DE69629039T2 - Solar-wasserheizungssystem mit heizröhren und integriertem wärmespeicher - Google Patents

Solar-wasserheizungssystem mit heizröhren und integriertem wärmespeicher Download PDF

Info

Publication number
DE69629039T2
DE69629039T2 DE69629039T DE69629039T DE69629039T2 DE 69629039 T2 DE69629039 T2 DE 69629039T2 DE 69629039 T DE69629039 T DE 69629039T DE 69629039 T DE69629039 T DE 69629039T DE 69629039 T2 DE69629039 T2 DE 69629039T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heating
solar water
cables
lines
solar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69629039T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69629039D1 (de
Inventor
Teik Siang Teoh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE69629039D1 publication Critical patent/DE69629039D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69629039T2 publication Critical patent/DE69629039T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • F24S60/30Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors storing heat in liquids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/75Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
    • F24S10/753Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations the conduits being parallel to each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/70Preventing freezing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00Solar heat systems not otherwise provided for
    • F24S90/10Solar heat systems not otherwise provided for using thermosiphonic circulation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Description

  • Technisches Gebiet
  • 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.
  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Offenbarung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeumlauf-Solar-Wasserheizungssystem vorzusehen, das bei Nacht geringere Wärmeverluste aufweist.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 0 eine Perspektivansicht eines dem Stand der Technik entsprechenden Solar-Wasserheizungssystems, das eine Reproduktion der 8 aus dem Ishibashi Patent darstellt;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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);
  • 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');
  • 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;
  • 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;
  • 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
  • 5B eine transversale Querschnittsansicht entlang der Linie 5B-5B aus 4A, wobei die thermische Verbindung der Heizleitungen (108') mit der Wärmeleitbahn (152') dargestellt ist.
  • Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Platzierung der Kühlwasser-Rücklaufleitung 116 in der Heizleitung 108 ermöglicht ferner eine Reduzierung der Breite des Solar-Wasserheizungsfelds 102.
  • 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.
  • 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.
  • 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 1A5A 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.
  • 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'.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • 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.

Claims (12)

  1. Solar-Wasserheizungssystem (100), das einen Solar-Wasserheizungs-Kollektorkern (106) und einen Warmwasserspeicher (104) umfasst, mit dem das untere Ende des Kerns (106) verbunden ist, oder ein Solar-Wasserheizungsfeld (102), wobei der Kern (106) mit dem unteren Teilstück des Felds verbunden ist, wobei der Solar-Wasserheizungs-Kollektorkern (106) folgendes umfasst: eine Mehrzahl hohler Heizleitungen (108), wobei jede Heizleitung (108) eine Längsachse (112) und ein Inneres aufweist, das von einer äußeren Wand (114) umgeben ist; wobei die genannten Heizleitungen (108), wenn sie zur Bildung des Kollektorkerns (106) montiert sind, so angeordnet sind, dass die Längsachsen (112) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind; wobei die genannten Heizleitungen (108) im Einsatz eine Neigung zur Horizontalen aufweisen, wobei ein oberes Ende (118) jeder Heizleitung (108) erhöht oberhalb eines unteren Endes (122) jeder Heizleitung (108) angeordnet ist, wobei das untere Ende (122) jeder Heizleitung verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende (118) jeder Heizleitung (108) offen ist und sich direkt zu einer unteren Ebene (134) des Warmwasserspeichers (104) erstreckt, dort hinein öffnet und damit oder mit dem unteren Teilstück (193) des Solar-Wasserheizungsfelds (102) eine direkte Übertragungsverbindung aufweist; und eine Mehrzahl hohler Kühlwasser-Rücklaufleitungen (116), die jeweils von der äußeren Wand (114) einer der Heizleitungen (108) umgeben sind; wobei die Kühlwasser-Rücklaufleitung (116) in jeder Heizleitung (108) eine innere Querschnittsfläche aufweist, die ungefähr einem Drittel (1/3) bis der Hälfte (1/2) einer inneren Querschnittsfläche der äußeren Wand (114) der Heizleitung (108) entspricht, und mit einer Länge, die etwas kürzer ist als die Länge der äußeren Wand (114) der Heizleitung (108), so dass sich das offene obere Ende (118) der Kühlwasser-Rücklaufleitung (116) über das offene obere Ende (118) der äußeren Wand (114) hinaus erstreckt, wodurch es ermöglicht wird, dass sich das obere Ende (118) der Kühlwasser-Rücklaufleitung (116) in die untere Ebene (134) des Warmwasserspeichers (104) erstreckt und direkt damit oder mit dem unteren Teilstück (193) des Solar-Wasserheizungsfelds (102) eine Übertragungsverbindung aufweist; und wobei das untere Ende (122) jeder Kühlwasser-Rücklaufleitung (116) perforiert ist, so dass Fluid aus dem Inneren des unteren Endes (122) jeder Kühlwasser-Rücklaufleitung (116) auswärts in Richtung der umgebenden äußeren Wand (114) der genannten Heizleitung (108) fließen kann.
  2. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 1, wobei die genannten Heizleitungen (108) durch eine Wärmeleitbahn (152) thermisch verbunden sind, wobei eine Oberseite (154) der genannten Wärmeleitbahn (152) und der genannten Heizleitungen (108) mit einer Wärmeabsorptionsoberfläche versehen sind, und wobei eine untere Seite (156) der genannten Wärmeleitbahn (152) mit einer Wärmereflexionsoberfläche versehen ist.
  3. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 1, wobei die genannten Heizleitungen (108) etwas oberhalb einer Bahn (152) mit einer wärmereflektierenden oberen Seite (154) und einer unteren Seite (156) angeordnet sind, und wobei die genannten Heizleitungen (108) mit einer Wärmeabsorptionsoberfläche versehen sind.
  4. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 1, wobei der genannte Kollektorkern (106) ferner eine Ummantelung (148) mit einer transparenten Abdeckung (146) umfasst, die über den Heizleitungen (108) angeordnet ist, und mit einer Wärmeisolierung (176), die unter den Heizleitungen (108) angeordnet ist.
  5. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 1, wobei die Heizleitungen (108) in Fassungen (212) geschraubt werden, die entweder mit dem unteren Teilstück (125) des Warmwasserspeichers (104) oder mit dem unteren Teilstück (193) eines anderen Solar-Wasserheizungsfelds (102) verbunden sind.
  6. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 1, wobei die Heizleitungen (108) mit dem unteren Verteiler (192) des Solar-Wasserheizungsfelds (102) verbunden sind.
  7. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 1, wobei die genannten Kühlwasser-Rücklaufleitungen (116) aus einem komprimierbaren Material hergestellt werden, um den Erstarrungsdruck der Eisbildung in Kälteperioden aufzunehmen, ohne dass der Kollektorkern (106) dabei beschädigt wird.
  8. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 7, wobei die genannten Heizleitungen (108) thermisch mit einer Wärmeleitbahn (152) verbunden sind, wobei eine obere Seite (154) der genannten Wärmeleitbahn (152) und der genannten Heizleitungen (108) mit einer Wärmeabsorptionsoberfläche versehen sind, und wobei eine untere Seite (156) der genannten Wärmeleitbahn (152) mit einer wärmereflektierenden Oberfläche versehen ist.
  9. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 7, wobei die genannten Heizleitungen (108) etwas oberhalb einer Bahn (152) angeordnet sind, die eine wärmereflektierende obere Seite (154) und eine untere Seite (156) aufweisen, und wobei die genannten Heizleitungen (108) mit einer Wärmeabsorptionsoberfläche versehen sind.
  10. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 7, wobei der genannte Kollektorkern (106) ferner eine Ummantelung (148) umfasst, die eine transparente Abdeckung (146) aufweist, die über den Heizleitungen (108) angeordnet ist, sowie eine Wärmeisolierung (176), die unterhalb der Heizleitungen (108) angeordnet ist.
  11. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 7, wobei die genannten Heizleitungen (108) in Fassungen (212) geschraubt werden, die entweder mit dem unteren Teilstück (125) des Warmwasserspeichers (104) oder mit dem unteren Teilstück (193) eines anderen Solar-Wasserheizungsfelds (102) verbunden sind.
  12. Solar-Wasserheizungssystem nach Anspruch 7, wobei die genannten Heizlei tungen (108) mit dem unteren Verteiler (192) des Solar-Wasserheizungsfeld (102) verbunden sind.
DE69629039T 1995-09-26 1996-09-13 Solar-wasserheizungssystem mit heizröhren und integriertem wärmespeicher Expired - Lifetime DE69629039T2 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MY9500285 1995-09-26
MYPI9502857 1995-09-26
MY9600026 1996-01-24
MYPI9600267 1996-01-24
PCT/US1996/014785 WO1997012183A1 (en) 1995-09-26 1996-09-13 Tubular heating-pipe solar water-heating-system with integral tank

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69629039D1 DE69629039D1 (de) 2003-08-14
DE69629039T2 true DE69629039T2 (de) 2004-06-03

Family

ID=26641525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69629039T Expired - Lifetime DE69629039T2 (de) 1995-09-26 1996-09-13 Solar-wasserheizungssystem mit heizröhren und integriertem wärmespeicher

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6014968A (de)
EP (1) EP0852689B1 (de)
AU (2) AU702793C (de)
DE (1) DE69629039T2 (de)
ES (1) ES2202474T3 (de)
NZ (1) NZ319388A (de)
PT (1) PT852689E (de)
SG (1) SG40891A1 (de)
WO (1) WO1997012183A1 (de)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003033971A2 (en) * 2001-10-15 2003-04-24 Nicholas Ivanovic Solar heat collector
NO333508B1 (no) * 2003-10-22 2013-06-24 Per Ingemar Stahl System for oppvarming av vaeske med solstraling
US8342168B2 (en) * 2003-10-22 2013-01-01 Per Ingemar Stahl System for heating liquid by solar radiation
IL158968A (en) * 2003-11-20 2009-12-24 Ofer Dagan Solar water heater
US7398779B2 (en) * 2005-03-31 2008-07-15 Fafco, Incorporated Thermosiphoning system with side mounted storage tanks
WO2007053859A2 (en) * 2005-08-08 2007-05-10 Brian Michael Gilder Solar heated hot water system
EP1840474A3 (de) * 2006-03-29 2009-07-15 Fafco Incorporated Bausatz für Solarwasserheizsystem
US20080022995A1 (en) * 2006-06-28 2008-01-31 Honeywell, Inc. Thermal Insulation Foam For High Temperature Water Storage Applications
US20080047544A1 (en) * 2006-07-24 2008-02-28 Chong Han Modular thermal radiation heating system
WO2008034922A1 (es) * 2006-09-21 2008-03-27 Emilio Arroyo Mansera Paneles de captación de energía solar para su incorporación como cubiertas y claraboyas en edificios con mejora de recopilación de agua v energía solar
NZ551361A (en) * 2006-11-14 2009-07-31 Lanwood Ind Ltd System and method for generating hot water
WO2010023546A2 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Derby-Lewis, Kimberley Solar heat collector
US20100108054A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-06 Ekhoff Donald L Optically efficient and thermally protected solar heating apparatus and method
AU2010322430B2 (en) * 2009-11-23 2016-01-28 Siang Teik Teoh Coaxial tube solar heater with nighttime cooling
CA2827295A1 (en) * 2011-02-18 2012-11-22 Heat-Line Corporation Control for geothermal heating system
US8590528B1 (en) * 2011-02-18 2013-11-26 Robert H. Green Solar collector system
AU2012328425A1 (en) * 2011-10-27 2013-06-20 Teoh, Elaine P. Double layer solar heating-and-cooling thermosyphon system
US20130291555A1 (en) 2012-05-07 2013-11-07 Phononic Devices, Inc. Thermoelectric refrigeration system control scheme for high efficiency performance
CN104509220B (zh) 2012-05-07 2018-05-29 弗诺尼克设备公司 包括保护性热密封盖和最优化界面热阻的热电热交换器组件
US9689587B1 (en) 2013-04-11 2017-06-27 Sheppard & Associates, Llc Thermosiphon solar collector and process
US9490659B1 (en) 2014-02-28 2016-11-08 Edwin A. English Portable photovoltaic electric power system with extendable cords
EP2942576A1 (de) 2014-04-04 2015-11-11 Siang Teik Teoh Koaxiallüfter
MY174077A (en) 2014-04-04 2020-03-09 Siang Teik Teoh Coaxial ventilator
US9593871B2 (en) 2014-07-21 2017-03-14 Phononic Devices, Inc. Systems and methods for operating a thermoelectric module to increase efficiency
US10458683B2 (en) 2014-07-21 2019-10-29 Phononic, Inc. Systems and methods for mitigating heat rejection limitations of a thermoelectric module
CN104613804B (zh) * 2014-12-15 2017-03-01 青岛海尔股份有限公司 弯折管件及具有该弯折管件的半导体制冷冰箱
CN106196656B (zh) * 2016-07-18 2018-11-02 广西大美能源投资有限公司 一种提高太阳能热水器水箱保温效果的方法
CN106196657B (zh) * 2016-07-18 2018-11-02 广西大美能源投资有限公司 一种高效锁热太阳能热水器水箱
PL422628A1 (pl) * 2017-08-24 2019-02-25 Jacek Piotrowicz Kolektor pionowy
US10969119B1 (en) 2020-08-21 2021-04-06 King Abdulaziz University Hybrid photovoltaic device and radiant heating and cooling device with thermal storage

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2122821A (en) * 1936-04-22 1938-07-05 Otto H Mohr Solar heater
US2247830A (en) * 1938-07-07 1941-07-01 Charles G Abbot Solar heater
US3952724A (en) * 1974-06-24 1976-04-27 Owens-Illinois, Inc. Solar energy converter
JPS51119043U (de) * 1975-03-24 1976-09-27
US4299203A (en) * 1979-11-13 1981-11-10 Exxon Research & Engineering Co. Tubular solar collector system
US4353352A (en) * 1980-10-23 1982-10-12 Bio-Energy Systems, Inc. Solar thermosyphon water heater
US4438759A (en) * 1980-12-24 1984-03-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Heat-pipe type solar water heater
JPS5824763A (ja) * 1981-08-06 1983-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 自然循環形太陽熱温水器
JPS6028915Y2 (ja) * 1982-03-07 1985-09-02 日東工器株式会社 太陽熱集熱装置
JPS6048054U (ja) * 1983-09-08 1985-04-04 白木金属工業株式会社 自然循環型太陽熱集熱器
US4505261A (en) * 1983-12-19 1985-03-19 Hunter Billy D Modular passive solar heating system
JPS60259861A (ja) * 1984-06-06 1985-12-21 Showa Alum Corp ヒ−トパイプ式太陽熱集熱器
GB2161917B (en) * 1984-06-29 1989-05-24 Showa Aluminum Corp Solar water heater
GB2167827B (en) * 1984-12-03 1988-11-02 John Henry Richmond Fluid expansion containment arrangements
JPS6266061A (ja) * 1985-09-18 1987-03-25 Showa Alum Corp ヒ−トパイプ利用太陽熱温水器
DE3722319A1 (de) * 1987-07-07 1989-01-19 Bayer Ag Waermetauscher

Also Published As

Publication number Publication date
EP0852689B1 (de) 2003-07-09
AU702793C (en) 2006-11-30
PT852689E (pt) 2003-11-28
SG40891A1 (en) 2000-10-24
WO1997012183A1 (en) 1997-04-03
NZ319388A (en) 2002-03-28
AU702793B2 (en) 1999-03-04
DE69629039D1 (de) 2003-08-14
US6014968A (en) 2000-01-18
EP0852689A4 (de) 1999-12-01
EP0852689A1 (de) 1998-07-15
ES2202474T3 (es) 2004-04-01
AU7159996A (en) 1997-04-17
AU2006200875A1 (en) 2007-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69629039T2 (de) Solar-wasserheizungssystem mit heizröhren und integriertem wärmespeicher
DE2721467C2 (de) Vorfabriziertes Fassadenelement mit einem auf der Innenseite angeordneten Heizkörper
DE19533475B4 (de) Energieanlage für Gebäude
DE2527742A1 (de) Wandelement zur umwandlung von sonnenenergie in waerme zum erhitzen von fluessigkeiten
DE2925151C2 (de) Sonnenkollektor
DE68908590T2 (de) Wassererhitzer.
DE2925152A1 (de) Vorrichtung zur umwandlung von sonnenenergie
DE202007003441U1 (de) Röhrenkollektor mit variabler Wärmeleitfähigkeit der Koaxialrohre
DE2819606A1 (de) Sonnenkollektor-vorrichtung
EP1916486A2 (de) Solarkollektorsystem
CH645424A5 (en) Roofing tile for a roof arrangement for the utilisation of solar energy
DE2449277A1 (de) Heizverfahren unter ausnutzung der sonnenenergie
DE3048499A1 (de) Einrichtung zur umsetzung von sonnenenergie in waerme
DE102009048086A1 (de) Dacheindeckungsplatte zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Sonneneinstrahlung
DE10034683C1 (de) Kompakte Solaranlage zur Brauchwassererwärmung
EP2430374B1 (de) Vorrichtung zum erwärmen von brauchwasser
DE3025623A1 (de) Waermeabsorber
DE4241687A1 (de) Sonnenkollektor mit innenliegenden Verteilerleitungen
DE3416194A1 (de) Waermetauscher
DE3147124A1 (de) Verfahren zum entziehen von waerme aus stroemender luft und aus niederschlaegen
DE10039111A1 (de) Solarabsorber
DE202005016100U1 (de) Solar Thermozentrale mit Sandwich-Kollektoren
DE10164102B4 (de) Anordnung zur Wärmespeicherung
DE3015061A1 (de) Sonnenkollektor mit ueberhitzungsschutz
DE9015074U1 (de) Dachabdeckelement und dazugehörige Anordnung für die Gewinnung der Sonnenenergie

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition