DE2628442A1 - Solar water heater - uses collection panel insulated around the edges and with internal air circulation - Google Patents

Solar water heater - uses collection panel insulated around the edges and with internal air circulation

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Abstract

Solar heating of water uses an absorber plate which has several transparent plates above it facing the sum with spaces between them. they are thermally insulated from the surroundings around the edge and on the back. The plates and the absorber being spaced apart from each other, form a series of flow passages. Air or other gas is blown through these by means of >=1 fan and recirculated. In its coolest state, the air passes through the outer passage. Here it is warmed and then passed over the absorber plate. Built into this recirculating system are >=2 heat exchangers, one connected to the cooler zone and the other with the warmer. The air is circulated round these and then into the cooler passage under the outer plate and back over the absorber. Heat losses are reduced. Short sunshine periods and low radiation intensities are well utilised because of short inertia times. Frost sensitivity is avoided.

Description

Vorrichtung zur solaren Erwärmung von Wasser Device for solar heating of water

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur solaren Erwärmung von Wasser mit einer der Sonnenstrahlung ausgesetzten, sonnenseitig durch eine oder mehrere im Abstand voneinander angeordnete transparente Scheiben abgedeckten Absorberplatte, wobei die Scheibe bzw. Scheiben randlich und die Absorberplatte randlich und rückseitig gegen die Umgebung thermisch isoliert sind.The invention relates to a device for solar heating of Water exposed to solar radiation, on the sunny side by an or several spaced apart transparent panes covered absorber plate, wherein the disk or disks at the edge and the absorber plate at the edge and on the back are thermally insulated from the environment.

Es ist bekannt, Sonnenstrahlung mit Hilfe geschwärzter Metallplatten im Wörme umzuwandeln. Hierfür geeignete Vorrichtungen werden als Sonnenkollektoren bezeichnet. Gebräuchlich sind sogenannte Platten bzw. Flachkollektoren. Hierbei handelt es sich um plattenförmige. großflächige Körper, die aus einem Absorber, einem Rohrsystem für das Wärmeträgermedium, einer thermisch Isolierung und einer Abdeckung bestehen. Diese Kollektoren funktionieren etwa wie folgt: Die kurzwellige Sonnenstrahlung trifft auf die Abdeckungen, wird dort teilweise reflektiert, teilweise durchgelassen und gelangt zum Absorber. Dort wird die Sonnenstrahlung in Wärme umgewandelt. Mit der Erwärmung strahlt der Absorber jedoch wieder wärme nach dem Wien'schen Verschiebungsgesetz in Form längerwellige@ Infrarotstrahlung ab, was bei fehlender sonnenseitiger Isolierung Ursache erheblicher Verluste ist. Weitere Verluste entstehen durch Konvektion und Wörmeleitung. Im einzelnen steigen die Verluste durch Abstrahlung mit der vierten Potenz und die der Konvention und der Wärmeleitung etwa mit der einfachen Potenz der jeweiligen Temperaturdifferenz zwischen Kollektor-Oberfläche und Umgebungstemperatur an. Es ist naheliegend, daß man große Anstrengungen unternimmt, um besonders die Strahlungsverluste bei dcii Kollektoren zu reduzieren. Sie betragen etwa @0 bis 70% der Gesamtverluste. Eine Reduzierung der Strahlungsverluste erreicht man neuerdings durch Verwendung sogenannter selektiver Schichten als Schwarzschicht für die Absorber. Hierbei handelt es sich meist um elektrolytisch aufgebrachte, sehr dünne Metallschichten, beispielsweise aus Schwarzchrom. Diese reduzieren die Strahlenverluste bis zu 90%. Ähnlich gute Ergebnisse erreicht man auch durch Aufbringung von Infrarotstrahl ungsreflekt i erenden Schichten auf die dem Absorber gegenüberliegenden Seiten der Abdeckungen. Geeignet hierfür sind z.It is known to control solar radiation with the help of blackened metal plates to convert in Wörme. Devices suitable for this are called solar collectors designated. So-called plates or flat-plate collectors are common. Here it is plate-shaped. large-area bodies that come from an absorber, a pipe system for the heat transfer medium, a thermal insulation and a cover. These collectors work something like this: The Short-wave solar radiation hits the covers, is partially reflected there, partially let through and reaches the absorber. There is solar radiation converted into heat. However, as it heats up, the absorber radiates heat again according to Wien's law of displacement in the form of longer-wave @ infrared radiation which is the cause of considerable losses if there is no solar-side insulation. Further losses arise from convection and conduction. In detail increase the losses due to radiation with the fourth power and those of the convention and the heat conduction with the simple power of the respective temperature difference between the collector surface and the ambient temperature. It is obvious that Great efforts are made, especially to reduce the radiation losses in dcii To reduce collectors. They amount to about @ 0 to 70% of the total losses. One Reducing radiation losses has recently been achieved through the use of so-called more selective layers as a black layer for the absorber. This is it mostly around electrolytically applied, very thin metal layers, for example made of black chrome. These reduce radiation losses by up to 90%. Similar good ones Results can also be achieved by applying infrared radiation ungsreflekt i erenden layers on the opposite sides of the covers from the absorber. Suitable for this are z.

B. Schichten aus Indiumoxyd oder Zinkoxyd. Nachteilig ist, daß die Lebensdauer dieser Beschichtungen entweder beschränkt ist oder die Lichttransmission im Falle der Infrarot-reflektierenden Schichten um bis zu 25 °ZS abnimmt. Von Nachteil ist auch der hohe Preis und ferner, daß die Beschichtungen keinen wesentlichen Einfluß auf die Lonvektions- und Wärmeleitungsverluste haben. Letzteres dämmt man vielmehr durch Verwendung von Doppelglassclieiben ein, oder neuerdings auch durch Verwendung von Vakuumröhren, die durch Beschichtung mit Indiumoxyd gleichzeitig auch zur Reduzierung von Strahlungsverlusten ausgerüstet sind.B. Layers of indium oxide or zinc oxide. The disadvantage is that the service life of these coatings is either limited or the light transmission in the case of infrared reflective layers decreases by up to 25 ° ZS. A disadvantage is also the high price and furthermore that the coatings do not have a significant impact on the lonvection and heat conduction losses. Rather, the latter is insulated through the use of double glass panes, or more recently also through use of vacuum tubes, which by coating with indium oxide also reduce are equipped with radiation losses.

Beim Vakuum-Isolationsverfahren handelt es sich um relativ teuerc und aufwendige Apparaturcn, die obwohl sie ein Optimum an Eindämmung aller auf Wärmestrahlung, Konvektion und Wärmeleitung beruhenden Verluste darstellen, sich erst im wirtschaft eichen Einsatz bewährcn müssen. Ein weitercr sehr wesentlicher Nachteil der für die Brauchwassererzeugung eingesetzten Kollektoren ist deren Regelung. Diese geschieht meist so, daß man die Temperatur des Wärmeträgermediums durch Thermostate steuert, die bei Erreichung einer vorgegebenen Temperatur eine Umwälzpumpe, die das Wärmeträgermedium durch den Absorber transportiert, ein- bzw. ausschaltet. Andere Systeme arbeiten mit Differenztemperaturen gegenüber dem Wärmespeicher, d. h. das Wärmeträgermedium wird erst nach Erreichen einer bestimmten Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Absorber eingeschaltet Diese methoden der Regelung der Kollektoren sind sehr unwirtschaftlicli und verschlechtern den Wirkungsgrad der Kollektoren, da in unseren Breiten die Sonnenenergie sehr unregelmäßig anfällt.The vacuum insulation process is relatively expensive and elaborate apparatus, which, although they are an optimal containment of all on thermal radiation, Convection and heat conduction-based losses represent themselves only in the economy must have proven their worth in calibrated use. Another very significant disadvantage of the for The collectors used to generate domestic water are their regulation. This happens usually in such a way that the temperature of the heat transfer medium is controlled by thermostats, a circulating pump that feeds the heat transfer medium when a specified temperature is reached transported through the absorber, switched on or off. Other systems are working with differential temperatures compared to the heat storage, d. H. the heat transfer medium is only after reaching a certain temperature difference between the storage tank and absorber switched on These methods of regulating the collectors are very uneconomical and worsen the efficiency of the collectors, because in our latitudes the solar energy accumulates very irregularly.

Die Strahlungsintensität ändert sich oft inneitalb von Minute von etwa 800 bis 1000 s/qm bei klarem Sonnenschein bis herab auf 50 bis 100 W/qm bei Wolken oder kurzzeitigem Regen. Des weiteren ist die Intensität der auf den Kollektro auftreffenden Strahlung abhängig von deren Stellung und Neigungswinkel zur Sonne. Dadurch ändern sich die Verhältnisse bei einem fest aufgestellten Kollektor - die übliche Aufstellungsmethode -fortwährend über den ganzen Tag. Je höher die Temperatur bei einem Kollektor vorgegeben wird, desto schlechter wird bei wolkigem Wetter mit seirnellwechselnden Einstrahlungs-Intensitäten der Wirkungsgrad, da infolge der meist erheblichen Trägheit der Kollektoren (Ansprechzeit) kurzzeitige Sonneilscheinperioden überhaupt nicht mehr verwertet werden können. Die Trägheit der Kollektoren ist bedingt durch das Gewicht des Absorbers und des Wärmeträgermediums unter Berücksichtigung der spezifischen Wärme. So dauert es beispielsweise bei einem Wasserinhalt von etwa 50 l pro qm Kollektorfläche und einer Temperaturvorgabe von ca. 50°C bei einer Einstrahlungs-Intensität von ca. 800 W/qm 4 bis 5 Stunden, bis das Wärmeträgermedium die vorgegebene Temperatur erreicht hat und die Umwälzpumpe eingeschaltet werden kann. In dieser Zeit gehen erhebliche Wärmemengen durch Abstrahlung, Leitung und Konvektion verloren. Abhilfe kann durch Verwendung von Leichtmetallen oder Kunststoffen bei der Herstellung der Absorber, sowie kleinere Dimensionierung der Rohrleitungsdurchmesser für das Wärmeträgermedium geschaffen werden, wenngleich wegen der Erhöhung der Rohrreibungsverluste und den dadurch bedingten höheren Energieverbrauch der Umwälzpumpen nur ein geringer konstruktiver Spielraum gegeben ist. The radiation intensity often changes within a minute of around 800 to 1000 s / qm in clear sunshine down to 50 to 100 W / qm Clouds or brief rain. Furthermore, the intensity of the on the collector incident radiation depending on its position and angle of inclination to the sun. This changes the conditions with a permanently installed collector - the Usual installation method - continuously throughout the day. The higher the temperature is specified for a collector, the worse it gets in cloudy weather seirnell changing irradiation intensities the efficiency, as a result of the mostly considerable sluggishness of the collectors (response time) short periods of sunshine can no longer be recycled at all. The inertia of the collectors is conditional by taking into account the weight of the absorber and the heat transfer medium the specific heat. For example, it takes about 50 l per square meter of collector surface and a temperature specification of approx. 50 ° C with an irradiation intensity from approx. 800 W / sqm 4 to 5 hours until the heat transfer medium has reached the specified temperature reached and the circulation pump can be switched on. Go in this time significant amounts of heat are lost through radiation, conduction and convection. remedy can be achieved by using light metals or plastics in the manufacture of the Absorber, as well as smaller dimensioning of the pipe diameter for the Heat transfer medium be created, albeit because of the increase in pipe friction losses and the The higher energy consumption of the circulating pumps caused by this, but only a small constructive one Leeway is given.

Einem weiteren Problem, das sich dadurch ergibt, daß sich das Wärmeträgermedium während sonnenloser Perioden, besonders im Winter und nachts so stark abkühlt, daß es eingefriert, begegnet man dadurch, daß man das Wärmeträgermedium bei Unterschreiten vorgegebener Temperaturen abläßt oder mit Frostschutzmittel versetzt. Dagegen ergibt sich bei lang anhaltenden Sonnenperioden, unzureichender Speicherkapazität und geringer Entnahme oder bei Ausfall der Umwälzpumpen die Gefahr der Dampfbildung im Wärmeträgersystem. Dies erfordert die Anbringung von Sicherheitsventilen, Drucküberwachungsvorrichtungen und dergl.Another problem that arises from the fact that the heat transfer medium during sunless periods, especially in winter and at night, cools down so much that if it freezes, one counteracts that the heat transfer medium falls below given temperatures or mixed with antifreeze. Against it results long periods of sunshine, insufficient storage capacity and lower Withdrawal or, if the circulation pumps fail, there is a risk of steam formation in the heat transfer system. This requires the installation of safety valves, pressure monitoring devices and the like

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten Kollektoren zu beheben. Durch die 13rfindung sollen die Wärmeverluste reduziert, kurzzeitige Sonnenscheinperioden und geringe Einstrahlungsintensitäten durch kurze Ansprechzeit gut ausgenutzt und die Frostempfindlicllkeit beseitigt werden, womit die sehr wünschenswerte breite Anwendung der Solartechnik erleichtert wfiirde.The invention is based on the above-described disadvantages to fix the known collectors. Through the 13rfindung the heat losses reduced, short-term sunshine periods and low irradiation intensities well used due to the short response time and the sensitivity to frost eliminated which facilitates the very desirable broad application of solar technology would.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung im wesen lichen darin, daß durch die Absorberplatte , die transpa- | rente(n) Scheibe(n), welche versetzt gegeneinander angeordnet sind oder an eiiier Seite einen jeweils in Bezug auf die gegenüber Liegende Scheibe oder Plattc versetzten Schlitz oder eine | Öffnung auf-weisen, und die cjußereil Isolierungen ein mehrfach übereinander verlaufendes Kanalsystem gebildet ist, durch ,welclies Luft oder dergleichen Gase mittels wenigstens eines Ventilators derart umgewälzt wird, daß die Luft od. dgl. in abgekühltem Zustand dem äußersten, unter der sonnenseitigen Abdeckung verlaufenden Kanal strang zugeführt und nach Erwärmung an den transpareiiten Sciieibcn und der Absorberplatte über den | an der Absorberplatte gelegenen Kanalstrang abgeführt wird.The solution to this problem consists in the wesen union according to the invention that through the absorber plate, the transparent | pension (n) disk (s), which are arranged offset from one another or one on each side with respect to the opposite disc or plate offset slot or a | To-have opening, and the cjußereil insulation a multiple on top of each other running channel system is formed by which air or similar gases is circulated by means of at least one fan such that the air or the like. in the cooled state, the outermost one, which runs under the cover on the sun side Channel strand fed and after heating to the transpareiiten Sciieibcn and the Absorber plate over the | The duct section located on the absorber plate is discharged will.

Als Wärmeträger wird statt Wasser Luft benutzt. Dabei bilden das schwarze Absorberblech und die sonnenseitigen Abdeckungen aus Infrarotstrahlen-absorbierendem normalem Fensterglas als Wärmeaustauschflächen einen mehrfach gegenläufigen ICanal, in den die Luft zirkuliert. Instead of water, air is used as a heat transfer medium. Thereby form the black absorber sheet and the sun-side covers made of infrared radiation absorbing material normal window glass as heat exchange surfaces an IC-channel running in opposite directions, in which the air circulates.

Die Zirkulation wird durch. einen l:leinen Ventilator bewirkt, wobei die Luft über mindestens zwei Rippenrohr-Wärmeaustauscher von unterschiedlichem Temperaturniveau geleitet wird. The circulation is through. causes a l: linen fan, whereby the air through at least two finned tube heat exchangers of different Temperature level is passed.

Der sekundäre Wärmeträgerkreislauf wird wie üblicht mit Wasser betrieben, wobei die von außen mitLuft beaufschlagten Wärmeaustauscher mit einem Wärmespeicher durch Zuleitungen verbunden sind. Der Wärmespeicher weist unterschiedliche Temperaturen auf, wobei der Wärmeaustauscher mit niedrigem Temperaturniveau mit dem untersten Teil des 1rarrnespeichers verbunden ist, wo sich das kältere Wasser ansammclt und der Wärmeaustauscher mit höherem Temperaturniveau mit dem oberen Teil des Wärmespeichers, wo sich das Wasser mit höherer Temperatur befindet. The secondary heat transfer circuit is operated as usual with water, the heat exchangers exposed to air from the outside with a heat accumulator are connected by leads. The heat accumulator has different temperatures on, the heat exchanger with low temperature level with the lowest Part of the error memory is connected, where the colder water is accumulates and the heat exchanger with a higher temperature level with the upper part of the heat storage tank, where the water with a higher temperature is located.

Dic Luft zirkuliert dergestalt, daß sie nach Vcrlassen des Wärmeaustauschers niedrigen Tcmperaturniveaus zunächst der sonnensciigen Abdeckung entlangströmt und diese auf relativ niedriger Temperatur von ca. 20 bis 30°C hält. Danach wird die Luft unter gloichzeitiger Erwärmung durch das von den Glasplatten oder dergl. In iraro ts trailea-absorbi erendem Material teilweise geformte Kanal-System gelenkt und umgeleitet. Schließlich erreicht die Luft das Absorberblech, wo sie sich - bercits vorgewärmt - je nach Einstrahlungsintensität und Luftgescllwindigkeit weiter erwärmt. Danach gibt sie ihre Wärme im Wärmeaustauscher mit dem höheren Temperaturniveau an das hier zirkulierende Wasser ab. Die Regelung spricht in mehreren Stufen an. Bei Inbetriebnahme oder geringerer Einstrahlung arbeitet nur der Wärmeaustauscher niedrigeren Temperaturniveaus. Dadurch wird das Temperaturniveau des kälteren Tcils des Wärmespeichers angehoben. Bei Ansteigen der Lufttemperatur nach Erwärmung des Kollektors oder bei größeren Strahlungsintensitäten wird der Wärmeaustauscher mit höherem Temperaturniveau in Betrieb gesetzt, wodurch das bereits vorgewärmte Wasser aus dem kälteren Teil des Wärmespeichers weiter aufgewärmt und auf vorgegebenes Temperaturniveau gebracht wird. Durch die zumindest zwei Temperaturstufen des Systems wird die gesamte Sonnenenergi die auf den Kollektor auftrifft, bestmöglich verwertet, sofern der Absorber eine Temperatur von ca. 30°C erreicht, was selbst bei starker Bewölkung und Regen tagsüber meist der Fall ist.The air is circulated in such a way that it will after leaving the heat exchanger low temperature level flows along the sun-sciigen cover and keeps this at a relatively low temperature of approx. 20 to 30 ° C. After that, the Air with global warming by the glass plates or the like. In iraro ts trailea-absorbing material partially directed channel system and redirected. Eventually the air reaches the absorber sheet, where it - bercits preheated - further heated depending on the radiation intensity and air velocity. Then it gives its heat in the heat exchanger with the higher temperature level to the water circulating here. The regulation responds in several stages. During commissioning or when there is less irradiation, only the heat exchanger works lower temperature levels. This increases the temperature level of the colder Tcil of the heat storage tank raised. If the air temperature rises after the Collector or in the case of greater radiation intensities, the heat exchanger is also used higher temperature level put into operation, whereby the already preheated water from the colder part of the heat storage tank further warmed up and set to the specified Temperature level is brought. Thanks to the system's at least two temperature levels the entire solar energy that hits the collector is used in the best possible way, provided the absorber reaches a temperature of approx. 30 ° C, which is usually the case during the day even with heavy cloud cover and rain.

Bei überwiegendem Vorherrschen von niedrigen Einstrahlungsintensitäten, beispielsweise morgens und abends oder stark wolliigem Wetter kann wasser bis zu Temperaturen von etwa 30°C bei besten Kollektorwirkungsgraden erzeugt werden, welches sehr vorteilhaft durch Wärmepumpen auf das Brauchwasserniveau von ca. 450C angehoben werden kann, oder bei der Zunahme der StraIilungsintensität leichter infolge der Vorerwärmung auf das vorgegebene Temperaturniveau gebracht werden kann. Durch die Verwendung von Luft im Primar-lErmetragerkreislauf und die Bildung der Zirkulationskanäle aus Lichtstrahlen bzw. Infrarotstrahlen absorbierendem Material, sowie die Anordnung von Wärmeaustauschern in mindestens zwei Temperaturstufen werden folgende Vorteile erreicht: Die Trägheit (Anspruchzeit) des Kollektors ist minimal, da das primäre System kein Wasser oder dergl. Wärmeträgermedien enthält, das in platten- oder röhrenförmigen Netallkollektoren, die meist ein erheb-liches Gewicht aufweisen, aufgewärmt werden muß. Durch die unterschiedlichen Temperaturniveaus wird praktisch jede Einstrahlungsintensität in Verbindung mit dem temperaturgeschichteten Wärmespeicher bei optimalen Wirkungsgrad genutzt. Durch die niedrige Temperatur der entlang der äußeren Abdeckung geführten Luft wid die Außentemperatur des Kollektors relativ kühl gehaltert, womit die Wärmeverluste (Strahlung, Konvektion, Wärmeleitung), welche alle mit der Temperaturdifferenz steigen, minimiert werden.If there is a predominance of low irradiation intensities, For example, mornings and evenings or very woolly weather can water up to Temperatures of about 30 ° C can be generated with the best collector efficiency, which very advantageously raised to the service water level of approx. 450C by means of heat pumps can become, or with the increase of the radiation intensity easier as a result of the Preheating can be brought to the specified temperature level. Through the Use of air in the primary transfer circuit and the formation of the circulation channels of light rays or infrared rays absorbing material, as well as the arrangement of heat exchangers in at least two temperature levels will have the following advantages achieved: The inertia (loading time) of the collector is minimal, since the primary System does not contain water or the like. Heat transfer media in plate-shaped or tubular Metallic collectors, which are usually very heavy, are warmed up got to. Due to the different temperature levels, practically every irradiation intensity is achieved in connection with the temperature-stratified heat storage with optimal efficiency utilized. Due to the low temperature of the run along the outer cover Air keeps the outside temperature of the collector relatively cool, which reduces heat losses (Radiation, Convection, heat conduction), which all increase with the temperature difference, minimized will.

Der Wärmeaustausch zwischen der in dem Kanalsystem zirkulierenden Luft und dem Wasser in dem Wärmespeielier kann abcr - bei ansonsten grundsätzlich gleiciier Wirkungsweise - auch so vorgesehen scin, daß der Kreislauf der Luft od. dgl. mittels isoliertcr Rohrleitungen über den rn it weiiigsteiis einem Wärmeaustauscher für die Luft ausgerüsteten Wärmespeicher geleitet ist.The heat exchange between those circulating in the duct system Air and the water in the heat accumulator can abcr - otherwise in principle same mode of action - also provided so that the circulation of air od. The like by means of insulated pipelines over the partially a heat exchanger for the air equipped heat storage is conducted.

Der Wärmeaustauscher in dem Wärmespeicher durchsetzt dabei die Temperaturzone mit der tiefsten Temperatur und wenigstens eine Temperaturzone höherer, vorzugsweise der höchsten Temperatur; natürlich können auch mehrere entsprechende Wärmeaustauscher in den verschiedenen Temperaturzonen vorgesehen sein.The heat exchanger in the heat accumulator penetrates the temperature zone with the lowest temperature and at least one temperature zone higher, preferably the highest temperature; Of course, several corresponding heat exchangers can also be used be provided in the various temperature zones.

Da also bei dieser Ausführungsform der Wärmeaustauscher (bzw.Since in this embodiment the heat exchanger (or

die Austauscher) für die Luft unniittelbar in dem Wärme speicher vorgesehen ist, also aus dem Wärmespeicher kein Kühlwasser zu dem Kollektor bzw. dem dort aufgestellten Wärmeaustauscher (bzw. aufgestellten Wärmeaustauschern) herangeführt zu werden/, man spart also die entsprechenden Rohrleitungen und Pumpen.the exchanger) for the air is provided directly in the heat storage, so no cooling water from the heat storage to the collector or the heat exchanger installed there (or installed heat exchangers) to be brought up /, so you save the corresponding pipelines and pumps.

Es sei erwähnt, daß das aus den vor- und zurückversetzten Scheiben und Platten auf einfache Weise gebildete Kanalsystem auch vorteilhaft eingesetzt werden kann, wenn wie bisher meist Wasser als Wärmeträger benutzt wird, jedoch erreicht man dann die spezifischen, geradc auf der Luft als Wärmeträger bcruh-enden Vortcile natürlich nicht.It should be mentioned that this consists of the front and rear disks and panels in a simple manner formed channel system also advantageously used can be achieved if, as before, mostly water is used as a heat transfer medium then the specific vortices which rest on the air as a heat transfer medium of course not.

Das für die herstellung der Kollektoren verwendete Material, wie Glasscheiben, Absorberbleche, Isolierplatten, kann in Massenproduktion billig hergestellt werden. Die erfindungsgcmäßen Kollelctorcji sind wegen des Eiitfalls von Piiren oder dergl. für ciii flüssiges Wärmeträgersystem sehr leicht. Das Gewicht kann durch Verwendung von Folien statt Glasscheiben noch weiter redu iert werden. Dics ermöglicht große. fläcliige Kollektoren bis zu 10 und mehr qm, wodurch der Aufwand an Seitenisolierungen reduzier und die Montage erleichtert wird. Dies gilt auch im Hinblick au die Kosten für dieVentilatoren und die Wärmeaustauscher, die umsoweniger ins Gewicht fallen, je größer die Kollektoreinheit flächenmäßig ist. Das System benötigt keiiie Sicherheitsvorrichtungen da e eine Dampfbildung praktisch ausgeschlossen ist.The material used for the manufacture of the collectors, such as panes of glass, Absorber sheets, insulating panels, can be mass-produced cheaply. The Kollelctorcji according to the invention are because of the collapse of Piiren or the like. very easy for ciii liquid heat transfer system. The weight can be increased by using can be further reduced by using foils instead of panes of glass. Dics allows great. Flat collectors up to 10 and more square meters, eliminating the need for side insulation and assembly is made easier. This also applies to costs for the fans and the heat exchangers, which are less important, the larger the area of the collector unit. The system does not require any safety devices since the formation of steam is practically impossible.

Die Gefahr von Leckagen ist gering. Es besteht keine Frostgefahr für das Wärmeträgermedium des Sekundäkreislaufes, da die Wärmeaustauscher frostgeschützt untergebracht werden können, , etwa unter den Kollektoren im Dachraum.The risk of leaks is low. There is no risk of frost for the heat transfer medium of the secondary circuit, as the heat exchangers are frost-protected can be accommodated, for example under the collectors in the attic.

Die bislang bekannten Kollektoren mit Luft als Wärmeträgermedium z. B. von Denovan-Bliss, Löf, Francia arbeiten alle nach einem anderen Prinzip unter Verwendung von Frischluft als Wärmeträgermedium ohne primäre oder sekundäre Kreisläufe und ohne die vorgeschlagene Ausnutzung unterschiedlicher Strahlungsintensitäten durch Wärmeträger von unterschiedlichem Tcmperaturniveau durch Verbindung mit einem Wärmespeicher.The previously known collectors with air as the heat transfer medium z. B. von Denovan-Bliss, Löf, Francia all work according to a different principle Use of fresh air as a heat transfer medium without primary or secondary circuits and without the proposed use of different radiation intensities by means of heat carriers of different temperature levels through connection with a Heat storage.

Besonders intcressallt ist die Gewinnung von Niedertemperaturwärme bei Einbeziehung von Wärmepumpen in das System. hierdurch Icann ohne Verwendung von Kühltürmen oder ohne Zufluß von Kühlwasser aus Flüssen, Seen oder aus dem Grundwasser ein sehr wirtschaftlicher Betrieb durch Verwendung der Niedertemperaturenergie aus den Kollektoren für das Verdampfersystem der Wärmcpumpe ermöglicht werden. Dabei empfiehlt es sich, den Verdampfer im unteren Teil des Wärmespeichers unterzubringen und dell Kondensator im oberen Teil eines Doppelmantelboilers odcr dcrgl.The extraction of low-temperature heat is particularly important at Inclusion of heat pumps in the system. as a result, Icannot use Cooling towers or without inflow of cooling water from rivers, lakes or from the groundwater a very economical operation through the use of low-temperature energy the collectors for the evaporator system of the heat pump are made possible. Included it is recommended to place the evaporator in the lower part of the heat storage tank and the condenser in the upper part of a double jacket boiler or the like.

Die Abdeckung der erfindungsgemäßen Kollektoren kann auf bekannte Weise durch zweifach-Glasscheiben oder Kunststoffplatten erfolgen. Die Rückseite des Absorberblechs kann durch unbrennbare Isoliermantel oder Kunststoffschäume thermisch isoliert werden. Bei voller Aufladung des WärmespeiclIers etwa im Sommer, bei Abwesenheit der Bewohner eines Hauses, oder während langer Sonnenscheinperiodell kann der Kreislauf für die Luft durch Klappen mit der Außenluft in Verbindung gebraucht werden, wobei der Ventilator in Verbindung mit einem Thermostaten die Ubertemperatursicherung bewirkt. Zur Erreichung eines bessercn Wärmeübergangs kann das Absorberblech gewellt oder mit Rippen versehen sein.The cover of the collectors according to the invention can be known Way done by double panes of glass or plastic sheets. The backside the absorber sheet can be thermally through non-combustible insulating jacket or plastic foams to be isolated. When the heat storage device is fully charged, for example in summer, when you are absent the resident of a house, or during long periods of sunshine, can circulate for the air are used in connection with the outside air through flaps, whereby the fan in connection with a thermostat the overtemperature protection causes. To achieve a better heat transfer, the absorber sheet can be corrugated or be ribbed.

Nac hfolgeild werden ein gebräulicher Plattenkollektor, sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen beschrieben: Fig. l zeigt einen Plattenkollektor einfachster Ausführung, Fig. 1 zeigt einen Plattenkollektor einfachster Ausführung, wobei die Absorberplatte mit 1 bezeichnet ist, die Wasserführungen für die Übertragung der Wärmeenergie mit 24 die Rück- und Seitenisolation zur Isolierung gegen Wärmeleitungs-und Konvektionsverluste mit 3 und die Abdeckung mit 4.A common plate collector and examples are shown below of the invention with reference to schematic drawings: Fig. 1 shows a plate collector simplest execution, Fig. 1 shows a plate collector of the simplest Execution, wherein the absorber plate is denoted by 1, the water ducts for the transfer of thermal energy with 24 the back and side insulation for insulation against heat conduction and convection losses with 3 and the cover with 4.

In der schematischen Zeichnung Figur II ist das insgesamt mit 1 bezeichnete Absorberblech rückseitig und seitlich mit Abstand zur Bildung cincs Luftkanals 9 durch Isolierschichten 8 isoliert. Das Kanalsystem wird gebildet durch die Absorberplatte 3, di e Infrarotstrahlen-absorbierenden Glasscheiben 2 und 3, die Abdeckung 4, sowie e wie vorerwähnt durch die Isolierung 8.In the schematic drawing of FIG. II, this is designated as a whole by 1 Absorber sheet on the back and sides with a gap to form the cincs air duct 9 isolated by insulating layers 8. The channel system is formed by the absorber plate 3, the infrared ray absorbing glass sheets 2 and 3, the cover 4, as well as e as mentioned above by the insulation 8.

Im Kanalsystem sind Wärmeaustauscher 5, 6 angeordnet, welche durch Rohrleitungen 5a, 5b und 6a, Gb, mit einem Wärmespeicher 12 in Verbindung stehen. Die Luftzirkulation bewirkt ein Ventilator 7. Es könnte aber auch für jeden Wärmeaustauscher ein gesonderter Vcntilator vorgesehen sein, wodurch die Betriebssiclierlieit erhöht wird, weil beim Ausfall eines Ventilators immer noch der andere arbeitet. Günstig ist, daß die Absor oberplatte beidseitig von der Luft umströmt wird.In the channel system heat exchangers 5, 6 are arranged, which through Pipelines 5a, 5b and 6a, Gb, are connected to a heat accumulator 12. The air circulation is caused by a fan 7. It could also be used for every heat exchanger a separate fan can be provided, which increases the operating safety because if one fan fails, the other will still work. Cheap is that the absorber top plate is flowed around on both sides by the air.

Die Zirkulation des Wassers zwischen Wärmespeicher 12 und den Wärmeaustauschern 5, 6 bewirken Umwälzpumpen 19, 20. Eine tberhitzungssicherung stellen die Klappen 14 dar, welche bei Uberschreiten vorgegebener Temperaturen oder Außerbetriebsetzung des Kollektors geöffnet werden. Zur Sicher.-heit ist der Wärmespeicher 12 mit einem Ausdehnungsgefäß 13 versehen.The circulation of the water between the heat accumulator 12 and the heat exchangers 5, 6 cause circulation pumps 19, 20. The flaps provide overheating protection 14 represent, which if predetermined temperatures are exceeded or shutdown of the collector can be opened. To be on the safe side, the heat accumulator 12 is provided with a Expansion vessel 13 provided.

In der schematischen Zeichnung Fig. III @@@ das System in Verbindung mit einer Wärmepumpe dargestellt@ @@ @ollektor 1 bis 7 überträgt die zirkulierende Luft die Wärmeenergie in zwei Stufen auf die Wärmeaustauscher 5, 6. Die Wärme wird durch Wasser über die Leitungen 5b, 6b dem Wärmespeicher 12 in zwei Temperaturstufen je nach Einstrahlungsintensität zugeführt.In the schematic drawing Fig. III @@@ the system in connection shown with a heat pump @ @@ @ collector 1 to 7 transfers the circulating Air the heat energy in two stages to the heat exchangers 5, 6. The heat is by water via the lines 5b, 6b to the heat accumulator 12 in two temperature levels depending on the irradiation intensity.

Bei lang anhaltenden Schlechtwetterperioden wird die Wärmepumpe 15 zugeschaltet, welche unter Entnahme der Energie aus dem Wärmespeicher 12 durch den Verdampfer 14 das Warmwasserniveau im Boiler 17 durch den Kondensator 16 auf etwa 60 bis 70°C anhebt.During long periods of bad weather, the heat pump is 15 switched on, which takes the energy from the heat accumulator 12 through the Evaporator 14 the hot water level in the boiler 17 through the condenser 16 to about 60 to 70 ° C.

Das Drosselventil des Wärmepumpensystems ist mit 18 bezeichnet. The throttle valve of the heat pump system is designated by 18.

Im Winter kann eine Zusatzheizung 21 das Wärmedefizit in unseren Breiten überbrücken. In winter, additional heating 21 can reduce the heat deficit in our Bridging widths.

Fig. IV zeigt ebenfalls schematisch eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei besonders die Zuordnung der einzelnen Teile der Vorrichtung zu den einzelnen Teilen des Hauses ersichtlich ist. Der Kollektor mit dem Kanalsystem 1, 2, 3, 4 ist in der Dachfläche des Hauses eingebaut. Auf dem Dachboden sind die Wärmeaustauscher @, @ aufgestellt, denen zur Kühlung der durch das Kanalsystem umgewälzten Luft Wasser aus dem Wärmespeicher 12 zugeführt wird,und zwar wie beschriebenen aus verschiedenen Temperaturzonen. Der Wärmespeicher erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des - eingeschossig angedeuteten - Hauses, von unten bis zum Dachraum. Durch diese große Höhe wird die Temperaturschichtung begünstigt. Fig. IV also shows schematically a further variant of the invention Device, especially the assignment of the individual parts of the device to the individual parts of the house can be seen. The collector with the duct system 1, 2, 3, 4 is built into the roof of the house. They're in the attic Heat exchangers @, @ installed, those for cooling the circulated through the duct system Air water is supplied from the heat accumulator 12, as described from different temperature zones. The heat accumulator extends essentially over the entire height of the - single-storey indicated - house, from the bottom to the Attic. The temperature stratification is favored by this great height.

Claims (1)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zur solaren Erwärmung von Wasser mit einer der Sonnemstrahlung ausgesetzten, sonnenseitig durch eine oder mehrere im Abstand voneinander angeordneten transparente Scheiben abgedeckten Absorberplatte, wobei die Scheibe bzw. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Device for solar heating of water exposed to solar radiation, on the sunny side by an or several spaced apart transparent panes covered absorber plate, where the disc resp. Scheiben randlich und die Absorberplatte randlich und rückseitig gegen die Umgebung thermisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Absorberplatte (1), die transparente(n) Scheibe(n) (2, 5, 4). welche versetzt gegeneinander angeordnet sind oder an einer Seite einen jeweils in Bezug auf die gegenüberliegende Scheibe oder Platte versetzten Schlitz oder eine Öffnung aufweisen, und die äußeren Isolierungen (8) ein mehrfach übereinander verlaufendes Kanalsystem gebildet ist, durch welches Luft oder dergleichen Gase mittels wenigstens eines Ventilators (7) derart umgewälzt wird, daß die Luft od. dgl. in abgekühltem Zustand dem äußerste@ unter der sonnenseitigen Abdeckung (4) verlaufenden Kanalstrang zugeführt und nach Erwärmung an den transparenten Scheiben und der Absorberplatte über den an der Absorberplatte (1) gelegenen Kanalstrang abgeführt wird.Panes on the edge and the absorber plate on the edge and on the back against the surroundings are thermally insulated, characterized in that the absorber plate (1), the transparent pane (s) (2, 5, 4). which are offset against each other are or on one side one each with respect to the opposite disc or plate have an offset slot or opening, and the outer insulation (8) a multiple superposed channel system is formed through which Air or similar gases are circulated in this way by means of at least one fan (7) is that the air od. Like. In cooled State to the extreme @ under the sun-side cover (4) running duct strand fed and after Heating on the transparent panes and the absorber plate via the one on the absorber plate (1) located sewer system is discharged. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß iii dem Kanalsystem oder daran anschließend mindestejjs zwei Wärmeaustauscher (@, @) angeordnet sind, wovon @ner (5) mit der kälteren Temperaturzone und mindestens ein weiterer (6) mit der wärmeren Temperaturzone eines Wasser od. dgl. enthaltenden Wärmespeichers (12) durch Rohrleitungen verbunden sind, und daß die als dem mit dem kälteren Wasser od. dgl. beaufschlagten Wärmeaustauscher kommende Luft zunächst dem äußersten, unter der sonnenseitigen Abdeckung (4) verlaufenden Kanalstrang zugeführt ist und nach Erwärmung ihre Wärme-Energie an den zweiten oder die weiteren Wärmeaustauscher (6), in welchen das von der wärmeren Temperaturzone des Wärmespeichers kommende Wasser od. dgl. zirkuliert, abgibt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the iii Channel system or at least two heat exchangers (@, @) connected to it are, of which @ner (5) with the colder temperature zone and at least one further (6) with the warmer temperature zone of a water or the like. Containing heat storage (12) are connected by pipelines, and that those than the one with the colder water Od. The like. Acting on the heat exchanger coming air first to the outermost, under the sun-side cover (4) running ductwork is fed and after Warming your heat energy to the second or further heat exchanger (6), in which the water coming from the warmer temperature zone of the heat accumulator or the like. Circulates, releases. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf der Luft od. dgl. mittcls Isolierter Rohrleitungen über einen mit wenigstens einem Wärmeaustauscher flir die Luft od. dgl. ausgerüsteten Wärmespeicher geleitet ist, wobei der Wärmeaustauscher verschiedene Temperaturzonen des Wärmespeichers durchsetzt bzw. in entsprechende mehrere Wärmeaustauscher unterteilt ist.5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the circuit the air or the like by means of insulated pipelines via one with at least one Heat exchanger for the air or the like. Equipped heat storage is routed, wherein the heat exchanger penetrates different temperature zones of the heat accumulator or in corresponding several heat exchangers is divided. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Scheiben (2, 3) sowie die Abdeckung (4) aus Fensterglas oder Kunststoffolien bestehen.4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the transparent panes (2, 3) and the cover (4) made of window glass or Plastic foils exist. 5. Vorrichtung nach weiiigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch geliennzeiclmet, daß die geschwärzte Absorberplatte (1) aus Stahl, Leichtmetall oder Kunststoff besteht.5. Device according to Weii at least one of claims 1 to 4, characterized geliennzeiclmet that the blackened absorber plate (1) made of steel, light metal or plastic. 6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwärzte Absorberplatte zur Erreichuiig eines besseren Wärmeübergangs eine gewellte oder gerippte Oberfläche aufweist.6. Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the blackened absorber plate to achieve a better one Heat transfer has a corrugated or ribbed surface. 7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Wärmeaustauschern (5, 6) luftseitig Tliermostate zugeordnet sind, durch welche je nach Temperatur der im Kanalsystem zirkulierenden Luft die Wasserzuführung aus den verschiedenen Temperaturzonen des Wärme speichers zu den liärmeaustauschern zu- oder abgeleitet wird.7. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heat exchangers (5, 6) air-side thermostats are assigned through which, depending on the temperature of the circulating in the sewer system Air the water supply from the different temperature zones of the heat storage is supplied or discharged to the noise exchangers. 8. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmespeicher (12) eine Wärmepumpe (15) zugeordnet-ist, deren Verdam«erteil (14) sich unten in der kälteren Zone des Wärmespeichers befindet und deren Kondensatorteil (16) im oberen Teil eines mit dem Wärmespeicher verbundenen Boilers (1g) angeordnet ist.8. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a heat pump (15) is assigned to the heat accumulator (12), whose Verdam «grant (14) is located at the bottom in the colder zone of the heat accumulator and its condenser part (16) in the upper part of one connected to the heat accumulator Boilers (1g) is arranged. 9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Temperaturschichtung im Wärmespeicher in den Rücklaufleitungen, welche von den Wärmeaustauschern (5, 6) kommen, Temepraturregler angeordnet sind, die das Wasser je nach Temperatur dem relativ wärmeren oder kälteren Teil der Temperaturzonen zuführen.9. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that for controlling the temperature stratification in the heat accumulator in the return lines, which come from the heat exchangers (5, 6), temperature regulators are arranged that the water depending on the temperature is relatively warmer or colder Feed part of the temperature zones.
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