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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Solar-Wasserheizungssysteme
und im Besonderen ein verbessertes Solar-Wasserheizungssystem mit einem
Kollektorkern, der Heizleitungen in jedem der Gegenströmungsflüsse von
warmem und kaltem Fluidströmungen
in entgegengesetzte Richtungen aufweist.
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Stand der
Technik
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Ein Solar-Wasserheizungssystem, das
die vorliegende Erfindung im Besonderen betrifft, umfasst ein Solar-Wasserheizungsfeld,
das mit einem Warmwasserspeicher verbunden ist. Ein derartiges Solar-Wasserheizungsfeld
weist häufig
vertikal ausgerichtete, parallele Heizleitungen oder andere Kanäle auf,
die in einem selektiven Absorbierer eingebettet sind, wie etwa ein
einem schwarzen Metallblech, das in Richtung der Sonne geneigt ist.
Die Heizleitungen öffnen
sich allgemein in horizontale Verteiler oder Sammelleitungen am
oberen und am unteren Ende des Solar-Wasserheizungsfelds. Die Sonneneinstrahlung
erwärmt
selektive Absorber und sowie die Leitungen oder anderen Kanäle, die
in den selektiven Absorber eingebettet sind. Diese Wärme wird
durch Leitung auf ein Fluid, für
gewöhnlich
Wasser, in den Heizleitungen übertragen.
Nach der Erwärmung
dehnt sich das Wasser geringfügig
aus, so dass dessen Dichte geringer wird als die Dichte von kühlerem Wasser
in anderen Bereichen des Solar-Wasserheizungssystems. Das heißere Wasser steigt
daraufhin in Richtung der Oberseite des schrägen Felds an und tritt in den
horizontalen oberen Verteiler ein. Das erwärmte Wasser steigt daraufhin
weiter von dem oberen Verteiler durch eine Biegung eines oder zwei
Bogenrohre von 90 Grad an und tritt dann in den Warmwasserspeicher
ein. Das neu eindringende wärmere
Wasser wird nach dem Eintritt in den Warmwasserspeicher nach oben
gedrückt,
wobei das bereits in dem Warmwasserspeicher vorhandene kältere Wasser
verdrängt
wird. Das verdrängte kühlere Wasser
sinkt zuerst in dem Warmwasserspeicher nach unten, woraufhin es
weiter zu einer Kühlwasser-Rücklaufleitung
sinkt, die auf einer Seite des Warmwasserspeichers angeordnet ist
und nach unten entlang der Seite des Solar-Wasserheizungsfelds,
wobei es eine weiteren Richtungswechsel um 90 Grad in einem Bogenrohr
bzw. Winkelstück
vornimmt und in den horizontalen Verteiler am unteren Ende des Solar-Wasserheizungsfelds
eintritt. Nachdem das kühlere
Wasser in den Verteiler am unteren Ende des Solar-Wasserheizungsfelds
eingedrungen ist, wird es durch die Sonnenstrahlen erneut erwärmt und
der Prozess beginnt von Neuem. Die Temperatur des Wassers in dem
Warmwasserspeicher nimmt somit über
den Tag zu.
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Existierende Solar-Wasserheizungssysteme
auf Wärmeumlaufbasis
(Thermosiphonbasis) dieser Art bestehen normalerweise aus einem
Solar-Wasserheizungsfeld mit einem separaten, isolierten Warmwasserspeicher,
der unmittelbar oberhalb des Wasserheizungsfelds platziert ist.
Ein dem Stand der Technik entsprechendes Beispiel für ein derartiges
Solar-Wasserheizungssystem
wird in dem U.S. Patent US-A-4.084.578, das auf eine Anmeldung von Toshihiro
Ishibashi am 18. April 1978 erteilt wurde ("das Ishibashi-Patent") offenbart. Eine Zeichnung, die das
in dem Ishibashi-Patent offenbarte Solar-Wasserheizungssystem darstellt, ist
hierin als 0 vorgesehen.
Das Ishibashi-Patent offenbart eine höhere Sammeleffizienz durch
Verbesserung der selektiven Oberfläche des Absorbers durch Spezialfarben
und Spezialüberzüge, spezielles
nicht-reflektierendes Glas, durch den Einsatz verschiedener Wellprofilwinkel
für die
Kollektorbahn und den Einsatz des Warmwasserspeichers als Reflektor
im Winter.
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Es ist bekannt, dass die Platzierung
des Warmwasserspeichers dicht an und unmittelbar oberhalb des Solar-Wasserheizungsfelds
von Vorteil ist, wie dies in dem U.S. Patent US-A-4.766.885 offenbart
wird, das auf eine Anmeldung von Toshiaki Muramatsu am 30. August
1988 erteilt wurde ("das Muramatsu '885 Patent"). Bei Solar-Wasserheizungssystemen
der etwa in dem Muramatsu '885
Patent offenbarten Art, muss das warme Wasser jedoch horizontal über die
Breite des Solar-Wasserheizungsfelds
fließen
oder gar über
zwei Felder, wenn es sich um ein System mit zwei Feldern handelt,
bevor es in den Warmwasserspeicher eintritt. Vor dem Eintritt in
den Warmwasserspeicher muss das warme Wasser ferner durch ein oder
zwei Bogenrohre fließen,
was mit einem Anstieg des Strömungswiderstands
durch Formwiderstand, d. h. Verwirbelungen und Turbulenzen, sowie
Reibungswiderstand etc. verbunden ist, wodurch die Wärmeumlaufströmung behindert
wird.
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Es ist allgemein bekannt, dass eine
Verlangsamung des natürlichen
Wärmeumlaufflusses
die Effizienz der Wärmesammlung
verringert, da das Wasser in dem horizontalen Verteiler eingeschlossen
wird und sich nicht in die natürliche
Aufwärtsrichtung
bewegen kann. Folglich wird das Wasser in dem horizontalen Verteiler
immer wärmer
und wärmer,
während
es die Sonnenstrahlung weiter absorbiert. Dieser verhältnismäßig stagnierende
Fluss von warmem Wasser in dem oberen Verteiler in dem oberen Teil der
Heizleitungen und in den Bogenrohren wird unvorteilhaft heiß und strahlt
die Wärme
durch die Glasabdeckung des Solar-Wasserheizungsfelds ab. Ferner
geht ein Teil der Wärmeenergie
des ansteigenden warmen Wassers in den vertikalen Heizleitungen zusätzlich verloren,
wenn die Strömung
entlang der horizontalen Verteiler gedrückt wird. All diese Verluste
reduzieren den Wärmeübertragungskoeffizienten der
Effizienz bzw. den Wirkungsgrad insgesamt.
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In dem am 12. Oktober 1982 an Michael
F. Zinn erteilten U.S. Patent US-A-4.353.352 ("das Zinn Patent") wird eine verbesserte Wärmeumlaufströmung mit
einer nahezu direkten Verbindung von den Heizleitungen zu dem Warmwasserspeicher
offenbart. Das in dem Zinn Patent offenbarte Solar-Wasserheizungssystem
erzwingt jedoch einen Verlauf des warmen Wassers in einem umlaufenden
Weg von der Oberseite des Felds in einer Biegung hinter dem Speicher,
bevor es in den Speicher selbst eintritt. Aus dem Zinn Patent geht
ferner hervor, dass das warme Wasser nach dem Eintritt in den Warmwasserspeicher
auch nach unten fließen
muss, gegen die Wärmeumlaufströmung, da
die Auslässe
der Warmwasser-Einlassleitungen ganz oben am Speicher angeordnet
sind und nach unten zeigen. Die Anordnung der Einlassleitungen an
der Oberseite des Warmwasserspeichers bewirkt eine Ansammlung von
warmem Wasser in diesem Bereich sowie dessen Stauung, sobald sich
warmes Wasser an der Oberseite des Speichers angesammelt hat. Die
Stauung tritt auf, da jedes eingehende warme Wasser die existierende
Warmwasserschicht in dem Warmwasserspeicher nach unten drängen muss.
Da diese Warmwasserschicht auf natürliche Weise einer Strömung nach
unten widersteht, verlangsamt der "Stöpsel" aus warmem Wasser
um die Oberseite des Behälters
wirksam zusätzlich
die Wärmeumlaufströmung. Auch
in diesem Fall steigt die Inneffizienz der Wärmeansammlung mit zunehmender
Warmwassermenge an.
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Bei bekannten, dem Stand der Technik
entsprechenden Solar-Wasserheizungssystemen,
einschließlich
der in den Ishibashi und Zinn Patenten offenbarten Systeme, ist
die Kühlwasser- Rücklaufleitung an der Seite
des Wasserheizungsfelds angeordnet. Diese Position der Kühlwasser-Rücklaufleitung behindert
die Wärmeumlaufströmung, da
dabei horizontale Führungen,
welche die natürliche
Auf- oder Abwärtsbewegung
der Wärmeumlaufströmung behindern,
in diesem Fall über
die Breite des bzw. der Solar-Wasserheizungsfeld(er) erforderlich
sind. Bei dem Stand der Technik entsprechenden Solar-Wasserheizungssystemen
muss nicht nur das kühlere Wasser,
das eigentlich sinken möchte,
horizontal über
die Länge
des Warmwasserspeichers verlaufen, bevor es den Auslass erreicht,
der herunter zu dem Feld führt,
und nachdem die untere Seite des Felds erreicht worden ist, muss
das kühlere
Wasser horizontal zurück über die
Breite des Felds verlaufen, bevor es die am weitesten entfernte
Heizleitung erreicht. Bei dem Stand der Technik entsprechenden Solar-Wasserheizungssystemen
auf Wärmeumlaufbasis
arbeiten somit nur einige wenige Heizleitungen in der Nähe des Einlasses
des unteren Verteilers und des Auslasses des oberen Verteilers mit
der höchsten
Wärmesammlungseffizienz.
Folglich tritt an einem wesentlichen Abschnitt eines Solar-Wasserheizungsfelds
in einer Entfernung von dem Einlass und Auslass des Verteilers ein
stagnierender bzw. verzögerter
Fluss auf.
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Das auf eine weitere Anmeldung von
Toshiaki Muramatsu am 16. Februar 1988 erteilte U.S. Patent US-A-4.724.826
("das Muramatsu '826 Patent") sowie das Muramatsu '885 Patent offenbaren
ein Zweiphasensystem, bei dem ein Arbeitsfluid, das durch Sonneneinstrahlung
in einem Verdampferabschnitt einer Heizleitung vergast wird, leitet
Wärme an
einen Kondensatorabschnitt der Heizleitung, wo das Arbeitsfluid
wieder in die flüssige
Phase zurückkehrt.
In den Solarwasserheizungen, die in den Muramatsu '885 und '826 Patenten offenbart
werden, steigt gasförmiges,
Wärme leitendes Fluid
nach oben, während
kondensiertes Heizfluid im Gegenstrom in einer Mehrzahl hermetisch
verschlossener paralleler Kanäle
nach unten sinkt, die in einem plattenartigen Solar-Heizungsfeld vorgesehen
sind. In den Systemen, die in den Muramatsu Patenten '885 und '826 offenbart werden,
wird das Wasser in dem Speicherbehälter indirekt durch leitende
Wirkung erwärmt,
während
es durch einen Wärmetauscher
verläuft,
der ebenfalls das Arbeitsfluid aufweist oder eine intermediäre Arbeitsflüssigkeit,
die durch das gasförmige
erste Arbeitsfluid erwärmt
wird.
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Das U.S. Patent US-A-2.247.830 offenbart eine
Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenenergie, wobei eine Strahlen absorbierende
Flüssigkeit
in mitgeführt
zwischen Wärme
absorbierenden Einrichtungen und einem Speicher für die genannte
Flüssigkeit wärmeaustauschend
mit der die Wärme
nutenden Einrichtung zirkuliert, mit einem Wärme absorbierenden Element,
das ein Leitungspaar aufweist, von denen eine in der anderen angeordnet
ist und sich an einem ende in Übertragungsverbindung
befindet, wobei die äußere der
genannten Leitungen dichter an dem genannten Ende angeordnet ist,
wobei die anderen Enden der genannten Leitungen offen sind, so dass
sie einen Ein- und Ausfluss der genannten Flüssigkeit vorsehen, wobei eine
dritte Leitung die äußere der
genannten Leitungen umgibt und mit dieser angrenzend an die entgegengesetzten
Enden dicht verbunden ist, so dass dazwischen ein luftleerer Raum vorgesehen
wird, wobei sich ein Speicher für
die genannte Flüssigkeit
oberhalb und in Kommunikation mit den offenen Enden beider Leitungen
des genannten Paares erstreckt, so dass die genannten Leitungen
mit der genannten Flüssigkeit
gefüllt
bleiben, und mit einer Einrichtung zum Konzentrieren von Sonnenstrahlen
auf den genannten Leitungen, um die genannte Flüssigkeit zu erwärmen und
die genannte Flüssigkeit
auf herkömmliche
Weise zwischen dem genannten Speicher und den genannten Leitungen zu
zirkulieren.
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Dem Stand der Technik entsprechende
existierende Solar-Warmwasserfelder
können
auch mechanisch beschädigt
werden, wenn das Wasser in den Heizleitungen gefriert und sich dadurch
Risse in den Heizleitungen bilden. Einige dem Stand der Technik
entsprechende Systeme haben sich diesem Problem über ein indirektes System gewidmet,
bei dem die Sonnenstrahlung eine Gefrierschutzlösung in den Heizleitungen erwärmt oder
an dem Kondensatorabschnitt der Heizleitungen erwärmt wird.
Die warme Gefrierschutzlösung
zirkuliert daraufhin durch einen in dem Warmwasserspeicher angeordneten Wärmetauscher,
um das Wasser zu erwärmen.
Diese Art von Solar-Wasserheizungssystem ist ineffizient, da das
Wasser nur indirekt durch die Gefrierschutzlösung erwärmt wird. Folglich erwärmt dieses
indirekte Solar-Wasserheizungsfeldsystem weniger Wasser als ein
direktes Solar-Wasserheizungssystem, bei dem das erwärmte Wasser
durch Heizleitungen zirkuliert. Ferner sind indirekte Solar-Wasserheizungsfeldsysteme
teurer und komplizierter als direkte Solar-Wasserheizungssysteme
und erfordern mehr Wartung, einschließlich dem regelmäßigen Nachfüllen einer
intermediär
wirkenden flüssigen
Gefrierschutzlösung,
sofern diese verwendet wird.
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In JP-A-58024763 wird ein Solar-Wasserheizungssystem
offenbart, das einen Solar-Wasserheizungs-Kollektorkern und einen
Warmwasserspeicher umfasst, an dessen unterem Ende der Kern verbunden
ist, oder mit einem Solar-Wasserheizungsfeld an dem unteren Teilstück, mit
dem der Kern verbunden ist, wobei der Solar-Wasserheizungs-Kollektorkern folgendes
umfasst:
eine Mehrzahl hohler Heizleitungen, wobei jede Heizleitung
eine Längsachse
und ein Inneres aufweist, das von einer äußeren Wand umgeben ist; wobei
die genannten Heizleitungen, wenn sie zur Bildung des Kollektorkerns
montiert sind, so angeordnet sind, dass die Längsachsen im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet sind; wobei die genannten Heizleitungen im
Einsatz eine Neigung zur Horizontalen aufweisen, wobei ein oberes
Ende jeder Heizleitung erhöht
oberhalb eines unteren Endes jeder Heizleitung angeordnet ist, wobei
das untere Ende jeder Heizleitung verschlossen ist, und wobei das
obere Ende jeder Heizleitung offen ist und sich direkt zu einer
unteren Ebene des Warmwasserspeichers erstreckt, dort hinein öffnet und
damit oder mit dem unteren Teilstück des Solar-Wasserheizungsfelds
eine direkte Übertragungsverbindung
aufweist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt
somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Solar-Wasserheizungssystem
vorzusehen, das die inhärenten
Ineffizienzen in dem Stand der Technik entsprechenden Wärmeumlaufströmungssystemen
verringert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die weitere Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeumlauf-Solar-Wasserheizungssystem
vorzusehen, das horizontale Strömungen
durch eine direkte Aufwärtsverbindung
von Heizleitungen reduziert, wodurch warmes Wasser auf natürliche Weise
fließen
kann und ohne unnötige
Impedanz in dem unteren Bereich des Warmwasserspeichers.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die weitere Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeumlauf-Solar-Wasserheizungssystem
vorzusehen, das horizontale Strömungen
durch direkte, abwärts gerichtete,
separate, zentral angeordnete Kühlwasser-Rücklaufleitungen verringert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die weitere Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeumlauf-Solar-Wasserheizungssystem
vorzusehen, das physisch getrennte Aufwärts- und Abwärtsströmungen aufweist,
wodurch Widerstand, Turbulenzen und ein Mischen der Strömungen in
entgegengesetzte Richtungen verhindert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die weitere Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeumlauf-Solar-Wasserheizungssystem
vorzusehen, das bei Nacht geringere Wärmeverluste aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die weitere Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeumlauf-Solar-Wasserheizungssystem
vorzusehen, das Erstarrungstemperaturen ohne Beschädigungen standhält, während es
gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad und seine Bedienerfreundlichkeit
beibehält.
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Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst
somit einen verbesserten Solar-Wasserheizungs-Kollektorkern (106),
der in ein Solar-Wasserheizungssystem (100) durch Verbindung
mit einem unteren Teilstück
(125) eines Warmwasserspeichers (104) integriert
werden kann. Der Solar-Wasserheizungs-Kollektorkern (106)
weist eine Mehrzahl hohler Heizleitungen (108) auf, wobei
jede Heizleitung (108) eine Längsachse (112) und
einen Innenraum aufweist, der von einer äußeren Wand (114) umgeben
ist. Die Heizleitungen (108) sind im montierten Zustand
zur Bildung des Kollektorkerns (106) so angeordnet, dass
die Längsachsen
(112) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind,
wobei die Heizleitungen (108) eine Neigung zur Horizontalen aufweisen,
wobei ein oberes Ende (118) jeder Heizleitung (108)
erhöht
oberhalb eines unteren Endes (122) angeordnet ist. Das
untere Ende (122) jeder Heizleitung (108) ist
verschlossen, und das obere Ende (118) jeder Heizleitung
(108) ist offen und kann sich direkt zu einer unteren Ebene
(134) des Warmwasserspeichers (104) erstrecken,
in diese öffnen und
direkt mit dieser kommunizieren, oder mit dem unteren Teilstück (193)
des Solar-Wasserheizungsfelds (102).
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Der Solar-Wasserheizungs-Kollektorkern (106)
weist ferner eine Kühlwasser-Rücklaufleitung (116)
auf, die in der äußeren Wand
(114) jeder Heizleitung (108) eingeschlossen ist.
Die Kühlwasser-Rücklaufleitung
(116) in jeder der Heizleitungen (108) weist eine
innere Querschnittsfläche
auf, die ungefähr
einem Drittel (1/3) bis der Hälfte
(1/2) einer inneren Querschnittsfläche der äußeren Wand (114) der
Heizleitungen (108) entspricht. Jede Kühlwasser-Rücklaufleitung weist eine Länge auf,
die etwas länger
ist als die Länge
der äußeren Wand
(114) der Heizleitungen (108), so dass sich die Öffnung (132) der
Kühlwasser-Rücklaufleitung
(116) über
das offene obere Ende (118) der äußeren Wand (114) erstreckt.
Folglich erstreckt sich das obere Ende (118) der Kühlwasser-Rücklaufleitung (116)
in die untere Ebene (134) des Warmwasserspeichers und weist ein
direkte Übertragungsverbindung
mit dieser auf oder mit dem unteren Teilstück (193) des Solar-Wasserheizungsfelds
(102). Das untere Ende (122) jeder Kühlwasser-Rücklaufleitung
(116) ist perforiert, so dass Fluid aus dem unteren Ende
(122) jeder Kühlwasser-Rücklaufleitung
(116) nach außen
in Richtung der umgebenden äußeren Wand
(114) der genannten Heizleitung (108) fließen kann.
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In geographischen Bereichen mit Temperaturen
unterhalb des Gefrierpunktes bestehen die Kühlwasser-Rücklaufleitungen (116) vorzugsweise aus
einem komprimierbaren Material, um den Erstarrungsdruck der Eisbildung
während
Kälteperioden absorbieren
zu können,
ohne dass der Kollektorkern (106) beschädigt wird.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung sind die Heizleitungen (108) durch eine Wärmeleitbahn
(152) thermisch verbunden. Eine Oberseite (154)
der Heizleitungen (108) und der Wärmeleitbahn (152)
sind mit einer Wärmeabsorptionsoberfläche versehen,
während
eine untere Seite (156) der Wärmeleitbahn (152)
mit einer Wärmereflexionsoberfläche versehen
ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden die Heizleitungen (108)
etwas oberhalb einer Bahn (152) mit einer wärmereflektierenden
oberen Seite (154) und einer unteren Seite (156)
getragen. Die Bahn (152) in dem vorliegenden weiteren Ausführungsbeispiel
ist vorzugsweise parallel zu den Heizleitungen (108) gewellt,
wobei die Heizleitungen (108) in der Mitte des Fokus der
Wellen angeordnet sind, und wobei nur die Heizleitungen (108)
eine Wärmeabsorptionsoberfläche aufweisen.
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In einer alternativen Anwendung der
Erfindung erstrecken sich die Heizleitungen (108) des Kollektorkerns
(106) in den unteren Verteiler (192) eines vorhandenen
Solar-Wasserheizungsfelds
(102). durch das Hinzufügen
eines Kollektorkerns (106) zu einem bestehenden Solar-Wasserheizungsfeld
(102) erhöht
die Heizleistung des bestehenden Solar-Wasserheizungssystems. Der
Kollektorkern (106) dient auch als Schmutzabscheider, der
den unteren Verteiler (192) sauber hält.
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Aufgrund der inhärent schwachen Wärmeumlaufzirkulation
und deren Anfälligkeit,
sich durch horizontale Strömungen
oder andere Widerstände
wie etwa Biegungen oder Bögen
zu verlangsamen, führt
eine Eliminierung derartiger Hindernisse merklich die Effizienz
der Wärmesammlung.
Der erlangte Vorteil durch die Platzierung des Auslasses der Heizleitungen
(108) auf der unteren Ebene des Warmwasserspeichers und
nach oben gerichtet, bildet einen Bestandteil der vorliegenden Erfindung,
der in dem Zinn Patent nicht berücksichtigt
wird, in dem sich die Warmwasser-Einlassleitungen an dem Warmwasserspeicher
ganz oben befinden und nach unten zeigen. Die direkte Abwärtsströmung des
kühleren
Wassers von der oberen Ebene des Warmwasserspeichers durch die Kühlwasser-Rücklaufleitungen (116)
zu dem unteren Ende des Solar-Wasserheizungsfelds
(102) verbessert die Effizienz der Sammlung bzw. der Aufnahme
zudem erheblich.
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Diese und andere Merkmale, Aufgaben
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden
genauen Beschreibung des in den verschiedenen Abbildungen der Zeichnungen
veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
verständlich
bzw. offensichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es zeigen:
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0 eine
Perspektivansicht eines dem Stand der Technik entsprechenden Solar-Wasserheizungssystems,
das eine Reproduktion der 8 aus dem
Ishibashi Patent darstellt;
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1A eine
Perspektivansicht, teilweise im Aufriss, eines vollständigen Solar-Wasserheizungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit einem Kollektorkern (106), der eine Mehrzahl
von Heizleitungen (108) aufweist, die direkt an einem isolierten
Warmwasserspeicher (104) angebracht sind;
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1B eine
Perspektivansicht, teilweise im Aufriss, eines vollständigen Solar-Wasserheizungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit einem Kollektorkern (106'), der eine Mehrzahl von Heizleitungen
(108')
aufweist, die an einem unteren Verteiler (192) angebracht
sind, der in einem unteren Teilstück eines existierenden Solar-Warmwasserheizungsfeld
(102')
angeordnet ist;
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2A eine
Querschnitts-Seitenansicht des Solar-Wasserheizungssystems entlang der Linie 2A-2A
aus 1A, wobei die direkte
Verbindung zwischen dem Kollektorkern (106) der Heizleitungen (108)
und einem unteren Teilstück
des Warmwasserspeichers (104) dargestellt ist;
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2B eine
Querschnitts-Seitenansicht des Solar-Wasserheizungssystems entlang der Linie 2B-2B
aus 1B, wobei die Anbringung
des Kollektorkerns (106')
der Heizleitungen (108')
an dem unteren Verteiler (192) eines existierenden Solar-Wasserheizungsfelds
(102')
dargestellt ist;
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3A eine
detaillierte Querschnitts-Seitenansicht des Solar-Wasserheizungssystem-Kollektorkerns
(106) entlang der Linie 3A-3A aus 2A, wobei die Verbindung der Heizleitungen
(108) und einem unteren Teilstück des Warmwasserspeichers (104)
ebenso dargestellt ist wie die Perforationen in dem untern Ende
(122) einer Kühlwasser-Rücklaufleitung (116);
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3B eine
detaillierte Querschnitts-Seitenansicht des Solar-Wasserheizungssystem-Kollektorkerns
(106')
entlang der Linie 3B-3B aus 2B,
wobei die Anbringung der Heizleitungen (108') an dem unteren Verteiler (192)
eines existierenden Solar-Wasserheizungsfelds (102') ebenso dargestellt
ist wie die Perforationen in einem unteren Ende (122') einer Kühlwasser-Rücklaufleitung
(116');
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4A eine
transversale Querschnittsansicht durch die Heizleitungen (108)
entlang der Linie 4A-4A aus 2A,
wobei der Warmwasserspeicher (104) im Hintergrund dargestellt
ist, und eine detaillierte transversale Schnittansicht durch den
Kollektorkern (106), der an dem Fokus der in einer reflektierenden
Oberfläche
(142) ausgebildeten Wellen (144) angeordnet ist;
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4B eine
transversale Querschnittsansicht durch die Heizleitungen (108') entlang der
Linie 4B-4B aus 2B,
wobei der Warmwasserspeicher (102') im Hintergrund dargestellt ist,
und eine detaillierte transversale Schnittansicht durch den Kollektorkern
(106'),
wobei die Heizleitungen (108')
eine thermische Verbindung mit einer Wärmeleitbahn (152') aufweisen;
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5A eine
transversale Querschnittsansicht entlang der Linie 5A-5A aus 4A, wobei die Anordnung
der Heizleitungen (108) an dem Fokus der in der reflektierenden
Oberfläche
(142) ausgebildeten Wellen (144) dargestellt ist;
und
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5B eine
transversale Querschnittsansicht entlang der Linie 5B-5B aus 4A, wobei die thermische
Verbindung der Heizleitungen (108') mit der Wärmeleitbahn (152') dargestellt
ist.
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Bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung
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Die Abbildung aus 1A zeigt ein Solar-Wasserheizungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung,
dass allgemein mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist.
Das Solar-Wasserheizungssystem 100 weist
ein direkt mit einem isolierten Warmwasserspeicher 104 verbundenes
Solar-Wasserheizungsfeld 102 auf. Das Solar-Wasserheizungsfeld 102 weist
einen Kollektorkern 106 auf, der aus einer Mehrzahl von
Heizleitungen 108 gebildet wird. Die Heizleitungen 108 weisen
Längsachsen 112 auf,
die im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Die Heizleitungen 108 weisen
vorzugsweise einheitliche räumliche
Zwischenabstände
auf, wie dies in der Abbildung aus 1A dargestellt
ist. In einer besonders bevorzugten Ausführung weisen die Heizleitungen 108 einen
Mittenabstand von etwa 90 mm auf, wobei dieser Abstand abhängig von
den jeweiligen Bedingungen jedoch auch verändert werden kann. Das Solar-Wasserheizungsfeld 102 ist
vorzugsweise 945 cm breit und weist vorzugsweise ohne den Warmwasserspeicher 104 eine
Länge von
1750 cm auf.
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Jede Heizleitung 108 weist
eine äußere Wand 114 auf,
die in der Abbildung aus 4A am besten
dargestellt ist, welche eine kleinere Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 umgibt.
Die äußere Wand 114 jeder
Heizleitung 108 kann zum Beispiel aus verzinktem Eisen,
Edelstahl, Kupfer oder dergleichen mit einem Innendurchmesser von
25 mm oder einem anderen geeigneten Innendurchmesser gestaltet werden.
Jede der Kühlwasser- Rücklaufleitungen 116 wird
aus PVC, PB oder einem anderen komprimierbaren Werkstoff hergestellt.
Die Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 jeder
Heizleitung 108 weist eine innere Querschnittsfläche auf,
die ungefähr
einem Drittel (1/3) bis der Hälfte
(1/2) einer inneren Querschnittsfläche in der äußeren Wand 114 der
Heizleitung entspricht. Für
eine Heizleitung 108, deren äußere Wand 114 einen
Innendurchmesser von 25 mm aufweist, weist die Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 vorzugsweise
einen Innendurchmesser von ungefähr
15 mm auf. Die den Kollektorkern 106 bildenden Heizleitungen 108 können im
Einsatz zur Horizontalen geneigt werden, wobei ein offenes oberes
Ende 118 der Heizleitung 108 über ein geschlossenes unteres Ende 122 jeder
Heizleitung 108 erhöht
ist. Jede Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 weist
eine Länge
auf, die geringfügig
länger
ist als eine Länge
der umgebenden äußeren Wand 114 der
Heizleitung 108. Das untere Ende 122 jeder Kühlwasser-Rücklaufleitung 116, mit
ungefähr
200 mm, ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 124 perforiert,
wie dies in der Abbildung aus 3A am
besten veranschaulicht wird. Die Öffnungen 124 ermöglichen
den einfachen Durchgang von Wasser zwischen der inneren Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 und
der äußeren Wand 114 der
Heizleitung 108.
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Wie dies in der Abbildung aus 3A am besten dargestellt
ist, tritt das obere Ende 118 der äußeren Wand 114 jeder
Heizleitung 108 in ein unteres Teilstück 125 des Warmwasserspeichers 104 ein
und endet bündig
mit einer inneren Oberfläche 126 des Warmwasserspeichers 104.
Die Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 steht
um ungefähr
90 mm in den Warmwasserspeicher 104 vor. Die physische
Trennung von 90 mm zwischen einer Öffnung 128 der äußeren Wand 114 der
Heizleitung 108 in den Warmwasserspeicher 104 und
einer Öffnung 132 der
Kühlwasser-Rücklaufleitung 116,
die sich in eine untere Ebene 134 in dem Warmwasserspeicher 104 erstreckt,
gewährleistet,
dass eindringendes, ansteigendes warmes Wasser nicht zurück in die
Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 gesaugt
wird.
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Wie dies in der Abbildung aus 3A dargestellt ist, ist
die Öffnung 132 der
Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 angrenzend
an die Unterseite des Warmwasserspeichers 104 angeordnet,
wodurch gewährleistet
ist, dass nur kühleres
Wasser, das am unteren Ende des Warmwasserspeichers 104 angeordnet
ist, zurück
in Richtung des unteren Endes 122 der Heizleitungen 108 gesaugt
wird, so dass es erneut erwärmt
wird. Das untere Ende jeder Heizleitung 108 ist durch ein
Entleerungsventil 136 verschlossen, wie dies in den Abbildungen
der 1A und 2A dargestellt ist, oder
gemäß der Abbildung
aus 3A durch eine Kappe 138.
Der Verschluss jeder einzelnen Heizleitung 108 mit einem
Entleerungsventil 136 erleichtert das Entleeren bzw. Ausspülen von Schmutz
bzw. Rückständen, die
sich an dem unteren Ende 122 abgesetzt haben, aus den Heizleitungen 108.
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Wie dies in den Abbildungen der 4A und 5A am besten dargestellt ist, sind die
Heizleitungen 108 in einem Ausführungsbeispiel ungefähr 25 mm oberhalb
einer gewellten, besonders reflektierenden Oberfläche 142 angeordnet,
wie etwa einer reflektierenden Aluminiumfolie oder eines anderen
reflektierenden Metallblechs mit wärmereflektierenden oberen und
unteren Oberflächen.
Die reflektierende Oberfläche 142 ist
so geformt, dass die Heizleitungen 108 in den Fokusmitten
der Wellen 144 platziert werden. In diesem Ausführungsbeispiel
des Solar-Wasserheizungsfelds 102 weist die ganze äußere Wand 114 der
Heizleitungen 108 Oberflächen auf, die Sonnenstrahlungswärme absorbieren,
so dass bei einer derartigen Anordnung im Verhältnis zu der reflektierenden
Oberfläche 142 die
Heizleitungen 108 über den
ganzen Tag die maximale direkte und reflektierte Sonnenstrahlung
empfangen und absorbieren. Das Solar-Wasserheizungsfeld 102 der
Heizleitungen 108 über
der reflektierenden Oberfläche 142 kann der
Sonne entweder unglasiert oder eingeschlossen in einen transparenten
Glasüberzug 146 und
eine isolierte Ummantelung 148 gemäß der Abbildung aus 1A ausgesetzt bleiben.
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Ein Teilstück des Solar-Wasserheizungsfelds 102,
das sich in der Abbildung aus 1A unterhalb der
Ummantelung 148 erstreckt, stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel
des Kollektorkerns 106 dar, wobei jede Heizleitung 108 eine
Verbindung in gutem thermischen Kontakt mit einer Wärmeleitbahn 152 aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst die Bahn 152 ein
vorzugsweise gewelltes Metallblech, so dass eine obere Seite 154,
die im Einsatz zur Sonne hin ausgerichtet ist, in einer Sonnenstrahlungswärme besonders
absorbierenden Oberfläche
ausgebildet ist, während
eine untere Seite 156 des Metallblechs eine reflektierende
Oberfläche
aufweist. Ein bevorzugtes Verfahren zur Realisierung der wärmeabsorbierende
oberen Oberfläche 154 umfasst
das Anstreichen der oberen Oberfläche 154 des Metallblechs
und der äußeren Wand 114 der Heizleitungen 108 mit
einem geeigneten matten, schwarzen Anstrich oder einem selektiven
absorbierenden Material sowie die Ausrichtung der unteren Seite 156 des
Metallblechs mit einer reflektierenden Silberfolie. Die Bahn 152 wird
vorzugsweise wie dies im Fach bekannt ist so geformt, dass sie die
maximale Sonnenstrahlung erfasst, wenn die Sonne am Himmel erscheint.
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Der Kollektorkern 106 kann
frei liegen oder ganz oder teilweise in geeigneter Weise in einem
Gehäuse 148 bzw.
einer Ummantelung angeordnet sein, wie dies in den Abbildungen der 1A bis 4A dargestellt ist. Die Ummantelung 148 weist
einen transparenten Überzug 146 bzw.
eine transparente Abdeckung auf, die für gewöhnlich aus Glas oder dergleichen
bestehen kann. Wenn der Kollektorkern 106 in der Ummantelung 158 platziert
ist, so dass die Glasabdeckung 146 zur Sonne zeigt, wird
durch die Glasabdeckung 146 tretende Sonnenstrahlung von der
absorbierenden Oberfläche
der äußeren Wand 114 der
Heizleitungen 108 und von der oberen Oberfläche 154 der
Bahn 152 absorbiert, wenn die Bahn 152 thermisch
mit der äußeren Wand 114 verbunden ist.
Die Absorption der Sonnenstrahlung durch die äußere Wand 114 der
Heizleitung 108 und möglicherweise
durch die Bahn 152 erhitzt das Wasser in der äußeren Wand 114 der
Heizleitungen 108.
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Wie dies in der Abbildung aus 5A dargestellt ist, kann
die planare Glasabdeckung 146 alternativ durch hohle Glasröhren vorgesehen
werden, die in der Abbildung aus 5A durch
gestrichelte Linien dargestellt sind, die jeweils einzeln die äußere Wand 114 jeder
Heizleitung 108 einschließen. Die Röhrenglasierung, wie sie etwa
in der Abbildung aus 5A dargestellt
ist, ist zwar vergleichsweise teuer, jedoch sammelt und konzentriert
sie mehr Wärme
bei flacheren Sonneneinstrahlungswinkeln.
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Wenn sich die Heizleitungen 108 erwärmen steigt
das Wasser zwischen der äußeren Wand 114 und
der inneren Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 in jedem
Ausführungsbeispiel
in den Warmwasserspeicher 104 an. Kälteres Wasser, das sich auf
den Boden des Warmwasserspeichers 104 abgesetzt hat, wird
in die Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 gesaugt und
fließt
in der Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 nach
unten und ersetzt das ansteigende warme Wasser. Das kühlere Wasser
fließt
danach durch die Öffnungen 124 an
dem unteren Ende 122 der Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 nach
außen
in Richtung der äußeren Wand 114 und
wird erneut erwärmt
und beginnt in der äußeren Wand 114 anzusteigen.
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Wie dies speziell aus der Abbildung
aus 2A ersichtlich ist,
erstreckt sich die äußere Wand 114 jeder
Heizleitung 108 zu dem isolierten Warmwasserspeicher 104 und öffnet sich
nahe dem Boden des Warmwasserspeichers 104 in diesen. Aufgrund der Übertragungsverbindung
zwischen der Heizleitung 108 und dem Warmwasserspeicher 104 steigt
in der Heizleitung 108 erwärmtes Wasser folglich ohne Unterbrechung
in den Warmwasserspeicher 104 an, wodurch eine "blockierende" Stauung des warmen Wassers
auf der oberen Ebene des Warmwasserspeichers 104 durch
das Eintreten unterhalb der Ebene der Blockierung des warmen Wassers
verhindert wird. Die Zirkulation des in den Warmwasserspeicher 104 eindringenden
warmen Wassers wird somit nicht verzögert, da keine horizontalen
Strömungen
oder Biegungen oder überflüssigen Rohrlängen weder
in den nach oben oder nach unten gerichteten Teilen der Wärmeumlaufzirkulation
vorhanden sind. Die von dem Wasser in der Heizleitung 108 aufgenommene Wärme wird
somit direkt und bei minimalem Wärmeverlust
auf das Wasser in dem Warmwasserspeicher 104 übertragen.
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Zwar tritt Nachts ein geringfügiger Wärmeleitverlust
durch die dichte Verbindung zwischen dem unteren Ende des Warmwasserspeichers 104 und den
Heizleitungen 108 auf, wobei dieser Wärmeverlust durch den Schichtenbildungseffekt
des Wassers in dem Warmwasserspeicher 104, die als isolierende Schichten
wirken, jedoch erheblich reduziert wird. Nur das Wasser auf der
unteren Ebene 134 des Warmwasserspeichers 104 nahe
der Heizleitung 108 kühlt
sich etwas ab, wobei dies durch die verbesserte Aufnahmeeffizienz
während
dem Tag mehr als ausgeglichen wird. Da sich die Bahn 152,
welche die Hauptoberfläche
bildet, die der Sonne ausgesetzt ist, nicht in direktem thermischem
Kontakt mit dem Warmwasserspeicher 104 befindet, ist der
Wärmeverlust
zu vernachlässigen.
Die Platzierung des Kollektorkerns 106 unterhalb des Warmwasserspeichers 104 verhindert
werden eine Umkehrzirkulation bei Nacht, wenn das Feld Wärme in den
Nachthimmel abstrahlt. Nur das Wasser in der Heizleitung 108 wird durch
die Nachtstrahlung abgekühlt,
und da dieses kühle
Wasser nicht weiter absinken kann, kommt es zu keiner Umkehrzirkulation,
wenn die Sonne nicht scheint. Bei Nacht bleibt das warme Wasser
in dem isolierten Warmwasserspeicher 104 somit warm und fließt nicht
in den darunter liegenden kühleren
Kollektorkern 106.
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Somit existiert keine horizontale
Strömung
in dem Solar-Kollektorkern 106,
was zu sehr hohen Wirkungsgraden der Wärmeumlaufzirkulation führt. Wenn
das Wasser gegen Nachmittag immer wärmer wird, wird der Temperaturunterschied
zwischen dem oberen und dem unteren Bereich des Warmwasserspeichers
immer geringer. Ebenso verringert sich der Temperaturunterschied
zwischen dem warmen Wasser zwischen der äußeren Wand 114 der
Heizleitung 108 und dem kühleren Wasser in der Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 zunehmend.
Wenn die Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 wie
gemäß dem Stand der
Technik lateral versetzt angeordnet wäre, d. h. auf der Seite des
Solar-Wasserheizungsfelds 102, anstatt
direkt in den Heizleitungen 108, würde sich die Wärmeumlaufströmung am
Nachmittag durch die erzwungene horizontale Strömung und den geringeren Temperaturunterschied
erheblich verlangsamen. Die vorliegende Erfindung leidet nicht unter
dieser reduzierten Strömung
am Nachmittag, da keine horizontale Strömung existiert. Folglich erfolgt über den ganzen
Tag eine effiziente Wärmeumlaufströmung.
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Die Wärmeumlaufströmung ist
nicht nur inhärent
schwach, vielmehr geht ihr natürlicher
Verlauf direkt nach oben oder direkt nach unten, wobei dies ausschließlich auf
dem Unterschied der Dichte von warmem und im Verhältnis kälterem Wasser
beruht. Somit verringert sich der Wirkungsgrad des Solarheizungssystems
erheblich durch jede Beeinträchtigung der
freien Strömung
nach oben oder nach unten, wie etwa durch erzwungene horizontale
Führungen.
Wie dies in der Abbildung aus 5A dargestellt
ist, fließt ansteigendes
warmes Wasser 158 zwischen der äußeren Wand 114 und
der Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 der
Heizleitung 108, während
kühleres Wasser 159 in
der Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 sinkt.
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Durch die vorliegende Erfindung kann
ein erheblicher Anstieg der Effizienz der Wärmeumlaufströmung erreicht
werden. Das System ermöglicht es,
dass warmes Wasser 157 reibungslos und direkt nach oben
fließt,
ohne ineffiziente Biegungen oder horizontale Strömung, und es ermöglicht eine ähnlich direkte
Rücklaufströmung nach
unten des kühleren Wassers 159 ohne
jegliche horizontale Strömung.
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Die Platzierung der Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 in
der Heizleitung 108 ermöglicht
ferner eine Reduzierung der Breite des Solar-Wasserheizungsfelds 102.
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Kaltes Wasser tritt aus einem Speicherbehälter oder
der Wasserversorgungsleitung, die in den Abbildungen nicht abgebildet
sind, in den Warmwasserspeicher 104 ein, und zwar vorzugsweise über ein in
der Abbildung aus 1A dargestelltes
Schwimmerventil 162. Das Schwimmerventil 162 weist
vorzugsweise eine perforierte Auslassmembran 164 auf, um
das Vermischen von kaltem mit warmem Wasser zu verhindern. Warmes
Wasser wird dem Warmwasserspeicher 104 von oben über einen
Schwimmerauslass 166 entzogen, der gewährleistet, dass sich der Auslass
immer auf der obersten (heißesten) Ebene
des Wassers in dem Warmwasserspeicher 104 befindet.
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Der Warmwasserspeicher 104,
der einen Überlauf 172 aufweist,
ist in einem Gehäuse 174 eingeschlossen,
das aus Metall wie etwa Edelstahl oder Aluminium, oder aus einem
Kunststoff wie etwa Fiberglas hergestellt werden kann. Wie dies
in den Abbildungen der 2A und 3A dargestellt ist, trennt eine
thermische Isolierschicht 176 das Gehäuse 174 von dem Warmwasserspeicher 104.
Ein Einlass-Gatterventil 182 und ein Auslass-Gatterventil 184 sind ebenfalls
zwischen dem Gehäuse 174 und
dem Warmwasserspeicher 104 angeordnet. Eine Linie 188 in
der Abbildung aus 2A zeigt
den Wasserstand in dem Warmwasserspeicher 104 nach der Ausrichtung
des Solar-Wasserheizungssystems 100 an
dessen geneigten Position an.
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Die Abbildungen der 1B bis 5B veranschaulichen
ein alternatives Ausführungsbeispiel
des Kollektorkerns 106, der als Verstärker installiert ist, der mit
einem unteren Verteiler 192 verbunden ist, der in einem
unteren Teilstück 193 eines
existierenden Solar-Wasserheizungsfeld 102 angeordnet ist, um
die Heizleistung zu verbessern. Die in den Abbildungen der 1B bis 5B dargestellten Elemente, die mit dem
Solar-Wasserheizungssystem 100 aus den Abbildungen der 1A–5A identisch
sind, sind mit der gleichen Bezugsziffer und dem Zusatz "'" bezeichnet.
In der Abbildung aus 1B verwendet das
existierende Solar-Wasserheizungsfeld 102' eine Bahn 152', die in gutem
thermischem Kontakt mit einer äußeren Wand 194 der Heizleitungen 196 verbunden
ist. Die Bahn 152' umfasst
vorzugsweise ein Metallblech mit einer oberen Seite 154', die im Einsatz
zur Sonne ausgerichtet ist, und mit einer unteren Seite 156'. Die obere
Seite 154' und
eine obere Seite der Heizleitungen 196 werden mit einem
geeigneten matten, schwarzen Anstrich oder einem selektiven absorbierenden
Material angestrichen, um sie wärmeabsorbierend
zu machen. Die untere Seite 156' der Bahn 152' ist mit einer
Silberfolie überzogen, wodurch
die untere Seite 156' wärmereflektierend wird.
Zur Rückführung von
kühlerem
Wasser aus dem Warmwasserspeicher 104' der in den Abbildungen der 1B, 2B und 3B dargestellten
Art zu dem unteren Verteiler 192 werden separate Kühlwasser-Rücklaufleitungen 198 verwendet,
die in der isolierenden Schicht 202 angeordnet sind, die
zentral (bei nur einer Rücklaufleitung)
oder gleichmäßig verteilt
(bei mehreren Rücklaufleitungen)
unter der unteren Seite 156' angeordnet
sind.
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Die Abbildungen der 4B und 5B zeigen die
wärmeleitfähigen Verbindungen 204 zwischen der äußeren Wand 114' der Heizleitung 108' und der Bahn 152' für den Kollektorkern 106' aus 1B. Die Bahn 152' ist mit Wellen 206 ausgebildet,
die so geformt sind, dass sie die äußere Wand 114' der Heizleitungen 108' empfangen.
Die Heizleitungen 108' sind
mit den Wellen 206 verbunden, um eine gute thermische Leitfähigkeit
zwischen der äußeren Wand 114' der Heizleitungen 108' und der Bahn 152' vorzusehen.
Die Heizleitungen 108' können auf
verschiedene Art und Weise mit den Wellen 206 verbunden werden,
wie etwa über
ein Wärme
leitendes Epoxidharz, durch mechanische Klemmwirkung oder durch Schweißen. Die
in den Abbildungen der 4B und 5B dargestellten thermisch
leitfähigen
Verbindungen 204, welche die Wellen 206 aufweisen,
werden auch zur Verbindung der äußeren Wand 114 der
Heizleitungen 108 mit der Bahn 152 verwendet,
die in der Abbildung aus 1A unter
der Ummantelung 148 dargestellt ist. Wie dies in den Abbildungen
der 2B und 3B dargestellt ist, ist die
obere Seite 154' der
Bahn 152' aus
dem Kollektorkern 106 des alternativen Ausführungsbeispiels
vorzugsweise mit einer transparenten Glasabdeckung 146' bedeckt. In ähnlicher
Weise befindet sich eine thermischer Isolierschicht 176' in Juxtaposition
zu der unteren Seite 156' der
Bahn 152'.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die Heizleitungen 108 können auf
unterschiedliche Art und Weise an dem Warmwasserspeicher 104 oder
dem unteren Verteiler 192 des Kollektorkerns 106' angebracht
werden. Zum Beispiel kann jede Heizleitung 108 an den Warmwasserspeicher 104 geschweißt, über Kompressionseinrichtungen verbunden,
geklemmt oder geklebt werden. Jede Heizleitung 108 kann
ferner auf ähnliche
Weise an dem unteren Verteiler 192 des Kollektorkerns 106' angebracht
werden oder durch Schrauben in eine Fassung 212, die durch
eine Kopplung 214 gemäß der Abbildung
aus 3B vorgesehen wird.
Das Schrauben jeder Heizleitung 108 in die Fassung 212 in
Verbindung mit dem Einsatz der Wellen 144 und der reflektierenden
Oberfläche 142 der
Bahn 152, die in den Abbildungen der 4A und 5A dargestellt sind,
erleichtert speziell den Versand des Kollektorkerns 106 sowie
dessen Montage an entfernten Standorten. Die vorliegende Erfindung
weist vorzugsweise die Kühlwasser-Rücklaufleitungen 116 auf,
die in den Heizleitungen 108 eingeschlossen sind, um den
Verlauf von Gegenströmungen
von ansteigendem warmem Wasser 158 und sinkendem kühlerem Wasser 159 ohne
Vermischung oder Wirbelungen zu erleichtern. Wenn die Kühlwasser-Rücklaufleitungen 116 jedoch
aus den Heizleitungen 108 entfernt werden, bewirkt die
Wärmeumlaufströmung weiterhin
den Anstieg von warmem Wasser 158 ohne Unterbrechung in
den Warmwasserspeicher 104, während das kühlere Wasser 159 in
dem unteren Teilstück 193 des
Warmwasserspeichers 104 in die untere Hälfte der Heizleitungen 108 gesaugt
wird. Das in die Heizleitungen 108 gesaugte kühlere Wasser 159 fließt danach
in der unteren Hälfte
der Heizleitungen 108 vorbei an dem ansteigenden warmen Wasser 158 nach
unten, das das kühlere
Wasser 159 ersetzt. In einem derartigen Kollektorkern 106 ohne die
Kühlwasser-Rücklaufleitungen 116 erreicht
das kühlere
Wasser 159 somit das untere Ende 122 der Heizleitungen 108,
wird erneut erwärmt
und steigt danach in Richtung des Warmwasserspeichers 104 in der
oberen Hälfte
der Heizleitungen 108 an. Dieses alternative Ausführungsbeispiel
eines Kollektorkerns 106 ohne Kühlwasser-Rücklaufleitungen 116 wird weiterhin
eine horizontale Strömung
verhindert, welche die Wärmeumlaufströmung erheblich
behindern würde
und entsprechend auch die Effizienz der Wärmespeicherung reduzieren würde.