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
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
Nach
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 (
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
(
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 (
Die
breiten Zellen der transparenten Wärmedämmung sind an ihrem seitlichen
Rand durch eine Sammelleitung miteinander verbunden. Diese Sammelleitung
führt über eine
Rohrleitung (
Das
ganze mag in einem Gehäuse
(
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.
Funktionfunction
Wenn
der Kollektor der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, erwärmt sich
die Absorberschicht (
Nach
einer bestimmten Zeit der Erwärmung und
einem gewissen Druckanstieg öffnet
sich das druckabhängige
Ventil (
Durch
die Rohrleitung (
Durch
die Wärmeabgabe
im Wärmetauscher (
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 (
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 (
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
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
(
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
(
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003123157 DE10323157A1 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Solar heat collection system use for generating electricity, includes thermal exchanger which is arranged in return circuit and used for obtaining collected heat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003123157 DE10323157A1 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Solar heat collection system use for generating electricity, includes thermal exchanger which is arranged in return circuit and used for obtaining collected heat |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10323157A1 true DE10323157A1 (en) | 2004-12-09 |
Family
ID=33441146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2003123157 Withdrawn DE10323157A1 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Solar heat collection system use for generating electricity, includes thermal exchanger which is arranged in return circuit and used for obtaining collected heat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10323157A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
-
2003
- 2003-05-22 DE DE2003123157 patent/DE10323157A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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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Legal Events
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---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |