DE19609001A1 - Vorrichtung zum Erwärmen eines Mediums - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Er­ wärmen eines Mediums, insbesondere Wasser, welches durch zumindest eine Leitung strömt, wobei die Leitungen einem Profilelement zugeordnet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung.

Heutzutage wird Sonnenenergie zum Erzeugen von anderer Energie verwendet. Dabei sind mehrere Möglichkeiten der Energiegewinnung denkbar. So können bspw. Parabolre­ flektoren Sonnenstrahlung bündeln und in deren Brennpunkt eine hohe Wärme erzeugen, welche mittels eines Energiewandlers zu Strom transformiert wird. Jedoch sind auch Vorrichtungen zum Erwärmen von Wasser bekannt, bei welchen Leitungen auf oder unter Dächer gelegt sind, um die abgegebene Wärme bspw. der Dachziegel zum Erwärmen von Wasser zu nutzen. Dieses erwärmte Wasser kann einerseits eine Heizung eines Gebäudes oder aber auch das Brauchwasser für den täglichen Bedarf erhitzen.

Gerade heutzutage ist die Energiegewinnung aus alternativen Energiequellen von großer Bedeutung, da herkömmliche Ressourcen wie Erdölquellen, Erdgas oder Braunkohle begrenzt sind.

Bei den herkömmlichen, bisher auf dem Markt bekannten Vor­ richtungen wird zwar mittels Sonneneinstrahlung ein Wärmeaustausch eines in einer Leitung geführten Mediums, insbesondere Wasser, möglich, jedoch ist deren Wirkungs­ grad und Ausnutzung bisher ungenügend. Außerdem wurden bspw. vorwiegend nur einzelne Dachbereiche eines Gebäudes mit diesen herkömmlichen Wärmetauschern versehen, so daß auch hier nur ein begrenzter Gewinn an Wärme zu verzeichnen ist.

Ferner ist nachteilig, daß der Wirkungsgrad solcher Vor­ richtungen sehr schlecht ist.

Es sind zwar Vorrichtungen bekannt, die bspw. mittels einer Vielzahl parabolförmigen Mulden arbeiten, allerdings sind diese sehr teuer und können im Gegensatz dazu nicht in her­ kömmliche Dachkonstruktionen bzw. Gehäuseverkleidungen ein­ gesetzt oder nachgerüstet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die o.g. Nachteile besei­ tigt und mit einem besonders hohen Wirkungsgrad arbeitet, wobei Herstellungs- und Montagekosten erheblich reduziert sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Leitungen in Mulden in dem Profilelement geführt und diese von einer Abdeckung überdeckt sind.

Diese Erfindung gestattet, daß herkömmliche Profilelemente, welche als Dach oder auch als Gebäudeverkleidung verwendet werden, als Aufnahme für entsprechende Leitungen dienen. Diese Profilelemente sind bevorzugt trapez-, dreieck-, bzw. wellenartig ausgebildet und weisen einzelne alternierend angeordnete Erhebungen und Mulden auf. In solche Mulden werden zwischen jeweils zwei benachbarten Erhebungen Leitungen eingelegt, welche von einem Medium, insbesondere Wasser, durchströmt werden.

Damit eine Wärmeübertragung von Wärmestrahlung auf die Leitungen optimiert ist, wird das Profilelement mit einer Abdeckung versehen. Zwischen zwei Erhebungen des Profilelementes ist in die Abdeckung ein durchsichtiges Element, insbesondere Glas, eingesetzt. Dieses Glas ist großflächig über der Leitung angeordnet und verschließt die zwischen zwei Erhebungen des Profilelementes gebildete Mulde, so daß ein Raum entsteht. Dieser Raum wird durch Wärmestrahlung, verstärkt durch das Glas, aufgeheizt, wobei direkt und auch durch Konvektion eine Wärmeübertragung auf die Leitung stattfindet. Die Wärme wird dann von der Leitung auf das flüssige, durchströmende Medium übertragen und kann so in einem Wärmetauscher od. dgl. zu Energie umgewandelt oder zum Beheizen eines Raumes aber auch zum Erwärmen von Brauchwasser verwendet werden.

Wird bspw. ein geschliffenes oder leicht gewölbt ausgebil­ detes Glas verwendet, so kann die Licht- bzw. Wärmeein­ strahlung durch das Glas direkt auf die Leitung gebündelt werden, so daß ein unmittelbares Erhitzen der Leitung möglich ist.

Bei starker Sonneneinstrahlung ist die Erwärmung des flüs­ sigen Mediums innerhalb der Leitung so stark, daß das Was­ ser innerhalb der Leitungen verdampft und der Druck an­ steigt. In diesem Fall kann dann eine Expansionsmaschine zum Erzeugen von Strom an das System angeschlossen werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung ist die Abdeckung ohne Glas durchgehend ausgebildet und erwärmt den darunterliegenden Raum in der Mulde. Eine Wärmeübertragung erfolgt dann durch Konvektion an die Leitung und damit an das durchströmende Medium. In diesem Fall wäre die Abdeckung besonders dunkel und matt ausgebildet, um ein möglichst hohes Maß an Absorption zu erlangen.

Bevorzugt weist das Profilelement ein oberes und ein unte­ res Profil auf, welche baugleich ausgestaltet sind, wobei dazwischenliegend eine Isolierschicht vorgesehen ist. In sofern unterbleibt ein Energietransport durch das Profil­ element in den Innenraum.

Jedoch soll auch vom vorliegenden Erfindungsgedanken umfaßt sein, daß das Profilelement aus nur einer Schicht besteht und die von einem Raum innen abgegebene, nach oben getragene Wärme gleichzeitig die Mulden von unten erwärmt.

Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch, daß die Abdeckung die Erhebungen des Profilelementes übergreift. Bevorzugt im oberen Bereich der Erhebung paßt sich die Abdeckung an das Profil der Erhebung an. Ist die Abdeckung im Bereich der Erhebung fest mit dem Profilelement verbunden, so erhöht sich zusätzlich dessen Stabilität.

Mit der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung ge­ schaffen, welche herkömmliche, wellenartige Profile aus dreieck-, halbschalen-, trapezförmigen, rechteckartigen od. dgl. Profile nutzt, um mittels einer Abdeckung und Leitun­ gen ein System zu bilden, welches zum Erwärmen und Gewinnen von Energie nützlich ist. Der wesentliche Vorteil aller­ dings ist, daß herkömmliche Dächer oder Wandverschalungen leicht und kostengünstig umgerüstet werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von einem Fluid, insbesondere Wasser mittels Sonnenenergie;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße schematisch dargestellte Anschlußmöglichkeit von Zufuhr und Abfuhr des Mediums beim Durchströmen der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung R ein Profilelement 1 auf, welches auf einem Träger 2 aufliegt. Das Profilelement 1 ist bevorzugt als Trapezblech aus­ gebildet und wird oft als Dach, Abdeckung, Wandverkleidung od. dgl. für ein Gebäude verwendet. Eine besonders wirkungsvolle Ausgestaltung erhält das Profilelement 1, wenn dieses aus einem oberen Profil 3 und einem dazu symmetrisch ausgebildeten und beabstandeten unteren Profil 4 besteht, wobei zwischen oberem Profil 3 und unterem Profil 4 eine Isolierung 5 vorgesehen ist. Durch diese Bauweise erhält das Profilelement 1 eine höhere Stabilität. Zudem wird ein Aus- bzw. ein Eintreten von Wärme in oder aus einem Raum erheblich verringert.

Damit Regenwasser, welches von außen auf das Profilelement 1 trifft, ablaufen kann, kann dieses schräg geneigt als Dach eines Gebäudes angeordnet sein.

Das Profilelement 1 ist, wie dargestellt, wellenartig aus­ gebildet. Dabei kann das Profilelement aus herkömmlichen trapezartigen, dreieckförmigen oder auch abgerundet ausgebildeten Formen bestehen. Zwischen einzelnen Erhebungen 6 des Profilelementes 1 ist jeweils in eine Mulde 7 zumindest eine Leitung 8 eingelegt. Diese Leitung 8 dient zum Führen eines Mediums, insbesondere Wasser.

Erfindungsgemäß wird die Mulde 7 und die Erhebungen 6 von einer Abdeckung 9 überdeckt, wobei im Bereich zwischen den Erhebungen 6 in die Abdeckung 9 ein Glas 10 od. dgl. ein­ gesetzt ist. Dieses Glas 10 läßt Licht, insbesondere Sonnenstrahlung, in die Mulde 7, so daß dadurch der Raum, begrenzt von der Abdeckung 9, aufgeheizt wird. Diese Wärme wird auf die Leitung 8 bevorzugt konvektiv übertragen, die ein Fluid, insbesondere Wasser, transportiert, welches dabei erwärmt wird.

Um einen möglichst hohen Wärmeübergang zu schaffen, ist die Leitung 8 aus besonders wärmeleitendem Material wie bspw. Kupfer ausgebildet. Jedoch können auch hier Leitungen aus bspw. Zink, Metall, aber auch Kunststoff verwendet werden.

Auch liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die Leitungen 8 mit ggf. Lamellen versehen sind, um einen Wär­ meübergang von außen nach innen bzw. eine Wärmeleitfähig­ keit auch bei Konvektion zu erhöhen.

Damit die Abdeckung 9 auf das Profilelement 1 fixierbar ist, paßt sich diese im oberen Bereich der Erhebung 6 der äußeren Kontur des oberen Profiles 3 an. Somit ist einer­ seits ein geschlossener Raum zwischen dem Profil 3 und der Abdeckung 9 gebildet und andererseits wird die Stabilität des Profilelementes 1 in Verbindung mit der Abdeckung 9 erheblich erhöht.

Um den Wirkungsgrad der durch das Glas 10 eintretenden Strahlen in der Mulde 7 auf die Leitung 8 und damit auch auf das darin strömende Wasser zu erhöhen, soll vom vorliegenden Erfindungsgedanken umfaßt sein, daß das Glas 10 einen gewissen Schliff aufweist. Somit können Lichtstrahlen, welche durch das Glas 10 treten auf die Leitung 8 gebündelt ausgerichtet werden, um eine we­ sentlich höhere Erwärmung der Leitung 8 durch die Bündelung des Lichtes zu erlangen.

Auch wird eine Absorption der Wärmestrahlung durch die Leitung 8 verstärkt, wenn diese dunkel gefärbt ist. Durch diesen erhöhten Absorptionsgrad wird ein Wärmeaustausch bzw. eine stärkere Erwärmung des Wassers in der Leitung 8 gewährleistet. Es ist auch daran gedacht, die Innenflächen des Glases 10 mit Beschichtungen zu versehen, welche vom Profilelement 1 reflektierende Wärmestrahlung wieder reflektiert.

Dieses in den Leitungen 8 erwärmte Fluid wird von einer Wärmepumpe od. dgl. transportiert, so daß das erwärmte Wasser zum Heizen von Räumen, aber auch als erwärmtes Brauchwasser verwendet werden kann.

Bei sehr hoher Lichteinstrahlung wird das Wasser in den Leitungen 8 jedoch so stark erwärmt, daß des beim Durch­ strömen der Leitungen 8 die Siedetemperatur überschreitet und daher einem Energiewandler zugeführt werden kann, um bspw. Strom zu erzeugen.

Wichtig ist vor allem, daß ein herkömmliches Profilelement, welches bevorzugt als Trapezprofil auf dem Markt bekannt und erhältlich ist, mit einer entsprechenden erfindungs­ gemäßen Abdeckung 9 versehen wird.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 2 ist eine Vorrichtung R₁ gezeigt, welche wie oben beschrieben, ein Profilelement 1 aufweist, welches aus dem oberen Profil 3 und unteren Profil 4 mit dazwischen ange­ ordneter Isolierung 5 besteht.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel überdeckt und übergreift eine Abdeckung 9.1 die Erhebungen 6 des Profilelementes 1. Dabei werden die zwischen den Erhebungen 6 gebildeten Mulden 7 von der Abdeckung 9.1 verschlossen, so daß ein Hohlraum gebildet ist. In diesen sind ebenfalls wie oben beschrieben, jeweils Leitungen 8 eingelegt.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Abdeckung 9.1 zwischen zwei Erhebungen 6 durchgehend einheitlich und geschlossen ausgebildet und bevorzugt aus dunklen Werkstoffen hergestellt. Auch hier übergreift die Abdeckung 9.1 die Erhebung 6, um eine erhöhte Stabilität und ein sicheres, verschiebungsfreies Befestigen auf dem Profilelement 1 zu gewährleisten.

Wichtig bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch, daß die Abdeckung 9.1 Sonnen- bzw. Lichtstrahlen absorbiert und Wärme nach unten zur Mulde 7 hin abgibt.

Eine besonders wirkungsvolle Ausgestaltung der Erfindung ist auch dann gegeben, wenn bspw. auf das untere Profil 4 und die Isolierung 5 verzichtet wird, so daß ggf. auch die von einem Raum nach oben abgegebene Wärme zusätzlich zum Erwärmen der Leitungen 8 genutzt wird.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie mehrere Leitungen 8 von ei­ ner gemeinsamen Zuführleitung 11 gespeist werden. Dabei strömt das Medium von der Zuführleitung 11 in die jeweiligen Leitungen 8 und wird nach Durchströmen der Leitungen 8 bzw. nach dem Aufwärmen von einer Rückführleitung 12 gesammelt und zur Weiterverwendung abtransportiert. Wesentlich dabei ist, daß jede einzelne Leitung 8, welche in jeweils einer Mulde 7 liegt, separat von der Zuführleitung 11 gespeist wird, die gesamte Leitung 8 durchströmt und anschließend in eine gemeinsame Rückführleitung 12 mündet. Somit wird eine überall homogene Temperatur in der Rückführleitung 12 erreicht, was zur Weiterverwendung der Flüssigkeit von großem Vorteil ist. Gerade bei Brauchwasser, welches zum Waschen, Spülen, Baden verwendet wird, ist eine homogene Temperatur wün­ schenswert.

Denkbar ist allerdings auch hier, daß eine Leitung 8 in mehrere Mulden 7 eingelegt wird, bevor diese an die Rück­ führleitung 12 angeschlossen wird.

Dies ist dann der Fall, wenn die Länge der Leitung 8 in der Mulde 7 nicht ausreicht, um bei einer ganz gewissen Ström­ ungsgeschwindigkeit eine entsprechend geforderte Tempera­ turerhöhung zu erlangen. Somit kann auch einerseits über die Strömungsgeschwindigkeit, andererseits aber auch über die Länge der Leitungen 8 ein Temperaturanstieg geregelt werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Erwärmen eines Mediums, insbesondere Wasser, welches durch zumindest eine Leitung (8) strömt, wobei die Leitungen (8) einem Profilelement (1) zugedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (8) in Mulden (7) in dem Profilelement (1) geführt und diese von einer Abdeckung (9, 9.1) über­ deckt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abdeckung (9) im Bereich der Leitung (8) ein licht­ durchlässiges Element (10), insbesondere Glas, eingesetzt ist bzw. die Abdeckung (9, 9.1) zumindest teilweise aus einem transparenten Werkstoff besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Element (10) durch entsprechenden Schliff oder eine entsprechende Struktur Lichtstrahlung gebündelt auf die Leitung (8) lenkt.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilelement (1) aus einem oberen Profil (3) und einem unteren Profil (4) mit zwischenliegender Isolierung (5) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilelement (1) alternierend Erhebungen (6) und Mul­ den (7) aufweist, wobei den Mulden (7) die Leitungen (8) zugeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulden (7) von der Abdeckung (9, 9.1) überdeckt sind, wobei die Abdeckung (3, 3.1) eine äußere Kontur jeder Erhebung (6) übergreift.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abdeckung (9, 9.1) fest mit der Erhebung (6) des Profilelementes (1) verbunden ist und einen Hohlraum (Mulde 7) bildet.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilelement (1) wellen­ artig aus dreieckförmigen, abgerundeten, quadratischen, rechteck- oder trapezförmigen Profilen (3, 4) besteht, wobei das Profilelement (1) als Dach oder Wandverkleidung eines Gebäudes verwendbar ist.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Leitung (8) an einer gemeinsamen Zuführleitung (11) angeschlossen ist und jede Leitung (8) in eine gemeinsame Rückführleitung (12) mündet.

10. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Erwärmen eines Mediums, insbesondere Wasser, welches durch zumindest eine Leitung (8) strömt, wobei die Leitungen (8) einem Profilelement (1) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in das Profilelement (1) Mulden (7) eingeformt, in die Mulden die Leitungen (8) eingelegt und die Mulden mit zumindest einer Abdeckung (9, 9.1) überdeckt werden.