DE2638815A1 - Sonnenenergiewandler - Google Patents

Description

• Sonnenenergiewandler Die Erfindung betrifft einen Sonnenenergiewandler.
• Aufgrund der Energieverknappung in der Welt sind zahlreiche Vorrichtungen vorgeschlagen worden, um die Sonnenenergie auszunutzen. Zum Beispiel werden häufig Solarzellen verwendet, um elektrische Energie für Raumfahrzeuge zu erzeugen, Leider sind aber solche Vorrichtungen im allgemeinen zu teuer, um in größerer Verbreitung für Privathaushalte verwendet werden zu können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sonnenenergiewandler zu erschwinglichen Preisen zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Sonnenenergiewandler gelöst, der eine wärmeleitfähige Platte für das Aufnehmen der Strahlungsenergie aufweist, die mit einer geschäumten oder zellartigen Unterlage und mit Kanälen versehen ist, welche als Vertiefungen in der Oberfläche der Unterlage ausgebildet sind und der Durchleitung eines die Wärme von der wärmeleitfähigen Platte abführenden Fluids dienen.
• VorteiLhafterweise wird die Unterlage von einer Schicht eines inaktiven Schutzmaterials umhüllt, welches beispielsweise Polyvinylfluorid ist. Die Kanäle können als Vertiefungen in der Oberfläche der Unterlage ausgebildet sein, die mit der wärmeleitfähigen Platte vorzugsweise mittels eines wasserabstoßenden Klebstoffs verbunden ist.
• Das geschäumte oder zellartige Material der Unterlage kann mit einem Inertgas, wie etwa Stickstoff, gefüllt sein, um die Volumenabnahme der Unterlage zu verringern, falls die Vorrichtung eine lange Lebensdauer haben soll.
• Die Kanäle können in der Form eines einzigen mäanderförmig gewundenen Strömungsweges ausgebildet sein. In der Unterlage kann aber auch eine Reihe von Reservoirs vorhanden sein, bei denen die Flüssigkeit von einem Reservoir in das nächste rieselt, um so den Druckunterschied in der Flüssigkeit zwi schen dem Einlaß und dem Auslaß so klein-wie möglich zu halten.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines Sonnenenergiewandlers; Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wandler nach Fig. 1, nach der Linie A -Fig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sonnenenergiewandlers gemäß der Erfindung; Fig. 4 einen Querschnitt durch den Wandler nach Fig. 3; Fig. 5 einen vergrößert dargestellten Querschnitt durch einen der Kanäle des Wandlers nach Fig. 3 und 4.
• Der aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Sonnenenergiewandler weist ein quadratisches Kupferblech 6 auf, welches mit einer elastisch nachgiebigen Unterlage 1 versehen ist. Die Unterlage 1 kann ein Polyurethan-Schaumstofformteil sein oder beispielsweise aus einem Polyester- oder Polyätherschaumstoff bestehen.
• In der oben gelegenen Oberfläche der Unterlage 1 sind Vertiefungen 9, 10 und 11 vorhanden, die miteinander in Verbindung stehende Kanäle bilden. Die Kanäle sind mit einem Wassereinlaß 9' und mit einem Wasserauslaß 10' versehen.
• Das Kupferblech 6 und die Unterlage 1 werden durch einen wasserabstoßenden Klebstoff 8 zusammengehalten, der eine Schicht eines elastomeren Silikonklebstoffes sein kann.
• Der wasserabstoßende Klebstoff ist auf die gesamte oben gelegene Oberfläche der Unterlage 1 aufgebracht, so daß er auch die- Kanäle bedeckt und diese wasserdicht macht. Beim Einsatz ist das Kupferblech 6 auf seiner der Strahlung ausgesetzten Oberfläche zweckmäßigerweise geschwärzt, um die maximale Energieadsorption zu unterstützen. Diese geschwärzte Oberfläche wird dann der Sonne oder einer anderen Strahlungsenergiequelle ausgesetzt und dabei Wasser entweder mittels einer Pumpe oder unter der Wirkung der Schwerkraft langsam durch die Kanälelindurdigeleitet, die durch die Vertiefungen 9, 10 und 11 gebildet werden. Der Einlaß 9' und der Auslaß 10 der Kanäle können mit Behältern verbunden sein, die Teil eines häuslichen Warmwassersystems sind.
• Der aus Fig. 3 bis 5 ersichtliche Energiewandler weist ebenfalls ein Kupferblech 6 auf, welches an seiner oben gelegenen Oberfläche geschwärzt ist, um elektromagnetische Strahlung zu absorbieren. Das Kupferblech 6 ist mit einer elastisch nachgiebigen Unterlage 1 versehen, die aus einem Polyester-oder Polyätherschaumstoff besteht. Der Sckaum--sto-'ff 1 ist von einer Umhüllung 12 aus Polyvinylfluoridbahnen umgeben. Die Polyvinylfluoridbahnen 12 weisen Vertiefungen T;-7 und 18 auf, die Kanäle bilden, welche in die Unterlage t hineinreichen.
• Die Vertiefungen 17 haben entlang ihrer 1itte eine im twerschnitt wellenartige Aufwölbung, die in Fig. 5 deutlicher erkennbar ist. Diese Aufwölbung 19 erleichtert es den Eanälen, sich zu verformen, d.h. nachzugeben5 falls das darin befindliche Wasser gefrieren sollte.
• Die Unterlage 1 und das Kupferblech 6 werden durch einen Silikonklebstoff 14 zusammengehalten, wie das bei dem aus Fig. 1 und 2 ersichtlichen Wandler der Fall war, Eine thermische Schweißnaht 15 oder eine Klebstoffschicht 15 gewährleistet, daß die die Unterlage umgebende Umhüllung 12 aus Polyvinylfluoridbahnen hermetisch abgedichtet ist, um das Eindringen von Feuchtigkeit in den Schaumstoff zu verhindern.
• Die Poren oder Zellen des Schaumstoffes sind zweckmäßigerweise mit Stickstoff oder mit einem anderen Inertgas gefüllt, um die Volumenabnahme des Schaumstoffes gering zu halten.
• Die durch die Vertiefungen 17 gebildeten Kanäle können aus der Draufsicht in Fig. 3 ersehen werden. Die durchgehenden Kanäle haben einen Einlaß 16 und einen Auslaß 16'. Entlüftungsleitungen 18 entlüften die Kanäle 17 durch eine Öffnung 19 zur Atmosphäre hin.
• Bei der gezeigten Anordnung wird der Energiewandler so eingesetzt, daß die in Fig. 3 mit B gekennzeichnete Seite sich vertikal--oberhalb der mit A gekennzeichneten Seite befindet.
• Wasser tritt beim Einlaß 16 ein und fließt von dort zu oberen haarnadelförmig verlaufenden Schleifen 20, die durch die Kanäle 17 gebildet werden. Wenn das Wasser die gleiche Höhe wie der Auslaß 21 dieser Schleifen erreicht, tropft oder rieselt es in Schleifen 22 hinein. Auf diese Weise fließt das Wasser durch die Reihe der Schleifen hindurch, die von den Kanälen 17 gebildet werden, bis es den Auslaß 16' erreicht Die Entlüftungsleitungen 18 verbindern, daß sich im Wandler ein hydrostatischer Druck aufbaut.
• Der Energiewandler >nwn in ein häusliches Heizungssystem einbezogen sein, indem der Wandler stomaufwärts eines herkömmlichen Wärmetauschers oder Boilers eingeschaltet wird.
• Das Wasser könnte von einem oberhalb angeordneten Vorratsbehälter oder Sammelbehälter dem Wandler zugefiihrt werden und von dort mittels einer Pumpe in das Warmwassersystem eingespeist werdende Das dabei aus dem Warmwassersystem verdrängte Wasser wird wieder in den Sammelbehälter zurückgeführt.
• Elektronische Steuereinrichtungen können den Durchlfuß des Vassers durch den von der Sonne aufgeheizten Energiewandler entsprechend dem Temperaturunterschied zwischen dem Wandler und dem Wasser im Sammelbehälter steuern.
• Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Schaumstoff der Unterlage 1 mit einer Polyvinylfluoridumhüllung 12 zu umgeben, weil diese dazu beiträgt, die Volumenabnahme des Schaumstoffes zu verhindern. Da Polyvinylfluorid ein extrem inaktives Material ist, verleiht es dem Wandler eine sehr hohe Beständigkeit gegen chemische Einflüsse und verhindert so eine chemisch bedingte Volumenabnahme.
• Um den aus Fig. 3 bis 5 ersichtlichen Wandler herzustellen, kann eine Bahn oder eine dünne Platte aus Polyvinylfluorid über eine Mutterform gelegt werden, die zur Bildung der Kanäle an ihrer oben gelegenen Oberfläche entsprechende Vorsprünge aufweist. Unter der Einwirkung von Wärme und Druch nimmt dann die Bahn oder die dünne Platte die Oberflächengestalt der Mutterform an. Die ausgeformte Platte wird dann mit Polyäther- oder Polyesterschaum ausgefüllt, indem entweder eine chemische Masse eingefüllt wird, welche aufschäumt und zu einem festen Schaumstoff erhärtet oder indem ein vorgeformtes Schaumstoffstück eingelegt wird. Eine zweite Bahn vorder eine zweite dünne Platte aus Kunststoff wird dann mit den Rändern der in der zuvor beschriebenen Weise hergestellten Polyvinylfluoridbahn oder -platte thermisch verschweißt oder mittels eines Klebstoffes verklebt und so die geschlossene Umhüllung für den Schaumstoff gebildet. Anschliessend wird damit das wärmeleitfähige Teil mittels eines Silikonklebstoffes verbunden Nach einem anderen Verfahren wird die Umhüllung aus Polyvinylfluorid dadurch hergestellt, daß zwei Bahnen oder dünne Platten entlang ihrer Ränder miteinander thermisch verschweißt werden. Die den Schaumstoff erzeugende chemische Masse wird dann in die Umhüllung hineingespritzt, der man Gelegenheit gibt, sich an die Wände einer beheizten Form anzulegen, um die Kanäle zu bilden. Die Öffnung, durch welche die den Schaumstoff bildende Masse eingebracht worden ist, kann anschliessend durch Wärmeeinwirkung verschlossen werden.
• Falls erwünscht, kann das Kupferblech 6 mit einem transparenten Schutzüberzug versehen werden, um den Wärmeverlust durch Konvektion an der Oberfläche des Bleches zu verhindern. Falls erwünscht, kann die Oberfläche des Kupferbleches verrippt oder nach Art eines Wellenmusters verformt werden, so daß dann, wenn der Überzug unmittelbar auf das Blech aufgebraucht wird, zwischen den Rippen oder Verformungen Luftblasen oder Luftkammern entstehen.
• Als Abwandlung können zwei oder mehrere transparente Bahnen aus Polyvinylfluorid oder aus einem anderen geeigneten Kunststoff thermisch so zusammengeschweißt werden, daß zwischen ihnen zahlreiche mit Luft aus der Atmosphäre gefüllte Taschen oder Kammern eingeschlossen sind.
• Falls eine oder mehrere Bahnen eines solchen Materials mittels eines Klebstoffes auf der geschwärzten Oberfläche des Wandlers befestigt sind, wird der Wärmeverlust durch Konvektion erheblich reduziert.
• Beim Bau des aus Fig. 3 bis 5 ersichtlichen Sonnenenergiewandlers kann auch mit Kunststoff überzogenes Aluminium für den wärnieleitfähigen Teil verwendet werden. Der Kunststoffüberzug schützt das Aluminium vor Korrosion. So vermag z.B.
• ein dünner Film eines Silikonklebstoffes,der auf beide Seiten eines Aluluiniumbleches aufgebracht wird, sowohl die Korrosion desselben zu verhindern wie zugleich auch der Befestigung der Unterlage zu dienen. Die der Sonnenstrahlung ausgesetzte Oberfläche dieser Ausführungsform des Sonnenenergiewandlers kann dadurch geschwärzt werden, daß darauf ein feinverteiltes lichtabsorbierendes Material aufgebracht wird, während der Kunststoffüberzug des Aluminiums sich noch in einem klebefähigen Zustand befindet. Ein dafür geeignetes lichtabsorbierendes Material ist Eisensulfid, welches pulverisiert und an der Luft geröstet worden ist.

Claims (20)

Ansprüche

1.> Sonnenenergiewandler, ¼ (1 a (1 u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß er eine wärmeleitfähige Platte (6) fur das Aufnehmen der Strahlungsenergie aufweist, die mit einer geschäumten oder zellartigen Unterlage (1) und mit Kanälen (9, 10t 11; 17, 18) versehen ist, welche als Vertiefungen in der Oberfläche der Unterlage (1) ausgebildet sind und der Durchleitung eines die Wärme von der wärmeleitfähigen Platte (6) abführenden Fluids dienen.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (1) elastisch nachgiebig ist.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, d a du u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Unterlage (1) von einer Schicht eines inaktiven Schutzmaterials (12) umhüllt ist.

4. Wandler nach Anspruch 3, d a d u r c h g- e k e n n z e i c h n e t daß das Schutzmaterial (12) Polyvinylfluorid ist.

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die wärmeleitfähige Platte (6) zur Verringerung der Wärmeverluste durch Konvektion mit einer transparenten Abdeckung versehen ist.

6. Wandler nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Oberfläche der wärmeleitfähigen Platte mit Rippen versehen oder, vorzugsweise wellenförmig, verformt ist, um die Abdeckung unter Bildung von Lufttaschen zwischen den Rippen oder Verformungen zu tragen.

7. Wandler nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Abdeckung 13bnen aus einem transparenten Xunststoff aufweist, die derart miteinander verschweißt sind, daß sie Taschen mit Gas aus der Atmosphäre zwischen sich einschließen.

8. Wandler nach einem der Anspruche 1 bis 7, d a d u r G h g e k e n n z e i c h n e t das die Unterlage (1) und die wärmeleitfähige Platte (6) mittels eines Klebstoffes (8) miteinander verbunden sind.

9. Wandler nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Klebstoff (8? ein Silikonelastomer ist.

10. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die wärmeleitfähige Platte (6) aus Kupfer ist.

11. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h-n e t daß die wärmeleitfähige Platte (6) aus Aluminium ist.

12. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die der Sonnenstrahlung ausgesetzte Oberfläche der wärmeleitfähigen Platte mit einem ihre Absorbtionsfähigkeit erhöhenden Überzug versehen ist.

13. Wandler nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die der Sonnenstrahlung ausgesetzte Oberfläche der wärmeleitfähigen Platte (6) mit einem feinverteilten Material versehen ist, das auf eine diese Oberfläche bedeckende Klebstoffschicht aufgebracht oder in ihr eingelagert ist.

14. Wandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das feinverteilte Material pulverisiertes Eisensulfid ist.

15. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kanäle (9, 10, 11; ; 1 17, 18) miteinander in Verbindung stehen und einen einzigen mäanderförmig verlaufenden Durchflußweg durch den Wandler mit einer Einlaßöffnung (9') und einer Auslaßöffnung (10') bilden.

16. Wandler nach einem der Ansprüche 7 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Kanäle (17, 18) eine Reihe von Schleifen bilden, die derart über den Wandler verteilt angeordnet sind, daß sie in schräger Stellung eine Reihe von Reservoirs (20, 22) bilden, durch die eine Plüssigkeit ohne Erzeugung einer wesentlichen Druckdifferenz von -einem Einlaß (16) zu einem Auslaß (16') hindurchrieseltw wobei eine Entlüftungsleitung (18) für Jede Schleife vorhanden ists

17. Wandler nach Anspruch 16, da du roh gekennzeichnet daß die Entlüftungsleitungen (t8) als Vertiefungen in der Oberfläche der Unterlage (1) ausgebildet sind und ein System miteinander in Verbindung stehender Kanäle bilden.

18. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß d; Kanäle (17) zur Erhöhung ihrer Formelastizität mit einer entlang ihrer Mitte verlaufenden Aufwölbung (19) versehen sind.

19q Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren oder Zellen der geschäumten oder zellartigen Unterlage (1) mit einem Inertgas gefüllt sind.

20. Wandler nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i -c h n e t -daß das Inertgas Stickstoff ist.