DE69104470T2 - Solar-Wärmespeicher und Anlage zur Kühlung und Klimatisierung oder Seewasserentsalzung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solaranlage.
• Seit Jahren ist den Wissenschaftlern bewußt, daß die Sonnenenergie den Vorteil aufweist, billig zu sein und vor allem sehr "sauber"; die Berücksichtigung der wachsenden Probleme in Verbindung mit dem Schutz der Umwelt hatte eine beträchtliche Entwicklung der Forschung hinsichtlich der optimalen Nutzung dieser Energie zur Folge, und es ist eine ganze Reihe von mit Sonnenenergie betriebenen Anlagen auf dem dem Markt erschienen, vor allem zum Heizen oder Kühlen und insbesondere für die Bewohner von sonnenintensiven oder tropischen Zonen.
• Diese Anlagen basieren jedoch meistens auf der Verwendung von Solarpanelen, die großflächig und folglich besonders voluminös sind, und ihre Verwendung ist daher begrenzt auf relativ große Anlagen (siehe z.B. die Dokumente US-A-4 156 420 oder FR-A-2 521 270).
• Es wurden auch Solaranlagen vorgeschlagen, die ausreichend klein sind um tragbar zu sein, für die Warmwasserversorgung von Benutzern wie Campern oder Seglern unter zufriedenstellenden Bedingungen (FR-A-2 536 157).
• Ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung ist, einen Solar-Warmwasserbereiter von äußert einfacher Funktionsweise vorzuschlagen, der so dimensioniert werden kann, daß er - je nach Fall - den Warmwasserbedarf einer Wohnung oder einer Gruppe von Wohnungen decken kann oder den Bedarf von Benutzern wie Campern oder Seglern.
• Erfindungsgemäß ist dieser Solar-Warmwasserbereiter dadurch gekennzeichnet, daß er gebildet wird durch eine für die Sonnenstrahlung partiell transparente Heizzelle und in seinem Innenbereich einen Aufbau aus zwei geschlossene Hüllen umfaßt, deren eine die andere umschließt, nämlich eine Außenhülle aus einem für die Sonnenstrahlung transparenten Kunststoff, und eine Innenhülle aus einem Material, das diese Strahlung absorbiert und mit seinem Innenteil eine Heizkammer definiert, um die Temperatur oder das Speichervolumen zu variieren; eine Versorgungsleitung der Heizkammer mit aufzuwärmendem Wasser; einen Warmwasserspeicher, an seiner Peripherie verkleidet mit einem Isoliermaterial und verbunden mit der Heizkammer über eine Heizleitung, versehen mit einem von außen zu betätigenden Ventil; einen Warmwasser-Zapfhahn, angebracht am Außenteil des Warmwasserspeichers, und eine Ablaßleitung für den eventuell in der Heizkammer erzeugten Dampf, wobei diese Ablaßleitung vorzugsweise versehen ist mit einem Sicherheitsventil.
• Der obenerwähnten Konfiguration entsprechend entsteht zwischen dem Innenvolumen (Zylinder) und dem Außenvolumen (Zylinder) ein erster Treibhauseffekt, dem sich ein zweiter Treibhauseffekt überlagert, der erzeugt wird zwischen der transparenten Außenwand der Zelle und dem Außenzylinder; daraus resultiert eine starke Erwärmung der in die Heizkammer durch die Versorgungsleitung eingeleiteten Flüssigkeit, wobei man die Effizienz dieser Erwärmung noch erhöhen kann, indem man das Volumen der Heizkammer reduziert. Es genügt dann, wenn der Benutzer das Warmwasser in den Speicher leitet, mit dem die Zelle versehen ist, ehe es verteilt wird durch Betätigung des zu diesem Zweck vorgesehenen Hahns.
• Der besonders vorteilhafte Charakter des obenerwähnten Warmwasserbereiters steht weitgehend in Zusammenhang mit der besonderen Konfiguration der Einrichtungen, die ermöglichen, die Kapazität der Heizkammer zu variieren, was ermöglicht, die Erwärmung des in diese Kammer eingeleiteten Wassers zu steuern.
• Nach einer bevorzugten Charakteristik der Erfindung werden diese Einrichtungen gebildet durch ein Unterteilungselement, das sich in der Heizkammer in Längsrichtung erstreckt und an dem ein Faltenbalg befestigt ist, der zusammenwirkt mit einer einstellbaren Gleitstange, die von außen betätigt werden kann, um das Volumen von diesem Faltenbalg zu verändern.
• Selbstverständlich ist die Erwärmung des Wasser um so größer, je mehr das Volumen des Faltenbalgs vergrößert wird.
• Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das durch die Anlage gelieferte Warmwasser vor allem für den Konsum bestimmt ist, kann ihm kein Frostschutzmittel hinzugefügt werden; damit die Heizkammer dennoch reagieren kann auf eine eventuelle Dilatation infolge eines Einfrierens des darin enthaltenen Wassers ist es vorteilhaft, erfindungsgemäß die Gleitstange mit einer Ausgleichsfeder zu versehen.
• Außerdem ist es erfindungsgemäß erforderlich, den Innenzylinder und den Außenzylinder mit Öffnungen zu versehen, die zusammenwirken mit einer Klappe, um das Einsetzen des Unterteilungselements und des Faltenbalgs in die Heizkammer zu ermöglichen, ebenso wie die Reinigung von dieser. Man kann beispielsweise eine Befestigung der Zylinder an der Klappe durch Anflanschen vorsehen.
• Außerdem, in den warmen Ländern und solchen mit starker Sonneneinstrahlung, in denen eine wirtschaftliche Nutzung der Sonnenenergie in Betracht kommt, ist es auch wichtig, wenn nicht sogar wichtiger, über Kühl- oder Klimaanlagen anstatt über Heizanlagen verfügen zu können.
• Nun, man hat festgestellt, daß - erfindungsgemäß - eine Zelle, die der Heizzelle des obenerwähnten Warinwasserbereiters weitgehend gleicht, verwendet werden könnte zum Kühlen oder Klimatisieren durch geringfügige Modifikationen.
• Ein zweiter Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine Kühl- oder Klimanlage vorzuschlagen, die gebildet wird durch eine solche Kühlzelle.
• Diese Zelle unterscheidet sich von der obenerwähnten Heizzelle tatsächlich nur durch die Form des Innenzylinders:
• In der Tat und nach einer weiteren Charakteristik der Erfindung trägt dieses Volumen (Zylinder), das mit seinem Innenteil eine Kühlkammer definiert, auf seiner Außenfläche eine Verkleidung aus einem Feuchtigkeit absorbierenden Material, vor allem aus Filz, und wirkt zusammen mit einem Wasserspeicher, versehen mit Berieselungsöffnungen zur Befeuchtung der absorbierenden Verkleidung, vor allem des Filzes.
• Es ist klar, daß die geschaffene, obenerwähnte Doppelwand, einerseits zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder und andererseits zwischen der transparenten Wand der Kühlzelle und dem Außenzylinder, durch Luftzirkulation mit dem Ventilator eine kontinuierliche Verdunstung des Wassers an der Oberfläche des Filzes verursacht, was aufgrund des endothermischen Charakters dieser Reaktion mittels Wärmepumpeneffekt eine Abkühlung des Innenvolumens der Kühlkammer zur Folge hat, und insbesondere des Wassers, das durch die Kühlleitung eingeleitet wurde. Man kann auf diese Doppelhülle auch verzichten, um eine Verdunstung in freier Luft zu ermöglichen. Diese Abkühlung ist selbstverständlich um so wirksamer, je kleiner das Volumen der Kühlkammer ist, und kann eingestellt werden durch Einwirken auf die Einrichtungen, die eine Veränderung der Kapazität der Kammer ermöglichen, die eine gleichartige Konfiguration haben wie die der entsprechenden Einrichtungen im Falle des Warmwasserbereiters.
• Erfindungskonform ist es möglich, das gekühlte Wasser zu entnehmen, nachdem man es in den Kaltwasserspeicher geleitet hat, oder auch Kaltluft zu gewinnen durch die Ablaßleitung, um sie anschließend für einen beliebigen Zweck zu verwenden.
• Nach einer weiteren Charakteristik der Erfindung, die ermöglicht, die Effizienz der Kühlung zu erhöhen, umfaßt der Innenzylinder der Anlage ein konisches Ende, das zusammenwirkt mit dem entsprechenden kreisförmigen, flachen Ende des Außenzylinders, um eine Belüftungskammer zu definieren, in der ein Ventilator angebracht ist, der die Verdunstung des den Filz tränkenden Wassers begünstigt. Dieser Ventilator, kann je nach Fall, durch einen kleinen, vor allem einen elektrischen Motor angetrieben werden, oder auch mit Hilfe von Solarpanels.
• Die konstituitive Zelle des Solar-Warmwasserbereiters oder auch der Kühl- oder Klimaanlage, die Gegenstand der Erfindung ist, kann selbstverständlich eine beliebige Konfiguration haben, ohne deswegen den Rahmen dieser letzteren zu verlassen, wobei das einzige Forderung darin besteht, die Sonnenenergie auf optimale Weise zu nutzen.
• Zu diesem Zweck und der häufigsten Konfiguration der Erfindung entsprechend umfaßt die Zelle eine gekrümmte Wand, vorzugsweise mit parabolischem Querschnitt, durchlässig für Sonnenstrahlung, sowie zwei geradlinige Wände, vorzugsweise senkrecht zueinander, mit einer Beschichtung, die diese Strahlung reflektiert.
• Die gekrümmte Wand ist vorzugsweise beweglich an den geradlinigen Wänden angebracht und dient folglich als Deckel, um den Zugang zum Innenteil der Zelle zu ermöglichen.
• Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung umfaßt die Zelle eine sonnenlichtdurchlässige, im wesentlichen flache Wand, jedoch versehen mit Stufen nach Art einer Fresnellinse, um eine lineare Fokussierung der Strahlung zu erhalten, sowie eine gekrümmte Wand mit einer diese Strahlung reflektierenden Beschichtung.
• Diese Konfiguration kann in bestimmten Fällen den Vorteil aufweisen, der Anlage zu ermöglichen, als Thermo-Siphon zu arbeiten, wobei der Wasserspeicher sich dann im Oberteil der Anlage befindet, was deren Kapazität vergrößern kann.
• Unabhängig von der Notwendigkeit der Benutzer, über warmes oder kaltes Wasser oder auch kalte Luft verfügen zu können, die für die Klimatisierung verwendet werden kann, ist ein Hauptproblem der warmen oder tropischen Zonen der Mangel an Süßwasser, mit steigender Tendenz.
• Um dieses Problem zu lösen, denkt man schon seit langem an die Entsalzung von Meerwasser; die meisten der bis heute zu diesem Zweck vorgeschlagenen Anlagen sind jedoch sehr kompliziert, und bis heute hat niemand eine Meerwasser-Entsalzungsanlage vorgeschlagen, die zu wirtschaftlich vertretbaren Bedingungen Privatpersonen angeboten werden kann (Privatwohnungen, Camper, Segler).
• Ein dritter Zweck der Erfindung ist, eine solche Anlage vorzuschlagen.
• Erfindungskonform ist diese dadurch gekennzeichnet, daß sie gebildet wird durch die Vereinigung einer Heizzelle und einer Kühlzelle der obenerwähnten Art, wobei die Entleerungsleitungen dieser beiden Zellen derart verbunden werden, daß der in der Heizkammer erzeugte Dampf in die Kühlkammer geleitet wird, die dann die Rolle des Kondensators spielt. Das entsalzte Wasser kann somit direkt wiedergewonnen werden durch Betätigung des Hahns des Kaltwasserspeichers; um dessen Kapazität zu vergrößern ist es nach einer weiteren Charakteristik der Erfindung vorteilhaft, ihn zu verbinden mit dem Kaltwasserspeicher der Kühlzelle, wobei man selbstverständlich das Ventil schließt, das diesen Speicher mit der Heizkammer verbindet.
• Die erfindungskonforme Anlage kann selbstverständlich mit weiteren Elementen versehen sein, wie z.B. Flüssigkeitspegelanzeiger in den verschiedenen Kammern oder Speichern, ohne deswegen den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Folglich ermöglicht die Erfindung, eine gemischte Anlage anzubieten, gebildet durch die Vereinigung von zwei Zellen, die vor allem in einem Koffer zusammengefaßt werden können und die entweder einzeln verwendet werden können für das Erwärmen oder das Kühlen, oder auf kombinierte Weise für das Entsalzen von Meerwasser. In Abhängigkeit von ihrer Dimensionierung kann diese Anlage geeignet sein als Hauptenergiequelle für eine Villa bzw. Siedlung oder einen Wohnblock, oder als Haupt- oder Hilfsenergiequelle für Benutzer wie z.B. Camper oder Segler.
• Die Merkmale der erfindungsgemäßen Anlage werden nun mehr im Detail beschrieben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen:
• - die Figur 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungskonformen Anlage;
• - die Figur 2 ist ein Querschnitt der in Figur 1 dargestellten Anlage;
• - die Figur 3 ist ein Schema, das eine Variante der Erfindung darstellt;
• - die Figur 4 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsart einer Solaranlage, vor allem entwickelt, um stationär zu arbeiten.
• Nach den Figuren 1 und 2 wird die Anlage gebildet durch die Vereinigung von zwei Zellen I und II, die einzeln zum Erwärmen oder Kühlen von Wasser verwendet werden können, oder zusammen zum Entsalzen von Meerwasser.
• Die Zelle I, die einem Solar-Warmwasserbereiter entspricht, umfaßt eine sonnenlichtdurchlässige Wand 1 mit einem parabolischen Querschnitt sowie zwei flache Wände 2 und 2', senkrecht zueinander und beschichtet mit einem reflektierenden Überzug.
• Auf in den Figuren nicht dargestellt Weise ist die transparente Wand 1 gelenkig mit einer der flachen Wände 2,2' verbunden und bildet so einen Deckel, der einen Zugang zu Innern der Zelle ermöglicht.
• Nach den Figuren 1 und 2 sind zwei Hüllen, z.B. zwei konzentrische Zylinder 3,4 mit Längsachse, im Innern der Zelle I angebracht: der Außenzylinder 3 besteht aus einem transparenten Kunststoff und der Innenzylinder 4 wird gebildet oder verkleidet durch eine die Sonnenstrahlung absorbierenden Beschichtung 4' und definiert mit seinem Innenteil eine Heizkammer 5.
• Nach Figur 2 ermöglicht eine Heizleitung 6, versehen mit einem von außen zu betätigenden Ventil 7, die Heizkammer 5 mit einem Warmwasserspeicher 8 zu verbinden, der sich im Unterteil der Zelle I befindet und auf seiner Peripherie eine Isolierschicht 9 trägt. Nach Figur 1 ermöglicht ein außen am Speicher 8 angebrachter Hahn 10 die Entnahme von Wasser, das in diesem enthalten ist.
• Nach Figur 2 ist die Heizkammer 5 außerdem verbunden mit einer Versorgungsleitung 11 für aufzuheizendes Wasser, die in ihrem Unterteil mündet und versehen ist mit nichtdargestellten Schließorganen, sowie mit einer Ablaßleitung 12, die in ihrem Oberteil mündet und mit einem Sicherheitsventil 13 versehen ist. Wie weiter unten mehr im Detail beschrieben, mündet diese Leitung 12, die die Ableitung des in der Heizkammer 5 erzeugten Dampfes ermöglicht, in Höhe der flachen Wand 2' der Zelle I und kann ggf. kommunizieren mit einer ähnlichen Leitung der Zelle II für den Fall, daß die Anlage zur Meerwasserentsalzung verwendet wird.
• Es ist klar daß, wenn die Zelle I einer Sonnenbestrahlung ausgesetzt wird, schematisiert durch die Pfeile X, ein doppelter Treibhauseffekt entsteht, einerseits zwischen den beiden transparenten Wänden 1 und 3 und andererseits zwischen der transparenten Wand 3 und der absorbierenden Wand 4; daraus resultiert eine schnelle Erwärmung des in der Heizkammer 5 enthaltenen Wassers, die umso wirksamer ist, je kleiner das Volumen dieser Kammer ist.
• Eine spezielle Vorrichtung ermöglicht, diese Erwärmung zu steuern, indem man das Volumen der Kammer 5 variiert: diese wird gebildet durch ein halbmondförmiges Längsunterteilungselement 14, das eine gekrümmt Fläche 15 umfaßt sowie eine ebene Fläche 16, an der ein Faltenbalg 17 befestigt ist, beweglich zwischen einer dem Minimalvolumen der Kammer 5 entsprechenden ausgefahrenen Stellung, in Figur 2 durch Vollstrich dargestellt, und einer dem Maximalvolumen der Kammer 5 entsprechenden zurückgezogenen Stellung, in Figur 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Eine von außen zu betätigende Gleitstange 18 ist an der Wand 16 des Unterteilungselement 14 befestigt, um zu ermöglichen, diese Bewegung des Faltenbalgs 17 auszuführen.
• Eine Feder 19 ist an der Stange 18 befestigt, um der aus dem Unterteilungselement 14 und dem Blasbalg 17 gebildeten Einheit die nötige Elastizität zu verleihen, um zu ermöglichen, daß die Kammer 15 jede Expansion als Folge des Gefrierens von darin enthaltenem Wasser kompensieren und man somit vermeiden kann, Gefrierschutzmittel hinzuzufügen mit dem Zweck, zufällige Beschädigungen der verschiedenen Leitungen zu verhindern.
• Nach den Figuren 1 und 2 entspricht der Aufbau der Kühlzelle II weitgehend dem der Heizzelle I. Diese wird nämlich gebildet durch die Verbindung von zwei flachen senkrechten Wänden 2&sub1;, 2'&sub1; mit einer reflektierenden Beschichtung und durch eine gekrümmte Wand mit parabolischem Querschnitt 1&sub1;, die angelenkt ist an den flachen Wänden und folglich als Deckel dient.
• Die Zelle II trägt in ihrem Innenbereich einen Aufbau aus zwei geschlossenen konzentrischen Zylindern 3&sub1;, 4&sub1;, nämlich einen Außenzylinder 3&sub1; aus einem sonnenlichtdurchlässigen Kunststoff und einen Innenzylinder 4&sub1;, der mit seinem Innenteil eine Kühlkammer 5&sub1; definiert, deren Volumen man variieren kann mittels einer Vorrichtung, die gebildet wird durch die Vereinigung eines Unterteilungselements 14&sub1;, eines Faltenbalgs 17&sub1; und einer Gleitstange 18&sub1; mit einer Form wie die der entsprechenden Elemente 14,17,18, die ermöglichen, das Volumen der Heizkammer 15 der Heizzelle I zu variieren.
• Eine Kühlleitung 6&sub1;, versehen mit einem von außen zu betätigenden Ventil 7&sub1; ermöglicht, die Kühlkammer 5&sub1; mit einem Kaltwasserspeicher 8&sub1; zu verbinden, dessen Wände mit einem Isolationsstoff 9&sub1; verkleidet sind.
• Die Kühlkammer 5&sub1; ist außerdem mit der Außenseite verbunden, einerseits durch eine Versorgungsleitung 11&sub1;, versehen mit Schließorganen und an ihrem Unterteil mündend, und andererseits durch eine Kaltluft-Ablaßleitung 12&sub1;, versehen mit einem Sperrventil 13&sub1; und anschließbar an die Ablaßleitung 12 der Heizzelle I.
• Ein Hahn 10&sub1; (Figur 1) ermöglicht außerdem, Wasser aus dem Kaltwasserspeicher 8&sub1; zu entnehmen.
• Nach Figur 2 hat der Innenzylinder 4&sub1; der Kühlzelle II eine Form, die sich unterscheidet von der des Innenzylinders 4 der Heizzelle I. Er ist nämlich auf seiner Außenseite verkleidet mit einem Filz 20 zum Absorbieren von Feuchtigkeit und wirkt zusammen mit einem Speicher 21, versehen mit nicht dargestellten Berieselungsöffnungen zum Befeuchten des Filzes, wie schematisch dargestellt durch die Pfeile a.
• Es ist klar, daß das durch den Filz aufgesaugte Wasser verdunsten wird unter der Wirkung der Sonnenstrahlung X, was eine Abkühlung des Innenvolumens der Kühlkammer 5&sub1; und vor allem des durch die Versorgungsleitung 11&sub1; eingeleiteten Wassers zur Folge hat. Diese abgekühlte Wasser kann anschließend durch öffnen des Ventils 7&sub1; in den Kaltwasserspeicher 8&sub1; geleitet und entnommen werden durch den Hahn 10&sub1;. Die Volumensveränderung der Kühlkammer 5&sub1; durch Betätigung des Knopfes 26 ermöglicht, die Charakteristika der Kühlung zu beherrschen.
• Nach Figur 1 ist der Innenzylinder 4&sub1; versehen mit einem konischen Ende 22, das zusammenwirkt mit dem entsprechenden flachen Ende 23 des Außenzylinders 3&sub1;, um eine Belüftungskammer 24 zu definieren, in der ein Ventilator 25 untergebracht ist, der durch einen angefügten Motor angetrieben werden kann oder auch durch Solarpanele. Diese Konfiguration erhöht die Verdunstungsleistung des Filzes 20. Ein Fenster 27 ermöglicht, den Wasserstand in dem Speicher 8&sub1; jederzeit zu überprüfen.
• Nach Figur 2 kann man die Zellen I und II vereinigen, indem man die Wände 11 und 11' Seite an Seite anordnet und indem man die Ablaßleitungen 12 und 12&sub1; verbindet. Die Anlage kann zur Meerwasserentsalzung verwendet werden. Sie funktioniert dann auf folgende Weise:
• Man leitet zu entsalzendes Meerwasser dem Pfeil b entsprechend in die Versorgungsleitung 11 der Heizkammer 5. Dieses wird dann erwärmt und der entstehende Dampf entweicht in Richtung des Pfeils c durch die Ablaßleitungen 12, 12&sub1; (wobei die Sperrventile 13 und 13&sub1; vorher geöffnet wurden) und erreicht dem Pfeil d entsprechend die Kühlkammer 5&sub1;, die dann als Kondensator dient. Das so hergestellte entsalzte Wasser kann durch Öffnen des Ventils 7&sub1; in dem Speicher 8&sub1; gesammelt und durch den Hahn 10&sub1; entnommen werden.
• Der Speicher 8&sub1; kann mit dem Speicher 8 verbunden werden durch Öffnen einer Leitung 28, um seine Kapazität zu verdoppeln; selbstverständlich muß das Ventil 7 geschlossen gehalten werden.
• Nach Figur 3 werden die Zellen I und II der Figuren 1 und 2 ersetzt durch Zellen III und IV, jede gebildet durch eine sonnenlichtdurchlässige Wand 28, 28&sub1; und eine Wand 29, 29&sub1; mit parabelbogenförmigem Querschnitt mit einer die Strahlung reflektierenden Beschichtung.
• Diese Zellen sind in ihrem Innenbereich mit einem System aus konzentrischen Röhren versehen, denen entsprechend, mit denen die Zellen I und II versehen sind und aus diesem Grund nicht dargestellt in der Figur.
• Die transparenten ebenen Flächen 28, 28&sub1; weisen die Besonderheit auf, Stufen in der Art einer Fresnellinse zum Erreichen einer linearen Fokussierung der Strahlung entlang der Längsachse der Heizkammer 5 und der Kühlkammer 5' zu umfassen.
• Bei dieser Anlage sind die Speicher 8, 8&sub1; ersetzt durch einen oben angebrachten Speicher, was eine Funktionsweise als Thermosiphon ermöglicht.
• Nach einer nichtdargestellten Variante, im Falle einer Solaranlage (Warmwasserbereiter) einer gewissen Größe, ortsfest, ist es wünschenswert, den Absorber gegen Einfrieren zu schützen, indem man den Inhalt des Absorbers in einen Speicher entleert, wenn die Temperatur stark abnimmt nach dem Verschwinden der Sonne (was überwacht wird durch einen Temperaturfühler).
• Da die Wasserzirkulation normalerweise offen ist, d.h. daß das in den Speicher abgelassene Wasser ersetzt wird durch neues, im Absorber erwärmtes Wasser, ist es erforderlich, in dem Speicher einen Niveaudetektor vorzusehen, der erlaubt, im dem Speicher ein ausreichendes Volumen freizulassen, um das Wasser aus dem Absorber aufzunehmen. Die Steuerung gewährleistet dann das Schließen des Einlaßventils des Wassers aus dem Absorber.
• Nach einer weiteren Variante befindet sich der Speicher über dem Absorber und die Verbindung wird hergestellt durch ein Kaltwasserrohr und ein Warmwasserrohr, jedes versehen mit einer Antiretour-Klappe, um die Wasserzirkulation nur in einer Richtung zuzulassen.
• Der Absorber kann auch durch einen isolierenden Vorhang geschützt werden, z.B. mit Aufrolleinrichtung, oder durch bewegliche Schirme, durch eine Steuerung in Stellung gebracht, mittels eines Temperaturfühlers.
• Generell ermöglichen die Hüllen, von denen die eine die andere umschließt und die in einem Fall koaxiale Zylinder sind, das im Absorber zu erwärmende Flüssigkeitsvolumen zu verändern. Dies ermöglicht, die Herstellung der Anlagen - vor allem zur Warmwasserbereitung - zu vereinheitlichen, ohne daß man ihre Kapazität auf die ungünstigste Sonneneinwirkungssituation beschränken müßte. Selbst eine Anlage mit großer Kapazität kann ausreichend warmes Wasser produzieren (in geringerer Menge) aufgrund der Volumensreduzierung des Absorbers. Außerdem kann die Innenhülle, die die Kapazität des Absorbers begrenzt, auf verschiedene Arten hergestellt werden; sie kann durch einen Faltenbalg gebildet werden oder allgemeiner durch eine Einrichtung, ausdehnbar oder mit variablem Volumen, automatisch oder manuell gesteuert.
• Die Figur 4 zeigt eine Solaranlage des oben beschriebenen Typs, jedoch insbesondere für eine stationäre Anlage bestimmt und zu diesem Zweck mit zusätzlichen, speziellen Einrichtungen ausgerüstet.
• Diese Solaranlage setzt sich der vorhergehenden entsprechend zusammen aus einem einen Solar-Warmwasserbereiter bildenden Teil und einem Teil 216, der einen Kühler bildet. Nur der Teil der Anlage, der einen Solar-Warmwasserbereiter bildet, wird anschließend erläutert:
• Dieser Solar-Warmwasserbereiter setzt sich zusammen aus einem Absorber 202, der einen Solar-Wasserheizspeicher bildet. Im Innern dieses Speichers befindet sich eine Einrichtung 201 zur Regelung der Kapazität des Absorbers; diese Einrichtung 201 wird in diesem Beispiel schematisch durch ein Element mit variablem Volumen gebildet, z.B. einem Faltenbalg. Indem diese Einrichtung 201 mehr oder weniger ausgefahren wird, verändert man die Kapazität des Absorbers 202 und paßt folglich das Volumen des aufzuwärmenden Wassers an die zu diesem Zeitpunkt verfügbare Solarenergieleistung an.
• Wie vorhergehend befindet sich dieser Absorber 202 vor einem Reflektor 203, gebildet z.B. durch eine vertikale Wand und eine horizontale Wand, obschon jede andere Reflektorform und insbesondere ein zylindrischer Reflektor mit parabolischem Querschnitt vorgesehen werden kann. Der Aufbau wird geschützt durch eine Haube 205 und kann bedeckt werden durch einen Schutzvorhang 215, um z.B. die Überhitzung zu vermeiden, wenn die Anlage nicht benützt wird (z.B. während der Ferien oder bei Abwesenheit der Benutzer).
• Der Absorber-Speicher 202 ist umgeben von einer Hülle 204, die um ihn herum einen Treibhauseffekt erzeugt. Unter dem Absorber 202 befindet sich ein Speicher, gebildet durch zwei Volumen 206,236, umgeben von einer Isolierwand 207 und getrennt durch eine Unterteilungswand 221, selbst vorzugsweise isolierend aus später erwähnten Gründen.
• Der Solar-Warmwasserbereiter wird versorgt durch eine Rohrleitung 237, die verbunden ist, über eine Leitung 238, versehen mit einem Elektroventil 209, mit dem Volumen des Absorbers 202. Diese Rohrleitung 237 ist über eine erste Leitung 239, versehen mit einem Elektroventil 210, ebenfalls verbunden mit dem Volumen 236 des Speichers und durch eine zweite Rohrleitung 219, versehen mit einem Elektroventil 220, mit dem zweiten Volumen des Speichers.
• Das Volumen des Absorbers 202 ist über eine erste Rohrleitung 240, versehen mit einem Elektroventil 208, verbunden mit dem Speichervolumen 236, und über eine zweite Rohrleitung 227, versehen mit eine Elektroventil 228, mit dem zweiten Speichervolumen 206.
• Jedes der beiden Speichervolumen umfaßt, als Ausgang, eine Leitung 222, 223, jede ausgestattet mit einem Elektroventil 225, 226 und verbunden mit einer gemeinsamen Abflußleitung 224.
• Die Wasserzufluß-Rohrleitung 237 ist versehen mit einem Temperaturfühler 213. Ebenso ist der Absorber 202 versehen mit einem Temperaturfühler 212 und der Speicher 236 ist versehen mit einem Temperaturfühler 214. Schließlich ist der Speicher 236 ausgestattet mit einem elektrischen Widerstand 213. Die verschiedenen Fühler und Elektroventile sind verbunden mit einem Steuergehäuse 241, das den Betrieb der Anlage steuert.
• Diese Funktionsweise hat den Zweck, einen der Hauptnachteile der bekannten stationären Solar-Warmwasserbereiter zu vermeiden.
• Die Mehrzahl der stationären Solar-Warmwasserbereiter umfassen, außer dem Absorber, einen elektrischen Widerstand, der den Wasserspeicher im Wartezustand heizt, wenn die Temperatur des Wassers niedriger als eine festgelegte Schwelle ist.
• Nun, es kann vorkommen, das die Reserve an aufgeheizten Wasser vollständig aufgebraucht ist durch andauernde und schnell aufeinanderfolgende Benutzung der sanitären Ausrüstung des Hauses, durch das Kochen, das Waschen, usw...
• Unter diesen Bedingungen, wenn das Wasser des Speichers praktisch die Temperatur des Wassers der Zuflußleitung hat, wird der Widerstand sofort in Betrieb gesetzt, um diese Wasserreserve zu heizen. Unter diesen Bedingungen wird die Solarenergie, die von diesem Moment an geliefert wird oder z.B. am nächsten Tag, nicht genutzt zum Heizen der Wasserreserve, da das Wasser dieser Reserve schon auf die Entnahmetemperatur gebracht worden ist.
• Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsart hat den Zweck, diesen Nachteil zu vermeiden und trotzdem, im Bedarfsfall, sehr schnell eine Warmwassermenge zu erhalten, ohne deswegen vorzeitig eine übermäßige Wassermenge zu erwärmen.
• Die Steuerung, sichergestellt durch die Steuerelektronik 241, die Temperaturfühler und die Zufluß- und Abflußventile ermöglichen folgenden Betrieb:
• Zunächst geht man davon aus, daß die Gesamtkapazität der beiden Teile 236, 206 des Speichers der Anlage größer ist als die Kapazität des Absorbers, unabhängig von der Regelkapazität dieses Absorbers.
• Am Ende eines Sonnentages wird das durch den Absorber vorbereitete Warmwasser zunächst in das Speichervolumen 236 geleitet, wenn in diesem noch Platz vorhanden ist, oder in das Volumen 206. Das dem Absorber 202 derart entnommene Wasservolumen kann ersetzt werden durch das Wasser der Rohrleitung 237 durch Öffnen des Elektroventils 209; dieses Volumen kann ebenfalls leer bleiben, wenn durch die Außentemperatur oder die nächtliche Abstrahlung in Richtung Himmelswölbe das Risiko eines Einfrierens des Wasser des Absorbers 202 besteht, denn dieses Wasser ist am folgenden Tag auf einer Temperatur unter der des Wassers der Rohrleitung; in diesem Fall ist es vorzuziehen, den Absorber 202 erst nach Erscheinen der Sonne zu füllen, wenn der Temperaturfühler 212 des Absorbers eine Temperatur meldet, die höher ist als die des Wassers in der Versorgungsrohrleitung 237 (wobei letztere überwacht wird durch den Fühler 213).
• Wenn unter den oben beschriebenen Betriebsbedingungen das warme Wasser der Anlage ausgegangen ist und ein Bedarf an warmem Wasser besteht, kann der Benutzer von der Steuerschaltung 241 verlangen (über ein Gerät, das mit dieser Schaltung 241 verbunden ist), ihm eine bestimmte Menge Warmwasser mit einer gegebenen Temperatur vorzubereiten (z.B. 10, 20 oder 40 Liter Warmwasser mit einer Temperatur von 50º). In diesem Fall setzt die Steuerschaltung 241 den Widerstand 213 in Betrieb, der nur die erforderliche Menge heizt, eingeleitet in das Volumen 236 von der Zuflußrohrleitung 237, der Leitung 239 und durch das Elektroventil 210.
• Man vermeidet somit, daß der Widerstand 213 das gesamte Fassungsvermögen eines üblichen Solar-Warmwasseraufbereiters heizt, was in diesem Fall der Gesamtinhalt der Speicher 236 und 206 wäre.
• Die Leitung 219 und das Elektroventil 220, die das Speichervolumen 206 versorgen, ermöglichen z.B. die Temperatur des in diesem Speicher enthaltenen Wassers zu verändern, wenn diese Temperatur zum Beispiel für den Verwendungszweck des Wassers zu hoch ist.
• Folglich kann die Solaranlage zwei Speicher enthalten, von denen einer (abgesehen von dem elektrischen Widerstand 213 für zusätzliches punktuelles Heizen) das wärmste, durch den Absorber 202 gelieferte Wasser enthalten kann, und der andere, der Speicher 206, das weniger warme Wasser. Die Entnahme des Wassers mit der gewünschten Temperatur erfolgt immer auf Anfrage und mittels Steuerung durch die Steuerschaltung 241 mit Hilfe der Leitungen 222, 223, der Elektroventile 225, 226 und der Abflußleitung 224.
• Nach einer weiteren, nichtdargestellten Variante, wenn der Speicher über dem Absorber angeordnet ist, kann man die Ausbreitung der Innenhülle, die die Kapazität des Absorbers verkleinert oder vergrößert, benutzen, um das Wasser aus dem Absorber zu verdrängen in Richtung Speicher oder ihm zu ermöglichen, aus dem Speicher zurückzufließen in den Absorber.
• Die Steuerung der Ausbreitungs- oder Einzugsbewegung der Innenhülle des Absorbers und der Öffnung der Verbindung kann entweder manuell gesteuert werden oder durch die Steuerschaltung der Anlage.
• Schließlich, einer nichtdargestellten Variante entsprechend, wird die Innenhülle gebildet durch einen Zylinder, durchbohrt von Trägern, die sich in Radialschlitzen verschieben und einen Innenzylinder mit einstellbarem Durchmesser ergeben.

Claims (11)

1. Solaranlage, wie ein Solar-Warmwasserbereiter, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer für Sonnenstrahlung teilweise durchlässigen Zelle (I) gebildet ist, die in ihrem inneren Bereich umfaßt:

- eine Gruppe aus zwei geschlossenen, einen Treibhauseffekt bewirkenden Gehäusen, deren eines das andere umschließt, nämlich einem äußeren Gehäuse (3) aus einem Werkstoff, insbesondere Kunststoff, der für Sonnenstrahlung durchlässig ist, und einem inneren Gehäuse (4) aus einem Werkstoff, der diese Strahlung absorbiert und in seinem inneren Bereich eine Heizkammer (5) bildet,

- eine Leitung (11) zur Versorgung der Heizkammer (5) mit zu erwärmendem Wasser,

- Mittel (14, 17), die eine Änderung der Kapazität der Heizkammer (5) ermöglichen,

- einen Warmwasserbehälter (8), der an seiner Peripherie mit einem isolierenden Material (9) verkleidet und mittels einer Heizleitung (6), die mit einem von außen betätigbaren Ventil (7) versehen ist, mit der Heizkammer (5) verbunden ist,

- einen Warmwasser-Zapfhahn (10), der an dem äußeren Bereich des Warmwasserbehälters (8) montiert ist, und

- eine Leitung (12) zum Ablassen von in der Heizkammer (5) gegebenenfalls erzeugtem Dampf, die vorzugsweise mit einem Absperrventil (13) versehen ist.

2. Solaranlage, wie eine Anlage zum Kühlen oder Klimatisieren durch Solarenergie, dadurch gekennzeichnet, daß diese durch eine für Sonnenstrahlung teilweise durchlässige Zelle (II) gebildet ist, die in ihrem inneren Bereich umfaßt:

- eine Gruppe aus zwei geschlossenen Gehäusen, deren eines das andere umschließt, nämlich einem äußeren Gehäuse (3&sub1;) aus einem Werkstoff, insbesondere einem Kunststoff, der für Sonnenstrahlung durchlässig ist, und einem inneren Gehäuse (4&sub1;), das an seiner Außenfläche eine Verkleidung (20) aus einem die Feuchtigkeit absorbierenden Material, insbesondere aus Filz, trägt und in seinem inneren Bereich eine Kühlkammer (5&sub1;) bildet,

- in Wasserreservoir (21), das mit Berieselungsöffnungen versehen ist und mit dem inneren Behälter (4&sub1;) zusammenwirkt, um die Befeuchtung der absorbierenden Verkleidung (20), insbesondere des Filzes, zu ermöglichen,

- eine Leitung (11&sub1;) zur Versorgung der Kühlkammer (5&sub1;) mit zu kühlendem Wasser,

- Mittel (14&sub1;, 17&sub1;), die eine Änderung der Kapazität der Kühlkammer (5&sub1;) ermöglichen,

- einen Kaltwasserbehälter (8&sub1;), der an seiner Peripherie mit einem isolierenden Material (9&sub1;) verkleidet und mittels eines von außen betätigbaren Ventils (7&sub1;) mit der Kühlkammer (5&sub1;) verbunden ist,

- einen Kaltwasser-Zapfhahn (10&sub1;), der an dem äußeren Bereich des Kaltwasserbehälters (8&sub1;) montiert ist, und

- eine Leitung (12&sub1;) zur Ableitung von Kaltluft aus der Kühlkammer (5&sub1;), die vorzugsweise mit einem Absperrventil (13&sub1;) versehen ist.

3. Solaranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (3, 4, 3&sub1;, 4&sub1;) zwei Zylinder sind.

4. Anlage zur Kühlung oder Klimatisierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Gehäuse (4&sub1;) ein konisches Ende (22) aufweist, das mit dem entsprechenden flachen, kreisrunden Ende (23) des äußeren Gehäuses (3&sub1;) zusammenwirkt, um eine Belüftungskammer (24) zu bilden, in der ein insbesondere durch Solarenergie bewegter Ventilator (25) montiert ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die eine Änderung der Kapazität der Heizkammer (5)/Kühlkammer (5&sub1;) ermöglichen, durch ein Unterteilungselement (14, 14&sub1;) gebildet sind, das sich in dieser in Längsrichtung erstreckt und an welchem ein Blasebalg (17, 17&sub1;) befestigt ist, der mit einer Gleitstange (18, 18&sub1;) zusammenwirkt, die zur Änderung des Volumens des letzteren von außen betätigbar ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstange (18, 18&sub1;) mit einer Ausgleichsfeder (19, 19&sub1;) versehen ist, durch welche die Notwendigkeit der Zugabe eines Frostschutzmittels vermieden wird.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder (4, 4&sub1;) und der äußere Zylinder (3, 3&sub1;) mit einer Öffnung versehen sind, die mit einer Klappe zusammenwirkt, um das Einsetzen des Unterteilungselements (14, 14&sub1;) und des Blasebalgs (17, 17&sub1;) in den inneren Zylinder (4, 4&sub1;) zu ermöglichen.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (I, II) eine für Sonnenstrahlung durchlässige, gekrümmte Wand (1, 1&sub1;) mit vorzugsweise parabolischem Querschnitt sowie geradlinige, vorzugsweise senkrechte Wände (2, 2', 2&sub1;, 2'&sub1;) aufweist, die eine diese Strahlung reflektierende Verkleidung tragen.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (III, IV) eine für Sonnenstrahlung durchlässige, im wesentlichen flache, jedoch mit Stufen in der Art einer Fresnellinse zum Erreichen einer linearen Fokusierung der Strahlung versehene Wand (28, 28&sub1;) sowie eine gekrümmte Wand (29, 29&sub1;) aufweist, die eine diese Strahlung reflektierende Verkleidung trägt.

10. Anlage zum Entsalzen von Meerwasser, dadurch gekennzeichnet, daß diese durch die Vereinigung einer Heizzelle (I) gemäß Anspruch 1 und einer Kühlzelle (II) gemäß Anspruch 2 gebildet wird, wobei die Abzusleitungen (12, 12&sub1;) dieser beiden Zellen derart in kommunizierende Verbindung gebracht werden, daß der in der Heizkammer (5) erzeugte Dampf in die Kühlkammer (5&sub1;) geleitet wird, die folglich die Funktion eines Kondensators übernimmt.

11. Anlage zum Entsalzen von Meerwasser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbehälter (8) der Heizzelle (I) und der Kaltwasserbehälter (8&sub1;) der Kühlzelle (II) miteinander kommunizierend verbunden werden.