DE10059265A1

DE10059265A1 - Solar thermal layout with fluid feed uses working medium making thermal contact with fluid in collector to produce thermal gradient across collector to drive fluid in cycles through collector.

Info

Publication number: DE10059265A1
Application number: DE2000159265
Authority: DE
Inventors: Roland Sailer; Wolfgang Sailer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-06

Abstract

Successive fluid cycles are passed through the collector (SK) by the use of a working medium (here gas (AG)) making close thermal contact (KK) with the fluid in the collector to act as fluid drive by the temperature gradient. A variable volume working chamber (AK) provided lies between parallel backflow barriers e.g. nonreturn valves (V1,V2) and the chamber volume (AK) can be changed by a closable and/or deformable chamber wall. The working fluid has an expansion coefficient many times that of the fluid. The temperature gradient across the collector is used to provide the drive power.

Description

Die Erfindung betrifft eine solarthermische Anordnung, bei welcher eine als Wärmetransportmedium dienende Flüssigkeit, typischerweise Wasser mit Zu satzstoffen, durch einen Kollektor gefördert und im Kollektor durch auf diesen einfallende Sonnenstrahlung erwärmt wird. Die Flüssigkeit wird im Regelfall in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dem Kollektor und einem Speicher behälter umgewälzt mit niedriger Temperatur am Kollektoreingang und höherer Temperatur am Kollektorausgang. Die Förderung der Flüssigkeit durch den Kollektor kann bei oberhalb des Kollektors angeordnetem Speicherbehälter al lein durch Schwerkraftumwälzung erfolgen, was aber die bauliche Anordnung stark einschränkt. Üblicherweise wird zur Förderung der Flüssigkeit eine elek trisch betriebene Pumpe eingesetzt.The invention relates to a solar thermal arrangement, in which one as Liquid used for heat transfer medium, typically water with addition Substances, promoted by a collector and in the collector by this incident solar radiation is heated. The liquid is usually in a closed circuit between the collector and a storage tank container circulated with low temperature at the collector inlet and higher Temperature at the collector output. The promotion of the liquid by the Collector can al with arranged above the collector storage tank by gravity circulation, but what the structural arrangement severely restricted. Usually an elek trically operated pump used.

Aus der DE 197 13 345 A1 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von Wärme energie aus Solarkollektoren in elektrische Energie bekannt. Es wird ein Ar beitsmittel in den Kollektoren verdampft. Die Zufuhr und Regelung erfolgt über ein druck- und temperaturabhängiges Ventil. Entscheidend für die Funktions weise ist, daß der Arbeitsstoff durch eine Pumpe zurück zum Solarkollektor befördert wird. Die Pumpe kann nicht unmittelbar durch den Kreisprozess be trieben werden, sondern benötigt zum Betrieb elektrische Energie.DE 197 13 345 A1 describes a device for converting heat energy from solar collectors known in electrical energy. It will be an ar agent evaporated in the collectors. The supply and control takes place via a pressure and temperature dependent valve. Crucial for the functional is wise that the working fluid through a pump back to the solar collector is promoted. The pump cannot be directly through the cycle driven, but requires electrical energy to operate.

Die DE 197 05 313 A1 betrifft einen Solarkollektor mit Wärmeaufnahme im Ge genstrom und integrierter Wärmepumpe. Um den Kreisprozess aufrecht zu er halten, muß dem Kollektor das entspannte Arbeitsmedium wieder zugeführt werden. Hierzu ist nachteilig eine mechanische Pumpe erforderlich, die ihren Energiebedarf aus dem Kreisprozess deckt.DE 197 05 313 A1 relates to a solar collector with heat absorption in Ge genstrom and integrated heat pump. To keep the cycle going hold, the relaxed working medium must be fed back to the collector become. A mechanical pump is disadvantageously required for this purpose Energy requirements from the cycle process are covered.

Aus der DE 198 54 839 C1 ist eine Wärmekraftmaschine bekannt, bei der im Zyklus Heliumgas erhitzt und abgekühlt wird. Nach dem Stirling Prinzip zeigt die DE 197 15 666 A1 ein Verfahren zur Umwandlung von Wärme aus der Umge bung in Arbeit auf. Diese Systeme sind aufwendig in der Konstruktion und las sen aufgrund der vielen mechanisch beweglichen Teile raschen Verschleiß er warten.From DE 198 54 839 C1 a heat engine is known in which Helium gas cycle is heated and cooled. According to the Stirling principle, the shows DE 197 15 666 A1 describes a method for converting heat from the reverse work in progress. These systems are complex to design and read rapid wear due to the large number of mechanically moving parts waiting.

In der JP 912 60 51 ist eine Vorrichtung beschrieben, die mit Flüssigkolben ein schwingendes System derart bewirken, daß der Massenstrom, der einen Gene rator antreibt, ausschließlich unindirektional orientiert ist. Die US 51 95 321 zeigt eine Wärmemaschine mit Flüssigkolben. Soll mit diesen Systemen neben elektrischer Energie auch Wärme genommen werden, so ist nur mit aufwendi gen Mitteln und Zusatzenergie die Abwärme an den Kühlflächen abzuführen.In JP 912 60 51 a device is described which uses a liquid piston vibrating system cause the mass flow of a gene rator, is exclusively unidirectional. US 51 95 321 shows a heat engine with liquid pistons. Should be alongside with these systems electrical energy also heat can be taken, so only with expenditure to dissipate the waste heat at the cooling surfaces.

In der DE 197 42 660 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenenergie oder Wärmequellen zur Transformation von Entropie dis kutiert. Eine Möglichkeit der Ausgestaltung der Vorrichtung mit Flüssigkeits- Verdrängerkolben wird auf Seite 21 vorgestellt. Es wird versucht, mittels pen delnder Wassersäulen mechanische Arbeit an eine Welle auszukoppeln. Pri mär wird auch hier das Ziel verfolgt, mechanische Energie zu gewinnen.DE 197 42 660 A1 describes a method and an apparatus for use of solar energy or heat sources to transform entropy dis cussed. One possibility of designing the device with liquid Displacer pistons are presented on page 21. It tries to use pen delnder water columns to couple mechanical work to a shaft. Pri Here too, the goal is pursued to generate mechanical energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solarthermische Anordnung anzugeben, welche auf neuartige Weise die Flüssigkeit durch den Kollektor fördert. The invention has for its object a solar thermal arrangement indicate which type of liquid the fluid passes through the collector promotes.

Die Erfindung ist im unabhängigen Patentanspruch beschrieben. Die abhängi gen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in the independent claim. The dependent gene claims contain advantageous refinements and developments of Invention.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß keine elektrisch betriebene Pumpe erfor derlich ist und die Fördereinrichtung ihre Antriebsleistung aus einer Tempera turdifferenz ableitet, wobei es sich sowohl um eine zeitliche als auch räumliche Temperaturdifferenz handeln kann. Zur Ableitung der Antriebsleistung aus der Temperaturdifferenz stehen Arbeitsmittel mit der Flüssigkeit im Kollektor in Wärmekontakt und führen die Antriebsleistung der Fördereinrichtung zu.It is essential to the invention that no electrically operated pump is required is and the conveyor its drive power from a tempera difference, which is both a temporal and a spatial one Temperature difference can act. To derive the drive power from the Working fluid with the liquid in the collector are in the temperature difference Thermal contact and lead the drive power of the conveyor.

Arbeitsmittel zur Ableitung von Antriebsleistung aus einer Wärmedifferenz sind beispielsweise als sogenannte Stirling-Motoren an sich bekannt, die aber we gen ihrer Komplexität für den Anwendungsfall außer Betracht bleiben.Work equipment for deriving drive power from a heat difference are for example known as Stirling engines per se, but we due to their complexity for the application.

Die Fördereinrichtung bewirkt in aufeinanderfolgenden Förderzyklen eine pul sierende Förderung der Flüssigkeit durch den Kollektor, wofür insbesondere in der Fördereinrichtung eine Arbeitskammer vorgesehen sein kann, welche ein veränderliches Volumen an Flüssigkeit enthält. Die Arbeitsmittel bewirken eine zyklische Erhöhung und Verringerung des Flüssigkeitsvolumens in der Arbeits kammer. Durch Ventile, insbesondere Rückströmsperren, z. B. nach Art von Rückschlagventilen, kann eine solche zyklische Volumenänderung in einen pulsierenden gerichteten Flüssigkeitsstrom durch die Fördereinrichtung umge setzt werden.The conveying device causes a pul in successive conveying cycles conveying liquid through the collector, for which in particular the conveyor can be provided with a working chamber contains variable volume of liquid. The tools cause one cyclical increase and decrease in the volume of liquid in the work chamber. Through valves, especially non-return valves, e.g. B. in the manner of Check valves, such a cyclical volume change in one pulsating directed liquid flow through the conveyor vice be set.

Eine vorteilhafte Ausführung einer solarthermischen Anordnung nach der Erfin dung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. An advantageous embodiment of a solar thermal arrangement according to the inven tion is shown schematically in Fig. 1.

Eine Wärmetransportflüssigkeit FL ist in einem geschlossenen Kreislauf geführt und als Vorlauf-Flüssigkeit FL (K) über eine Vorlaufleitung VL von einem nicht eingezeichneten Wärmespeicherbehälter mit niedriger Temperatur (K) einem solarthermischen Kollektor SK zugeleitet, in diesem durch einfallende Sonnen strahlung erwärmt und als Rücklauf-Flüssigkeit FL (W) höherer Temperatur (W) wieder zum Wärmespeicherbehälter zurückgeführt und dort durch das Spei chermedium auf die tiefere Temperatur K abgekühlt. Die Strömungsrichtung SR der Flüssigkeit FL ist durch zwei Rückströmsperren, beispielsweise Rück schlagventile V1 und V2 im Strömungsweg unumkehrbar festgelegt.A heat transfer fluid FL is guided in a closed circuit and as a flow liquid FL (K) via a flow line VL from one not drawn heat storage tank with a low temperature (K) one Solar thermal collector SK supplied, in this by incident sun radiation heated and as return liquid FL (W) higher temperature (W) returned to the heat storage tank and there through the memory medium cooled to the lower temperature K. The flow direction SR the liquid FL is through two non-return valves, for example back Impact valves V1 and V2 irreversibly set in the flow path.

Für die Förderung der Flüssigkeit in Strömungsrichtung ist zwischen den beiden Ventilen V1, V2 eine Fördereinrichtung angeordnet, welche eine Arbeitskam mer AK umfaßt, welche teilweise mit der Flüssigkeit FL gefüllt ist. Der nicht von der Flüssigkeit in Anspruch genommene Teilraum der Arbeitskammer ist mit einem Arbeitsgas AG ausgefüllt und steht über eine Gasleitung GL in Verbin dung mit einer Kontaktkammer KK, welche mit dem Arbeitsgas AG gefüllt ist und in engem Wärmekontakt mit einem Eingangsbereich EK des Kollektors SK steht, so daß ein guter Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit FL (S), deren Temperatur (S) in diesem Eingangsbereich zyklisch variiert, und dem Arbeits gas AG gegeben ist. Die Trennwand zwischen der Flüssigkeit FL (S) im Ein gangsbereich EK des Kollektors und dem Arbeitsgas AG in der Kontaktkammer KK weist hierfür vorteilhafterweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine nied rige Wärmespeicherkapazität auf. Die Trennwand zwischen dem Kollektor kann für einen guten Wärmeübergang oberflächenvergrößert, z. B. gerippt, gewellt, mit Stegen etc. ausgeführt sein. Die Kontaktkammer kann auch in den Kollektor integriert sein, beispielsweise als Rohrschlange oder dgl. und vollständig von der Wärmetransportflüssigkeit umströmt werden (Fig. 5, Fig. 6). Die Gasleitung GL weist hingegen vorteilhafterweise einen geringen Querschnitt auf, um einen Wärmeaustausch des Arbeitsgases mit der Flüssigkeit in der Arbeitskammer AK niedrig zu halten.For the conveyance of the liquid in the direction of flow, a conveyor is arranged between the two valves V1, V2, which comprises a working chamber AK, which is partially filled with the liquid FL. The part of the working chamber not used by the liquid is filled with a working gas AG and is connected via a gas line GL to a contact chamber KK which is filled with the working gas AG and is in close thermal contact with an input area EK of the collector SK , so that there is a good heat exchange between the liquid FL (S), the temperature (S) of which varies cyclically in this input area, and the working gas AG. The partition between the liquid FL (S) in the entrance area EK of the collector and the working gas AG in the contact chamber KK advantageously has a high thermal conductivity and a low heat storage capacity. The partition between the collector can increase the surface area for good heat transfer, e.g. B. ribbed, corrugated, with webs etc. The contact chamber can also be integrated in the collector, for example as a pipe coil or the like, and the heat transfer liquid flows completely around it ( FIG. 5, FIG. 6). The gas line GL, on the other hand, advantageously has a small cross section in order to keep a heat exchange of the working gas with the liquid in the working chamber AK low.

Das Ventil V2 zeigt ein Öffnungsverhalten mit einer Hysterese bzw. einer Schaltschwelle in dem Sinne, daß das Ventil den Strömungsweg von der För dereinrichtung FE zum Kollektor SK einerseits erst dann freigibt, wenn ein Min destwert an Überdruck PA in der Arbeitskammer AK gegenüber dem Druck PK im Kollektor SK erreicht ist, und andererseits den Strömungsweg danach offen hält, bis der Überdruck in der Arbeitskammer einen wesentlich geringeren Rückstell-Schwellwert unterschreitet oder bis der Überdruck in der Arbeits kammer vollständig abgebaut ist und ein einsetzender Rückstrom das Ventil V2 wieder schließt. Durch das Hystereseverhalten des Ventils V2 erfolgt die Förde rung der Flüssigkeit zyklisch pulsierend.The valve V2 shows an opening behavior with a hysteresis or Switching threshold in the sense that the valve blocks the flow path from the För the device FE to the collector SK only releases on the one hand if a min Minimum value of overpressure PA in the working chamber AK compared to the pressure PK is reached in the collector SK, and on the other hand the flow path thereafter open lasts until the overpressure in the working chamber is significantly lower Reset threshold falls below or until the overpressure in the working chamber is completely dismantled and an onset of reverse flow valve V2 closes again. The pumping takes place due to the hysteresis behavior of valve V2 liquid pulsates cyclically.

Das Ventil V1 sei ein einfaches Rückschlagventil ohne oder mit sehr niedriger Öffnungsschwelle für einen Unterdruck in der Arbeitskammer AK gegenüber dem Druck in der Vorlaufleitung VL.The valve V1 is a simple check valve with no or very low Opposing opening threshold for a negative pressure in the working chamber AK the pressure in the flow line VL.

Die prinzipielle Wirkungsweise der Anordnung ist, ausgehend von auf niedriger Temperatur befindlichem Arbeitsgas in der Kontaktkammer KK, wie folgt be schrieben:
Bei niedriger Temperatur des Arbeitsgases nimmt dieses ein geringes Volumen ein und beansprucht insbesondere ein geringes Teilvolumen in der Arbeits kammer AK, so daß der Volumenanteil der Flüssigkeit FL in der Arbeitskammer hoch ist. The principle of operation of the arrangement, based on working gas at low temperature in the contact chamber KK, is as follows:
At a low temperature of the working gas, this takes up a small volume and particularly requires a small partial volume in the working chamber AK, so that the volume fraction of the liquid FL in the working chamber is high.

Durch Sonneneinstrahlung wird die Flüssigkeit FL (S) im Eingangsbereich EK des Kollektors SK erwärmt und durch den guten Wärmekontakt mit dem Ar beitsgas AG in der Kontaktkammer KK erhöht sich dessen Druck.The liquid FL (S) in the entrance area EK becomes exposed to sunlight of the collector SK warmed and through good thermal contact with the Ar beitsgas AG in the contact chamber KK increases its pressure.

Bedingt durch die Öffnungsschwelle des Ventils V2 und die Sperrwirkung des Ventils V1 steigt bei zunehmender Temperatur der Flüssigkeit FL (S) und damit auch des Arbeitsgases AG in der Kontaktkammer der Druck des Arbeitsgases AG bei im wesentlichen gleichbleibendem Volumen so weit an, bis die Öff nungsschwelle des Ventils V2 erreicht wird. Mit Erreichen dieser Öffnungs schweife öffnet das Ventil V2 und Flüssigkeit FL (K) niedriger Temperatur strömt unter dem Einfluß des Überdrucks in der Arbeitskammer in den Ein gangsbereich EK des Kollektors SK und verdrängt dort die erwärmte Flüssigkeit und fördert zugleich Flüssigkeit FL (W) hoher Temperatur aus dem Kollektor in die Rücklaufleitung RL zum Wärmespeicherbehälter. Die Einströmung von Flüssigkeit FL (K) niedriger Temperatur in den Eingangsbereich setzt sich fort bis der Überdruck in der Arbeitskammer abgebaut ist. Der Einstrom von Flüs sigkeit aus der Arbeitskammer ist durch ein Ausgleichsvolumen im Flüssigkeits kreislauf, welches vorteilhafterweise groß ist gegen das Gasvolumen des Ar beitsgases und auch durch Ausgleich zum umgebenden Atmosphärendruck, vorzugsweise an der höchsten Stelle des Flüssigkeitskreislaufs, gegeben sein kann, aufgefangen.Due to the opening threshold of valve V2 and the locking effect of the Valve V1 increases with increasing temperature of the liquid FL (S) and therefore also the working gas AG in the contact chamber the pressure of the working gas AG with essentially the same volume until the opening voltage threshold of valve V2 is reached. Upon reaching this opening open valve V2 and liquid FL (K) low temperature flows into the inlet under the influence of overpressure in the working chamber aisle area EK of the collector SK and there displaces the heated liquid and at the same time conveys high temperature liquid FL (W) out of the collector the return line RL to the heat storage tank. The inflow of Liquid FL (K) low temperature in the entrance area continues until the overpressure in the working chamber is reduced. The inflow of rivers Liquid from the working chamber is due to an equalizing volume in the liquid circuit, which is advantageously large against the gas volume of the Ar bypass gas and also by compensating for the surrounding atmospheric pressure, preferably at the highest point in the liquid circuit can, caught.

Durch die Öffnungsschwelle des Ventils V2 erfolgt die Einströmung von Flüs sigkeit FL (K) niedriger Temperatur relativ schnell und das Volumen der beim Abbau des Überdrucks in der Arbeitskammer in den Eingangsbereich des Kol lektors nachströmenden Flüssigkeit ist vorteilhafterweise so groß, daß der in engem Wärmekontakt mit dem Arbeitsgas stehende Eingangsbereich EK weit gehend oder vollständig mit Flüssigkeit niedriger Temperatur gefüllt wird, bevor sich diese unter dem Einfluß der einfallenden Strahlung erwärmt. Die eingeströmte kühle Flüssigkeit entzieht dem entspannten Arbeitsgas kurzfristig Wärme. Das Volumen des Arbeitsgases und insbesondere dessen Volumen anteil in der Arbeitskammer AK nimmt ab, das Ventil V2 schließt oder ist bereits bei geringem Restüberdruck geschlossen und Flüssigkeit FL (K) niedriger Temperatur strömt aus der Vorlaufleitung VL durch das Ventil V1 in die Arbeits kammer AK nach.The inflow of rivers occurs through the opening threshold of valve V2 liquid FL (K) low temperature relatively quickly and the volume of the at Relief of the excess pressure in the working chamber in the entrance area of the col Lector flowing liquid is advantageously so large that the in close thermal contact with the working gas standing entrance area EK wide filled or fully filled with low temperature liquid before it heats up under the influence of the incident radiation. The poured in cool liquid briefly withdraws the relaxed working gas Warmth. The volume of the working gas and in particular its volume share in the working chamber AK decreases, the valve V2 closes or is already closed at low residual overpressure and liquid FL (K) lower Temperature flows from the flow line VL through the valve V1 into the work chamber AK after.

Die in den Eingangsbereich EK eingeströmte Flüssigkeit erwärmt sich allmäh lich unter dem Einfluß der einfallenden Strahlung. Durch den engen Wärme kontakt mit der Flüssigkeit FL (S) im Eingangsbereich EK erwärmt sich auch das Arbeitsgas und der Druck in der Arbeitskammer AK steigt für einen neuen Förderzyklus wieder an.The liquid flowing into the entrance area EK gradually warms up Lich under the influence of the incident radiation. Because of the tight warmth Contact with the liquid FL (S) in the entrance area EK also heats up the working gas and the pressure in the working chamber AK rise for a new one Delivery cycle again.

Aus der zeitlich zyklischen Temperaturdifferenz im Eingangsbereich des Kol lektors kann damit die Antriebsleistung für die Förderung der Flüssigkeit abge leitet werden. Besonders vorteilhaft ist, daß die Anordnung selbstanlaufend, weitgehend unabhängig vom Temperatur-Arbeitspunkt und einfach aufgebaut ist. Eine elektrisch betriebene Pumpe wird nicht benötigt.From the cyclical temperature difference in the entrance area of the col lector can abge the drive power for pumping the liquid be directed. It is particularly advantageous that the arrangement is self-starting, largely independent of the temperature operating point and simply constructed is. An electrically operated pump is not required.

Alternativ zu der Hysterese im Verhalten des Ventils V2 könnte auch das Ventil V2 ohne Öffnungsschwelle ausgeführt und ein Ventil mit Schaltschwelle für Strömungen zur Arbeitskammer und im wesentlichen widerstandsfreier Rück strömung aus der Arbeitskammer in die Kontaktkammer in den Strömungsweg des Arbeitsgases zwischen Kontaktkammer und Arbeitskammer eingefügt sein.As an alternative to the hysteresis in the behavior of valve V2, the valve could also be used V2 without opening threshold and a valve with switching threshold for Currents to the working chamber and essentially resistance-free return flow from the working chamber into the contact chamber into the flow path of the working gas between the contact chamber and working chamber.

In der Arbeitskammer können Arbeitsgas AG und Flüssigkeit auch durch eine Membran oder dgl. getrennt sein. Die Arbeitskammer kann auch vollständig mit der Flüssigkeit FL gefüllt sein und eine verschiebbare und/oder verformbare Wand aufweisen um eine Veränderung des Kammervolumens zu erreichen. In the working chamber, working gas AG and liquid can also be fed through a Separate membrane or the like. The working chamber can also be used entirely the liquid FL be filled and a displaceable and / or deformable Show wall to achieve a change in the chamber volume.

Anstelle des Arbeitsgases kann auch ein anderes Medium wie z. B. Paraffin, Wachs, Öl u. ä. als Arbeitsmedium mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizien ten eingesetzt sein. Diese Medien zeigen zwar eine geringere Wärmeausdeh nung als ein Gas, sind aber kaum kompressibel und können daher hohe Ar beitskräfte aufbringen, z. B. zur Verschiebung eines Stempels, was mechanisch wiederum in eine ausreichend große Volumenänderung der Flüssigkeit FL in der Arbeitskammer AK umgesetzt werden kann. Eine der Druckerhöhung in einem Arbeitsgas entsprechende Energiespeicherung, z. B. bis zum Öffnen des Ventils V21, kann dabei durch Spannen eines Federelements erfolgen.Instead of the working gas, another medium such as. B. paraffin, Wax, oil u. Ä. as a working medium with high thermal expansion coefficients ten be used. These media show a lower thermal expansion tion as a gas, but are hardly compressible and can therefore have high ar raise staff, e.g. B. to move a stamp, what is mechanical again in a sufficiently large volume change of the liquid FL in the Chamber of Labor AK can be implemented. One of the pressure increase in energy storage corresponding to a working gas, e.g. B. until the opening of Valve V21, can be done by tensioning a spring element.

Die Fördereinrichtung ist vorzugsweise in geringem Abstand vom Kollektor SK und bei dessen Einströmanschluß angeordnet, kann aber auch auf der Aus gangsseite liegen. Die Rückströmsperren können auch den Kollektor zwischen sich einschließen, sind aber vorzugsweise in geringem Abstand von der Ar beitskammer angeordnet. Der Eingangsbereich EK kann auch selbst volumen veränderbar sein und dann als Arbeitskammer dienen. Der Eingangsbereich kann auch ein Kollektormodul vollständig einnehmen, welches dann vorzugs weise als Vorstufe eines weiteren Kollektormoduls dient.The conveyor is preferably a short distance from the collector SK and arranged at its inflow connection, but can also on the off facing the aisle. The non-return valve can also put the collector between include themselves, but are preferably a short distance from the Ar beitskammer arranged. The entrance area EK can also itself volume be changeable and then serve as a working chamber. The entrance area can also completely occupy a collector module, which is then preferred serves as a preliminary stage of another collector module.

Die beschriebene Anordnung nutzt die zeitliche Temperaturdifferenz im Ein gangsbereich des Kollektors aus und bewirkt einen pulsierenden Flüssig keitsstrom im Eingangsbereich EK des Kollektors und im gesamten Flüssig keitskreislauf. Es kann auch vorgesehen sein, aus einer Temperaturdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Kollektors oder insbesondere zwischen Kollektor und Vorlauf eine Arbeitsleistung abzuleiten.The arrangement described uses the temporal temperature difference in the on output area of the collector and causes a pulsating liquid current in the entrance area EK of the collector and in the entire liquid keitskreislauf. It can also be provided from a temperature difference between input and output of the collector or in particular between Derive collector and lead a work performance.

Eine vorteilhafte Ausführungsform für ein Rückschlagventil mit einem Hystere severhalten durch eine Öffnungsschwelle ist in Fig. 2 skizziert. Ein Kolben KO ist in Strömungsrichtung SR verschiebbar in einem Ventilkörper VK gelagert. An advantageous embodiment for a check valve with a hysteresis through an opening threshold is outlined in FIG. 2. A piston KO is slidably mounted in a valve body VK in the flow direction SR.

Ein Dichtring DR zwischen zwei einander in Strömungsrichtung gegenüberste henden Anlageflächen von Ventilkörper und Kolben sperrt bei gegenüber dem Druck PA auf Seiten der Arbeitskammer AK höherem Druck PK auf Kollektor seite (PK < PA) in der skizzierten Ventilposition den Strömungsweg zuverlässig ab.A sealing ring DR between two opposite each other in the direction of flow existing contact surfaces of the valve body and piston locks against the Pressure PA on the side of the working chamber AK higher pressure PK on the collector side (PK <PA) in the outlined valve position reliably the flow path from.

Der Kolben weist eine Ringnut RN (oder entsprechende Vertiefungen oder Stufen) auf, in welchen im geschlossenen Ventilzustand unter der Einwirkung einer radial gerichteten Federkraft Kugeln KU, Bolzen oder dgl. an Nutenflan ken anliegen. Bei Aufbau eines Überdrucks PA in der Arbeitskammer gegen über dem Druck PK im Kollektor wird der Kolben zunächst in der geschlosse nen Ventilstellung gehalten, bis die Kraft auf den Kolben in Strömungsrichtung ausreicht, die radial in Bohrungen BO geführten Kugeln KU entgegen den Fe derkräften in die Bohrungen zu drücken und den Kolben aus der eingerasteten Stellung in Strömungsrichtung bis zu einem Anschlag zu verschieben. Dadurch rücken die Anlageflächen von Kolben und Ventilkörper auseinander und geben den Strömungsweg z. B. durch Kanäle KA im Ventilkörper frei. Die Kolbenstel lung bleibt auch bei sinkendem Überdruck in der Arbeitskammer erhalten.The piston has an annular groove RN (or corresponding depressions or Stages), in which in the closed valve state under the influence a radially directed spring force balls KU, bolts or the like. on groove flange ken concern. When building up an overpressure PA in the working chamber against Above the pressure PK in the collector, the piston is initially closed NEN valve position held until the force on the piston in the direction of flow is sufficient, the balls KU guided radially in holes BO counter to the Fe forces into the bores and the piston out of the locked Move position in the direction of flow up to a stop. Thereby move the contact surfaces of the piston and valve body apart and give the flow path z. B. free through channels KA in the valve body. The piston position The lung remains in the working chamber even when the overpressure drops.

Die Rückführung des Ventils in die skizzierte geschlossene Stellung erfolgt bei Einsetzen einer schwachen Rückströmung aus dem Kollektor zur Arbeitskam mer, wenn der Druck in der Arbeitskammer unter den Druck im Kollektor sinkt, wobei lediglich der Rollwiderstand/Gleitwiderstand der Kugeln zu überwinden ist. Die Rückführung in die Schließstellung kann durch eine Feder unterstützt sein.The valve is returned to the sketched closed position at Onset of a weak return flow from the collector to the work area if the pressure in the working chamber drops below the pressure in the collector, only the rolling resistance / sliding resistance of the balls to be overcome is. The return to the closed position can be supported by a spring his.

Bei der in Fig. 3 skizzierten Anordnung ist als Arbeitsmedium AM in einer Kon taktkammer KKM eine fließfähige Substanz wie z. B. Wachs, Öl, Paraffin etc. mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten eingesetzt. Derartige Substanzen sind z. B. zur Temperaturregelung in sanitären Mischbatterien, bei Fensterhe bern u. a. unter Ausnutzung der hohen Wärmeausdehnung im Einsatz. Diese an sich bekannten Substanzen sind im wesentlichen nicht komprimierbar, so daß eine Erwärmung auch entgegen starkem Gegendruck in eine Volumenän derung umgesetzt wird. Im Beispiel der Fig. 3 wird die Volumenänderung des Arbeitsmediums AM bei einer durch die Wärmetransportflüssigkeit im Ein gangsbereich EK des Kollektors SK induzierten Temperaturänderung in eine eindimensionale Bewegung eines ersten Kolbens KM in einem ersten Zylinder ZM, der über eine Verbindungsleitung LM mit der Kontaktkammer KKM ver bunden ist, umgesetzt. Der Zylinder ZM kann auch direkt an der Kontaktkam mer ausgebildet sein.In the arrangement sketched in Fig. 3 is a working medium AM in a con contact chamber KKM a flowable substance such. B. wax, oil, paraffin etc. with a high coefficient of thermal expansion. Such substances are e.g. B. for temperature control in sanitary mixer taps, at Fensterhe bern among other things, taking advantage of the high thermal expansion in use. These substances, which are known per se, are essentially not compressible, so that heating is implemented in a change in volume even against strong back pressure. In the example of FIG. 3, the change in volume of the working medium AM in the event of a temperature change induced by the heat transport liquid in the input region EK of the collector SK into a one-dimensional movement of a first piston KM in a first cylinder ZM, which ver via a connecting line LM to the contact chamber KKM is bound, implemented. The cylinder ZM can also be formed directly on the contact chamber.

In einer vollständig mit Wärmetransportflüssigkeit gefüllten Arbeitskammer AK2 ist ein weiterer Zylinder ZF ausgebildet, in welchem ein zweiter Kolben KF zur Veränderung des Kammervolumens verschiebbar ist. Die Verschiebungen des ersten Kolbens KM und des zweiten Kolbens KF sind über eine Kolbenstange KS starr miteinander gekoppelt. Die Querschnittsfläche QM des ersten Zylin ders ZM ist wesentlich, vorzugsweise um wenigstens einen Faktor f = 10, ins besondere wenigstens den Faktor f = 40 kleiner als die Querschnittsfläche QF des zweiten Zylinders ZF, QF = f × QM, so daß eine Änderung des Volumens des Arbeitsmediums AM um einen Wert dVM zu einer Volumenänderung dVF = f. dVM der Arbeitskammer AK2 führt. Die Arbeitskammer AK2 steht mit der Zuleitung zum Eingangsbereich des Kollektors zwischen den Rückschlag ventilen V1 und V2 in Verbindung. Die Kolben KM, KF sind gegen die jeweili gen Zylinderwände abgedichtet.In a working chamber AK2 completely filled with heat transfer liquid Another cylinder ZF is formed, in which a second piston KF for Change in chamber volume is displaceable. The shifts of the the first piston KM and the second piston KF are via a piston rod KS rigidly coupled. The cross-sectional area QM of the first cylin ders ZM is essential, preferably by at least a factor f = 10 ins in particular at least the factor f = 40 smaller than the cross-sectional area QF of the second cylinder ZF, QF = f × QM, so that a change in volume of the working medium AM by a value dVM to a change in volume dVF = f. dVM of the working chamber AK2 leads. The working chamber AK2 stands with the supply line to the entrance area of the collector between the kickback valves V1 and V2 in connection. The pistons KM, KF are against the respective sealed against cylinder walls.

Gleichfalls mit der Zuleitung zum Eingangsbereich zwischen den Ventilen V1 und V2 verbunden ist ein Druckspeicher PS, welcher ein entgegen einer Rück stellkraft vergrößerbares Volumen an Wärmetransportflüssigkeit FL enthält. Die Rückstellkraft kann z. B. durch ein komprimierbares Gasvolumen, ein Gewicht, eine Feder DF auf einen Stempel ST u. ä. oder Kombinationen davon aufge bracht werden.Likewise with the supply line to the entrance area between the valves V1 and V2 is connected to a pressure accumulator PS, which is against a back actuating force contains expandable volume of heat transfer fluid FL. The Resetting force can e.g. B. by a compressible gas volume, a weight, a spring DF on a stamp ST u. Ä. or combinations thereof be brought.

Ausgehend von niedriger Temperatur der Wärmetransportflüssigkeit FL im Kollektor und damit relativ geringem Volumen des Arbeitsmediums AM und durch die in der Skizze starre Kopplung der Kolben KM, KF relativ großem Vo lumen an Wärmetransportflüssigkeit in der Arbeitskammer AK2 und Stellung der beiden Kolben KM, KF relativ weit rechts in der Skizze nach Fig. 3 wird bei Erwärmung der Flüssigkeit im Eingangsbereich EK durch auf den Kollektor einfallende Strahlung und die Erwärmung und Ausdehnung des Arbeitsmedi ums AM der Kolben KM und damit auch der Kolben KF in der Skizze nach links verschoben und Flüssigkeit FL aus der Arbeitskammer FL verdrängt. Das Rückschlagventil V1 sperrt und auch das Ventil V2 bleibt bei Druckwerten un terhalb seiner Schaltschwelle geschlossen. Die Verdrängung von Flüssigkeit aus der Arbeitskammer wird dann ausgeglichen durch in den Druckspeicher PS einströmende Flüssigkeit, bis durch die Gegenkraft im Druckspeicher PS der Druck die Schaltschwelle des Ventils V2 überschreitet und Flüssigkeit niedriger Temperatur in den Eingangsbereich EK des Kollektors einströmt, bis der Über druck vor dem Ventil V2 gegenüber dem Druck im Kollektor abgebaut ist.Starting from the low temperature of the heat transfer fluid FL in the collector and thus a relatively small volume of the working medium AM and due to the rigid coupling of the pistons KM, KF relatively large volume of heat transfer fluid in the working chamber AK2 and the position of the two pistons KM, KF relatively far 3 on the right in the sketch according to FIG. 3, when the liquid in the input area EK is heated by radiation incident on the collector and the heating and expansion of the working medium around the AM, the piston KM and thus also the piston KF in the sketch are shifted to the left and liquid FL out displaced the working chamber FL. The check valve V1 blocks and valve V2 also remains closed at pressure values below its switching threshold. The displacement of liquid from the working chamber is then compensated for by liquid flowing into the pressure accumulator PS until the pressure in the pressure accumulator PS exceeds the switching threshold of the valve V2 and low-temperature liquid flows into the input area EK of the collector until the overpressure prevails the valve V2 is reduced compared to the pressure in the collector.

Durch die in den Eingangsbereich EK einströmende kühlere Flüssigkeit wird auch das Arbeitsmedium wieder abgekühlt und die Kolben KF, KM weichen unter dem Druck der durch das Ventil V1 nachströmenden Flüssigkeit in der Skizze nach rechts zurück.Due to the cooler liquid flowing into the entrance area EK the working medium is cooled again and the pistons KF, KM give way under the pressure of the liquid flowing through the valve V1 in the Sketch back to the right.

Besonders vorteilhaft ist die Trennung des Druckspeichers PS von der Arbeits kammer durch eine weitere Rückströmsperre V3, wobei der Druckspeicher PS stromabwärts der Arbeitskammer liegt. Hierdurch kann die Druckaufbauphase bei Erwärmung des Arbeitsmediums von der Druckabbauphase bei der Abküh lung entkoppelt und eine besonders günstige Förderleistung erzielt werden. Die bei der Erwärmung stattfindende Verdrängung von Flüssigkeit aus der Arbeits kammer wird bis zum Öffnen des Ventils V2 vollständig zur Druckaufladung im Druckspeicher PS verwandt. Eine nach dem Öffnen des Ventils V2 noch wäh rend des Einströmens von Flüssigkeit in den Eingangsbereich des Kollektors stattfindende Abkühlung des Arbeitsmediums mindert die in diesem Zyklus ge förderte Flüssigkeitsmenge nicht, da die Rückströmsperre V3 bei Vergrößerung des Flüssigkeitsvolumens der Arbeitskammer AK2 sperrt und die Aufladung des Druckspeichers PS vollständig in einen Strom von Flüssigkeit niedriger Temperatur in den Kollektor entladen wird. Es kann dabei gleichzeitig ein Ein strömen von Flüssigkeit in den Eingangsbereich EK des Kollektors und ein Nachströmen von Flüssigkeit aus der Vorlaufleitung in die Arbeitskammer statt finden.The separation of the pressure accumulator PS from the work is particularly advantageous chamber by a further non-return valve V3, the pressure accumulator PS is downstream of the working chamber. This allows the pressure build-up phase when the working medium heats up from the pressure reduction phase when cooling decoupling and a particularly favorable delivery rate can be achieved. The displacement of liquid from work during heating The chamber is completely charged for pressure in the valve until valve V2 opens Pressure accumulator PS related. Select one after opening valve V2 When liquid flows into the entrance area of the collector The cooling of the working medium taking place reduces the ge in this cycle did not deliver the amount of liquid because the non-return valve V3 enlarges of the liquid volume of the working chamber AK2 blocks and the charging of the accumulator PS completely lower in a flow of liquid Temperature is discharged into the collector. It can be an on at the same time flow of liquid into the entrance area EK of the collector and Afterflow of liquid from the flow line into the working chamber instead Find.

Bei der in Fig. 4 skizzierten Anordnung sind anstelle der in Zylindern ZM, ZF geführten Kolben KM, KF ein Faltenbalg FM auf Seiten des Arbeitsmediums AM in der Kontaktkammer KKM und ein Faltenbalg FF auf Seiten der Arbeits kammer AK2 mit zu den Kolben/Zylindern äquivalenter Wirkungsweise der Vo lumenänderung mit entsprechendem Querschnittsverhältnis vorgesehen. Die Faltenbälge FM, FF sind in ihren eindimensional veränderlichen Ausdehnungen hier nicht starr gekoppelt, sondern über eine Federanordnung FA mit Stempel und Feder verbunden und durch die Federanordnung in ihrem Koppelabstand veränderlich. Ausgehend von einer niedrigen Temperatur des Arbeitsmediums und damit geringer Ausdehnung des Faltenbalgs FM und großen, durch eine vorgespannte Federanordnung insbesondere maximalem, durch einen An schlag begrenztem Koppelabstand der beiden Faltenbälge dehnt sich der erste Faltenbalg FM auf Seiten der Kontaktkammer KKM mit dem Arbeitsmedium AM in Richtung des zweiten Faltenbalgs FF auf Seiten der Arbeitskammer AK2 aus. Solange die Schaltschwelle des Ventils V2 nicht erreicht ist, kann der Fal tenbalg FF nicht zusammengedrückt werden und die Ausdehnung des ersten Faltenbalgs FM führt zu einer Erhöhung der Federspannung in der Federan ordnung FA und zu einer Erhöhung des Drucks in der Arbeitskammer. Nach Erreichen der Schaltschwelle des Ventils V2 wird die Federspannung durch Zusammendrücken des zweiten Faltenbalgs FF unter Verdrängung von Flüs sigkeit aus der Arbeitskammer und Einströmen von Flüssigkeit niedriger Tem peratur in den Eingangsbereich EK des Kollektors abgebaut. Bei Abkühlen des Arbeitsmediums durch die in dem Eingangsbereich nachströmende kühlere Flüssigkeit wird der Faltenbalg FF durch die aus der Vorlaufleitung über das Ventil V1 in die Arbeitskammer einströmende Flüssigkeit expandiert und den Faltenbalg FM mit Unterstützung der vorgespannten Federanordnung zusam mengedrückt.In the arrangement outlined in FIG. 4, instead of the pistons KM, KF guided in cylinders ZM, ZF, a bellows FM on the part of the working medium AM in the contact chamber KKM and a bellows FF on the part of the working chamber AK2 are equivalent to the pistons / cylinders Effect of the volume change provided with a corresponding cross-sectional ratio. The bellows FM, FF are not rigidly coupled in their one-dimensionally variable dimensions, but are connected to the stamp and spring via a spring arrangement FA and their coupling distance can be changed by the spring arrangement. Starting from a low temperature of the working medium and thus small expansion of the bellows FM and large, by a prestressed spring arrangement in particular maximum, by a stop limited coupling distance of the two bellows, the first bellows FM on the side of the contact chamber KKM with the working medium AM in the direction of the second bellows FF on the part of the working chamber AK2. As long as the switching threshold of the valve V2 is not reached, the bellows FF cannot be compressed and the expansion of the first bellows FM leads to an increase in the spring tension in the spring arrangement FA and to an increase in the pressure in the working chamber. After reaching the switching threshold of valve V2, the spring tension is reduced by compressing the second bellows FF, displacing liquid from the working chamber and inflow of liquid at a low temperature into the input area EK of the collector. When the working medium cools down due to the cooler liquid flowing in the input area, the bellows FF is expanded by the liquid flowing into the working chamber from the supply line via the valve V1 and the bellows FM is pressed together with the support of the prestressed spring arrangement.

Das mittlere Volumen des Arbeitsgases AG bzw. des nicht komprimierbaren Arbeitsmediums AM ist von der mittleren Temperatur der Flüssigkeit im Ein gangsbereich des Kollektors abhängig. Damit variiert auch die mittlere Stellung der Kolben bzw. Faltenbalge in den Ausführungsformen nach Fig. 3 und Fig. 4. Um den konstruktiven Aufbau insbesondere für den Kolben bzw. Faltenbalg auf Seiten der Arbeitskammer gering zu halten, kann vorgesehen sein, die Länge der Kolbenstange KS bzw. der Federanordnung FA in Abhängigkeit von der mittleren Temperatur der Flüssigkeit im Eingangsbereich EK abhängig zu ma chen.The average volume of the working gas AG or the incompressible working medium AM depends on the average temperature of the liquid in the input area of the collector. Thus also the center position varies the piston or bellows in the embodiments of Fig. 3 and Fig. 4. In order to keep the structural design short, in particular for the piston or bellows on the side of the working chamber may be provided, the length of the piston rod KS or the spring arrangement FA depending on the average temperature of the liquid in the entrance area EK.

In Fig. 5 in Draufsicht und in Fig. 6 in Seitenansicht ist eine Kollektorausführung skizziert, bei welcher die Kontaktkammer mit einem Arbeitsgas AG oder einem im wesentlichen nicht kompressiblen Arbeitsmediums AM innerhalb des Ein gangsbereichs des Kollektors in Form einer Rohrschlange RS angeordnet ist, welche im skizzierten Beispiel einseitig abgeschlossen und mit dem anderen Ende aus dem Kollektor herausgeführt ist zu Verbindungsleitungen GL bzw. LM usw. Die so geformte und angeordnete Kontaktkammer ist allseitig von der Wärmetransportflüssigkeit umspült, um eine gute Wärmeübertragung mit ge ringer Verzögerung zu erzielen.In Fig. 5 in plan view and in Fig. 6 in side view, a collector design is outlined, in which the contact chamber with a working gas AG or a substantially non-compressible working medium AM is arranged in the input region of the collector in the form of a pipe coil RS, which in the Outlined example completed on one side and with the other end led out of the collector to connecting lines GL or LM etc. The contact chamber shaped and arranged in this way is washed around on all sides by the heat transfer liquid in order to achieve good heat transfer with a slight delay.

Die vorstehend und in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildun gen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschrie benen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar. Die erfindungsgemäße Förderung einer Flüssigkeit kann auch bei anderer Anwendung als bei der solarthermi schen Speicherwärmegewinnung, beispielsweise zur Gewinnung elektrischer oder mechanischer Energie, z. B. Pumpenergie eingesetzt werden.The above and in the claims as well as the picture Removable features are both individually and in different Combinations can be advantageously implemented. The invention is not described in the benen embodiments limited, but within the scope of professional Can be modified in many ways. The funding according to the invention A liquid can also be used for other applications than for solar thermal storage heat recovery, for example for the production of electrical or mechanical energy, e.g. B. pump energy can be used.

Claims

1. Solar thermal arrangement with a liquid delivery device for conveying a liquid as a heat transport medium through such a larthermal collector in a predetermined flow direction, characterized in that the fluid delivery device causes a pulsating liquid flow through the collector in successive delivery cycles and that working means for driving the delivery device with the Liquid in the collector are in thermal contact and derive the drive power from a temperature difference.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Förderein towards a working chamber with variable volume on rivers liquidity.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the working chamber is arranged between the same-way non-return valves.

4. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the Volume of the working chamber through a displaceable and / or deformed bare wall of the chamber is changeable.

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that a changeable part of the working chamber contains a gas.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the working fluid contains a working fluid whose thermal expansion coefficient in the operating temperature range is a multiple of the heat expansion coefficient of the liquid is.

7. Arrangement according to claim 6, characterized by a gas as working fluid.

8. Arrangement according to claim 7 and claim 5, characterized in that the working fluid fills a part of the working chamber.

9. Arrangement according to claim 6, characterized by one under the loading Operating states of the arrangement essentially incompressible Fluid as a working fluid.

10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the working fluid in thermal contact with an inflow area of the Collector stand.

11. The arrangement according to claim 10, characterized in that a zeitli cyclical temperature difference in the inflow area to derive the Drive power is used.

12. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that a temperature difference between inflow area and outflow area of the collector is used to derive the drive power.

13. Arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least one guide element in a flow path and / or little Mostly a cyclically moving mechanical element is a hysteresis device behavior.

14. Arrangement according to claim 13, characterized in that a back flow barrier in the flow of the liquid and / or a valve in egg has a hysteresis in the flow path of the working fluid.

15. The arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that a force-transmitting mechanical element shows hysteresis behavior.

16. Arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that the work equipment over a given contact area in the inflow range of the collector in thermal contact with the liquid and the in quantity of liquid pumped in a cycle is at least so large that Liquid flowing down the entire contact surface running temperature is supplied.

17. Arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that the conveyor at the flow inlet of the collector is is arranged.