DE2731715A1

DE2731715A1 - Einrichtung zur erwaermung von wasser durch licht- und infrarotstrahlung

Info

Publication number: DE2731715A1
Application number: DE19772731715
Authority: DE
Inventors: Mario Palazzetti
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1976-07-20
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1978-01-26
Also published as: US4159709A; DE7722019U1; GB1585787A; FR2359382A1; IT1070617B; FR2359382B1

Description

Patentanwälte Üipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

⁸ MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Societd per Azioni Corso Marconi 10 Turin Italien

Einrichtung zur Erwärmung von Wasser durch Licht- und Infrarotstrahlung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erwärmung von Wasser durch Licht- und Infrarotstrahlung. Einrichtungen dieser Art absorbieren Sonnenenergie und dienen beispielsweise zur Erwärmung von Wasser in Einfamilienhäusern, Wohnanlagen, Freizeitlagern, Hotels, Sportstätten und landwirtschaftlichen Einrichtungen. Sie unterstützen dabei die herkömmlichen Heizanlagen und Heißwassersysterne, z.B. elektrische Wassererhitzer und Heißwasserbehälter.

Ein Grundproblem der bisherigen Technik besteht in der Verwirklichung einer wirtschaftlich arbeitenden Einrichtung, die einen vollständig passiven Arbeitszyklus zuläßt oder einen minimalen Verlust an "Primärleistung" hat, indem für eine zyklische Rückführung des zu erwärmenden Wassers mit minimalen Hilfseinrichtungen gesorgt wird.

709884/0836

273 171b - Jf-

Die bisherige Herstellung der Sonnenheizeinrichtungen hat Nachteile im Hinblick auf das Verhältnis des Einrichtungsgewichts zur gespeicherten Wärmemenge, das ziemlich hoch ist, verglichen mit einer Einrichtung nach der Erfindung, wenn jeweils dieselbe erzielbare Wärmemenge vorausgesetzt wird.

Ferner ermöglichen die bisherigen Einrichtungen zwar eine fast vollständige Ausnutzung der einfallenden Lichtenergie, haben jedoch eine schlechte Wärmeisolierung.

Durch die Erfindung wird nun eine billig und automatisch herzustellende Einrichtung geschaffen, die energetisch passiv und selbstregelnd arbeitet.

Zur Verbesserung des Verhältnisses des Gewichts zur aufgenommenen und erzielbaren Wärmemenge bei gleichzeitiger Verringerung der zur Außenseite der Einrichtung hin dispergierten Strahlungsenergie ist es zunächst erforderlich, das Wasser voraufzuheizen, wonach eine weitere Erwärmung des voraufgeheizten Wassers erfolgt. Durch Haltung des Wassers in einem laminaren Strömungszustand wird eine Wärmeisolationswirkung erzielt, die auch die optischen Eigenschaften des Wassers nutzt und die Verwirklichung einer sehr wirksamen und wirtschaftlichen Einrichtung ermöglicht, die für sichtbare Strahlung durchlässig ist.

Eine Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich aus durch eine erste, für die Strahlung durchlässige Kunststoffschicht oder Wandung, eine zweite, gleichfalls strahlungsdurchlässige Kunststoffschicht oder Wandung und eine dritte, für die Strahlung undurchlässige Kunststoffschicht oder Wandung.

709884/0836

Die Erfindung wird Im folgenden anhand In den Figuren dargestellter AusfUhrungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Außenansicht einer Einrichtung zur zweistufigen Erwärmung von Wasser,

Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 eine Außenansicht einer weiteren Einrichtung zur Erwärmung von Wasser und

Fig. 5 den Schnitt V-V aus Fig. 4.

Die in Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Einrichtung umfaßt eine transparente erste Schicht oder Wandung 1, die beispielsweise aus einem klaren Kunststoffmaterial gefertigt ist, eine lichtdurchlässige zweite Kunststoffschicht oder Wandung 2 und eine undurchsichtige dritte Schicht oder Wandung 3 aus schwarzem Kunststoff, die die Bodenfläche der Einrichtung bildet.

Ein Speiseanschluß 4 zur Zuführung von Wasser ist an der rechten oberen Ecke der Einrichtung (Fig. 1) angeordnet und zwischen die transparente erste Schicht oder Wandung 1 und die zweite Schicht oder Wandung 2 eingesetzt. Ein Austrittsanschluß 5 für die Abführung von Wasser ist an der linken oberen Ecke der Einrichtung angeordnet und zwischen die erste Schicht oder Wandung und die dritte Schicht oder Wandung 3 eingesetzt. Die Achse 5a des Kanals 5b des Austrittsanschlusses 5 ist koaxial mit der Achse 4a des Kanals 4b des Speiseanschlusses 4 angeordnet.

709884/0836

Eine flache Zunge 6, die durch einen einstückigen Fortsatz der schwarzen dritten Kunststoffschicht oder Wandung 3 gebildet ist, verläuft an einer Längskante der Einrichtung nahe den Anschlüssen 4 und 5 und hat mehrere Öffnungen 3a, 3b, 3c, 3d eines Durchmessers, der sich zur Befestigung der Einrichtung auf einem Gebäudedach oder einer anderen Halterung eignet.

Eine Reihe von Schweißstellen bzw. Durchlässen, die in Fig. 1 und 2 zur besseren Übersicht nur teilweise dargestellt und mit 7, 7a, 7b, 8, 8a bezeichnet sind, dienen zur Unterteilung der drei Kunststoffschichten in mehrere miteinander verbundene Führungskanäle, von denen die mit 9 und 10 bezeichneten durch Verschweißung der ersten und der zweiten Schicht oder Wandung 1 und 2 entstehen und die mit 11 und 12 bezeichneten durch Verschweißung der ersten und der dritten Schicht oder Wandung 1 und 3 gebildet sind. Die Schweißstellen sind in Fig. 1 durch Schattierung besonders hervorgehoben.

In installierter Lage sind die Führungskanäle 9 und 11 horizontal und die Kanäle 10 und 12 vertikal oder gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet.

Im folgenden wird anhand der Figuren 1 bis 3 die Arbeitsweise der dargestellten Einrichtung beschrieben. Während der Voraufheizung strömt das Wasser durch den Speiseanschluß k unter leichtem Druck und mit laminarer Strömung in den horizontalen Kanal 9, der durch die Verbindung der ersten und der zweiten Schicht oder Wandung 1 und 2 gebildet ist. Aus dem Kanal 9, der als ein Verteiler wirkt, gelangt das Wasser gleichfalls mit laminarer Strömung in die vertikalen Kanäle 10, wo es einen Teil der Sonnenenergie absorbiert und Wärme aufnimmt, die durch die untere Schicht 2 absorbiert wurde. Das Wasser wird auf diese Weise voraufgeheizt.

709884/0835

Die Strömung des voraufgeheizten Wassers sammelt sich Im Kanal 11, der durch die Verbindung der ersten und der dritten Schicht oder Wandung 1 und 3 gebildet ist. Auf diese Weise zirkuliert nur das voraufgeheizte Wasser im Kanal 11, indem das Wasser in direkte Berührung mit der schwarzen Oberfläche der dritten Schicht oder Wandung 3 gelangt. Eine Wellung der Oberfläche der Schicht oder Wandung 3* die eine Mehrfachreflexion unterstützt, verbessert den Absorptionskoeffizienten der Schicht oder Wandung 3. Die Masse des voraufgeheizten Wassers, das über die Oberfläche der dritten Schicht oder Wandung 3 fließt, absorbiert fast die gesamte verbleibende Sonnenenergie, die von der Einrichtung aufgenommen wird. Das erhitzte Wasser strömt durch den vertikalen Kanal 12 und den Austrittsanschluß 5 zu einer Nutzungs- oder Speichervorrichtung (nicht dargestellt).

Bei der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Einrichtung ist die gesamte Verlustwärmemenge viel geringer als bei den bekannten Einrichtungen. Die Gründe hierfür wurden bereits erläutert. Ein Teil der aufgenommenen Sonnenenergie wird nämlich von der Einrichtung gehalten und nachfolgend an die voraufgeheizte Wassermenge von der dritten Schicht oder Wandung 3 abgegeben. Der Temperatursprung zwischen dem voraufgeheizten Wasser und der. Umgebungstemperatur ist geringer als derjenige zwischen der endgültigen Wassertemperatur und der Umgebungstemperatur.

Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Eine erste Kunststoffschicht 13 mit geschwärzter Bodenfläche, eine wärmeisolierende Schicht 14, die als Grundelement zur Halterung der Einrichtung auf dem Dach eines Gebäudes

709884/0836

273171b

dient, und eine zweite Schicht 15 aus transparentem Kunststoff, die die Sonnenstrahlung filtert, sind einander zugeordnet.

Ein Speiseanschluß 16 und ein Austrittsanschluß 17 für Wasser sind im oberen Teil der Einrichtung an den beiden Seiten angeordnet.

Eine flache Zunge 18 längs der oberen Kante der Einrichtung ist mit mehreren Öffnungen 18a, 18b, 18c, 18d zur Befestigung der Einrichtung versehen. Diese Ausbildung wurde bereits anhand der Fig. 1 beschrieben.

Mehrere Schweißstellen sind zwischen den Kunststoffschichten vorgesehen, wie aus Fig. h erkennbar ist. Sie unterteilen die beiden Kunststoffschichten in mehrere Kanäle 19» die miteinander verbunden sind und ein Labyrinth für den Durchfluß von zu erwärmendem Wasser bilden. Diese Kanäle verbinden den Speiseanschluß 16 und den Austrittsanschluß 17.

Um eine gleichmäßige Konzentration der Sonnenstrahlung auf die zu erwärmende Wassermenge zu gewährleisten, kann eine dritte Schicht aus klarem Kunststoff (nicht dargestellt) auf der zweiten Schicht 15 aus transparentem Kunststoff angeordnet sein, wodurch der sogenannte "Treibhauseffekt" ausgenutzt wird.

Die vorstehend beschriebenen Merkmale können einzeln oder in beliebiger Zusammenfassung erfindungswesentlich sein.

709884/0835

Lee 3 rs e

i te

Claims

PatentansprUche

11.^Einrichtung zur Erwärmung von Wasser durch Licht- und Infrarotstrahlung, gekennzeichnet durch eine erste, für die Strahlung durchlässige Kunststoffschicht oder Wandung (1), eine zweite, gleichfalls strahlungsdurchlässige Kunststoffschicht oder Wandung (2) und eine dritte, für die Strahlung undurchlässige Kunststoffschicht oder Wandung (3).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Strömungskanal (9, 10) zwischen der ersten und der zweiten Schicht oder Wandung (1, 2) zur Durchführung von voraufzuheizendem Wasser unter laminarer Strömung gebildet ist und daß zwischen die erste und die zweite Schicht oder Wandung (1, 2) ein Speiseanschluß (4) zur Einführung des Wassers eingesetzt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Strömungskanal (11, 12) zwischen der ersten und der dritten Schicht oder Wandung (1, 3) zur Durchführung von zu erwärmendem Wasser in laminarer Strömung vorgesehen ist und daß ein weiterer Anschluß (5) zwischen die erste und die dritte Schicht oder Wandung (1, 3) zur Abführung erhitzten Wassers eingesetzt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht oder Wandung (3) einen gewellten Oberflächenverlauf hat, der Mehrfachreflexionen begünstigt und die Absorption der infraroten Strahlung durch das Wasser verstärkt.

709884/0836

ORIGINAL INSPECTED

- Sr-
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine flexible, an unterschiedliche Halterungskonstruktionen anpassbare Struktur.

709884/0836