DE3533565C2 - Passiver Sonnenenergie-Warmwasserbereiter - Google Patents

Description

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

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

Wie die US 43 55 629 und die DE 32 17 365 A1 zeigen, gibt es auch schon Sonnenenergie-Warmwasserbereiter, die einen teilweise selbst als Absorber dienenden Warmwasserspeicher aufweisen und in einem geschlossenen, mit einem Lichtfenster versehenen Isoliergehäuse sitzen. Allerdings erfordern diese bekannten Warmwasserbereiter ebenfalls einen beträchtlichen Konstruktionsaufwand und arbeiten wegen der auftretenden Wärmeverluste nur mit geringen Wirkungsgraden. So befindet sich der Warmwasserbereiter gemäß der US 43 55 629 zwar in einem geschlossenen Isoliergehäuse, doch kommt es hier durch den großen Freiraum innerhalb des Isoliergehäuses und der dadurch bedingten Luftströmungen sowie durch die wenig isolierende Eigenschaft des Lichtfensters zu den ungewünschten hohen Wärmeverlusten. Der Warmwasserbereiter nach der DE 32 17 365 A1 wiederum besteht aus einem vakuumisolierten Gehäuse mit teilweise lichtdurchlässigen Wänden, das bei üblichem Speichervolumen wegen der Herstellungsschwierigkeiten praktisch nicht zu verwirklichen ist, wozu noch kommt, daß eine Vakuumisolierung solcher Dimensionen auf längere Zeit kaum aufrechterhalten werden kann und sich außerdem entsprechende Abstrahlverluste durch die schwach isolierenden, großflächigen Fensterwände einstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserbereiter der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der auf rationelle Weise die Energieverluste minimiert und sich bei recht einfacher Bauweise durch vergleichsweise hohe Wirkungsgrade auszeichnet.

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

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

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

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

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

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

Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Warmwasserbereiters jeweils im Querschnitt und

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

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

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

Der erfindungsgemäße Warmwasserbereiter gewährleistet auf rationelle Weise eine Minimierung der Energieverluste und bringt einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad mit sich, was durch die besonders gute Wärmedämmung des Speichers 1 und durch den großen Einfangbereich bedingt ist. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist der Reflektor 10 so gekrümmt, daß alle durch die vom Lichtfenster 9 überdeckte Eintrittsblende B-C einfallenden Sonnenstrahlen l₁ bis l₅ zum Absorberteil des Speichers 1 hin reflektiert werden, und zwar innerhalb der Einfallswinkel von +45° und -60° bezüglich des zur optischen Hauptachse A parallelen Hauptstrahles L. Der Hauptanteil der Sonnenstrahlen, auch vom Boden reflektierte Strahlen wie die Sonnenstrahlen l₁, können so zur Wärmenutzung herangezogen werden. Der Hauptstrahl L und die optische Hauptachse A sind unter 45° geneigt, was der Einstellung des Warmwasserbereiters für eine geografische Breite von ebenfalls 45° entspricht. Wie in Fig. 2 angedeutet, können die Einfallsverhältnisse für die Eintrittsblende E-F auch durch die äußeren Reflektoren 11 beeinflußt und zusätzlich verbessert werden.

Claims (5)

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

2. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3) zylindrische oder der Kanalform angepaßte lichtdurchlässige Vakuumhohlkörper (7) aufnehmen.

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

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

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