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Wärmeübertrcger zur Umweitwärmenutzung
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Stand der Technik Die Erfindurg geht aus von einem Wärmeübertrager
nach der Gattung des Hauptanspruches. Derartige Wärmeübertrager haben den Vorteil,
daß sie sowohl Sonnenstrahlung absorbieren als auch die in der Luft, im Regenwasser
und im Tau (Luftfeuchte) enthaltene Wärme nutze. Sie sind einfacher und preiswerter
als reine Sonnenkollektoren, die auf einen hohen Wirkungsgrad der Strahlungsenergieumwandlung
und -übertragung gezüchtet sind. Diese Kollektoren sind bevorzugt als sogenannte
Flachkollektoren ausgebildet, deren in eirem kastenförmigen Gehäuse angeordnete
Absorberelemente im Abstand von einer oder mehreren lichtdurchlässigen Platten abgedeckt
sind. Diese verhindern zwar konvektionstedingte Wärmeverluste an den Absorberelementen,
lassen jedoch andererseits eine wirkungsvolle Nutzung der in der Luft enthaltenen
Wärme nicht zu. Wenn diese Wärme zusätzlich genutzt werden soll, muß ein speziell
für diesen Zweck gestalteter weiterer WErmeübertrager vorgesehen werden. ts ist
auch schon bekannt, Flachkollektoren so auszubilden, daß ein laufender Austausch
der zwischen der Absorberfläche und der Abdeckplatte sich
befindlichen
Luft mit der Außenatmosphire zustandekommt, wenn bei mangelnder Sonneneinstrahlung
noch die in der Luft enthaltene Wärme genutzt werden soll. Anlagen mit solchen Kollektoren
sind jedoch noch kDstspieliger als solche mit den vorstehend beschriebenen Flachkollektoren,
weil sie zusätzliche mittel zur Steuerung der Luftführung benötigen. Bei den Wärmeübertragern
nach der Gattung des vorliegenden Hauptanspruchs wird im Interesse eines einfachen,
robusten und betriebssicheren Aufbaues bewußt auf einen optimalen Wirkungsgrad der
Strahlungsenergieumwandlung und -nutzung verzichtet.
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Bei den bekannten Wärmeübertragern naca der Gattung des Hauptanspruchs
sind die einzelnen Übertragungskörper als Kunststoffrohre mit kreisförmigem Profil
ausgebildet (DE-OS 27 41 983). Das hat den NachteiL, daß die Wärmeübertragungsfläche
im Verhältnis zu den von dieser Fläche umschlossenen Volumen des Durchströmkaials
klein ist und daß ferner der von dem Übertragungskörer nicht absorbierte, sondern
reflektierte Strahlungsanteil weitgehend ungenutzt verlorengeht.
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Ferner sind Flachkollektoren bekannt, zei denen das Absorberelement
durch eine ebene und eine gewellte Platte gebildet ist, die an den Wellentälern
mit der ebenen Platte verschweißt ist und mit dieser unmitteLbar die Kanäle für
den durchlaufenden Wärmeträger bildet (DE-OS 25 46 619).
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Die gewellte Platte ist der Sonneneinstrahlung zugekehrt, so daß die
einfallende Strahlung mehr ich zwischen den Wellen reflektiert und dabei schrittweise
absorbiert wird, wodurch sich die Absorbtionskapazität les Kollektors erhöht. Ein
Nutzung der in der Umgebungstuft enthaltenen
Wärme ist jedoch wegen
der bei dieser Anordnung vorhandenen Abdeckung mit einer Glasscheibe und der wärmeisolierenden
Wirkung der sich darunter befindlichen stehenden Luftschicht nur in einem bescheidenen
Ausmaß möglich.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, zwischen röhrenförmigen Übertragungskörpern
von Flachkollektoren Reflektionskörper anzuordnen, welche die einfallende Sonnenstrahlung
auf die Übertragungskörper lenken (DE-OS 26 28 557).
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Die Reflektionskörper sind langgestreckte Gebilde mit annähernd dreieckförmigem
Querschnitt, deren einander zugekehrte Längsseiten konkav nach innen durchgewölbt
sind. Die Reflektionskörper selbst sind ebenfalls von einem Wärmeträger durchströmt,
der den relativ geringen nicht reflektierten, im Wandmaterial der Reflektionskörper
absorbierten Energieanteil der Sonnenstrahlung als Wärme abführt. Diese Anordnung
ist aufwendig und erfordert eine sorgfältige Ausrichtung der Reflektionskörper gegenüber
den eigentlichen Übertragungskörpern, wenn eine optimale Ausnutzung der Sonneneinstrahlung
gewghrleitet Spin soll.
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Bei den sogenannten ??Kollektordächern?? ist es bekannt, die einzelnen
Dachplatten sowohl als Absorber für die Sonnenenergie, als auch als Wärmeübertrager
für die Luft und Regenwärme auszubilden (DE-GM 78 22 118). zinke solche mit der
Dacheindeckung kombinierte Ausbildung eines Umweltwärmeübertragers ist jedoch ebenfalls
aufwendig, problematisch in Bezug auf die Isolieren gegenüber dem Dachraum, und
hat den weiteren Nachteil, daß bei nachträglicher Anbringung das Dach mindestens
teilweise umgedeckt werden muß.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Wärmeübertrager
aus einfachen und preisgünstigen Einzelkörpern besteht, deren gegenseitige Zuordnung
nicht kritisch ist und die bei einem gegebenen Volumen des Längskanals für den durchfließenden
Wärmeträger eine wesentlich größere Wärmeübertragungsfläche und deshalb einen höheren
Wirkungsgrad als die bekannten Wärmeübertrager der gattungsmäßigen Art haben. Außerdem
ist der weitere Vorteil erreicht, daß ein gröberer Anteil der reflektierten Strahlung
auf einen benachbarten Wärmeübertragungskörper geleitet und dort nutzbringend verwertet
wird, als es bei der bekannten gattungsmäßigen Ausführung mit im Querschnitt kreisrunden
Übertragungselementen der Fall ist.
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Die einzelnen Teile des Wärmeübertragers können gegebenenfalls auch
von einem Nicht fachmann am Einbauort zusammengesetzt werden. Beim erfindungsgemäßen
Wärmeübertrager wird bewußt von einer optimalen Ausnutzung der Sonneneinstrahlung
abgesehen, in der Erkenntnis, daß eine solche in vielen Fällen gar nicht notwendig
ist. Dafür kann die in den anderen Umweltwärmeträgern, nämlich in der Luft, im Regen
und im Tau(Luftfeuchte), enthaltene Wärme besser als bei den auf optimale Strahlungsnutzung
gezüchteten Kollektoren ausgewertet werden, und außerdem ist ohne zusätzliche und
die Anlage verteuernde Sicherheitsmittel gewährleistet, daß eine Überhitzung der
Übertragungskörper und des Wärmeträgers nicht eintreten kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Jerbesserunge. der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.
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Die Wärmeübertragungskörper können vorteilhaft aus schwarz eingefärbten
Kunststoff durch Extrudieren oder aus stranggepreßtem Metall mit selektiver Beschichtung
hergestellt sein.
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Die dem Dacf oder der Fassade zugekehrte Längsseite der Obertragungckörper
kann zweckmäßig mit Mitteln zum Befestigen bzw. Abstützen oder Zentrieren der übertragungskörper
oder des ganzen Wärmeübertragers versehen sein. An den von außen nicht sichtbaren
Befestigungselementen können Klammerr od. dergl. verankert werden, die zwischen
den dachdecXenden Elementen, wie Ziegel, Eternitplatten usw., hindulchgeführt ind
mit der Dachkonstruktion, nämlich den Da(hlatten oder den Sparren, verbunden sind.
Diese Klammern können so gestaltet sein, daß nach Montage der Übertragung: körper
durch Nachspannen eine gleichmäßige Übertragung der aufzunehmenden Last auf alle
Halterungspunkte erfolgt. Die Befestigung an Fassaden kann entsprechend der Befestigung
auf Steildächern auf einer Vorsatzschale oder einem Vorsatzrahmen erfolgen. Auf
Flachdächern ist eine Befestigung der Übertragungskörper nicht notwendig.
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Wenn die Übertragungskörper an eine gemeinsame Vorlaufleitung und
eine gemeinsame Rücklaufleitung angeschlossen sind, könne die Anschlußelemente vorzugsweise
so ausgebildet sein daß die Montage auch von einem Nichtfachmann mit einfachen Werkzeugen
am Einbauort durchgeführt werden kann. Der Anschluß kann durch Muffen-, Klemm- oder
Schraubverbindungen erfolgen, wobei die Anschlußstellen oder die Verteiler- und
Sammelrohre insgesamt durch Abdeckhauben oder dgl. vor Staub und bei Verwendung
von Verbindungselementen, die strahlungsempfindlich sind, auch vor dieser geschützt
sein können. Die Abdeckung kann ausserdem
so gestaltet sein, daß
sie dem Wirmeübertrager ein gutes Aussehen verleiht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die ln den Stirnseiten der Übertragungskörper
vorgesehenen Anschlüsse in den oberen Bereich des Längskanals im Übertragungskörper
münden, sodaß beim Füllen des Wärmeübertragers mit dem Wärmeträger die Luft nahezu
vollständig verdrängt werden kann.
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Eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgers auf die einzelnen Übertragungskörper
kann erreicht werden, wenn die Vorlaufleitung durch eine innere Längswand in einen
Kanal mit größerem Durchmesser und einen engeren Kanal unterteilt ist, die Übertragungskörper
in den engeren Kanal angeschlossen sind und beide Kanäle im Bereich der Anschlußstellen
der Übertragungskörter über Drosselbohrungen in der Längswand miteinander verbunden
sind.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 in perspektivischer Ansicht einen Teil des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
Figur 2 in gegenüber Figur 1 vergrößertm Maßstab einen.
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Schnitt durch einen Übertragungskörper des Wärmeübertragers nach Figur
1, und Figur 3 die Abstützung eines Übertragungskörpers nach den Figuren 1 und 2
auf einem Welldach. In Figur 4 ist im Längsschnitt ein Anschluß für einen Wärmeübertragungskörper
in abgewandelter Ausführung dargestellt.
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Beschreibung der Erfindung Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager hat
eine Vorlaufleitung 11 und eine im Abstand parallel dazu verlaufende, in der Zeichnung
nicht sichtbare Rücklaufleitung. Diese beiden Leitungen sind über eine Vielzahl
von parallel zueinander angeordneten Wärmeübertragungskörpern 12 miteinander verbunden,
die innen hohl sind und dadurch einen Längskanal 13 für einer durchfließenden Wärmeträger
bilden. Die Wärmeübertragungskörper 12 haben gemäß Figur 2 ein dreieckförmiges Querschnittsprofil
mit konkav nach innen gewölbten Seitenwänder 14 und 15, und einer ebenso gewölbten
Bodenwand 16. An den Stirnenden sind die Wärmeübertragungskörper 12 durch Einsatzstücke
18 (Figur 1) geschlossen, an welche Anschlußstutzen 19 angeformt sind, die über
Muffen 20 od.
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dergl. mit Entsprechenden Anschlußstutzen an der Vorlaufleitung 11
tzw. der Rücklaufleitung verbunden sind.
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Die Wärmeübertragungskörper 12 bestehen aus schwarz eingefärbtem Ktnststoff
oder aus Metall, welches eine geschwärzte Oberfläche hat. Infolge der beschriebenen
Ausbildung des Querschnitts der Wärmeübertragungskörper ist ein optimales Verhältnis
von Oberfläche zu Volumen erreicht.
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Die Wärmeübertragungskörper 12 dienen gleichzeitig als Absorberelemente
für die Sonneneinstrahlung und als Wärmeübertrager für die in der umgebenden Atmosphäre
bzw. im Regen oder im Tau (Luftfeuchte) enthaltene Wärme auf den durchfließenden
Wärmeträger, der Wasser oder Sole sein kann.
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Damit sich die über die Vorlaufleitung 11 zugeführte WärmeträgerJlüssigkeit
gleichmäßig auf alle Wärmübertragungsköryer 12 verteilt, ist die Vorlaufleitung
11
durch eine Längswand 22 in einen Längskanal 23 mit größerer
Querschnittsfläche und einen engeren Längskanal 24 unterteilt, an welchen die Wärmeübertragungskörper
12 angeschlossen sind. An den Anschlußstellen ist der Kanal 24 über Drosselbohrungen
in der Längswand 22 mit dem Längskanal 23 verbunden. An den beiden Stirnenden der
Vorlaufleitung 11 ist der Längskanal 24 geschlossen, so daß der zugeführte Wärmeträger
zunächst lediglich in den Längskanal 23 und erst von dort über die Dr()sselbohrungen
in der Längswand 22 und den Längs kanal 24 in die Wärmeübertragungskörper 12 gelangt.
Dadurch ergibt sich in dem engeren Kanal 24 ein Druckausgleich üblr die gesamte
Länge der Vorlaufleitung 11, so daß die Wärmeträgerströmung gleichmäßig auf alle
Wärmeübertratungskörper 12 verteilt wird.
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Die dem Dach oder der Fassade des Hauss zugekehrte Bodenwand 16 eines
jeden Wärmeübertragungskjrpers 12 ist an den Längsseiten stark nach unten gezogen
und bildet dort mit den entsprechend geformten Seitenwinden 14 und 15 Kanten 25
zur definierten Auflage auf dem Dach, wobei gleichzeitig der Abstand des Längskanals
13 zum Dach vergrößert und der Wärmeverlust zum Dach verringert wird. An der Bodenwand
16 ist ferner ein Längssteg 26 einstückig angeformt, in welchem Querbohrungen 27
vorgesehen sind, die zum Verankern bzw. Festspannen der einzelnen Gärmeübertragungskörper
12 und damit des ganzen Wärmeübzrtragers auf dem Dach oder an der Fassade dienen.
Wenn ler Wärmeübertrager auf einem Welldach angeordnet werden still, ist es gemäß
Figur 3 zweckmäßig, unter den Wärmeübertragungskörpern 12 Stützprofile 28 vorzusehen,
an denen sich die Wärmeübertragungskörper 12 über den Längssteg 25 abstützen und
zentrieren.
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Die Verbindulgsstellen der Wärmeübertragungskörper 12 mit der Vorlauflbitung
11 und der Rücklaufleitung sind durch einzelne Haufen 30 abgedeckt, welche die Verbindungsstellen
gegen Staub schützen und dem Wärmeübertrager ein gutes Aussehen ver eillen. Die
Anordnung der Hauben 30 ist besonders dann von Vorteil, wenn zur Verbindung der
Teile strahlungsem>findliche Bauelemente verwendet werden, wie z.B. Gummimalschetten
od. dergl., die durch die Hauben 30 auch vor Strihlung geschützt werden. Die Hauben
30 können zweckmäßig s) ausgebildet sein, daß sie sich auf die Verbindungsstellen
aufsprengen lassen und dann ohne zusätzliche Mittel festsitzen. Die Länge der Hauben
30 kann so bemessen sein, daß sie nach dem Aufsetzen spaltfrei aneinander anschließen
und gegebenenfalls auch Verbindungsmittel 32 zwischen vorgefertigten, jeweils aus
einer Vorlaufleitung, einer Rücklauf leitung und einer Anzahl von Wärmeübertragungskörpern
bestehenden Wärmeübertrager-Elementen abdecken.
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In Figur 4 ist ein abgewandelter Anschluß eines Wärmeübertragungskörpers
12 dargestellt. Dieser zeichnet sich gegenüber dem Anschluß nach Figur 1 dadurch
aus, daß die Achse 40 des Zu- bzw. Ablaufstutzens 42 für den Wärmeübertragungskörper
12 im oberen Bereich von dessen Längskanal 13 angeordnet ist, so daß beim Füllen
des Wärmeübertragers annähernd die gesamte Luft aus den Kanälen entweichen kann.
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Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die in Höhe
der Achse 40 liegende Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung gegenüber den Auflagekanten
25 der Wärmeübertragungskörper 12 nach oben angehoben werden, so daß diese Leitungen
über die Dachziegel frei hinwegführen, wenn die Wärmeübertragungskörper 12 das Dach
berühren.
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Der Stutzen 42 ist einstückig an ein Zwischenstück 44
angeformt,
dessen vom Stutzen abgekehrte Stirnseite der Dreieckform des Wärmeübertragungskörpers
12 angepaßt ist. An dieser Stirnseite hat das Zwischenstück 44 einen Flansch 46,
der über den Rand des Wärmeübertragungskörpers 12 greift und mit diesem durch plastische
Verformung fest und dicht verbunden ist. Der Stutzen 42 ragt passend und durch einen
O-Ring 48 abgedichtet in einen seitlichen Ansatz 50 der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung
hinein. Zum Sichern der Verbindung gegen axiales Lösen ist eine Ver-Zahnung im überlappenden
Bereich 52 der Teile 44 und 50 vorgesehen. Ein metallisches Spannelement 54 sichert
beide Teile radial und axial.