zugewandten Seile des Strömungskanals 1 eine linsenartige
Verdickunj bildet. Dieser Verdickung gegenüberliecjeiid ist in dcii St römungskanal
1 e in absorbierender Körper 4 eingeschoben, der die Form eines einseitig aufgeschnittenen
Rohres aufweist. Die beiden freien Schenkel des absorbierenden Körpcrs 4 fcdern
ein wenig nach außen, so daß sie sich innerhalb des Strömungskanals 1 fest einspreizen
und eine Drehung des absorbierenden Körpers verhindern.
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Das einfallende Licht (Pfeil) wird von der linsenartigen Verdickung
3 gesammelt und in die Brennachse 5 projeziert.
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In Fig. 2 und Fig. 3 ist jeweils ein Ströniungskanal 1' bzw.
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1" dargestellt, dessen Wandungen aus Acrylglas gebildet sind.
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Der Strömungskanal 1' bzw. 1" weist jeweils einen etwa quadratischen
Querschnitt duf und ist mit einem fluiden Medium gefüllt. Auf der dem einfallenden
Licht (Pfeil) zugewandten Seite ist in Fig. 2 ein Profilstab aufgeleimt, der einen
linsenartigen Querschnitt aufweist. Das einfallende Licht trifft auf den linsenartigen
Querschnitt und wird von diesem in die Brennachse 5 konzentriert. Eine glasklare,
mechanisch widerstandsfähige Abdeckscheibe 7 schützt den linsenartigen Profilstab
6 vor Verschmutzung und Beschädigung.
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Im Strömungskanal 1' bzw. 1" ist jeweils ein absorbierender Körper
eingeschoben, der von einem offenen Rechteckprofil gebildet ist, dessen Außenabmessungen
mit den Innenabmessungen des Strömungskanals l' bzw. l" übereinstimmen.
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In Fiq . @ ist auf der dem Licht (Pfeil) zuqewandten Wandung des Strömungskanals
1" eine Fresnel-Ptatte 8 aufgebracht, deren Nuten 9 auf ihrer dem Strömungskanal
1" zugewandten Unterseite angeordnet sind. Die dem Licht zugewandte Rückseite der
Fresnel-Platte 8 ist glatt und schützt die Nuten 9 vor Verschmutzung und Schaden.
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Mehrere Strömungskanäle der in Fiy. 2 und 3 gezeigten Art werden aus
einer Doppelstegplatte gebildet, die in Fig. 4 im Schräqbild bei stark verkürzter
Tiefenabmessung gezeigt ist. Eine derartige Doppelstegplatte weist bei einer Kanalbreite
und -tiefe von etwa 15 bis 45 mm eine Gesamtbreite von etwa 1,20 in und eine Länge
von bis zu 6 m auf.
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Die einzelnen Kanäle 1''' mit quadratischem Querschnitt werden an
allen dem licht nicht iuscjesetzten Seiten durch einen U-förmigen Einschub 4'''
abgedeckt, der aus geschwärztem Drahtnetz hergestellt ist und als absorbierender
Körper dient. Einer dieser absorbierenden Körper ist der Verständlichkeit halber
nicht ganz eingeschoben dargestellt.
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Zwei nebeneinan(lerlie(Jer1cl. Kanäle 1" weisen jeweils eine gemeinsame
Trennwand 10, 11 auf, die in alternierender Folge angeordnet sind. Während die Trennwände
10 bis zur Vorderkante der in Fig. 4 dargestellten l)oppelste<3platte reichen,
ist zwischen zwei Trennwänden 10 die dazwischenliegende Trennwand 11 verkürzt und
schließt auf gleicher öhe mit den Absorbierenden Körpern 4 ab. Wird schließlich
auf das Ende der dargestellten Doppelstegplatte mittels Schrauben 13 dichtend eine
Rohrverbindung 12 aufgesetzt, die von einem U-Profil gebildet wird, dann ist ersichtlich,
daß die Rohrverbindung 12 jeweils auf den Trennwänden 10 auflieyt und gegenüber
diesen abdichtet, während die Trennwände 11 von der Rohrverbindung 12 nicht erreicht
werden können. Es werden somit jeweils zwischen zwei benachbarten Trennwänden 10
Kammern gebildet, die zwei jeweils neben einer gemeinsamen Trennwand 11 angeordnete
Strömungskanäle an ihren Enden miteinander verbinden.
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Es wird somit durch das Vorsehen zweier Rohrverbindungen 12 an beiden
Enden der dargestellten Doppelstegplatte (nur die rückwärtige Rohrverbindung 12
ist in der Zeichnung dargestellt) mit einfachsten Mitteln eine Reihenschaltung der
in der Doppelstegplatte enthaltenen einzelnen Strömungskanäle erreicht.
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An der rückwärtigen Rohrverbindung 12 ist beiderseits je ein Rohrstutzen
14 angebracht, der mit dem jeweils äußersten Strömungskanal der beiden Seitein der
dargestellten Doppelstegplatte in Verbindung steht und somit einen Anschluß des
erfindungsgemßen
Gerätes an einen Umlauf oder an andere Geräte gleicher Art ermöglicht.
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Die Seitenkanten des etlindungsgemäßen Geräts sind als Nuten ausgebildet,
in die ein Verbindungselement 15 aus n.lchgiebigem Material eingeklemmt ist; das
Verbindungselement 15 weist an seiner freien Längstlanke eine Ausbildung auf, die
dazu geeignet ist, eine der in Fig. 4 dargestellten ähnliche Doppel stegplatte auszunehmen
und die beiden Platten nachgiebig miteinander z zu verbinden.
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In Fig. 5 ist ausschnittsweise ein Block dargestellt, der aus einzelnen,
runden Glasrohren 16 gebildet ist, die mit geringstem Abstand nebeneinanderliegend
angeordnet sind. Die freien luden cle r Glasrohre 16 s sind mit einem Rohrve rbindungselement
17 verbunden, dessen Autbau in Fig. 6 noch näher ersichtl ich ist. Das Rohrverbindungselement
17 weist an seiner Unterseite zwei abgesetzte Bohrungen 18 auf, die zur Autnahme
der freien Enden der Glasrohre 16 ausgebildet sind; zwischen deren Enden und dem
Absatz der Bohrung 18 ist jeweils ein Dichtungsring 19 angebracht, der das Austreten
von fluidem Medium verhindern soll. Im Rohrverbindungselement 17, das aus Kunststoff
geformt ist, sind zwei bogenförmige Kanäle 20, 20' angeordnet; dicse beiden Kanäle
überkreuzen einander, um auf engstmöglichem Raum eine rohrkümmung mit möglichst
großem Radius und somit möglichst geringen Verlusten und Trenneffekten vorzuschen.
Die beiden Rohrkrümmungen
20, 20' münden jeweils in eine abgesetzte
bohrung 21 21', die jeweils zur Aulnahme eines Rohrstutzens 22 eingerichtet ist;
zwischen dessen Stirnseite und dem Absatz der Bohrung 21 bzw. 21' ist Raum für eine
Ringdichtung vorgesehen.
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Zwei zueinander komplementäre Rohrverbindungselemente, von denen das
zweite gegenüber dem dargestellten spiegelverkehrt ausgeführt ist, werden mittcls
der Rohrstutzen 22 aneinander geklemmt und bilden somit zusammen mit den Glasrohren
16 und weiteren Verbindungselementen einen erfindungsgemäßen Block.
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Ein einbaufertiges Gerät ist in Fig. 7 gezeigt und weist im wesentlichen
eine Doppelstegplatte auf, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist; diese Doppelsteqplatte
wird von nebeneinander liegenden Kanälen 1''' gebildet, die beiderseits von einer
Rohrverbindung 12 abgeschlossen sind. Die Rohrverbindung 12 lagert jeweils in einen
Aluminiumwinkelprofil 23, 24. An der Unterseite der Strömungskanäle 1'' ist eine
durchgehende Isolierplatte 25 angeordnet, die beiderseits mit den Aluminiumprofilen
23, 24 bündig abschließt. An der dem Licht zugewandten Seite bilden die Aluminiumprofile
23, 24 einen Rahmen für eine mechanisch widerstandsfähige, durchscheinende Platte
26 aus Acrylglas.
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Das Profil 23 weist einen Hohlraum auf, in dem eine federvorgespannte
Wickelrolle 27 angeordnet ist, auf der eine Aluminiumfolie 28 aufgewickelt ist.
Die Aluminiumfolie 28 ist in
eine Zugteiste 29 eingespannt, die
einerseits durch ihren Anschlag gegen die beiden Flanken eines im Profil 23 eingearbeiteten
Schlitzes das Zurückrutschen der Aluminiumfolie 28 verhindert, andererserts einen
Verankerungspunkt für zwei Zugseile 30 bietet, die beiderseits der Doppelstegplatte
an der Zugleiste 29 befestigt sind. In der Nähe des Profils 24 ist an der Unterseite
der Acrylglasplatte 26 eine Schicht von Solarzellen 31 derart aufgebracht, daß die
Bestrahlung der Doppelstegplatte nicht beeinträchtigt wird.
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Ferner ist im Profil 24 ein elektrischer Wickelmotor 32 angeordnet,
der eine jedem der Zugsei le 30 zugeordnete Wickeltrommel betreibt.
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Tritt eine Störung auf, dinn wird eine elektrische Verbindung zwischen
Solarzellen 31 und elektrischen Wickelmotor 32 hergestellt, der dann, wenn Sonnenlicht
auf die Solarzellen fällt, umzulaufen beginnt und - ggf. über ein zwischengeschaltetes,
selbstsperrendes Getriebe - die Seiltrommeln so lange in Umdrehung versetzt, bis
das Zucjseil 30 aufgewickelt ist. FJin Mikroschalter (nicht dargestellt) ist in
der Verschiebebahn der Zugkante 29 derart ungeordnet, daß bei abgedeckter Doppelstegplatte
die elektrische Verbindung zwischen Solarzellen 31 und Motor 32 unterbrochen wird.
Durch Umsteuern des Motors bzw. durch Lösen der Kupplung zwischen Motor und Seiltrommel
kann durch einen Federantrieb für die Wickelrolle 27 dafür gesorgt werden, daß die
Aluminiumfolie wieder in ihre Ruhelage zurückgezogen wird.