DE4127236A1 - Waermekonzentrierender und waermepumpender solarkollektor mit selbsttaetigem kreislauf des waermetraegers - Google Patents
Waermekonzentrierender und waermepumpender solarkollektor mit selbsttaetigem kreislauf des waermetraegersInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
- F24S10/90—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation
- F24S10/95—Solar heat collectors using working fluids using internal thermosiphonic circulation having evaporator sections and condenser sections, e.g. heat pipes
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
Der Wirkungsgrad von Flachkollektoren wird durch die unver
meidliche Wärmeabgabe vor allem an der Kollektordeckscheibe
begrenzt. Zur möglichen Verringerung der Wärmeabgabe werden
z. B. eine Reihe von transparenten Wärmedämmungen verwendet,
wie z. B. mehrere Deckscheiben, Aerogelfüllungen, quadratische
oder sechseckige Waben u.ä. Diese Wärmedämmungen und vor allem
die transparenten Waben können auch in der vorliegenden Erfin
dung benutzt werden.
Eine Verringerung der Wärmeabgabe an die Umwelt kann auch
durch einen im Gegenstrom zur sich ausbreitenden Wärme flie
ßenden Wärmeträger erfolgen. Hierbei sind Vorrichtungen mit
flüssigen und gasförmigen Wärmeträgern bekannt.
Die vorliegende Erfindung arbeitet auch mit diesem Prinzip,
verwendet aber einen aus mindestens zwei Komponenten bestehen
den Wärmeträger, von denen mindestens eine Komponente unter
Betriebsbedingungen verdampfbar ist. Durch die Verdampfung
eines Stoffes wird eine im Vergleich zur Erwärmung des Stoffes
im Bereich der hier auftretenden Temperaturen relativ große
Wärmemenge benötigt. Dadurch kann der wärmeaufnehmende Wärme
träger relativ langsam fließen. Durch eine geeignete Wahl
der Komponenten kann die Wärmeaufnahme des Wärmeträgers in
dem Temperaturbereich von der Außentemperatur bis zur maxima
len Betriebstemperatur relativ konstant gehalten werden.
Im einzelnen werden Aufbau und Funktionsweise des erfindungs
gemäßen Kollektors wie folgt beschrieben.
Nach Fig. 1 befindet sich in einem wärmegedämmten Kollektor
gehäuse (1) unter der Deckscheibe (2) ein Hohlraum (3) ,der
mit dem Wärmeträger angefüllt ist oder sich während des Be
triebs des Kollektors anfüllt. Der Hohlraum kann auch aus
röhrenartigen Aussparungen in der Deckscheibe oder einer zwei
ten mit der Deckscheibe fest verbundenen Scheibe bestehen.
Zur Kollektorinnenseite ist der Hohlraum durch eine licht
durchlässige Scheibe (4) abgeschlossen.
Darunter ist durch einen Luftspalt getrennt eine zweite licht
durchlässige Scheibe (5) angebracht. Durch beide Scheiben
gehen mehrere flüssigkeitsdurchlässige Verbindungen mit ka
pillarer Struktur (6), sodaß der Wärmeträger zu den Waben (6)
durchsickern kann, die ebenfalls aus kapillarem Material be
stehen oder eine kapillare Oberflächenstruktur aufweisen.
Die Waben (7) sind mit der lichtabsorbierenden Fläche (8)
verbunden und weisen in deren Nähe Öffnungen auf, durch die
insbesondere die gasförmigen Teile des Wärmeträgers strömen
können. Durch die Tränkung mit dem Wärmeträger werden die ka
pillaren Materialien transparent, sodaß die Lichtdurchlässig
keit einen hohen Wert annehmen kann. Durch die Verdampfung
eines Teils des Wärmeträgers und den Anstieg der Temperatur
entsteht im Inneren des Kollektors ein Gasdruck, der sich we
gen der kapillaren Struktur des Durchflusses durch die wärme
dämmenden Scheiben nicht in Richtung der Deckscheibe ausbrei
ten kann. Der Gasdruck dient dazu, um den Wärmeträger und die
verdampften Anteile desselben, die durch den geneigt stehen
den Kollektor an das untere Ende gelangt sind, hinter der
lichtabsorbierenden Fläche (8) wieder nach oben zu pumpen,
damit der Wärmeträger von neuem den Kollektor durchströmen
kann. In den Röhren oder Wärmetauschergefäßen (9) in diesem
Teil des Kollektors werden die verdampften Teile des Wärmeträ
gers von der verbliebenen Sole wieder absorbiert. Die dabei
entstehende Wärme wird an den vor der lichtabsorbierenden
Fläche fließenden Wärmeträger abgegeben. Die Röhren oder
Wärmetauschergefäße sollen eng genug sein, damit die hochge
pumpte Flüssigkeit nicht zurückfließen kann. Am unteren Ende
des Kollektors mag die Nutzwärme durch die Ab- und Zuleitungen
(10) entnommen werden.
Der Kollektor kann auch nach Art einer Absorber-Wärmepumpe be
trieben werden. Zu diesem Zweck werden die getrennten Kompo
nenten des Wärmeträgers nicht sogleich hinter der lichtabsor
bierenden Fläche wieder vereinigt und durch die Verbindungs
leitung (8) wieder dem Hohlraum unter der Deckscheibe (2) zu
geführt, sondern Dampf und verbliebene Sole werden durch ge
trennte Wärmetauschergefäße hinter der lichtabsorbierenden
Fläche hindurchgeführt und durch Ableitungen (12) in ein Wärme
tauschergefäß (10) geleitet, in dem sich die Komponenten unter
Abgabe ihrer Kondensationswärme vereinigen und diese Wärme als
Nutzwärme abgeführt wird. Durch die Absorption entsteht im
Kollektor ein Unterdruck, der zu einer weiteren Verdampfung
von Teilen des Wärmeträgers führt, sodaß damit Wärme aus der
Umgebung entnommen werden kann.
Die Wärmerückführung des Wärmeträgers hinter der lichtabsor
bierenden Fläche (8) geschieht auf einer verhältnismäßig langen
Strecke im Vergleich zur Wärmeaufnahme des Wärmeträgers auf
der Strecke Deckscheibe-lichtabsorbierende Fläche. Der ver
bleibende Durchgang der Wärme durch den Wärmetauscher nach
Abzug der Wärmeaufnahme und -abgabe geschieht auf der gesamten
Weglänge der Wärmetauscher. D.h. der Wärmedurchgang der bei
den bisher üblichen Kollektoren auf der recht kurzen Strecke
von der lichtabsorbierenden Fläche und der Deckscheibe ver
lief, wird jetzt auf die gesamte Weglänge der Wärmeauf- und -ab
nahme ausgedehnt. Dadurch kann der verbleibende Wärmeverlust
an die Umgebung recht geringe Werte annehmen, soweit dieser
Verlust nicht sowieso durch die Wärmepumpe ausgeglichen wird.
Der Durchfluß des Wärmeträgers durch den Kollektor von der
Deckscheibe her soll mit zunehmender Annäherung an das untere
Ende des Kollektors größer werden, weil sich die Wärme in
dieser Richtung konzentriert. Das wird am einfachsten durch
den nach unten größer werdenden Druck des in dem Hohlraum
zwischen Deckscheibe (2) und wärmedämmender Scheibe (3) be
findlichen Wärmeträgers erreicht.
Fig. 2 zeigt eine Aufrißdarstellung des Kollektors, in dem
wichtige Teile des Kollektors nach Fig. 1 wiederzuerkennen
sind, wie z. B. das Gehäuse (14), die Deckscheibe (15), die
wärmedämmende Scheibe (16). (Für Wärmepumpenbetrieb ist nur eine
Scheibe erforderlich), die Waben (17), die lichtabsorbierende
Fläche (18) und die Wärmetauschergefäße (19) dahinter.
Claims (3)
1. Solarkollektor, der mit einer strahlungsdurchlässigen Schei
be abgedeckt und in einem wärmeisolierten Träger angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiger Wärmeträger verwendet
wird, der aus einem Zweistoffpaar besteht, von dem mindestens
eine Komponente bei Betriebstemperatur verdampfbar ist, daß der
Wärmeträger entgegen der Wärmeausbreitung durch wärmeisolieren
de Elemente wie z. B. quadratische oder sechseckige Waben sic
kert, daß der Wärmeträger durch fortschreitende Verdampfung
einer oder beider Komponenten Wärme aufnimmt, daß die verdampf
te(n) Komponente(n) und die verbliebene Sole entlang einer
lichtabsorbierenden Fläche zum unteren Ende des geneigt steh
enden Kollektors geleitet wird(werden), daß dem Kollektor hier
Nutzwärme entzogen werden kann, daß der Wärmeträger danach
durch Röhren oder geeignete Gefäße hinter der lichtabsorbieren
den Fläche hindurchgeleitet wird, damit er seine verbliebene
Wärme an den vor der lichtabsorbierenden Fläche strömenden Wär
meträger abgeben kann, daß dabei die Ausdehnung der verdampften
Komponente(n) des Wärmeträgers ausgenutzt wird(werden), die den
Dampf und die flüssigen Bestandteile vorwärtstreibt(-treiben),
daß die Röhren oder Wärmetauschergefäße hinter der lichtabsor
bierenden Fläche so dünn gestaltet sind, daß durch die Adhäsi
onskräfte ein Zurückfließen der Flüssigkeit vermieden wird,
daß der Wärmeträger anschließend in einen Hohlraum zwischen
der Deckscheibe und einer lichtdurchlässigen Scheibe gelangt,
daß eine weitere lichtdurchlässige Scheibe durch einen Luft
spalt getrennt darunter angebracht sein kann, daß durch die
lichtdurchlässige(n) Scheibe(n) hindurch mehrere flüssigkeits
durchlässige Verbindungen mit kapillarer Struktur bestehen,
durch die der Wärmeträger auf die Kollektorinnenseite durch
sickern kann, wo er von neuem verdampfen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wärmeträger nach seinen Komponenten (Dampf, flüssige
Phase) getrennt hinter der lichtabsorbierenden Fläche zurück
geführt wird und Wärme abgibt, daß die Absorption des Dampfes
von der verdünnten Sole in einem eigenen Gefäß nach Durchlau
fen des Kollektors stattfindet, daß die abgegebene Wärme als
Nutzwärme gebraucht werden kann und daß die konzentrierte
Sole dem Kollektor wieder zugeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1. und 2, dadurch gekennzeich
net, daß als Wärmeträger Stoffpaare wie z. B. Ammoniak-Wasser,
LibBr-Wasser, Alkohol(Äthyl,Methyl)-Wasser, Glykol-Wasser,
Glyzerin-Wasser und ähnliche verwendet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4127236A DE4127236A1 (de) | 1991-08-17 | 1991-08-17 | Waermekonzentrierender und waermepumpender solarkollektor mit selbsttaetigem kreislauf des waermetraegers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4127236A DE4127236A1 (de) | 1991-08-17 | 1991-08-17 | Waermekonzentrierender und waermepumpender solarkollektor mit selbsttaetigem kreislauf des waermetraegers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4127236A1 true DE4127236A1 (de) | 1993-02-18 |
Family
ID=6438518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4127236A Withdrawn DE4127236A1 (de) | 1991-08-17 | 1991-08-17 | Waermekonzentrierender und waermepumpender solarkollektor mit selbsttaetigem kreislauf des waermetraegers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4127236A1 (de) |
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1991
- 1991-08-17 DE DE4127236A patent/DE4127236A1/de not_active Withdrawn
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