DE19925531A1 - Thermischer Solarkollektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen thermischen Solarkollektor mit volumetrischem Absorber zur energetischen und exergetischen Erwärmung eines flüssigen Wärmeträgers, der insbesondere für den Einsatz von Sole geeignet ist. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, den Solarkollektor so zu gestalten, daß er für Zweiphasenströmungen einsetzbar ist und dabei ein guter Wärme- und Stoffübergang gewährleistet wird. Erfindungsgemäß werden zur Gewährleistung einer Zweiphasenströmung die Glasröhren 4 des Solarkollektors an ihrem oberen Ende über einen Verteiler 2 und an ihrem unteren Ende über einen Sammler für die flüssige Komponente verbunden. Außerdem sind weitere Ein- und Auslaßöffnungen in Form von Luftrohren 1 und 7 für die gasförmige Komponente an den Rohrenden vorhanden. An den Innenwandungen der Glasröhren 4 sind schraubenförmige Leitelemente 6 angebracht.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Solarkollektor mit volumetrischem Absorber zur energetisch und exergetischen Erwärmung eines flüssigen Wärmeträgers, der insbesonde­ re für den Einsatz von Sole geeignet ist.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet volumetrischer Absorber waren bisher solarthermische Kraftwerke, bei denen hochkonzentrierte Sonnenstrahlung auf die Absorber gelenkt wird. Dabei treten Temperaturen von über 1000°C in den Absorberkörpern auf. Damit werden ho­ he Anforderungen an das Absorbermaterial gestellt. Das betrifft einerseits die Temperatur­ beständigkeit bei hoher mechanische Festigkeit. Andererseits ist es erforderlich, zur Errei­ chung eines hohen Absorptionsgrades, das Absorbermaterial so auszuführen, daß eine möglichst große Oberfläche vorhanden ist, d. h. das Absorbermaterial muß eine Vielzahl von Poren aufweisen. Daraus ergibt sich, daß die Herstellung des Absorbermaterials aufwendig und damit teuer ist. In DE 197 40 644 wird ein verbessertes Absorbermaterial vorgeschla­ gen, das insbesondere für solarthermische Kraftwerke geeignet ist.

Bekannte thermische Solarkollektoren mit volumetrischen Absorber, die für Anwendungs­ gebiete im Klimabereich z. B. zur Warmwasserbereitung geeignet sind, sind mit Kollektor­ röhren ausgestattet, die aus Glas bestehen. Im Inneren befindet sich das vom Wärmeträger durchströmte Absorbermaterial, das aus porösem Granulat besteht. Ein solcher Solarkol­ lektor ist z. B. in DE 44 31 124 A1 beschrieben. In DE 197 18 694 A1 ist ein Granulat für Solarabsorber beschrieben, das durch Verwendung eines mit Kobaltoxid gefärbten oder beschichteten Schaumglasgranulat gekennzeichnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Solarkollektor so zu gestalten, daß er für Zweiphasen­ strömungen einsetzbar ist und dabei ein guter Wärme- und Stoffübergang gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Es wurde gefunden, daß durch die schraubenförmigen Leitelemente, sogenannte Drallbänder, eine gleichmäßige Benetzung des volumetrischen Absorbermaterials erzielt wird. Beson­ ders vorteilhaft ist es, wenn die schraubenförmigen Leitelemente mit einer gewissen Vor­ spannung in die Glasrohre eingebaut werden, d. h. daß der äußere Durchmesser der Leit­ elemente vor ihrer Montage etwas größer als der Innendurchmesser der Glasrohre ist. Da­ durch wird gewährleistet, daß die Leitelemente durchgängig an der Rohrinnenwandung anliegen.

Um eine gute Funktionsweise zu gewährleisten, sollten die Kollektorröhren vorzugsweise unter einem Winkel von ca. 45° angeordnet werden. Diese Einbaustellung entspricht auch einer günstigen Anordnung zur Sonnenstrahlung.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet in der Klimatechnik ist die Sorptions-Lufttrocknung. Dabei wird die wasserreiche Salzlösung im Solarkollektor mit Umgebungsluft in Kontakt gebracht. Durch die zugeführte Wärmeenergie verdampft ein Teil des Wassers der Salzlö­ sung, das der Luftstrom als Dampf aufnimmt. Dadurch verarmt gleichsam die Salzlösung an Wasser und steht als konzentriertes Sorptionsmittel erneut für die Lufttrocknung zur Verfü­ gung.

Durch die erfindungsgemäße Ausstattung der Kollektorröhren wird erreicht, daß die Sole selbständig durch die Schwerkraft von der Oberseite der Kollektorröhre über das volumetri­ sche Absorbermaterial zur Unterseite der Kollektorröhre fließt und dort durch die schrau­ benförmigen Leitelemente wieder zur Oberseite geleitet wird. Durch das in Schwerkraft­ richtung gesehene Wenden der Drallbandseite wird die Sole an der Oberseite der Kollektor­ röhre wieder an das volumetrische Absorbermaterial abgegeben und kann erneut zur Un­ terseite fließen.

An folgenden Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert:

Die Abbildung zeigt ein erfindungsgemäß ausgestattetes Kollektorrohr, das als Glasröhre 4 ausgebildet ist. Eine Vielzahl dieser Glasröhren 4 sind in nicht dargestellter Weise parallel nebeneinander angeordnet und bilden so einen flächenförmigen Solarkollektor. Das vorlie­ gende Ausführungsbeispiel betrifft eine Ausgestaltung des Solarkollektors zur Trocknung von wasserreicher Salzlösung. Eine derartige Anwendung ist in der Klimatechnik bei der sorptiven Lufttrocknung gegeben. Die Erfindung ist jedoch auch für andere Anwendungen mit Zweiphasenströmungen geeignet.

Im oberen Bereich sind die Glasröhren 4 über das obere Luftrohr 1 miteinander verbunden. Im Inneren des oberen Luftohrs 1 befindet sich der Verteiler 2 für die Einleitung der Sole. In der Glasröhre 4 befindet sich der volumetrische Absorber 5. Im unteren Bereich ist das untere Luftrohr 7 mit den Glasröhren 4 verbunden. Dieses Luftrohr 7 dient zugleich als Sammelrohr für die Sole und besitzt einen Soleablauf 8. An beiden Enden der Glasröhre 4 ist der volumetrische Absorber 5 durch Drahtsiebe 3 gegenüber dem oberen Luftrohr 1 und dem unteren Luftrohr 7 abgeschirmt. Im Bereich des volumetrischen Absorbers 5 sind nach der Erfindung schraubenförmige Leiteinrichtungen 6 angeordnet. Diese Leiteinrichtungen 6 können aus Metall oder einem wärmebeständigen Kunststoff bestehen. Der Querschnitt des Materials für die Leiteinrichtungen 6 kann rechteckig oder rund sein. Um zu erreichen, daß die Leiteinrichtungen 6 gut an der Innenwandung der Glasröhren 4 anliegen, ist es vorteilhaft, wenn der äußere Durchmesser der Leiteinrichtungen 6 vor der Montage etwas größer als der Innendurchmesser der Glasröhren 4 ist.

Das obere und untere Luftrohr 1 und 7 besteht vorteilhaft aus Kupfer und ist in die Glasröh­ ren 4 eingeklebt.

Claims (6)

1. Thermischer Solarkollektor, bestehend aus parallel angeordneten, unter einem Winkel von ca. 45° geneigten Glasröhren, die mit Absorbermaterial gefüllt sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Gewährleistung einer Zweiphasenströmung die Glasröhren (4) an ihren oberen Ende über einen Verteiler (2) und an ihrem unteren Ende über einen Sammler für die flüssige Komponente miteinander verbunden und daß weitere Ein- und Auslaßöffnun­ gen in Form von Luftrohren (1 und 7) für die gasförmige Komponente an den Rohrenden vorhanden sind und daß an den Innenwandungen der Glasröhren (4) schraubenförmige Leitelemente (6) angebracht sind.

2. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schrau­ benförmigen Leitelemente (6) kraftschlüssig an den Innenwandungen der Glasröhren anlie­ gen.

3. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der schraubenförmigen Leitelemente (6) einen rechteckigen Querschnitt hat.

4. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der schraubenförmigen Leitelemente (6) einen runden Querschnitt hat.

5. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Leitelemente (6) aus metallischem Werkstoff bestehen.

6. Thermischer Solarkollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Leitelemente (6) aus wärmebeständigem Kunststoff bestehen.