DE3533565A1 - Passiver sonnenenergie-warmwasserbereiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen passiven Sonnenenergie-Warmwasserbereiter, aus einem vor­ zugsweise zylindrischen Warmwasserspeicher, der in einem geschlossenen, ein Lichtfenster aufweisenden Isoliergehäuse sitzt und mit einem im Einstrahlbe­ reich des Lichtfensters liegenden, eine lichtab­ sorbierende, selektive Beschichtung aufnehmenden Teil selbst als Absorber dient.

Übliche Sonnenenergie-Warmwasserbereiter bestehen aus eigenen Sonnenkollektoren, die durch ein Kreis­ laufsystem an die gut wärmegedämmten Warmwasserspeicher angeschlossen sind und über das im Zwangs- oder Natur­ umlauf umgewälzte Wärmeträgermedium das Wasser des Warmwasserspeichers aufwärmen. Es sind aufwendige, umständlich zu installierende Anlagen mit teuren Aggregaten und Einrichtungen erforderlich und außer­ dem aufgrund der nicht zu vermeidenden Rohrleitungs­ systeme verhältnismäßig große Wärmeverluste in Kauf zu nehmen.

Wie die US-PS 43 55 629 und die DE-OS 32 17 365 zeigen, gibt es auch schon Sonnenenergie-Warmwasser­ bereiter, die einen teilweise selbst als Absorber dienenden Warmwasserspeicher aufweisen und in einem geschlossenen, mit einem Lichtfenster versehenen Isoliergehäuse sitzen. Allerdings erfordern diese bekannten Warmwasserbereiter ebenfalls einen be­ trächtlichen Konstruktionsaufwand und arbeiten wegen der auftretenden Wärmeverluste nur mit geringen Wirkungsgraden. So befindet sich der Warmwasserbe­ reiter gemäß der US-PS 43 55 629 zwar in einem ge­ schlossenen Isoliergehäuse, doch kommt es hier durch den großen Freiraum innerhalb des Isoliergehäuses und der dadurch bedingten Luftströmungen sowie durch die wenig isolierende Eigenschaft des Lichtfensters zu den ungewünschten hohen Wärmeverlusten. Der Warmwasserbereiter nach der DE-OS 32 17 365 wiederum besteht aus einem vakuumisolierten Gehäuse mit teil­ weise lichtdurchlässigen Wänden, das bei üblichem Speichervolumen wegen der Herstellungsschwierigkeiten praktisch nicht zu verwirklichen ist, wozu noch kommt, daß eine Vakuumisolierung solcher Dimensionen auf längere Zeit kaum aufrechterhalten werden kann und sich außerdem entsprechende Abstrahlverluste durch die schwach isolierenden, großflächigen Fensterwände einstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und einen Warmwasserbe­ reiter der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der auf rationelle Weise die Energieverluste minimiert und sich bei recht einfacher Bauweise durch vergleichs­ weise hohe Wirkungsgrade auszeichnet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Isoliergehäuse einen in an sich bekannter Weise den Speicher berührenden Dämmantel bildet, der in einem den Absorberteil des Speichers abdämmenden Ab­ sorberbereich durch bis zur Beschichtung des Ab­ sorberteils durchgehende Kanäle unterbrochen ist, welche vorzugsweise sich nach außen hin erweiternden Kanäle eine reflektierende Auskleidung tragen und mit einer lichtdurchlässigen, wärmeisolierenden Ab­ deckung verschlossen sind. Diese besondere Ausge­ staltung des Isoliergehäuses und die damit ver­ bundene, spezielle Isolierung des Speicher-Absorber­ teils gewährleisten eine optimale Wirkung, da praktisch eine die gesamte Speicheroberfläche eng umschließende Dämmschicht einerseits durch den Dämm­ mantel selbst und anderseits durch die innerhalb des Dämmantels verlaufenden, nach außen verschlossenen Kanäle entsteht und weder aufgrund von Konvektion noch aufgrund von Strahlung größere Wärmeverluste zu befürchten sind.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung nehmen die Kanäle zylindrische oder der Kanalform angepaßte lichtdurchlässige Vakuumhohlkörper auf, wodurch die Isolierung des Ab­ sorberteils weiter verbessert und die Wärmeverluste verringert werden.

Eine Steigerung der Effektivität ergibt sich, wenn erfindungsgemäß der die Kanäle aufweisende Absorberbereich des Dämmantels von in an sich bekannter Weise zum Lichtfenster führenden, einen konkaven, das einfallende Licht zu den Kanälen hin ablenkenden Reflektor bildenden Leitwänden des Iso­ liergehäuses begrenzt ist, denn so können die ein­ fallenden Lichtstrahlen auf die Kanäle konzentriert und zur besseren Nutzung gebündelt werden.

Ist dem Reflektor innerhalb des Lichtfensters wenigstens ein außerhalb des Lichtfensters vorge­ sehener weiterer Reflektor vorgeordnet, kommt es zu einem großen Einfangbereich der Sonnenstrahlung mit vergrößerter Energiezufuhr. Dadurch erübrigt sich auch ein dem Sonnenstand entsprechendes Nach­ führen des Warmwasserbereiters, wenn dieser mit seiner optischen Hauptachse auf einen mittleren Sonnenstand ausgerichtet wird.

Um einen Schutz zu erreichen, kann der schwenk­ bar gelagerte äußere Reflektor vor das Lichtfenster klappbar sein und vorzugsweise an seiner Rückseite eine Dämmschicht aufweisen, wodurch nicht nur Be­ schädigungen des Lichtfensters vermieden werden, sondern auch bei ungünstigen Verhältnissen eine zusätzliche Wärmedämmung gegeben ist.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise rein schematisch dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele eines er­ findungsgemäßen Warmwasserbereiters je­ weils im Querschnitt und

Fig. 3 den Absorberteil dieser Warmwasserbereiter im Querschnitt größeren Maßstabes.

Ein liegender, zylindrischer Warmwasserspeicher 1 sitzt in einem geschlossenen Isoliergehäuse, das einen den Speicher 1 berührenden Dämmantel 8 bildet und ein Lichtfenster 9 aufweist. Der im Einstrahl­ bereich des Lichtfensters 9 liegende Teil des Speichers 1 nimmt eine lichtabsorbierende, selektive Be­ schichtung 5 auf und dient selbst als Absorber. Der diesen Absorberteil des Speichers 1 abdämmende Ab­ sorberbereich D des Dämmantels 8 ist bis auf ver­ bleibende Zwischenstege 2 durch Kanäle 3 unter­ brochen, die bis zur Beschichtung 5 hindurchgehen und sich nach außen erweitern. Die Zwischenstege 2 tragen eine reflektierende Auskleidung 6 für die Kanäle 3, die nach außen mit einer lichtdurchlässigen aber wärmeisolierenden Abdeckung 4 verschlossen sind. Zur Verbesserung der Wärmedämmung nehmen die Kanäle 3 zylindrische Vakuumhohlkörper 7 auf, die sich über die ganze Länge der Kanäle 3 erstrecken.

Vom Lichtfenster 9 führen Leitwände zum die Kanäle 3 aufweisenden Absorberbereich D des Dämmantels 8, die einen konkaven, das einfallende Licht zu den Kanälen 3 hin ablenkenden Reflektor 10 bilden. Diesem Reflektor 10 innerhalb des Lichtfensters 9 ist außerhalb des Lichtfensters ein oder zwei weitere Reflektoren 11 vorgeordnet, wobei die äußeren Reflektoren 11 schwenk­ bar gelagert sind und an der Rückseite eine Dämm­ schicht 12 aufweisen können. Diese Reflektoren lassen sich vor das Lichtfenster 9 klappen und bilden für das Lichtfenster einen Schutz und eine zusätzliche Wärmedämmung.

Der erfindungsgemäße Warmwasserbereiter gewähr­ leistet auf rationelle Weise eine Minimierung der Energieverluste und bringt einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad mit sich, was durch die besonders gute Wärmedämmung des Speichers 1 und durch den großen Einfangbereich bedingt ist. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist der Reflektor 10 so gekrümmt, daß alle durch die vom Lichtfenster 9 überdeckte Eintrittsblende B-C einfallenden Sonnenstrahlen l ₁ bis l ₅ zum Absorberteil des Speichers 1 hin re­ flektiert werden, und zwar innerhalb der Einfalls­ winkel von + 45° und - 60° bezüglich des zur optischen Hauptachse A parallelen Hauptstrahles L. Der Hauptanteil der Sonnenstrahlen, auch vom Boden reflektierte Strahlen wie die Sonnenstrahlen l₁, können so zur Wärmenutzung herangezogen werden. Der Hauptstrahl L und die optische Hauptachse A sind unter 45° geneigt, was der Einstellung des Warm­ wasserbereiters für eine geografische Breite von ebenfalls 45° entspricht. Wie in Fig. 2 angedeutet, können die Einfallsverhältnisse für die Eintritts­ blende E-F auch durch die äußeren Reflektoren 11 beeinflußt und zusätzlich verbessert werden.

Claims (5)

1. Passiver Sonnenenergie-Warmwasserbereiter, aus einem vorzugsweise zylindrischen Warmwasserspeicher, der in einem geschlossenen, ein Lichtfenster aufwei­ senden Isoliergehäuse sitzt und mit einem im Einstrahl­ bereich des Lichtfensters liegenden, eine lichtabsor­ bierende, selektive Beschichtung aufnehmenden Teil selbst als Absorber dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliergehäuse einen in an sich bekannter Weise den Speicher (1) berührenden Dämmantel (8) bildet, der in einem den Absorberteil des Speichers (1) ab­ dämmenden Absorberbereich (D) durch bis zur Beschich­ tung (5) des Absorberteils durchgehende Kanäle (3) unterbrochen ist, welche vorzugsweise sich nach außen hin erweiternden Kanäle (3) eine reflektierende Auskleidung (6) tragen und mit einer lichtdurchlässi­ gen, wärmeisolierenden Abdeckung (4) verschlossen sind.

2. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kanäle (3) zylindrische oder der Kanalform angepaßte lichtdurchlässige Vakuum­ hohlkörper (7) aufnehmen.

3. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der die Kanäle (3) auf­ weisende Absorberbereich (D) des Dämmantels (8) von in an sich bekannter Weise zum Lichtfenster (9) führenden, einen konkaven, das einfallende Licht zu den Kanälen (3) hin ablenkenden Reflektor (10) bil­ denden Leitwänden des Isoliergehäuses begrenzt ist.

4. Warmwasserbereiter nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Reflektor (10) innerhalb des Lichtfensters (9) wenigstens ein außerhalb des Licht­ fensters (9) vorgesehener weiterer Reflektor (11) vorgeordnet ist.

5. Warmwasserbereiter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der schwenkbar gelagerte äußere Reflektor (11) vor das Lichtfenster (9) klappbar ist und vorzugsweise an seiner Rückseite eine Dämm­ schicht (12) aufweist.