DE10323157A1 - Solar heat collection system use for generating electricity, includes thermal exchanger which is arranged in return circuit and used for obtaining collected heat - Google Patents

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Abstract

The solar heat collection system includes a thermal exchanger (6) which is arranged in a return circuit and used for obtaining collected heat. The return circuit is provided with a valve (8) operated by a piston (9) arranged in a cylinder. The piston is biased by a spring (11) via a guiding rod (10). The system also includes a transparent thermal insulator (2) covered with fiber glass of silica gel.

Description

AllgemeinGenerally

Bei Flachkollektoren entweicht mit steigender Nutztemperatur ein immer größerer Teil der an der Absorberfläche erzeugten Wärme durch die Deckscheibe des Kollektors. Durch eine selektiv wirkende Beschichtung der Absorberfläche und eine transparente Wärmedämmung kann dieser Effekt vermindert werden.at Flat plate collectors always escape with increasing usable temperature bigger part the one on the absorber surface generated heat through the cover plate of the collector. Through a selective acting Coating the absorber surface and transparent thermal insulation can this effect can be reduced.

Die vorliegenden Erfindung hat zum Ziel, die gesamte eingestrahlte Sonnenenergie zu nutzen, indem die zur Deckscheibe sich ausbreitende Wärme durch Verdampfung eines Flüssigkeitsgemischs aufgenommen wird.The The aim of the present invention is the total incident solar energy to be exploited by the heat spreading to the cover plate Evaporation of a liquid mixture is recorded.

Zu diesem Zweck ist der Kollektor mit einer transparenten Wärmedämmung ausgestattet, die mit einer Flüssigkeit adsorbierenden Schicht überzogen ist. In dieser Schicht befindet sich ein Gemisch von mehr oder weniger leicht verdampfbaren Flüssigkeiten. Durch teilweise Verdampfung des Gemischs wird die zur Deckscheibe sich ausbreitende Wärme aufgenommen. Der entstandene Dampf wird hinter der Absorberfläche abgeführt.To for this purpose the collector is equipped with transparent thermal insulation, the one with a liquid adsorbent layer is coated. There is a mixture of more or less in this layer easily evaporable liquids. Partial evaporation of the mixture turns it into a cover plate spreading heat absorbed. The steam generated is removed behind the absorber surface.

Der Dampf wird vorteilhaft nach einer längeren Ruhephase in verhältnismäßig kurzer Zeit abgeführt und unmittelbar danach, nach einer teilweisen Wärmeabgabe in einem externen Wärmetauscher, ebenso rasch wieder in den Kollektorraum und die transparente Wärmedämmung zurückgeführt.The Steam becomes advantageous after a longer period of rest in a relatively short time Time drained and immediately afterwards, after partial heat release in an external one Heat exchanger, as well quickly returned to the collector room and the transparent thermal insulation.

Durch die Verdampfung von Anteilen der Flüssigkeit wird der transparenten Wärmedämmung und der Absorberfläche Wärme entzogen. Die Rückführung und Kondensation des Dampfes erfolgt bei etwas niedrigerer Temperatur, so dass insgesamt eine Kühlung eintritt.By the evaporation of parts of the liquid becomes transparent Thermal insulation and the absorber surface Deprived of heat. The repatriation and Steam condensation occurs at a slightly lower temperature, so overall cooling entry.

Der Kollektor kann auch ohne verdampfende Flüssigkeit nur mit einem periodisch ein- und ausströmenden Gas betrieben werden. Mit einer verdampfenden Flüssigkeit kann aber mehr Wärme aufgenommen werden.The Collector can periodically even without evaporating liquid flowing in and out Gas operated. However, more heat can be absorbed with an evaporating liquid become.

Während die üblichen Flachkollektoren bei Stillstandstemperatur keine Wärme mehr abgeben können, kann mit diesem Kollektor die gesamte eingestrahlte Sonnenenergie in der Höhe der Stillstandstemperatur und sogar darüber hinaus genutzt werden.While the usual Flat-plate collectors no longer heat at standstill temperature can give up can use this collector to absorb all of the solar energy in height the standstill temperature and even beyond.

Eine Erhöhung der Temperatur über die Stillstandstemperatur hinaus ist dadurch möglich, dass ein Teil der aus dem Kollektor entnommenen Wärmeenergie dazu genutzt wird, um mit Hilfe einer Wärmepumpe die Absorberfläche auf eine höhere Temperatur zu bringen.A increase the temperature above the standstill temperature is also possible because part of the thermal energy taken from the collector is used to open the absorber surface with the help of a heat pump a higher one Bring temperature.

Auf diese Weise kann der Carnot-Wirkungsgrad einer angeschlossenen Kraftmaschine erhöht werden und es können höhere Temperaturen z.B. für Prozesswärme erzielt werden.On this way the Carnot efficiency of a connected engine increase and it can higher Temperatures e.g. achieved for process heat become.

Der Kollektor eignet sich auch für eine effiziente Gewinnung von elektrischer Energie.The Collector is also suitable for efficient generation of electrical energy.

Im EinzelnenIn detail

Aufbauconstruction

In den schematischen Zeichnungen von 1 und 3 ist jeweils ein Schnitt durch einen Flachkollektor zu sehen.In the schematic drawings of 1 and 3 a section through a flat plate collector can be seen.

2 zeigt einen Ausschnitt aus der transparenten Wärmedämmung im Aufriss. 2 shows a section of the transparent thermal insulation in elevation.

Nach 1 ist unter der Deckscheibe (1) eine transparente Wärmedämmung (2) angebracht. Sie besteht vorteilhaft aus Reihen von breiteren (2, 14) und flacheren (2, 15) Zellen und kann aus Polycarbonat oder aus Glas gefertigt sein. Wenn der Kollektor nach 1 mit einer Füllung von Dampf betrieben wird, dann wird eine transparente Wärmedämmung verwendet, deren Oberfläche mit einer Flüssigkeit adsorbierenden Schicht überzogen ist, z.B. aus Silikagel, oder mit einer Schicht aus feinen Fasern. Die adsorbierende Schicht kann durch Eintauchen der gesamtem transparenten Wärmedämmung in ein entsprechendes Bad hergestellt werden.To 1 is under the cover plate ( 1 ) transparent thermal insulation ( 2 ) appropriate. It advantageously consists of rows of wider ( 2 . 14 ) and flatter ( 2 . 15 ) Cells and can be made of polycarbonate or glass. If the collector after 1 is operated with a filling of steam, then a transparent thermal insulation is used, the surface of which is coated with a liquid-adsorbing layer, for example made of silica gel, or with a layer of fine fibers. The adsorbent layer can be produced by immersing the entire transparent thermal insulation in an appropriate bath.

In der adsorbierenden Schicht ist eine Mischung von Flüssigkeiten mit verschieden hohem Siedepunkt adsorbiert.In the adsorbent layer is a mixture of liquids adsorbed with different boiling points.

Die transparente Wärmedämmung schließt an einer Seite mit der Deckscheibe (1) ab. Zweckmäßig sind an der oberen Kante der Zellenwände kleine Abstandshalter oder eine feine Zahnung angebracht, damit die Beschichtung der transparenten Wärmedämmung mit der adsorbierenden Schicht nicht durch den Kontakt mit der Deckscheibe unterbrochen wird sondern ununterbrochen von einer Seite auf die andere übergehen kann.The transparent thermal insulation closes on one side with the cover panel ( 1 ). Small spacers or fine serrations are expediently attached to the upper edge of the cell walls, so that the coating of the transparent thermal insulation with the adsorbent layer is not interrupted by contact with the cover plate, but can continuously pass from one side to the other.

In der adsorbierenden Schicht ist eine Mischung von Flüssigkeiten mit verschieden hohem Siedepunkt adsorbiert.In the adsorbent layer is a mixture of liquids adsorbed with different boiling points.

Die verhältnismäßig großen Zellen (2, 14) der transparenten Wärmedämmung sind auf der der Deckscheibe gegenüberliegenden Seite durch eine für Dampf durchlässige Absorberschicht (16) abgedeckt. In ihr wird die einfallende Sonnenstrahlung absorbiert. Die Absorberschicht kann zweckmäßig aus Metallwolle bestehen, die selektiv wirkend behandelt ist.The relatively large cells ( 2 . 14 ) of the transparent thermal insulation are on the opposite side of the cover panel by a vapor permeable absorber layer ( 16 ) covered. The incident solar radiation is absorbed in it. The absorber layer can expediently ig consist of metal wool, which is treated selectively acting.

Unter dieser Abdeckung sind die breiten Zellen in einer Richtung miteinander verbunden so dass eine Durchleitung entsteht, durch die Dampf abgeführt werden kann.Under In this cover, the wide cells are in one direction with each other connected so that a passage is formed through which steam is discharged can.

Die flachen Zellen (2, 15) der transparenten Wärmedämmung münden in einen flachen Hohlraum unter der transparenten Wärmedämmung.The flat cells ( 2 . 15 ) of the transparent thermal insulation open into a flat cavity under the transparent thermal insulation.

Die breiten Zellen der transparenten Wärmedämmung sind an ihrem seitlichen Rand durch eine Sammelleitung miteinander verbunden. Diese Sammelleitung führt über eine Rohrleitung (13) und über ein Ventil (12), das sich nur in der angezeigten Richtung öffnet, zu dem Zylinder (8). Im Zylinder (8) ist ein Kolben (9) mit einer Führungsstange (10) frei beweglich. Die Führungsstange ist mit einer fest verankerten mechanischen oder pneumatischen Federung (11) verbunden. Vom Zylinder (8) führt ein weiteres Ventil (7), das sich in der angezeigten Richtung öffnet, über einen Wärmetauscher (6) und die Rohrleitung (5) zu dem flachen Hohlraum unter der transparenten Wärmedämmung zurück.The wide cells of the transparent thermal insulation are connected to each other at their lateral edges by a manifold. This manifold runs through a pipe ( 13 ) and via a valve ( 12 ), which opens only in the direction shown, to the cylinder ( 8th ). In the cylinder ( 8th ) is a piston ( 9 ) with a guide rod ( 10 ) versatile. The guide rod is equipped with a firmly anchored mechanical or pneumatic suspension ( 11 ) connected. From the cylinder ( 8th ) carries another valve ( 7 ), which opens in the direction shown, via a heat exchanger ( 6 ) and the pipeline ( 5 ) back to the flat cavity under the transparent thermal insulation.

Das ganze mag in einem Gehäuse (4) mit üblicher Wärmedämmung untergebracht sein.The whole thing in one housing ( 4 ) be housed with normal thermal insulation.

Wenn der Kollektor mit einer Gasfüllung betrieben wird, dann entfällt die Beschichtung mit einer adsorbierenden Schicht. Dafür sind am oberen Ende der transparenten Wärmedämmung an jeder zweiten Zellwand, die von den breiten zu den flachen Zellen führt, kleine Einbuchtungen angebracht, durch die ein Gasaustausch stattfinden kann.If the collector with a gas filling is operated, then omitted coating with an adsorbent layer. For that are on upper end of the transparent thermal insulation every second cell wall, which leads from the wide to the flat cells, small Indentations attached through which a gas exchange takes place can.

3 zeigt den gleichen Aufbau wie 1. Zusätzlich zu dem Aufbau von 1 ist am Zylinder (20) ein Ventil (18) angebracht, das über eine Rohrleitung zu einem Drosselventil (17) führt, das wiederum mit der Rohrleitung verbunden ist, die zu den breiten Zellen des Kollektors mit der Absorberschicht führt. Das Ventil (18) am Zylinder kann durch eine mechanische Verbindung mit der Führungsstange (19) gesteuert werden. 3 shows the same structure as 1 , In addition to building 1 is on the cylinder ( 20 ) a valve ( 18 ) attached via a pipe to a throttle valve ( 17 ) leads, which in turn is connected to the pipeline leading to the wide cells of the collector with the absorber layer. The valve ( 18 ) on the cylinder by a mechanical connection with the guide rod ( 19 ) to be controlled.

Funktionfunction

Wenn der Kollektor der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, erwärmt sich die Absorberschicht (3). Allmählich dringt die Wärme durch Strahlung und Konvektion in die transparente Wärmedämmung. Wenn die transparente Wärmedämmung mit einer adsorbierenden Schicht versehen ist, in der ein Flüssigkeits-Gemischs, z.B. verschiedener Kohlenwasserstoffe gebunden ist, so verdampfen je nach den Temperaturen, die zur Deckscheibe hin abnehmen, entsprechend höher oder niedriger siedende Anteile des Flüssigkeitsgemischs. Entsprechend ändert sich nach einiger Zeit die Zusammensetzung des Flüssigkeitsgemischs. Es stellt sich ein stationärer Zustand ein, wobei sich an jeder Stelle des Kollektors je nach der Temperatur eine entsprechende Mischung des Dampfes und der Flüssigkeit einstellt. Durch die Verdampfung steigt der Druck des im Inneren des Kollektors eingeschlossenen Dampfes.When the collector is exposed to solar radiation, the absorber layer heats up ( 3 ). Gradually the heat penetrates through transparent and convection into the transparent thermal insulation. If the transparent thermal insulation is provided with an adsorbent layer in which a liquid mixture, for example various hydrocarbons, is bound, then depending on the temperatures which decrease towards the cover plate, correspondingly higher or lower boiling fractions of the liquid mixture evaporate. The composition of the liquid mixture changes accordingly after some time. A steady state occurs, with an appropriate mixture of the vapor and the liquid being established at each point of the collector depending on the temperature. Evaporation increases the pressure of the vapor trapped inside the collector.

Nach einer bestimmten Zeit der Erwärmung und einem gewissen Druckanstieg öffnet sich das druckabhängige Ventil (12) in der Richtung zum Zylinder (8). Der Dampf strömt zu einem Teil aus den Zellen der transparenten Wärmedämmung durch die Absorberschicht (3) in die dahinter liegende Durchleitung. Die Absorberschicht soll einen genügend großen Strömungswiderstand besitzen, so dass das Abströmen des Dampfes aus allen Zellen möglichst gleichmäßig erfolgt. Beim Durchströmen der Absorberschicht hat sich der Dampf weiter erwärmt, so dass er sich nun im trocken überhitztem Zustand befindet.After a certain period of heating and a certain increase in pressure, the pressure-dependent valve opens ( 12 ) towards the cylinder ( 8th ). Some of the steam flows out of the cells of the transparent thermal insulation through the absorber layer ( 3 ) in the passage behind. The absorber layer should have a sufficiently large flow resistance so that the steam flows out of all cells as evenly as possible. When flowing through the absorber layer, the steam has warmed up further, so that it is now in a dry, overheated state.

Durch die Rohrleitung (13) und das druckabhängig sich öffnende Ventil (12) strömt der Dampf nun in den Zylinder (8) und bewegt den Kolben (9) gegen den äußeren Luftdruck und gegen den Federdruck der Feder (11). Der Dampfdruck kann dabei höher oder niedriger als der atmosphärische Druck sein. Nach dem Druckausgleich schließt das Ventil (12). Der Kolben hat eine gewisse kinetische Energie erhalten, mit der er sich nun zurückbewegt. Bei der Rückbewegung öffnet sich das Ventil (7), das sich nur in der angezeigten Richtung öffnet, und lässt den Dampf über den Wärmetauscher (6) und die Rohrleitung (5) in den Kollektor zurückströmen.Through the pipeline ( 13 ) and the pressure-dependent opening valve ( 12 ) the steam now flows into the cylinder ( 8th ) and moves the piston ( 9 ) against the external air pressure and against the spring pressure of the spring ( 11 ). The vapor pressure can be higher or lower than the atmospheric pressure. After pressure equalization, the valve closes ( 12 ). The piston has received a certain amount of kinetic energy with which it now moves back. When moving back, the valve opens ( 7 ), which only opens in the direction shown, and lets the steam through the heat exchanger ( 6 ) and the pipeline ( 5 ) flow back into the collector.

Durch die Wärmeabgabe im Wärmetauscher (6) vermindert sich der Druck des zurückströmenden Dampfes und der Kolben (9) erfährt eine Beschleunigung, deren Kraft in der Feder (11) gespeichert wird und für die nächste Bewegung zur Verfügung steht. Danach schließt das Ventil (7), das vor dem Wärmetauscher (6) angebracht ist.Due to the heat given off in the heat exchanger ( 6 ) the pressure of the returning steam and the pistons decreases ( 9 ) experiences an acceleration, the force of which in the spring ( 11 ) is saved and is available for the next movement. Then the valve closes ( 7 ) in front of the heat exchanger ( 6 ) is attached.

Wenn, wie vorausgesetzt wird, dem zurückströmenden Dampf bei einem Kolbenhub nicht sehr viel Wärme entzogen wird, so befindet sich der zurückströmende Dampf in einem annähernd gesättigten Zustand. Er gelangt nun in den Hohlraum unter der transparenten Wärmedämmung und von dort zurück in die schmalen Zellen. Dort kondensiert der Dampf entsprechend seiner Zusammensetzung in den wärmeren und kälteren Bereichen der transparenten Wärmedämmung und damit in Bereichen, die näher oder ferner zur Deckscheibe liegen. Die kondensierte Flüssigkeit wandert durch Kapillarkräfte allmählich auch auf die andere Seite der Zellwände. Dabei steigt die kondensierte Flüssigkeit zunächst auf einer Seite der Zellwände auf, um dann auf der anderen Seite hinab zu sickern. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die höher siedenden Anteile des Flüssigkeitsgemischs nicht in den oberen, der Deckscheibe nahen, Regionen der transparenten Wärmedämmung ansammeln. Wegen der Wärmeabgabe im Wärmetauschergefäß (6) hat der zurückströmende Dampf einen geringeren Wärmeinhalt. Außerdem ist die transparente Wärmedämmung durch die kurz zuvor erfolgte Verdampfung auf eine etwas niedrigere Temperatur abgekühlt worden, so dass sie die Kondensationswärme aufnehmen kann.If, as is assumed, not much heat is removed from the returning steam during a piston stroke, the returning steam is in an approximately saturated state. It now gets into the cavity under the transparent thermal insulation and from there back into the narrow cells. There the steam condenses according to its composition in the warmer and colder areas of the transparent thermal insulation and thus in areas that are closer or further to the cover plate. The condensed liquid gradually migrates to the other side of the cell walls due to capillary forces. The condensed liquid rises first on one side of the cell walls and then on the seeping down the other side. This ensures that the higher-boiling parts of the liquid mixture do not accumulate in the upper regions of the transparent thermal insulation close to the cover plate. Because of the heat given off in the heat exchanger vessel ( 6 ) the steam flowing back has a lower heat content. In addition, the transparent thermal insulation has been cooled to a somewhat lower temperature by the evaporation that took place just before, so that it can absorb the heat of condensation.

Nach der Rückführung des Dampfes in den Kollektor tritt zweckmäßig eine Ruhephase ein, in der der Kollektor Wärme durch die Sonneneinstrahlung aufnimmt. Danach beginnt der dargestellte Prozess von neuem.To the repatriation of the Steam in the collector expediently enters a rest phase which is the collector heat through the sun's rays. Then the one shown begins Process again.

Bei der Abführung und Rückführung des Dampfes tritt eine Kühlung der transparenten Wärmedämmung ein, weil mehr Wärme entnommen als zurückgegeben wird. Die Kühlung ist bei maximaler Nutzung der erreichbaren Temperatur gerade so groß wie die Wärmeausbreitung in der transparenten Wärmedämmung in Richtung der Deckscheibe. Die im Wärmetauscher (6) abgeführte Nutzenergie liegt dann etwas unterhalb der Stillstandstemperatur, bei der in üblichen Flachkollektoren keine Wärme mehr abgeführt werden könnte.When the steam is removed and returned, the transparent thermal insulation is cooled because more heat is removed than is returned. With maximum use of the achievable temperature, the cooling is just as great as the heat spread in the transparent thermal insulation in the direction of the cover pane. The in the heat exchanger ( 6 ) dissipated useful energy is then slightly below the standstill temperature, at which heat could no longer be dissipated in conventional flat collectors.

Wenn die Kühlung größer ist, erfolgt eine Wärmeaufnahme über die Deckscheibe, was in manchen Nutzanwendungen, z.B. bei einer Raumheizung oder Brauchwassererwärmung wünschenswert sein kann.If the cooling is bigger there is heat absorption via the Cover plate, which is used in some useful applications, e.g. with room heating or hot water heating be desirable can.

Bei einem mit Gas gefüllten Kollektor läuft im Prinzip der gleiche Prozess ab, nur dass die Verdampfung und die Kondensation entfallen.at one filled with gas Collector is running in principle the same process except that the evaporation and the condensation is eliminated.

Eine Temperaturerhöhung über die Stillstandstemperatur hinaus kann dadurch erreicht werden, dass bei der Rückbewegung des Kolbens ein Teil des Dampfes verdichtet wird und somit auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Die mechanische Energie für diese Verdichtung kann durch die Temperaturdifferenz des ab- und zuströmenden Dampfes erzeugt werden. Besser ist aber ein zusätzlicher Antrieb von außen, indem mechanische Energie z.B. aus einer Wärmekraftmaschine entnommen wird, die durch die Wärmeentnahme aus dem Kollektor angetrieben wird.A Temperature increase over the Standstill temperature can also be achieved by when moving back part of the vapor is compressed and thus to a higher temperature brought. The mechanical energy for this compression can be achieved by the temperature difference between the incoming and outgoing steam is generated. But an additional one is better External drive, by mechanical energy e.g. taken from a heat engine that is due to the heat removal is driven from the collector.

Nach 3 ist dazu am Zylinder (19) ein Ventil (18) angebracht, das sich nur in der angezeigten Richtung öffnet. Das Ventil ist über ein Drosselventil (17) mit der Rohrleitung verbunden, die zu den breiten Zellen des Kollektors und der Absorberschicht führt. Durch eine Steuerung, die durch die Führungsstange (21) gesteuert wird, wird das Ventil (22), das vor dem Wärmetauscher (23) angebracht ist, nach einer gewissen Zeit der Rückbewegung des Kolbens geschlossen. Gleichzeitig wird das z.B. druckabhängig sich öffnende Ventil (18), das zum Drosselventil (17) führt, geöffnet. Der im Kolben eingeschlossene Dampf wird durch die Wirkung des Drosselventils verdichtet und erwärmt.To 3 is on the cylinder ( 19 ) a valve ( 18 ) attached, which only opens in the direction shown. The valve is via a throttle valve ( 17 ) connected to the pipeline leading to the wide cells of the collector and the absorber layer. A control system, which is operated by the guide rod ( 21 ) is controlled, the valve ( 22 ) in front of the heat exchanger ( 23 ) is closed after a certain time of the return movement of the piston. At the same time, the valve, which opens depending on the pressure ( 18 ) to the throttle valve ( 17 ) leads, opened. The steam trapped in the piston is compressed and heated by the action of the throttle valve.

Die Verdichtung eines Teils des Dampfes kann auch in einem separaten Zylinder oder durch einen zweiten Hub des Kolbens geschehen.The Compression of part of the steam can also be done in a separate Cylinder or by a second stroke of the piston.

Nach dem Durchströmen des Drosselventils wird der Dampf entspannt, behält aber seinen Wärmeinhalt. Der Dampf strömt in die Leitung, die zu den breiteren Zellen führt und erwärmt durch den gewonnenen Wärmeinhalt die Absorberschicht.To flowing through of the throttle valve, the steam is released, but retains its heat content. The steam flows into the pipe, which leads to the wider cells and is heated by the heat content obtained the absorber layer.

Die Rückführung des erwärmten Dampfes in die breiten Zellen erfolgt nach der Rückführung des etwas abgekühlten Dampfes in die schmalen Zellen.The Repatriation of the heated Steam in the wide cells occurs after the somewhat cooled steam is returned into the narrow cells.

Auf diese Weise wird der Absorberschicht zusätzliche Wärme zugeführt.On in this way additional heat is supplied to the absorber layer.

In der darauf folgenden Zeitperiode, in der kein Austausch von Dampf stattfindet, bringt die einfallende Sonnenstrahlung die Absorberfläche auf ein höheres Temperaturniveau als es ohne zusätzliche Erwärmung der Fall gewesen wäre. Die Energie für diesen Wärmepumpvorgang wird durch die Wärmeabgabe im Wärmetauscher (23) erreicht. Es ist z.B. mögliche, eine Hälfte der im Kollektor gesammelten Wärmeenergie als Nutzenergie abzuführen und die andere Hälfte für einen Wärmepumpvorgang zu gebrauchen.In the subsequent period, in which there is no exchange of steam, the incident solar radiation brings the absorber surface to a higher temperature level than would have been the case without additional heating. The energy for this heat pumping process is generated by the heat given off in the heat exchanger ( 23 ) reached. For example, it is possible to dissipate half of the thermal energy collected in the collector as useful energy and to use the other half for a heat pumping process.

Die in die transparente Wärmedämmung abfließende Wärme geht nicht verloren sondern wird ständig auf ein etwas höheres Temperaturniveau angehoben. Die Anhebung auf eine höheres Temperaturniveau geschieht durch die energetisch hochwertige Sonnenenergie, die auf diese Weise thermodynamisch besser genutzt wird.The heat flowing into the transparent thermal insulation not lost but becomes permanent to something higher Temperature level raised. Raising to a higher temperature level happens through the energetically high quality solar energy that is on this way is better used thermodynamically.

Vorteilhaft ist dabei, dass die nach dem Carnot-Gesetz notwendige Wärmeabgabe für einen solchen Wärmepumpvorgang auf hohem Temperaturniveau geschieht. Die höhere Arbeitstemperatur erhöht den Carnot-Wirkungsgrad einer Kraftmaschine, die mit der Wärme aus dem Wärmetauscher (23) betrieben wird oder erlaubt die Verwendung als Prozesswärme, bei der höhere Temperaturen nötig sind.It is advantageous here that the heat emission required for such a heat pumping process takes place at a high temperature level according to the Carnot law. The higher working temperature increases the Carnot efficiency of an engine that works with the heat from the heat exchanger ( 23 ) is operated or allows use as process heat, which requires higher temperatures.

Insbesondere könnte mit diesem Kollektortyp elektrische Energie mit einem guten Wirkungsgrad erzeugt werden.In particular could with this type of collector electrical energy with a good efficiency be generated.

Claims (3)

Solarkollektor mit transparenter Wärmedämmung (2), der in einem wärmegedämmten Gehäuse (4) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Wärmedämmung (2) mit einer dünnen Schicht eines Flüssigkeit adsorbierenden, z.B. faserigen oder feinporigem Materials bedeckt ist, wie z.B. Glasfasern oder Silikagel, dass in dieser Schicht oder in dem Material der Wärmedämmung ein Gemisch von Flüssigkeiten von unterschiedlich hohem Siedepunkt durch Adsorption gebunden ist, dass am unteren Ende der transparenten Wärmedämmung jede zweite Zelle mit einer Absorberschicht (3) für die einfallende Sonnenstrahlung versehen ist, dass die Absorberschicht für Gas und Dampf durchlässig ist, dass die Zellen, in denen sich eine Absorberschicht befindet größer sein können als die danebenliegenden Zellen, dass die Zellen unter der Absorberschicht mit einer Durchleitung verbunden sind, die in eine Sammelleitung am Rand der transparenten Wärmedämmung münden, dass die übrigen Zellen durch einen Hohlraum unter der transparenten Wärmedämmung miteinander verbunden sein können, dass der Dampf, der bei Sonneneinstrahlung und der Wärmeausbreitung im Kollektor entsteht, in gewissen zeitlichen Abständen aus dem Kollektor entnommen wird und unmittelbar nach der Entnahme wieder zurückgeführt wird, dass der Kollektor zwischen der Entnahme des Dampfes und der Rückführung desselben einige Zeit Wärme sammeln kann, dass die Entnahme des Dampfes aus dem Kollektor durch ein Ventil (12) gesteuert wird, das durch die Höhe des Druckes und/oder durch ein anderes Signal wie z.B, durch einen Temperatursensor an der Deckscheibe des Kollektors oder durch die Führungsstange (10) des Kolbens betätigt wird, dass der entnommene Dampf einen Kolben (9) in einem Zylinder (8) oder eine Membran bewegt, dass der Kolben mit einer Feder (11) (mechanisch oder pneumatisch) verbunden ist, dass bei der Rückbewegung des Kolbens ein Ventil (7) in der Rückleitung geöffnet wird, dass in der Rückleitung ein Wärmetauscher (6) angebracht ist, durch den Wärme entnommen werden kann,Solar collector with transparent thermal insulation ( 2 ) in a heat-insulated housing ( 4 ) is housed, characterized in that the transparent thermal insulation ( 2 ) is covered with a thin layer of a liquid-adsorbing, e.g. fibrous or fine-pored material, such as glass fibers or silica gel, that in this layer or in the material of the thermal insulation a mixture of liquids of different boiling points is bound by adsorption, that at the lower end transparent thermal insulation every second cell with an absorber layer ( 3 ) it is provided for the incident solar radiation that the absorber layer is permeable to gas and steam, that the cells in which an absorber layer is located can be larger than the adjacent cells, that the cells under the absorber layer are connected to a passage that is in A manifold at the edge of the transparent thermal insulation opens so that the other cells can be connected to each other by a cavity under the transparent thermal insulation, so that the steam that arises in the collector during solar radiation and heat propagation is removed from the collector at certain time intervals and immediately after the withdrawal, it is returned that the collector can collect heat for some time between the withdrawal of the steam and the return thereof, that the withdrawal of the steam from the collector by a valve ( 12 ) is controlled by the level of pressure and / or by another signal such as, for example, by a temperature sensor on the cover plate of the collector or by the guide rod ( 10 ) of the piston is actuated so that the extracted steam is a piston ( 9 ) in a cylinder ( 8th ) or a diaphragm moves that the piston with a spring ( 11 ) (mechanically or pneumatically) is connected that a valve ( 7 ) is opened in the return line, that a heat exchanger ( 6 ) is attached, through which heat can be extracted, Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rückbewegung des Kolbens (20) im Zylinder (19) dem Kolben (20) eine Kraft zugeführt wird, durch die ein Teil des Dampfes verdichtet wird, so dass dem Kollektor zusätzlich Wärme zugeführt und die Arbeitstemperatur erhöht wird, dass die Kraft für diese Verdichtung aus der Wärmeentnahme durch den Wärmetauscher (23) kommen kann, durch den die im Kollektor gesammelte Wärme abgeführt wird oder durch eine Zuführung von Energie von außen, dass ein Teil des im Zylinder eingeschlossenen Dampfes verdichtet werden kann, indem in einer letzten Phase der Rückbewegung des Kolbens die Rückleitung des Dampfes über den Wärmetauscher abgesperrt wird, dass die Absperrung durch das Ventil (22) erfolgen kann, das vor dem Wärmetauscher (23) angebracht ist, dass der im Zylinder verdichtete Dampf über ein Ventil (18) und ein Drosselventil (17) in die Zuleitung der breiten Zellen mit der Absorberfläche zurückgeleitet wird.Device and method according to claim 1, characterized in that during the return movement of the piston ( 20 ) in the cylinder ( 19 ) the piston ( 20 ) a force is supplied by which a part of the steam is compressed, so that additional heat is added to the collector and the working temperature is increased, so that the force for this compression from the heat removal by the heat exchanger ( 23 ) by means of which the heat collected in the collector is dissipated or by supplying energy from outside that part of the steam enclosed in the cylinder can be compressed, in a final phase of the return movement of the piston, the return of the steam via the heat exchanger is blocked that the valve ( 22 ) can take place in front of the heat exchanger ( 23 ) that the vapor compressed in the cylinder is attached via a valve ( 18 ) and a throttle valve ( 17 ) is fed back into the supply line of the wide cells with the absorber surface. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des Dampfes in einem eigenen Zylinder geschieht oder in einem weiteren Hub des Kolbens.Apparatus and method according to claim 2, characterized characterized that the compression of the steam in its own Cylinder happens or in another stroke of the piston.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104776622A (en) * 2015-04-11 2015-07-15 郑州大学 Heat collection evaporator with external channel and solar water heater provided with heat collection evaporator
CN104776611A (en) * 2015-04-11 2015-07-15 郑州大学 Heat collection evaporator with built-in passage and solar water heater with same
CN104792040A (en) * 2015-04-11 2015-07-22 郑州大学 Tubular heat-collection evaporator and solar water heater with same
CN104879933A (en) * 2015-04-11 2015-09-02 郑州大学 Steam box heat-collecting evaporator and solar water heater with heat-collecting evaporator

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