DE19623728A1

DE19623728A1 - Vorrichtung zur thermischen Evakuierung von Sonnenkollektoren

Info

Publication number: DE19623728A1
Application number: DE19623728A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gassel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1997-12-18

Description

Es ist bekannt, die Wärmeverluste von Sonnenkollektoren durch die Aufrechterhal tung eines Unterdrucks im Zwischenraum von Strahlungsabsorber und Abdeckung zu verringern. Dies erfolgt durch ein dauerhaft luftdichtes röhrenförmiges Gehäuse (Vakuumröhrenkollektor) oder durch ein eingeschränkt dichtes flaches Gehäuse, das mit einer Einrichtung zur Nachevakuierung gekoppelt wird (Vakuumflachkollektor). Es gibt einen entsprechenden Kollektor der Firma Thermosolar mit der Bauartzulas sung 02-328-025. Weiterhin ist bekannt, Sonnenkollektoren mit Gasen geringer Wär meleitfähigkeit, wie Argon, zu befüllen.

Die Fertigung von Vakuumröhrenkollektoren und Installation und Betrieb der Nach evakuierungseinrichtungen von Vakuumflachkollektoren sind mit hohen Kosten ver bunden. Des weiteren verbrauchen die Nachevakuierungseinrichtungen Energie sowie Platz und sind störanfällig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die selbsttätige, autonome und hilfsenergiefreie Evakuierung von Sonnenkollektoren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß am Absorber ein Sorptions mittel aufgebracht wird. Für die Durchführung des Evakuierungsvorgangs wird an ei nem strahlungsreichen Tag die Wärmeabnahme aus dem Kollektor zeitweilig unter brochen. Der Kollektor erwärmt sich auf seine Stillstandstemperatur und die im Sorp tionsmittel enthaltenen Gase werden ausgetrieben und in die Umgebung freigesetzt. Wird die Wärmeabfuhr aus dem Kollektor wieder aufgenommen, kühlt sich das Sorp tionsmittel ab und sorbiert die Restgase im Gehäuse bis zu einem geringen Restdruck. Der Evakuierungsvorgang kann an strahlungsreichen Tagen jederzeit wiederholt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen vorrangig in der Einsparung der In vestition und der Energiekosten der Nachevakuierungsanlagen. Daneben bewirkt sie auch eine Begrenzung der Stillstandstemperatur, da bei hohen Temperaturen Gas aus getrieben wird womit der Druck und damit die Wärmeverluste ansteigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Der handelsübliche Vakuumflachkollektor besteht aus einem Gehäuse (1), das an der der Sonne zuge wandten Seite mit einer transparenten Abdeckung (2) versehen ist. Zwischen Abdeckung und Gehäuseunterseite befindet sich der örtlich von einem Wärmeträgerfluid durchflossene Strahlungsabsorber (3). Das verbleibende Gehäusevolumen soll eva kuiert werden. Zu diesem Zweck befindet sich auf dem Strahlungsabsorber in unmit telbarer Nähe eines durchströmten Bereichs das Adsorptionsmittel (4). Der handelsübli che Vakuumflachkollektor ist mit zwei Stutzen zum Anschluß externer Nachevakuie rungseinrichtungen versehen. Einer davon wird mit einem Blindstopfen verschlossen (5) und in den anderen wird das Überdruckluftventil (6) eingesetzt.

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels ist in Fig. 2 im Isosterendiagramm dar gestellt. Am Anfang besitzt der Kollektor Normaldruck und befindet sich im üblichen Betriebsbereich der Temperatur (1). Wird nun bei großer Einstrahlung die Wärmeab nahme unterbrochen erwärmt sich der Kollektor auf Stillstandstemperatur. Dabei dehnt sich die Luft im Kollektor aus und es wird Luft aus dem Adsorptionsmittel ausgetrie ben. Der Druck steigt jedoch nicht an, da Luft aus dem Überdruckventil in die Umge bung entweicht. Es findet also eine isobare Erwärmung mit Desorption bis (2) statt. Wird nun die Wärmeabnahme aus dem Kollektor wieder aufgenommen, kühlt sich dieser auf Betriebstemperatur ab. Es setzt die Adsorption ein. Das Überdruckventil verhindert ein Nachströmen von Luft aus der Umgebung. Der Druck sinkt stark ab. Da die im Kollektor befindliche Luftmenge vergleichsweise gering ist, steigt die Sätti gung des Adsorptionsmittels nur gering an. Der Betrieb des Kollektors erfolgt zwischen (3) und (4).

Die zeitweilige Unterbrechung der Wärmeabnahme ist in jeder Solaranlage manuell durch eine Einstellung des Solarreglers möglich. Großzügig dimensionierte Anlagen weisen zumindest an einzelnen Tagen des Jahres eine selbsttätige Abschaltung auf grund Speicherüberhitzung auf.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, den Kollektor während der De sorptionsphase zusätzlich mechanisch zu evakuieren, so daß sich nach Abkühlung ein geringerer Restdruck einstellt.

Weiterhin läßt sich durch ein O₂/N₂-Ar-spezifisches Sorptionsmittel beim Evakuie rungsvorgang eine Argon-Anreicherung der Restluft erzielen, die zu einer weiteren Verringerung der Wärmeverluste führt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Kollektor vor der Desorptionsphase mit einem Sorptiv zu fluten, das günstigere sorptive und wärmetechnische Eigenschaften als Luft besitzt. Ein geeigneter Stoff ist zum Beispiel Schwefelhexa fluorid.

Claims

1. Evakuierbarer Sonnenkollektor, dadurch gekennzeichnet, daß am Absorber ein Sorptionsmittel befestigt ist, das durch eine temperaturvariable Betriebsweise des Kollektors zu einer selbsttätigen Evakuierung des Kollektors führt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorptionsmittel verschiedene Stoffe, wie Silicagel, Zeolith oder Aktivkohle eingesetzt werden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorptionsmittel ein Stoff eingesetzt wird, der für Argon eine geringe Affinität besitzt, so daß sich eine Argonanreicherung der Restluft ergibt.

4. Verfahren zur Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Son nenkollektor durch zeitweise Abschaltung der Wärmeabfuhr sich erwärmt, dabei das Sorptiv abgibt, welches durch ein Überdruckventil entweicht und durch die Abküh lung des Kollektors nach Wiederinbetriebnahme der Wärmeabfuhr das Sorptionsmit tel einen großen Teil des verbliebenen Sorptivs sorbiert und der Druck im Kollektor stark zurückgeht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Desorpti onsphase zusätzlich mechanisch evakuiert wird und so der Enddruck weiter abgesenkt werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor vor der Desorptionsphase mit einem Sorptiv geflutet wird, das bessere sorptive und wärme technische Eigenschaften als Luft besitzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel die Feuchte im Kollektor so gering hält, daß die Abdeckscheibe des Kollektors an der In nenseite nicht beschlagen kann.