WO2006042517A2 - Solarmast zur erwärmung fluider oder gasförmiger stoffe - Google Patents

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    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the cost of a solar thermal system is usually divided into 4 investment modules, each requiring its own high installation costs.
  • the modules are the memory, the collectors, the piping network and the pumping and control system.
  • the invention of the solar thermal system as a solar load is based essentially on eliminating the problems mentioned under "The invention underlying problem" in advance according to the prior art in total as far as possible.
  • the invention is based on a plurality of superposed absorber housings (1, 5), which are fastened to a primarily vertical mast (4, 14) or form a unit with it. Shape, number, arrangement and size of this housing (1, 5) integrated on the mast can be variably executed, as illustrated in FIGS. 1, 2 and 4 and as explained in the description of the figures.
  • each housing (1,5) are surrounded by transparent, translucent and very thin-walled sheaths (1). These are preferably divided in a horizontal direction in a lower shell (15) and an upper hood (16), so that an assembly of the components at the installation site is possible.
  • the circulation paths (11) of the medium to be heated, preferably water, can be variably arranged according to FIG. 5a to FIG. 5c.
  • the flow direction can be chosen freely.
  • the transition of the circulation paths from one absorber housing to another underneath or below is preferably carried out in or on the mast profiles (4), for which purpose special fasteners (13) are used.
  • These discs (13) of preferably synthetic rubber are designed as 1 component as connecting elements, bracing elements, sealing elements and Zikulationsübertragungsetti, so perform several important functions for which would otherwise be erforder ⁇ several components.
  • the mast or sections (4) are divided into segments which put together (14) the entire mast (4).
  • the absorber structures (5) which can be designed in various ways according to the prior art, can be assembled from individual parts and, for example, as shown in FIG. 8, can be quickly integrated with plug connections.
  • the absorber structures are preferably designed with large surfaces, since in the absorber housing (1) can radiate light from all around, that is largely direct and diffused light through the upper transparent hood and largely diffuse light through the lower trans ⁇ parent bowl, bringing in total optimal way very much diffused light can be absorbed. The proportion of absorbed power from diffuse light is thus far above average.
  • the solar tower provides by its execution of the sun from morning to evening almost the same Absorbtions Type for the direct and the indirect irradiation, without a Clarnach operation would be required.
  • the superposed absorber housing (1) can be integrated at a greater distance from each other on the mast (4). Since the solar irradiation takes place in the annual mean in a Einstrahlwinkel below 45 ° to the flat earth, shading is anyway very low and negligible on average of the season.
  • the fastening device (10) at the lower end of the mast can be designed for the most diverse installation conditions.
  • the solar load can be set up on open ground, on concrete or tile surfaces (eg pool surrounds), on vertical walls, on balconies or on balconies, on flat roofs, but also on pitched roofs, when the mast (4) is guided into the roof interior and there can be fixed statically stable.
  • the solar load is according to Figure 9 with integrated memory (22) and integrated pumping and control station (23) executable on demand and thus fully self-sufficient functioning.
  • one or more solar panels can be esthetically integrated depending on the size of the swimming pool in the vicinity of the pool. So you do not need roof surfaces for attaching the absorber mats or for the swimming pool area to expensive collectors even for large benefits. In addition, you need no expensive control system to switch or stop the absorber function when no solar radiation is given and the absorber act as a cooler. When solar load plays through the transparent insulation, the temperature difference from the heat transfer medium to the outside air is irrelevant. The solar panels are always warmer than the pool due to the strong absorption of diffused light. The expensive control system with bypass circuits, which accounts for 1/4 to 1/3 of the investment of solar swimming pool heating with nakt Absorbern, so can be omitted.
  • Nakte absorber surfaces can also be largely mounted only on roofs, where the Windgeschwin ⁇ speed is even higher due to the larger way. All this does not take care of a solar load, no matter where it is placed.
  • the solar tower is also applicable and installable when there is no space for a solar system, because it requires virtually no space and can be optimally placed even on Baikon, on house walls or on pitched roofs.
  • the solar load can be set up almost everywhere, it is several times easier than in the installation of flat collector systems to find a favorable place for optimal full-day use of the solar radiation.
  • the solar load can be carried out in a wide variety of forms, ie also in such a way that it can be optimally integrated aesthetically at almost any location.
  • the material cost of the solar load is based on the effective solar area extremely low, since the complete frame structures together with rear wall and back wall insulation omitted from flat panels and their pipelines.
  • the transparent shells are due to the curved shape substantially Phy ⁇ Nwandiger executable and the absorber structures can be made of black plastics even at desired storage temperatures around 60 0 C, since the integrated memory much lower temperatures at the absorber surfaces requires because only very short heat loss transport routes from Absorber accumulate to memory.
  • This valve is usually open when the circuit system (11) is designed as an open circuit.
  • the circulation system is designed as a closed, pressure-loading circuit, this valve is usually designed as an overpressure valve.
  • the mast profiles (4) are divided into individual profile segments for the purpose of ease of assembly and small packaging volume, then they must be connected to one another in a statically sound manner. This is possible by attaching a tube of smaller diameter at the lower end of the segment, which is inserted into the upper segment tube end.
  • the transparent housing (1) designed as a thin-walled plate or as a shell.
  • FIG. 1 side view of a fully assembled, erected to ground solar load in a vertical cylindrical design with an upper, preferably annular (2) Wasserver ⁇ divider and a lower, preferably annular (6) water collector, with hanging arranged in the ring absorber profiles (5), with transparent cylindrical casing (1), suspended or attached to a centrally arranged mast (4), on which at the bottom of the Kalt ⁇ water inlet (9) and the Warementaustritt (8) is arranged.
  • FIG. 2 side view of a fully assembled, erected to ground solar load in vertical conical design with an upper preferably annular (2) Wasserver ⁇ divider and a lower preferably annular (6) water collector, with hanging arranged in the ring absorber profiles (5), with transparent conical Enclosure (1), suspended or attached to a centrally arranged mast (4), on which at the bottom of the Kalt ⁇ water inlet (9) and the Warementaustritt (8) is arranged.
  • FIG. 4 shows solar pylons with absorber structures (5), which are divided into a plurality of autonomous segments and arranged vertically one above the other, including the transparent housings (1), which can be differently arranged and shaped and whose diameters are preferably round in a horizontal plane.
  • Figure 4a shows 4 transparent, balloon-shaped and closely spaced, vertically übereinan ⁇ of the mast (4) fixed housing (1) whose diameter is preferably round.
  • Figure 4b shows 3 transparent, balloon-shaped and spaced from each other, vertically above each other on the mast (4) fixed housing (1), the mast consists of several profiles.
  • Figure 4c shows 4 transparent, balloon-shaped and spaced from each other, vertically one above the other on the mast (4) attached to the housing (1) whose size of each arranged above the housing is smaller.
  • Figure 4d shows 4 transparent, pear-shaped and spaced from each other, vertically one above the other on the mast (4) fixed housing (1) whose form is to demonstrate that a variety of transparent housing shapes are possible.
  • Figure 4e shows 3 transparent, pear-shaped and spaced from each other, vertically one above the other on the mast (4) fixed housing (1) whose form is to demonstrate that a variety of transparent housing forms are possible, their high arrangement an almost 100% saving the site results.
  • Figures 5a to 5d show the principle of operation on the example of a mast with 3 übereinan ⁇ arranged absorber housings with preferably round cross-section in the horizontal.
  • Figure 5a shows the basic possibility of the course of the water circulation (11) from the inlet (9) continuously to the top of the mast, where the water is distributed depending on the technical design through or over the absorber surfaces, preferably near the transparent protective cover (1) to a large Surface to give light. The transition of the water flow from one to the other housing is close to the mast (4) or in the mast.
  • the water flow (11) can also take place decentrally, for example by ascending through the absorber structures and draining through the absorber structures.
  • the parts (13) connecting the individual housings are indicated, through which the water flow also flows between the absorber housings. Description of the graphic representations of FIGS. 1 to 9
  • Figure 5d shows a mast which is assembled from individual segments (14).
  • the transparent housing which constitute a hollow body of transparent, thin-walled material, divided into two differently shaped hoods or shells, in an upper hood (16) and lower shell (15).
  • Hood (16) and shell (15) have a preferably circular cross-section in the horizontal direction through the center of the axis of the mast (4,14) leads.
  • the absorber structures (5) cover most of the inner surface of the transparent housing (1) almost completely to achieve a large surface for direct sunlight and indirect diffused light.
  • the absorber structures (5) through which or through which the water circulation (11) flows can be embodied in various ways, as absorber hose systems, as honeycomb systems, as in cooling towers, or as structured absorber mats.
  • FIG. 6 The point of connection between the individual transparent housings (1, 15, 16), that is to say the mast segments (4, 14), the housing walls (1, 15, 16), the absorber structures (5) and the water circulation system (11, 18) secured by preferably 3 round discs (13) in any thickness. These discs (13) are pushed through a preferably central cutout over the upper end of the mast piece (4) to the stop (20) flush, wherein between the upper disc (13a) and the centrally arranged disc (13b) the transparent shell (16) of the upper housing (1) is clamped and held and between the lower disc (13c) and the centrally located disc (13b), the transparent hood (15) of the lower housing (1) is clamped and held.
  • the mast segment (4) of the upper transparent housing (1) is inserted with its lower end (14) in the upper end of the lower mast segment and indeed to the stop (19).
  • the top view of Figure 6 shows a round disc (13) with a central recess for the mast passage (4), and 8 holes for a screw connection (17) and eight holes (20) for the passage of circulating the water (11) in relation to the connection of the connecting parts (18) to the water circulation system (11).
  • the sectional drawing A-B shows the section through the holes (20).
  • FIG. 7 The section through the screw connections (17) is shown in section C-D. In contrast to the illustration of the point of connection according to FIG. 6, all components are shown connected to one another.
  • FIG. 8 The connection point between the individual transparent housings (1, 15, 16) is shown in section through the passage openings (13) of the circulating water (11).
  • FIGS. 1 to 9 Complete self-sufficient solar load, including an integrated memory (22) and a pumping and control station (23).
  • the lower shell of the bottom angeord ⁇ Neten absorber housing (5) is designed as an isolated memory.
  • the mast (4) below the memory (22) must be strengthened.
  • a mast (4) integrated pumping and control station (23) of the solar load is a compact, complete, self-contained functional unit, for which the state of the art usually 4 separate technical installations would have to be done (memory, pumping and control station, Collectors, piping system). To be precise, this complete system does not require more space than the cross-sectional area of the lower part of the mast. Description of the construction and functional parts according to FIGS. 1 to 9
  • FIG. 1 Hollow, transparent, so particularly well transparent housing (1) with low wall thickness, preferably divided into 2 parts, an upper hood (16) and a lower shell (15).
  • the housings serve against heat losses at low outside temperature and / or wind influence. They are also designed in a preferred embodiment of the system with a centrally arranged mast and preferably in the horizontal plane in diameter around. In the case of several masts (4) and asymmetrically shaped or arranged mast profiles (4, 14) or, for example, also lateral fastening ridges on a house wall, technically different cross-sectional shapes are available.
  • This distribution manifold is preferably used in solar load structures with a cylindrical or conically shaped housing (1) of great height.
  • a mast may also consist of a plurality of profiles largely guided in parallel, which are preferably also statically connected to each other.
  • the absorber structures through which the water circulation (11) flows or flows can therefore be embodied as absorber hose systems, honeycomb systems as in cooling towers or as structured absorber mats.
  • plate-shaped structured absorbers are preferably used; in a closed system, for example, tube systems are shown in FIG. 8.
  • Absorber structures (5) on the lower side of the absorber housing This distribution manifold is preferably used in solar load structures with a cylindrical or conically shaped housing (1) of great height.

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Abstract

Eine installationsunabhängige, vertikal angeordnete, solare Kollektoranlage zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, gekennzeichnet dadurch daß mehrere Ansorbergehäuse (5) je zwischen einer oberen (16) und unteren transparenten, lichtdurchlässigen Schutzschale (15) eingeschlossen sind und diese übereineander angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß sie von einem sie durchdringenden Mast (4) getragen werden und alle Bauteile der einzelnen Absorbersegmente, der transparenen Hüllen und des Zirkulationssystems, welches von den zu erwärmenden Medien durchströmt wird, durch speziell hierfür ausgeführte Verbindungsscheiben (13) statisch sicher verknüpft werden, wobei der Zutritt (9) und der Austritt (8) des zuerwärmenden Mediums vorzugsweise am unteren Ende des Mastes (4) zentral angebracht ist und der Mast (4) an seinem Fuße (10), je nach Bedarf unterschiedlich und bei geringstem Platzbedarf flexibel befestigt wird.

Description

Beschreibung
Titel :
Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe
Technisches Gebiet : regenerative Energietechnik
Stand der Technik :
Die Nutzung von Solarthermieenergie, vor allem zur Warmwassererzeugung für den Haushalt und zur Erwärmung von Schwimmbädern kann nach dem Stand der Technik selbst in kälteren Regionen wirtschaflich im Vergleich zu alternativen Wärmeversorgungen auf der Basis fossiler Brennstoffe erfol¬ gen, wenn bestimmte Umgebungseinflüsse gegeben sind. Der allgemein angewendete Stand der Technik nutzt weitestgehend den Einsatz von transparent isolierten Flachkollektoren oder Vakuum¬ röhrenkollektoren bei höheren Temperaturdifferenzen, z.B. bei der Erzeugung von mindestens 60-grädi- gem Brauchwasser, und auch schwarze, nakte Absorber, bestehend aus unterschiedlichen Materialstrukturen als Kunststoffrohre oder Matten, wenn die Temperaturdifferenz sehr gering ist, z.B. zum Einsatz bei der Schwimmbadheizung.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem :
Die hiermit dokumentierten erfinderischen Schutzansprüche stützen sich auf folgende zugrundeliegende Probleme nach Stand der Technik. Die Wirtschaftlichkeit von Solar-Thermiesystemen können nicht durch den Vergleich der Leistung bei Idealbedingungen bestimmt werden, sondern nur durch die erzielte Jahresarbeit bei allen möglichen anfallenden und einschränkenden Rahmenbedingungen. Die wohl wichtigsten von vielen weiteren Rahmenbedingungen der unter "Stand der Technik" vorab genannten Vorraussetzungen für den wirtschaftlichen Einsatz nach Stand der Technik sind : a) geringer erforderlicher Temperaturabstand von Außenluft zu Warmwasser b) geringer Windeipfluß c) Platzverfügbarkeit für unbedingt erforderliche Speicher d) Platzverfügbarkeit für Absorber- bzw Kollektorflächen e) geringer Installationsaufwand f) genügende, mindestens ca 10 h / Tag freie, unverschattete Sonneneinstrahlung auf die Absorber¬ bzw Kollektorflächen g) keine ästetischen Einschränkungen h) keine zu hohen Kosten
Zu a)
Selbst bei der Anwendung best isolierter Vakuumkollektoren reduzieren sich die Wirkungsgrade bei geringer Sonneneinstrahlung (z.B. geringe Einstrahlung im Frühjahr, hoher diffuser Anteil an der Globalstrahlung, Verluste durch Schrägeinstrahlung bei Morgen- und Abendsonne) bei tieferen Außen¬ temperaturen gegen Null. Der wesentliche Grund hierfür ist, daß bei sinkender absorbierbarer Sonneneinstrahlung auch die Wirkungsgrade als Faktoren der Einstrahlleistung sinken. Zu b)
Der Windeinfluß ist vor allem bei ohnehin geringem Sonneneangebot von besonders negativer Bedeutung, vor allem bei den nakten Absorberflächen zur Schwimmbadheizung bereits bei geringsten Temperaturdifferenzen und erfordert einen großen Regelaufwand. Zu c)
Ist kein Platz für die Unterbringung eines Speichers vorhanden, wird die Installation einer Solar- Thermieanlage sinnlos. Zu d)
Ist kein Platz für die Unterbringung der Absorber oder Kollektoren vorhanden, wird die Installation einer Solar-Thermieanlage sinnlos. Zu e)
Ergeben die Platzverhältnisse einen großen Installationsaufwand, so wird die Installation einer Solar- Thermieanlage noch unwirtschaftlicher, als sie vielleicht bereits ist, während sie ansonsten aus Umweltschutzüberlegungen noch Anwendung gefunden hätte. Zu f)
Die örtlichen Bedingungen lassen sehr selten, vor allem in Verbindung des Bedarfs an großer Aufstellungsfläche für die Kollektoren, eine Installation zu, bei der die globale Solareinstrahlung mehr als 5 - 8 Stunden effektiv genutzt werden könnte. Bestimmend hierfür ist vor allen auch die freie maximale Ausrichtung in Südrichtung. Diese äußerst mangelhafte Flexibilität der Systeme nach Stand der Technik bezüglich einer optimalen Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten schränkt die Anwendung von Solarthermiesystemen weitaus mehr ein, als ihre jeweils unterschiedlichen relativen Leistungs verhalten. Zu g)
Jeder, wie auch immer installierte, Absorber oder Kollektor stellt mehr oder weniger eine ästetische Einschränkung des architektonisch geplanten äußeren Wohnbereichs dar. Zu h)
Die Kosten einer Solarthermieanlage teilen sich in der Regel in 4 Investitionsbaugruppen auf, die jeweils eigene hohe Installationskosten erfordern. Die Baugruppen sind der Speicher, die Kollektoren, das Rohrleitungsnetz und das Pump- und Regelsystem.
Erfindung :
Die Erfindung des Solarthermiesystems als Solarmast beruht im wesentlichen darauf, die unter "Der Erfindung zugrundeliegendes Problem" vorab genannten Probleme nach Stand der Techik in Summe weitestgehend zu eliminieren.
Die erzielten praktischen Effekte die sich letzlich mit dieser Erfindung ergeben haben, werden im nach¬ stehenden Textblock unter "Vorteilhafte Wirkung der Erfindung" erläutert.
Die Erfindung geht von mehreren übereinander angeordneten Absorbergehäusen (1 , 5) aus, die an einem vornehmlich vertikal aufgestelltem Mast (4,14) befestigt sind, oder mit ihm eine Einheit bilden. Form, Anzahl, Anordnung und Größe dieser am Mast integrierten Gehäuse (1 ,5) sind variabel aus¬ führbar, wie in Figur 1 ,2 und 4 dargestellt und wie in der Figurenbeschreibung erläutert.
Die in jedem Gehäuse (1,5) integrierten Absorberflächen (5) sind von transparenten, lichtdurchlässigen und sehr dünnwandigen Hüllen (1) umgeben. Diese sind vorzugsweise in horizontaler Richtung geteilt in eine untere Schale (15) und eine obere Haube (16), damit eine Montage der Bauteile am Auftstellungs- ort möglich wird.
Die Zirkulationswege (11) des zu erwärmenden Mediums, vorzugsweise Wasser, sind variabel anordbar nach Figur 5a bis Figur 5 c. Auch die Strömungsrichtung kann frei gewählt werden. Der Übergang der Zirkulationswege von einem Absorbergehäuse zu einem anderen darunter- oder darüberliegendem erfolgt vorzugsweise in oder an den Mastprofilen (4), wofür spezielle Verbindungselemente (13) angewendet werden. Diese Scheiben (13) aus vorzugsweise syntetischem Kautschuk sind als 1 Bauteil als Verbindungselemente, Verspannelemente, Dichtungselemente und Zikulationsübertragungselemente ausgeführt, führen also mehrere wichtige Funktionen aus, für die ansonsten mehrere Bauteile erforder¬ lich wären.
Das oder die Mastprofile (4) sind in Segmente geteilt die zusammengesteckt (14) den gesamten Mast (4) ergeben. Auch die Absorberstrukturen (5), die unterschiedlichst nach Stand der Technik ausgeführt sein können, sind aus Einzelteilen zusammenfügbar und zum Beispiel, wie in Figur 8 dargestellt, mit Steckverbindungen'schnell integrierbar. Die Absorberstrukturen werden bevorzugt mit großen Oberflächen ausgeführt, da in das Absorbergehäuse (1) von rundum Licht einstrahlen kann, das heißt durch die obere transparente Haube weitgehend direktes und diffuses Licht und durch die untere trans¬ parente Schale weitgehend diffuses Licht, womit in Summe auf optimale Weise sehr viel diffuses Licht absorbiert werden kann. Der Anteil der absorbierten Leistung aus diffusem Licht ist also weit überdurch¬ schnittlich hoch.
Der Solarmast bietet durch seine Ausführung der Sonne von morgens bis abends nahezu die gleiche Absorbtionsfläche für die direkte und die indirekte Einstrahlung, ohne daß eine Sonnennachführung erforderlich wäre. Um eine Verschattung zu vermeiden, können die übereinander angeordneten Absorbergehäuse (1) in einem größerem Abstand voneinander am Mast (4) integriert werden. Da die Solareinstrahlung im Jahresmittel in einem Einstrahlwinkel unter 45° zur ebenen Erde erfolgt, ist eine Verschattung ohnehin im Mittel der Jahreszeit sehr gering und vernachlässigbar.
Zum Zusammenbau dieser als Solarmast ausgeführten Solaranlage werden also keine Installationen und Fachleute benötigt. Die Befestigungsvorrichtung (10) am unteren Mastende kann für die unter¬ schiedlichsten Aufstellungsgegebenheiten ausgeführt werden. Damit ist der Solarmast aufstellbar auf freier Wiese, auf Beton- oder Fliesenuntergrund (z.B. Schwimmbeckenumrandungen), an vertkalen Wänden, an Baikonen oder auf Baikonen, auf Flachdächern, aber auch auf Spitzdächern, wenn der Mast (4) in das Dachinnere geführt wird und dort statisch stabil befestigt werden kann.
Der Solarmast ist nach Figur 9 mit integriertem Speicher (22) und integrierter Pump- und Regelstation (23) auf Bedarf ausführbar und damit völlig autark funktionsfähig. Damit werden zum Zusammenbau dieser als Solarmast ausgeführten Solaranlage weder Installationsarbeiten, noch Fachleute benötigt, was das Gesamtsystem flexbler anwenbar und wesentlich wirtschaftlicher macht, da typische Einschränkungen am Aufstellungsort und die wesentlichen Kostenanteile entfallen.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung :
Die Vorteilhafte Wirkung der Erfindung soll durch die im Vorspann unter " Der Erfindung zugrundeliegen¬ des Problem" dargestellten Punkte a) bis h) nachvollzogen werden.
Zu a)
Bei der Anwendung zur Schwimmbadheizung können ein oder mehrere Solarmasten je nach Schwimmbadgröße im Umfeld des Pools ästetisch integriert werden. Man benötigt also auch für große Leistungen keine Dachflächen zur Anbringung der Absorbermatten oder der für den Schwimmbad¬ bereich zu teuren Kollektoren. Zudem benötigt man kein teures Regelsystem zur Umschaltung oder den Stop der Absorberfunktion, wenn keine Solareinstrahlung gegeben ist und die Absorber als Kühler wirken. Beim Solarmast spielt durch die transparente Isolierung die Temperaturdifferenz von der Wärmeträgertemperatur zur Außenluft keine Rolle. Die Solarmasten sind immer wärmer als der Pool durch die starke Absorbtion diffusen Lichts. Das teure Regelsystem mit Bypassschaltungen, das 1/4 bis 1/3 der Investitionen der solaren Schwimmbadheizung mit nakten Absorbern ausmacht, kann also entfallen.
Zudem kann mit einem wesentlich größerem Delta T gefahren werden, was den sehr wesentlichen Vorteil sehr kleiner Umsatzwassermengen bis weit unter 1 m3/h ergibt, womit normale Schläuche für die Wasser¬ zirkulation zum Pool verwendet werden können.
Zu b)
Selbst bei Windeinfluß der bei Windgeschwindigeiten um 4-5 m/s, die in machen Gegenden z.B. in Meeresnähe oder auf dem spanischen Hochplateau im Jahresmittel gegeben sein können, fällt der Wirkungsgrad kaum ab, der bei nakten Absorbern bereits gegen 0 geht. Siehe : SOLARANLAGEN, Heiz Ladener, Ökobuchverlag, Seite 28, Abb. 2.7
Nakte Absorberflächen können zudem weitgehend nur auf Dächern montiert werden, wo die Windgeschwin¬ digkeit aufgrund des größeren Weges noch höher ist. All das kümmert einen Solarmast nicht, völlig egal wo er aufgestellt wird.
Zu c)
Wenn kein Platz zur Unterbringung eines gewünschten oder erforderlichen Speichers verfügbar ist, kann dieser nach Figur 9 am Solarmast sehr einfach integriert werden. Hier kommt der wesentliche Vorteil hinzu, daß die Wärmeverluste vom Absorber zum Speicher, die nach Stand der Techik ca 25 - 30% der Wärmeabsorbtion ausmachen, in dieser Solarmast-Konzeption unbedeutend klein sind.
Zu d)
Der Solarmast ist auch dann anwendbar und installierbar, wenn kein Platz für eine Solaranlage vorhanden ist, denn er benötigt praktisch keinen Platz und kann selbst auf Baikonen, an Hausmauern oder auf Spitzdächern optimal angebracht werden.
Zu e)
Beim Solarmast entfallen die langwierigen, für das Haus oft risikoreichen Installationsarbeiten für Speicher, Pump- und Regelstation, Rohrleitungen und Regelanlagen. Alles wird am einen einzigen Aufstellungspunkt montiert, wobei dies von Laien durchgeführt werden kann.
Zu f)
Da der Solarmast fast überall aufstellbar ist, ist es mehrfach einfacher als bei der Aufstellung von Flach¬ kollektoranlagen, einen günstigen Platz zur optimalen ganztägigen Nutzung der Solarstrahlung zu finden.
Zu g)
Der Solarmast ist in unterschiedlichsten Formen ausführbar, also auch so, daß er nahezu an jedem Ort ästetisch optimal integrierbar ist.
Zu h)
Der Materialaufwand des Solarmastes liegt bezogen auf die wirksame Solarfläche extrem niedrig, da die kompletten Rahmenkonstruktionen nebst Rückwand und Rückwandisolierung von Flachkollektoren und deren Rohrleitungen entfallen. Die transparenten Hüllen sind aufgrund der gewölbten Form wesentlich dün¬ nwandiger ausführbar und die Absorberstrukturen können selbst bei gewünschten Speichertemperaturen um 600C aus schwarzen Kunststoffen gefertigt werden, da der integrierte Speicher viel geringere Temperaturen an den Absorberflächen erfordert, weil nur sehr kurze Wärmeverlustfreie Transportwege vom Absorber zum Speicher anfallen. Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Figuren 1 bis 9
12 - Ventil am obersten Ende des Solarmastes und des Wasserzirkulationssystems, Dieses Ventil ist bei der Ausführung des Kreislaufsystems (11) als atmosphärisch offener Kreislauf in der Regel offen. Bei der Ausführung des Kreislaufsystems als geschlossener, druckbeladbarer Kreislauf wird dieses Ventil in der Regel als Überdruckvebntil ausgeführt.
13 - Bauteile, die zur technischen Verbindung der einzelnen übereinander angeordneten Absorber¬ gehäuse (1) einschließlich der Mastsegmente (4,14) und des Zirkulationssystems (11) dienen. Diese sind bei dieser speziellen Solarmastausführung als Scheiben weichen, stabilen Materials wie künstlicher Kautschuk ausgeführt, mit Durchtittsöffnungen für die Verschraubung (17), für den Zirkulationsdurchtritt (18,29) und für die Durchführung des oder der Mastproifile (21). Zwischen diesen Verbindungsscheiben (13a, 13b, 13c) werden auch die transparenten Hauben (15) und Schalen (16) gehalten.
14 - Wenn die Mastprofile (4) zwecks Montageerleichterung und kleinem Verpackungsvolumen in einzele Profilsegmente geteilt sind, dann müssen sie statisch gut abgesichert miteinander verbunden werden. Dies ist durch die Anbringung eins Rohres kleineren Durchmessers am unteren Segmentende möglich, das in das obere Segmentrohrende eingesteckt wird.
15 - Unterer Teil des transparenten Gehäuses (1) als dünnwandige Platte oder als Schale ausgeführt.
16 - Oberer Teil des transparenten Gehäuses (1) als dünnwandige Haube in beliebig unterschiedlichen
Formen ausgeführt.
17 - Verschraubungen zur Verbindung der Verbindungsbauteile (13a, 13b, 13c). Hiermit werden alle
Bauteile des aus mehren Segmenten bestehenden Solarmastes miteinander technisch fest verbunden.
18 - Beispielhaft dargestelltes Verbindungsteil zwischen den Absorberstrukturen (5), hier als Schlauch- profile dargestellt, mit den Verbindungsbauteilen (13) als bekannte standartisierte rechtwinklige Steckverbindungen aus vorzugsweise Kunststoffmaterialien.
19 - Distanzscheibe am unteren Ende eines Mastsegments (4,14)
20 - Distanzscheibe am oberen Ende eines Mastsegments (4,14)
21 - Vorzugsweise mittig der Bauteilplatten (13) angebrachte Durchtrittsöffnungen zur engen Durch¬ führung und Befestigung der Mastsegmente (4,14)
22 - Isolierter Speicher, der anstelle der unteren transparenten Gehäuseschale am unterst angeord¬ netem Absorbergehäuse (5) ausgeführt ist. Damit ist der Solarmast wärmetechnisch auch dann voll funktionsfähig, wenn keine Wärme abgenommen wird.
23 - Pump- und Regelstation, die bevorzugt am unteren Mastteil (4) angebracht werden kann. Hiermit funktioniert der Solarmast völlig autark. Damit mit einer sehr geringen Zirkulationsmenge zur Wärmeübertragung an den Abnehmer gefahren werden kann, sind für die Verbindung zum Wärme¬ abnehmer ( 1 x Vorlauf, 1 x Rücklauf ) nur Schläuche von 10 bis 15 mm Durchmesser erforderlich. Beschreibung der grafischen Darstellungen von Figur 1 bis 9
Figur 1 Seitenansicht eines komplett montierten, zu ebener Erde aufgestellten Solarmastes in vertikal zylindrischer Bauweise mit einem oberen, vorzugsweise ringförmigen (2) Wasserver¬ teiler und einem unterem, vorzugsweise ringförmigen (6) Wassersammler, mit im Ring hängend angeordneten Absorberprofilen (5), mit transparenter zylindrischer Umhüllung (1), aufgehängt bzw befestigt an einem mittig angeordnetem Mast (4), an dem an der Unterseite der Kalt¬ wasserzutritt (9) und der Warwasseraustritt (8) angeordnet ist.
Figur 2 Seitenansicht eines komplett montierten, zu ebener Erde aufgestellten Solarmastes in vertikal kegeligen Bauweise mit einem oberen vorzugsweise ringförmigen (2) Wasserver¬ teiler und einem unterem vorzugsweise ringförmigen (6) Wassersammler, mit im Ring hängend angeordneten Absorberprofilen (5), mit transparenter kegelförmigen Umhüllung (1), aufgehängt bzw befestigt an einem mittig angeordnetem Mast (4), an dem an der Unterseite der Kalt¬ wasserzutritt (9) und der Warwasseraustritt (8) angeordnet ist.
Figur 3 Prinzip der Wasserzirkulation in den nach Figur 1 und 2 definierten Solarmasten, wobei die Strömungsrichtung auch umgekehrt verlaufen kann.
Figur 4 Solarmasten mit in mehrere autarke Segmente aufgeteilte und vertikal übereinander angeord¬ nete Absorberstrukturen (5) einschließlich der transparenten Gehäuse (1 ), wobei diese unter¬ schiedlich angeordnet und geformt sein können und deren Durchmesser in horizontaler Ebene bevorzugt rund sind.
Figur 4a zeigt 4 transparente, ballonförmige und eng aneinander postierte, vertikal übereinan¬ der am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Durchmesser bevorzugt rund sind. Figur 4b zeigt 3 transparente, ballonförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Mast aus mehreren Profilen besteht. Figur 4c zeigt 4 transparente, ballonförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Größe des jeweils oberhalb angeordneten Gehäuses kleiner ist.
Figur 4d zeigt 4 transparente, birnenförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Form demonstrieren soll, daß die unterschiedlichsten transparenten Gehäuseformen möglich sind. Figur 4e zeigt 3 transparente, birnenförmige und in Distanz voneinander postierte, vertikal übereinander am Mast (4) befestigte Gehäuse (1), deren Form demonstrieren soll, daß die unterschiedlichsten transparenten Gehäuseformen möglich sind, deren hohe Anordnung eine fast 100%ige Einsparung des Aufstellungsplatzes ergibt.
Figur 5 Die Figuren 5a bis 5d zeigen das Funktionsprinzip am Beispiel eines Mastes mit 3 übereinan¬ der angeordneten Absorbergehäusen mit bevorzugt rundem Querschnitt in der Horizontalen. Figur 5a zeigt die prinzipielle Möglichkeit des Verlaufs der Wasserzirkulation (11) vom Eintritt (9) durchgehend bis zur Mastspitze , wo sich das Wasser je nach technischer Ausführung durch oder über die Absorberflächen verteilt, bevorzugt nahe der transparenten Schutzhülle (1), um eine große Fläche zum Licht zu ergeben. Der Übergang der Wasserströmung von einem zum anderen Gehäuse erfolgt dicht am Mast (4) oder im Mast.
Nach Figur 5b kann der Wasserstrom (11) auch dezentral erfolgen, zum Beispiel durch das Aufsteigen durch die Absorberstrukturen und Ablaufen durch die Absorberstrukturen. In Figur 5c werden die die einzelnen Gehäuse verbindenden Teile (13) angedeutet, durch die auch der Wasserstrom zwischen den Absorbergehäusen strömt. Beschreibung der grafischen Darstellungen von Figur 1 bis 9
Figur 5d zeigt einen Mast, der aus einzelnen Segmenten (14) zusammegesteckt wird. Aus fertigungstechnischen und Montagegründen sind auch die transparenten Gehäuse, die einen Hohlkörper aus transparentem, dünnwandigem Material darstellen, in 2 unterschiedlich geformte Hauben oder Schalen geteilt, in eine obere Haube (16) und untere Schale (15). Haube (16) und Schale (15) haben einen in horizontaler Richtung vorzugsweise runden Querschnitt, durch deren Mitte die Achse des Mastes (4,14) führt. Die Absorberstrukturen (5) bedecken den größten Teil der Innenfläche des transparenten Gehäuses (1) nahezu vollständig, um eine große Oberfläche zur direkten Sonneneinstrahlung und zum indirekten diffusem Licht zu erzielen. Die vom Wasserkreislauf (11) durchströmten oder umströmten Absorberstrukturen (5) können verschiedenst ausgeführt sein, als Absorber-Schlauchsystem, als Wabensysten wie in Kühltürmen oder als strukturierte Absorbermatten.
Figur 6 Die Verknüpfungsstelle zwischen den einzelnen transparenten Gehäusen (1,15,16), also den Mastsegmenten (4,14), den Gehäusewänden (1,15,16), den Absorberstrukturen (5) und dem Wasserzirkulationssystem (11 ,18) wird von vorzugsweise 3 runden Scheiben (13) in beliebiger Stärke gesichert. Diese Scheiben (13) werden durch einen vorzugsweise mittigen Ausschnitt über das obere Ende des Maststückes (4) bis zum Anschlag (20) bündig aufgeschoben, wobei zwischen der oberen Scheibe (13a) und der mittig angeordneten Scheibe (13b) die transpa¬ rente Schale (16) des oberen Gehäuses (1) eingeklemmt und gehalten wird und zwischen der unteren Scheibe (13c) und der mittig angeordneten Scheibe (13b) die transparente Haube (15) des unteren Gehäuses (1) eingeklemmt und gehalten wird. Das Mastsegment (4) des oberen transparenten Gehäuses (1) wird mit seinem unteren Ende (14) in das obere Ende des unteren Mastsegments eingeschoben und zwar bis zum Anschlag (19). Die Draufsicht der Figur 6 zeigt eine runde Scheibe (13) mit mittiger Aussparung für den Mastdurchtritt (4), sowie 8 Bohrungen für eine Schraubenverbindung (17) und acht Bohrungen (20) für den Durchtritt des zirkulieren¬ den Wassers (11) beziehungseise für den Anschluß der Verbindungsteile (18) zum Wasser¬ zirkulationssystem (11). Die Schnittzeichnung A-B zeigt den Schnitt durch die Bohrungen (20).
Figur 7 Es wird im Schnitt C-D der Schnitt durch die Verschraubungen (17) gezeigt. Im Unterschied zur Darstellung der Verknüpfungsstelle nach Figur 6 sind alle Bauteile miteinander verbunden dargestellt.
Figur 8 Die Verknüpfungsstelle zwischen den einzelnen transparenten Gehäusen (1,15,16) wird im Schnitt durch die Durchtrittsöffnungen (13) des zirkulierenden Wassers (11) dargestellt. Hierbei sind als Beispiel der Anbindung der Absorberstrukturen 90° gewinkelte Schlauch¬ steckverbindungen in die Öffnungen (13) eingedrückt, an denen typische Absorberschläuche (5) mit großer Außenstruktur aufgeschoben sind.
Figur 9 Kompletter autark funktionierender Solarmast, einschließlich einem integrierten Speicher (22) und einer Pump- und Regelstation (23). Hierbei wird die untere Schale des unterst angeord¬ neten Absorbergehäuses (5) als isolierter Speicher ausgeführt. Zur Aufnahme des zusätzlichen Gewichtes muß nur der Mast (4) unterhalb des Speichers (22) verstärkt werden. In Verbindung mit einer am Mast (4) integrierten Pump- und Regelstation (23) ist der Solarmast eine kompakte, vollständige, autarke Funktionseinheit, wofür nach Stand der Technik in der Regel 4 getrennte technische Installationen erfolgen müßten (Speicher, Pump- und Regelstation, Kollektoren, Rohrleitungssystem). Hierbei benötigt diese komplette Anlage genau genommen nicht mehr Platz als die Querschnittsfläche des unteren Mastteils. Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Figuren 1 bis 9
1 - Hohle, transparente, also besonders gut lichtdurchlässige Gehäuse (1 ) mit geringer Wandstärke, vorzugsweise in 2 Teile aufgeteilt, einer oberen Haube (16) und einer unteren Schale (15). Die Gehäuse dienen gegen Wärmeverluste bei niederer Außentemperatur und / oder Windeinfluß. Sie sind bei einer vorzugsweisen Ausführung der Anlage mit einem mittig angeordnetem Mast auch vorzugsweise in der horizontalen Ebene im Durchmesser rund ausgeführt. Bei mehreren Masten (4) und unsymetrisch geformten oder angeordneten Mastprofilen (4,14) oder bspw auch seitlichen Befestigunggen an einer Hauswand bieten sich technisch andere Querschnittsformen an.
2 - Wasserverteilsammler in ringförmiger Bauweise zur Verteilung des Wasserstromes auf die
Absorberstrukturen (5). Dieser Verteilsammler kommt vorzugsweise bei Solarmastkonstruktionen mit einem zylindrischen oder kegelig geformen Gehäuse (1) großer Höhe zur Anwendung.
3 - Verbindungselemente zwischen der Mastspitze (4) und dem oberen Verteilring (2).
4 - Kern des Solarmastes ist ein vorzugsweise zentral angeordneter Mast aus statisch stabilen
Materialien, in beliebiger Querschnitsform. Ein Mast kann auch aus mehreren weitgehend parallel geführten Profilen bestehen, die vorzugsweise auch untereinander statisch verbunden sind.
5 - Absorberstrukturen zur thermischen Absorbtion der Sonnenenergie. Sie bedecken den größten Teil der Innenfläche des transparenten Gehäuses (1) nahezu vollständig, um eine große Oberfläche zur direkten Sonneneinstrahlung und zum indirekten diffusem Licht zu bewirken. Sie haben zur guten Absorbtion des diffusen Lichtanteils der solaren Globalstrahlung auch vorzugsweise groß struktuierte Oberflächen. Die vom Wasserkreislauf (11) durchströmten oder umströmten Absorber¬ strukturen können deshalb verschiedenst ausgeführt sein als Absorber-Schlauchsystem, als Wabensysten wie in Kühltürmen oder als strukturierte Absorbermatten, Die Absorberstrukturen werden vom Zirkulationswasser (11) durchströmt, umströmt oder überströmt, je nach technischer Ausführung und auch davon abhängig, ob der Solarmast mit offenem oder mit geschlossenem Wasserzirkulationssystem (11) ausgeführt ist. Bei einem offenen System kommen bevorzugt plattenförmig struktuierte Absorber zum Einsatz, bei einem geschlossenen System bspw Schlauchsysteme wie in Figur 8 dargestellt.
6 - Wassersammler in ringförmiger Bauweise zur Sammlung des Wasserstromes, aus den
Absorberstrukturen (5) an der tieferen Seite des Absorbergehäuses. Dieser Verteilsammler kommt vorzugsweise bei Solarmastkonstruktionen mit einem zylindrischen oder kegelig geformen Gehäuse (1) großer Höhe zur Anwendung.
7 - Verbindungselemente zwischen dem unteren Mastende (4) und dem ringförmigen
Wassersammler (6).
8 - Austrittsöffnung des im Solarbaum zirkulierenden fluiden Mediums (vorzugsweise Wasser) nach seiner Erwärmung durch die solaren Absorberstrukturen.
9 - Eintrittsöffnung des zu erwärmenden fluiden Mediums (vorzugsweise Wasser) in den Solarmast, oder einer anderen Leitung am unteren Ende des Solarbaums.
10 - Bodenplatte oder Befestigungsvorrichtung zur Verbindung des Solarmastes (4) zu ebener Erde, auf einem Dach, an einer Hauswand oder anderen Befestigungsvorgaben. Alle Figuren zeigen der Einfachheit halber nur ein Beispiel zur Befestigung auf ebener Erde.
11 - Zirkulationssystem des im Solarmast zu erwärmenden fluiden Mediums (vorzugsweise Wasser)

Claims

Patentansprüche
1. Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Solarabsorbergehäuse (1 ,5) übereinander angeordnet sind (Figur 4), in der Form, daß vorzugsweise an ihrer mittigen Unterseite (15) und mittigen Oberseite (16) in einem frei wählbarem Abstand mittels miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß die verbindenen Bauteile (4,14,19,20,13,17) eine vorzugsweise vertikal ausgerichtete Maststruktur oder Mastkonstruktion aus einem oder mehreren statisch tragenden Profilen ergeben.
2. Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die in den Absorbergehäusen (1) befindlichen Absorberstrukturen (5) von transparenten, lichtdurchlässigen Schutzhüllen (1) umschlossen sind, die vorzugsweise zweigeteilt aus einer oberen Haube (16) und einer unteren Schale (15) oder aus einer linken und rechten, also horizon¬ tal gegenüberliegenden Schalen bestehen.
3. Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß an den Verbindungsstellen der Absorbergehäuse (1 ,5) mit den Mastprofilen (4,14) an den Mastprofilen fest verbundene Distanzhalteprofile angebracht sind, an denen zur Verbindung der Mastprofile (4,14) mit den Absorberstrukturen (5) und transparenten Hüllen (1 , 15,16) speziell profilierte Bauteile (13) positioniert werden, die die Absorbergehäuse (1 ,5,15,16) vorzugsweise durch Einspannen fest fixieren.
4. Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß in den die Maststruktur (4,14) und die Absorbergehäuse verbindenden Bauteilen (13) Durchtrittsöffnungen (17,20) eingebracht sind, die zum Durchtritt des zirkulierenden Mediums (20) von einem Absorbergehäuse (1 ,5) zum anderen darunter- oder darüberliegen- den Absorbergehäuse (1 ,5) dienen, oder als Durchtrittsöffnungen (17) für Schraubverbindungen zum festen Verspannen aller Bauteile.
5. Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbindungsstellen zwischen den Mastprofilen (4,14) und der Absorbergehäusen (1 ,5) aus mehreren übereinander angeordneten Scheiben (13a,13b,13c) aus vorzugsweise flexiblem und dichtendem Material wie künstlicher Kautschuk bestehen, die so ausgeführt sind, daß sie mittels eines vorzugsweise mittig angeordneten Ausschnitts (21) über die Mastprofile (4) geschoben werden können, zwischen zwei Scheiben (13a, 13b) die untere Schale (16) des oberen Absorbergehäuses (1 ,5) einspannen und zwischen zwei Scheiben (13b,13c) die obere Haube (16) des unteren Absorbergehäuses (1 ,4) einspannen.
6. Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß in den Verbindungsteilen (13) aller Bauteile mehrere Durchtrittsöffnungen (20) in beliebiger Anzahl zum Durchströmen des zikulierenden Wärmeträgermediums (11) eingebracht werden, gekennzeichnet dadurch daß diese Durchtrittsöffnungen (13) den Betriebszu- ständen entsprechend in variabler Anzahl für das in das Absorberhehäuse (1 ,5) eintretende oder austre¬ tende Medium verwendet werden.
7. Solarmast zur Erwärmung fluider oder gasförmiger Stoffe, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß ein Absorbergehäuse (1 ,5) als Sammler des zikulierenden Wärmeträgermediums (11) und damit als Speicher (22, Figur 9) ausgeführt ist, gekennzeichnet dadurch, daß die zugeordnete untere Schale (15) dieses Gehäuses (1) entsprechend verstärkt und isoliert ist.
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