DE3531495A1

DE3531495A1 - Method for heating a liquid by means of solar energy

Info

Publication number: DE3531495A1
Application number: DE19853531495
Authority: DE
Inventors: Wilfried Rosendahl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1987-03-05

Abstract

In a method for heating a liquid by means of solar energy, the liquid flowing in a flow channel is heated by means of large-surface fixed collectors which cover virtually completely the surface of the flow channel and which float on the liquid and are partially submerged therein. The solar energy is in this case absorbed in the inside of the collector which is designed as a hollow body and transmitted to the liquid via the bottom surface of the collector which is made of a metal with good heat-conducting properties.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung einer Flüssigkeit mittels Sonnenenergie.The invention relates to a method for heating a liquid using solar energy.

Im Zuge der Verknappung von Primärenergie gewinnt die Ausnutzung von Umweltenergie, insbesondere von Sonnenenergie, immer stärkere Bedeutung. Die Durchsetzung von Sonnenkollektoren scheiterte bislang daran, daß das Preis- Leistungsverhältnis nicht befriedigend war.In the course of the shortage of primary energy, the utilization of Environmental energy, especially solar energy, is becoming increasingly important. The enforcement of solar panels has so far failed because the Price / performance ratio was not satisfactory.

Zur Erwärmung von Wasser sind Sonnenkollektoren bekannt geworden, die aus einem Rohrsystem bestehen, welches unter einer Kunststoff- oder Glasab deckung untergebracht war. Durch den sog. "Treibhauseffekt" wurde das in dem Rohrsystem strömende Wasser erwärmt und konnte dem Verbraucher zuge leitet werden. Zur Erwärmung größerer Mengen Wasser mußten mehrere solcher Sonnenkollektoren vorgesehen werden.Solar panels have been known for heating water, which are made from a pipe system, which under a plastic or glass cover was accommodated. Due to the so-called "greenhouse effect", the in the pipe system heated water and was able to draw the consumer be directed. To heat large amounts of water, several of these had to be used Solar panels are provided.

Der Nachteil dieser bekannten Technik ist darin zu sehen, daß der Montage aufwand sehr hoch ist, insbesondere durch die Anschlußmontage des Rohr systems. Außerdem war die Ausnutzung der angebotenen Energie nicht optimal. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erwärmung einer Flüssigkeit anzugeben, das wesentlich wirtschaftlicher arbeitet.The disadvantage of this known technique is that assembly expenditure is very high, especially due to the connection assembly of the pipe systems. In addition, the use of the energy offered was not optimal. The present invention has for its object a method for Specify heating a liquid, which is much more economical is working.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in einem Strömungskanal strömen de Flüssigkeit mittels großflächiger, die Oberfläche der Flüssigkeit bzw. des Strömungskanals nahezu vollständig abdeckender festgehaltener Kollek toren erwärmt wird, die auf der Flüssigkeit schwimmen und in diese teil weise eintauchen, daß dabei die Sonnenenergie im Innern der als Hohlkörper ausgebildeten Kollektoren absorbiert und über die Bodenfläche des Kollek tors aus einem gut wärmeleitfähigen Metall auf die Flüssigkeit übertragen wird.This object is achieved in that the flow in a flow channel de liquid by means of large areas, the surface of the liquid or almost completely covering the flow channel gates are heated, which float on and into the liquid immerse wise that the solar energy inside as a hollow body trained collectors absorbed and over the bottom surface of the collector Transfer the torsion from a highly thermally conductive metal to the liquid becomes.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß nahezu die gesamte Oberfläche des Kollektors für die Wärmeübertragung herangezogen wird. A major advantage of the invention is the fact that almost the entire surface of the collector used for heat transfer becomes.

Die in den Hohlraum eingestrahlte Sonnenenergie erhöht aufgrund des "Treibhauseffektes" die Temperatur im Hohlraum, weit über Umgebungs temperatur. Über den Metallboden des Kollektors wird die Wärme groß flächig auf die zu erwärmende Flüssigkeit übertragen. Als weiterer Vorteil ist zu sehen, daß die Oberfläche der Flüssigkeit nahezu voll ständig abgedeckt ist, so daß ein wärmeverbrauchendes Verdunsten wei testgehend vermieden ist.The solar energy radiated into the cavity increases due to the "Greenhouse effect" is the temperature in the cavity, far above the ambient temperature. The heat is great through the metal floor of the collector surface to the liquid to be heated. As another Advantage can be seen that the surface of the liquid is almost full is constantly covered so that a heat-consuming evaporation knows is avoided.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Kollektor zur Durchführung des Verfahrens. Der Kollektor weist in Querrichtung geschnitten einen nahe zu dreieckförmigen Querschnitt also insgesamt eine prismatische Form auf. Eine Spitze des Kollektors taucht in die Flüssigkeit ein. Zumin dest der in die Flüssigkeit eintauchende Bereich besteht aus einem gut wärmeleitfähigen Metall. Die Oberseite besteht aus Glas. Der Win kel im Bodenbereich liegt zweckmäßigerweise zwischen 150 und 175° ist also extrem groß, so daß sich eine große Berührungsfläche auch bei einem geringen Flüssigkeitspegel ergibt. Die durch den Boden und die Glas platte an den Stirnseiten entstehenden Öffnungen werden mit den Öff nungen entsprechenden Metallplatten abgeschlossen. Zur Verbindung des Bodens mit den Metallplatten und der Glasplatte mit dem Boden und den Metallplatten dient ein elastischer Kleber, der den durch Boden, Metall platten und Glasplatte gebildeten Hohlraum abdichtet und die einzelnen Elemente mit einander verbindet.The invention further relates to a collector for performing the Procedure. The collector has a cross cut near one a triangular cross-section, a prismatic shape overall on. A tip of the collector is immersed in the liquid. At least at least the area immersed in the liquid consists of a good heat conductive metal. The top is made of glass. The win kel in the floor area is expediently between 150 and 175 ° So extremely large, so that there is a large contact area even with one low liquid level. The through the floor and the glass plate openings on the end faces are opened with the opening metal plates. To connect the Floor with the metal plates and the glass plate with the floor and the Metal plate serves an elastic glue that goes through the floor to metal plates and glass plate seals the cavity and seals the individual Connects elements with each other.

Boden und Metallplatten sind aus einem seewasserbeständigen Metall, vor zugsweise einer Aluminium-Magnesium-Legierung, hergestellt. Dieser Werk stoff ist sehr leicht, wodurch das Gewicht des Kollektors sehr gering ist und weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf.Bottom and metal plates are made of a seawater resistant metal preferably an aluminum-magnesium alloy. This work fabric is very light, which makes the weight of the collector very low is and has good thermal conductivity.

Durch die Verwendung der genannten Aluminiumlegierung ergibt sich noch der Vorteil, daß sich in der Flüssigkeit gelöste edlere Metall wie z. B. Kupfer, Kadmium etc. an der Oberfläche des Bodens elektrochemisch ab scheiden und somit einer nachfolgenden Behandlungsstufe eine vorgerei nigte Flüssigkeit zugeführt wird. The use of the aluminum alloy mentioned still results the advantage that dissolved in the liquid nobler metal such. B. Copper, cadmium etc. electrochemically on the surface of the floor divorce and thus preparatory to a subsequent treatment stage liquid is supplied.

Durch die prismatische Ausbildung des Kollektors werden bedingt durch die Erwärmung der Flüssigkeit ausgeschiedene Gase an die Oberfläche der Flüssigkeit transportiert. Auch das führt zu einer Vorreinigung der Flüssigkeit.The prismatic design of the collector causes the heating of the liquid excreted gases to the surface the liquid transported. This also leads to pre-cleaning the liquid.

Verfahren und Kollektor nach der Lehre der Erfindung lassen sich be vorzugt anwenden bei der Herstellung von Brauchwasser. Hierzu wird Meer- oder Brackwasser erwärmt und vorgereinigt und in erwärmtem Zu stand einer Verdunstungs- oder Verdampfungsanlage zugeführt. Bei in tensiver Sonneneinstrahlung und genügend großer Anzahl von Kollektoren kann das Wasser bis auf 70°C erwärmt werden. Es ist dann möglich, das erwärmte Wasser durch Unterdruck zum Verdampfen oder zum Verdunsten zu bringen.Method and collector according to the teaching of the invention can be preferred to use in the production of industrial water. This will Sea or brackish water warmed and pre-cleaned and in a heated closed was supplied to an evaporation or evaporation system. At in intensive sunlight and a sufficiently large number of collectors the water can be heated up to 70 ° C. It is then possible that heated water by negative pressure to evaporate or evaporate bring.

Um eine Verdunstung zu beschleunigen wird das erwärmte Wasser in der Verdunstungsanlage versprüht. Durch die dadurch erzeugte Vergrößerung der Oberfläche der Flüssigkeit wird die Verdunstung beschleunigt. Der durch die Verdunstung entstehende Wasserdampf wird aus dem oberen Be reich der Sprühkammer in einen Kondensator gelenkt in dem der Wasser dampf kondensiert. Das reine Wasser wird dann abgezogen.To accelerate evaporation, the heated water is in the Evaporation system sprayed. Because of the enlargement it creates evaporation is accelerated on the surface of the liquid. The evaporation of water vapor from the upper Be the spray chamber is directed into a condenser in which the water steam condensed. The pure water is then drawn off.

Die Dampfströmung wird zweckmäßigerweiser durch einen Ventilator unter stützt. Die Luft, der das Wasser entzogen wurde, wird wieder in den un teren Bereich der Sprühkammer eingeleitet.The steam flow is expediently undertaken by a fan supports. The air from which the water was extracted is returned to the un introduced further area of the spray chamber.

In der Sprühkammer ist ein Füllkörper angeordnet, der aus Hohlkörpern besteht. Die Hohlkörper sind vorteilhafterweise von einem Heizmittel durchströmt, sodaß sich die Oberflächentemperatur der Füllkörper gegen über der Umgebung erhöht. Auch diese Maßnahme dient der Förderung bzw. Beschleunigung des verdunstens.In the spray chamber a packing is arranged, which consists of hollow bodies consists. The hollow bodies are advantageously from a heating medium flows through, so that the surface temperature of the packing against raised above the environment. This measure also serves to promote or Acceleration of evaporation.

Die Erfindung ist an Hand der in den Fig. 1 und 2 schematisch darge stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. InThe invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments schematically presented in FIGS . 1 and 2. In

Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Kanal 1 und einen schwimmenden Sonnenkollektor dargestellt. Der auf der Flüssigkeit 7 schwimmende Sonnen kollektor bedeckt die Oberfläche des Kanals 1 bis auf die Spalten 3 am Rand, welche eine Entgasung der tragenden Flüssigkeit 7 gestatten. Zur besseren Gasableitung ist der Kollektorboden 4 prismaförmig ausgebildet. Die Abdeckung 5 ist strahlungsdurchlässig, zweckmäßigerweise besteht sie aus Glas, so daß solare Strahlung auf die Absorberschicht 6 gelangen kann. Die Absorberschicht 6 ist eine schwarze Schicht und ist direkt auf die Innenfläche des Kollektorbodens 4 gearbeitet. Vorteilhafterweise besteht sie aus einem selektivem Lack. Der Boden 4 weist an seinen Längskanten umgelenkte Seitenteile 2 auf, die die Glasabdeckung 5 tragen. Vorzugsweise werden sie zusammen mit dem Kollektorboden 4 aus einem Blech geformt. Die an den Stirnseiten befindlichen Öffnungen sind durch entsprechend ge formte Metallplatten abgedichtet. Die Verbindung der einzelnen Teile - Boden 4, Metallplatten und Glasabdeckung 5 sind durch einen elastischen Kleber miteinander verbunden. Boden 4 und Metallplatten bestehen aus einer meerwasserbeständigen Aluminium-Magnesium-Legierung. Zur Bildung eines Kollektorfeldes sind mehrere solcher Kollektoren hintereinander auf der Flüssigkeit schwimmend angeordnet. Zumindest der in Strömungsrichtung ge sehen letzte Kollektor sollte an dem Kanal 1 befestigt sein. Die in dem Kanal 1 störmende Flüssigkeit 7 wird durch die Kollektoren zunehmend er wärmt. So ist es gelungen bei einer intensiven Sonneneinstrahlung mit meh reren hintereinander angeordneten Kollektoren Meerwasser auf 70°C zu er wärmen. In Fig. 1 is a section through a channel 1 and a floating solar collector is shown. The floating on the liquid 7 solar collector covers the surface of the channel 1 except for the columns 3 at the edge, which allow degassing of the carrying liquid 7 . For better gas discharge, the collector bottom 4 is prism-shaped. The cover 5 is transparent to radiation, and is expediently made of glass, so that solar radiation can reach the absorber layer 6 . The absorber layer 6 is a black layer and is worked directly onto the inner surface of the collector bottom 4 . It advantageously consists of a selective lacquer. The bottom 4 has on its longitudinal edges deflected side parts 2 which support the glass cover 5 . They are preferably formed from a sheet metal together with the collector base 4 . The openings located on the end faces are sealed by correspondingly shaped metal plates. The connection of the individual parts - bottom 4 , metal plates and glass cover 5 are connected to each other by an elastic adhesive. Floor 4 and metal plates are made of a seawater-resistant aluminum-magnesium alloy. To form a collector field, several such collectors are arranged one behind the other floating on the liquid. At least the last collector seen in the flow direction should be attached to channel 1 . The in the channel 1 disturbing liquid 7 is increasingly heated by the collectors. So it was possible to heat sea water to 70 ° C in intense solar radiation with several collectors arranged one behind the other. In

Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Verdunstungs- Kondensationsanlage dargestellt in der das vorerwärmte und vorgereinigte Meerwasser in Süß wasser umgewandelt werden kann. Die Düsen 8 versprühen das erwärmte Meer wasser. Fig. 2 is a section through an evaporation condensation system shown in which the preheated and pre-cleaned sea water can be converted into fresh water. The nozzles 8 spray the heated sea water.

Der durch die Oberflächenvergrößerung aufsteigende Dampf gelangt durch die Öffnungen 9 aus der Sprühkammer 10 in die Kondensatorkammern 11.The steam rising due to the surface enlargement passes through the openings 9 from the spray chamber 10 into the condenser chambers 11 .

Das Gebläse 12 unterstützt den Dampfstrom in die Kondensatorkammern 11, wo an den Kühlrohren 13 und an den Wärme- und Kondensatleitblechen 14 eine Kondensation erfolgt. Der Restdampf gelangt durch die Öffnungen 15 wieder in die Strühkammer 10. The fan 12 supports the steam flow into the condenser chambers 11 , where condensation takes place on the cooling tubes 13 and on the heat and condensate baffles 14 . The residual steam passes through the openings 15 back into the spray chamber 10 .

Das Kondensat ist Süßwasser und tropft in die Sammelrinnen 16. Aus der Sammelrinne 17 läuft nicht verdunstetes Seewasser ab. Ein Füllkörper 18 sorgt für eine Vergrößerung der stofftauschenden Wasseroberfläche.The condensate is fresh water and drips into the collecting channels 16 . Evaporated seawater runs out of the collecting trough 17 . A filler 18 ensures an enlargement of the material-exchanging water surface.

Vor den Öffnungen 9 sind Tropfenabscheider 19 angeordnet, damit salz tragende Wassertröpfchen möglichst abgeschieden werden.Drop separators 19 are arranged in front of the openings 9 so that salt-bearing water droplets are separated as much as possible.

Claims

1. Verfahren zur Erwärmung einer Flüssigkeit mittels Sonnenenergie dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Strömungskanal strömende Flüssigkeit mittels großflächiger, die Oberfläche der Flüssigkeit bzw. des Strömungskanals nahezu vollständig abdeckender festgehal tener Kollektoren erwärmt wird, die auf der Flüssigkeit schwimmen und in diese teilweise eintauchen, daß dabei die Sonnenenergie im Innern der als Hohlkörper ausgebildeten Kollektoren absorbiert und über die Bodenfläche des Kollektors aus einem gut wärmeleiten den Metall auf die Flüssigkeit übertragen wird.1. A method for heating a liquid by means of solar energy, characterized in that the liquid flowing in a flow channel is heated by means of large-area, almost completely covering the surface of the liquid or the flow channel festgehal tener collectors, which float on the liquid and partially immerse in it, that the solar energy is absorbed in the interior of the collectors designed as a hollow body and the metal is transferred to the liquid from the heat-conducting surface via the base of the collector.

2. Kollektor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor einem nahezu prismaförmigen Bo den (4) hat, der mit einer Spitze in die Flüssigkeit (7) eintaucht, daß der in die Flüssigkeit (7) eintauchende Bereich (4) aus einem Metall guter Wärmeleitfähigkeit besteht und daß die Oberseite des Kollektors aus einer Glasabdeckung (5) besteht.2. Collector for performing the method according to claim 1, characterized in that the collector has an almost prism-shaped Bo ( 4 ) which dips into the liquid ( 7 ) with a tip, that the area immersed in the liquid ( 7 ) ( 4 ) consists of a metal with good thermal conductivity and that the top of the collector consists of a glass cover ( 5 ).

3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn seiten des Kollektors durch je eine dreieckförmige Metallplatte abgeschlossen sind, und daß der Boden, die Metallplatten und die Glasabdeckung durch einen elastischen Kleber miteinander verbunden und nach außen abgedichtet sind.3. Collector according to claim 2, characterized in that the forehead sides of the collector by a triangular metal plate are completed, and that the floor, the metal plates and the Glass cover connected by an elastic adhesive and are sealed to the outside.

4. Kollektor nach Anspruch 2 oder einen der folgenden d. g., daß der Boden (4) und die Metallplatten aus einem seewasserbeständigen Werkstoff insbesondere einer Aluminiumlegierung besteht.4. Collector according to claim 2 or one of the following dg that the bottom ( 4 ) and the metal plates consist of a seawater-resistant material, in particular an aluminum alloy.

5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. eines Kollektors nach Anspruch 2 bis 4 zur Erwärmung von Meer- und Brackwasser, welches nach einem Vorwärmen einer Verdunstungs- oder Verdampfungs anlage zugeführt wird. 5. Use of the method according to claim 1 or a collector according to claims 2 to 4 for heating sea and brackish water, which after preheating an evaporation or evaporation plant is fed.

6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. der Kollektoren nach Anspruch 2 bis 4 mit der Maßgabe, daß eine Vielzahl von Kollektoren ein Kollektorfeld bilden.6. Use of the method according to claim 1 or the collectors according to claims 2 to 4 with the proviso that a plurality of Collectors form a collector array.

7. Verwendung nach Anspruch 5, mit der Maßgabe, daß die Verdunstung durch Versprühen des erwärmten Wassers beschleunigt wird.7. Use according to claim 5, with the proviso that the evaporation is accelerated by spraying the heated water.

8. Verwendung nach Anspruch 7 mit der Maßgabe, daß das Versprühen des Wassers in einer Sprüh-Kammer erfolgt und der entstehende Wasserdampf aus dem oberen Teil der Sprühkammer in einen Konden sator gelenkt wird.8. Use according to claim 7 with the proviso that the spraying the water takes place in a spray chamber and the resulting one Water vapor from the top of the spray chamber into a condenser sator is steered.

9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei ein Ventilator die Dampfströmung unterstützt.9. Use according to claim 8, wherein a fan the steam flow supported.

10. Verwendung nach Anspruch 8 bzw. 9, wobei die durch den Kondensator gekühlte und entfeuchtete Luft wieder in den unteren Teil der Sprühkammer eingeleitet wird.10. Use according to claim 8 or 9, wherein the through the capacitor cooled and dehumidified air back in the lower part of the Spray chamber is initiated.

11. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, wobei sich in der Sprühkammer ein Füllkörper befindet.11. Use according to one or more of claims 8 to 10, wherein there is a packing in the spray chamber.

12. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Füllkörper aus Hohlkörpern besteht, welche von einem Heizmittel zur Erhöhung der Oberflächentemperatur durchströmt sind.12. Use according to one or more of claims 8 to 11, wherein the filler consists of hollow bodies, which from a heating medium are flowed through to increase the surface temperature.