DE2601673A1

DE2601673A1 - Verfahren und vorrichtung zur ausnutzung der sonnenenergie

Info

Publication number: DE2601673A1
Application number: DE19762601673
Authority: DE
Inventors: Helmut Zink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1977-07-21

Description

-"Verfahren und vo'rrihtung zur Au:sn'u:tz'urg der Son'n'en'errergie"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, einen Plattensammler mit einem Speicher oder mit einem Wärmetauscher zu verbinden. Hierbei wird die Sonnenenergie zur Erhitzung der unter Atmosphärendruck stehenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser, benutzt. Die Wärmeaufnahme und die Wärmeabgabe geschieht hier im wesentlichen durch Andern der Temperatur der Flüssigkeit.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verdampfungswärme einer verdampfbaren Flüssigkeit, insbesondere Wasser, nutzbar zu machen. Diese Aufgabe wird entsprechend dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst. Die Verdampfungswärme wird nutzbar gemacht, indem der Druck in einem geschlossenen System derart verringert wird, daß die Verdampfung bei einer Temperatur einsetzt, die durch die Sonnenbestrahlung eines Plattensammlers erreicht werden kann. Das jeweilige Verhältnis von Temperatur und Druck ergibt sich aus der Siedepunktkurve der verdampfbaren Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Bei einem Unterdruck von etwa 0,05 ata beginnt Wasser bei einer Temperatur von etwa 32,50 C zu sieden. Bei Einhaltung eines bestimmten Unterdruckes lassen sich daher Siedetemperaturen im Bereich der bei sonnenbestrahlten Plattensammlern auftretenden Temperaturen erreichen, wodurch die Verdampfungswärme ausgenutzt werden kann.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist die Merkmale des Anspruches 3 auf.
Befindet sich der Plattensammler oberhalb des Wärmespeichers oder Wärmetauschers, so hat sich die Anwendung der Merkmale des Anspruches 4 als vorteilhaft erwiesen. Eine besonders vorteilhafte Bauform betreffen die Merkmale des Anspruches 6.
Ein Einfrieren der verdampfbaren Flüssigkeit, insbesondere Wasser, kann bei Benutzung der Merkmale des Anspruches 7 verhindert werden.
Eine selbsttätige Steuerung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 8.
Ein Unterdruck in einem geschlossenen System kann erzeugt werden, indem die Flüssigkeit in diesem System zum Sieden gebracht und im Verlaufe des Siedens dim geschlossenen System vorhandene Luft entfernt und anschließend das System vor dem Abkühlen hermetisch geschlossen wird. Zur Erzeugung eines Unterdruckes können jedoch auch die Merkmale des Anspruches 11 verwendet werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. In dieser sind in den Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.
Ein der Sonne zu geneigt angeordneter Plattensammler 1 ist so ausgebildet, daß darin Wasser verdunsten kann. An die obere Schmalseite dieses Plattensammlers ist die Druckseite einer Dosierpumpe 2 angeschlossen, deren Saugseite an einem Kondensatsammler 3 liegt.
Die Dosierpumpe 2 wird zweckmäßigerweise im Wasserbereich des Kondensatsammlers 3 angeordnet.Der Plattensammler 1 ist an seiner Unterseite vorzugsweise isoliert.
Zur Dosierpumpe 2 ist ein Ventil 4 parallel aeschaltet. Die Dosierpumpe 2 und das Ventil 4 werden über ein nicht dargestelltes Steuergerät so gesteuert, daß während des Betriebes der Dosierpumpe 2 das Ventil 4 geschlossen und bei stillstehender Dosierpumpe 2 das Ventil 4 offen ist. An die untere Schmalseite des Plattensammlers 1 ist ein in einem Speicher 5 angeordneter Wärmetauscher 6 angeschlossen. Zwischen dem Wärmetauscher 6 und dem Kondensatsammler 3 ist ein Dampfstauer oder Kondensatableiter angeordnet.
In der den Plattensammler mit dem Wärmetauscher 6 verbindenden Rohrleitung 8 kann eine Saugpumpe eingeschaltet sein, die im Betrieb in Richtung zum Wärmetauscher 6 fördert. Wenn in der Leitung 8 eine Saugpumpe vorgesehen ist, kann der Plattensammler 1 unmittelbar mit dem Speicher 5 unter Auslassung des Wärmetauschers 6 verbunden sein. Soll die Saugpu92nur nut Zeitweise betrieben werden, so wird sie parallel zu einem Absperrventil angeordnet, das während des Betriebes der Saugpumpe geschlossen ist und umgekehrt.
Auf der oberen Seite des Plattensammlers 1 ist ein Temperaturfühler 10 und an dem Speicher 5 ist ein Temperaturfühler 11 angeordnet. Anstelle der beiden Temperaturfühler 10 und 11 kann auch eine die Sonnstrahlung unmittelbar in elektrischen Strom umsetzende Solarzelle vorgesehen sein. Die Temperaturfühler 10, 11 bzw.
die Solarzelle dienen bzw. dient zum Steuern der Dosierpumpe 2, die in Betrieb gesetzt wird, wenn der Temperaturfühler 10 eine um einen bestimmten Betrag höhere Temperatur mißt als der Temperaturfühler 11 oder wenn die Solarzelle eine bestimmte Spannung erzeugt. Als Energiequelle für die Dosierpumpe 2 können Solarzellen verwendet werden. Dies hat den Vorteil der Steuerung der Pumpe entsprechend der Sonneneinstrahlung.
Der Plattensammler 1, die Dosierpumpe 2, der Kondensatsammler 3, das Ventil 4, der Wärmetauscher 5, der Dampfstauer 7 und die Rohrleitung 8 samt Vakuumpumpe 9 bilden ein geschlossenes System.
Beim Erhitzen der im Kondensatsammler 3 befindlichen Flüssigkeit, insbesondere Wasser, z. B. mittels Heizstäben, läßt sich zum Evakuieren des Systems Dampf erzeugen, der zusammen mit der im geschlossenen System enthaltenen Luft über ein oben angeordnetes Absperrventil 12 entweichen kann, das geschlossen wird, wenn sämtliche Luft ausgetrieben ist und nur noch Dampf entweicht. Beim Erkalten bildet sich in dem hermetisch abgeschlossenen System ein Unterdruck, der ein Sieden des Wassers schon bei Temperaturen ermöglicht, die im Plattensammler 1 durch Sonneneinstrahlung entstehen. Die Vakuumpumpe 9 dient zur Aufrechterhaltung des Unterdruckes im Plattensammler 1. Beim Betrieb des Systems wird die Verdunstungswärme des Wassers ausgenützt, wodurch die Temperatur des Wassers im geschlossenen System im Verlaufe des Betriebes im wesentlichen konstant gehalten werden kann und durch die Verdampfungswärme eine hohe Wärmemenge während der Kondensation des von der Sonne erzeugten Dampfes zur Verfügung steht. Eine vorteilhafte Betriebsweise ergibt sich, wenn im Plattensammler 1 das von der Dosierpumpe 2 geförderte Wasser vollständig verdampft, wobei in Förderrichtung gesehen über den ganzen Plattensammler 1 eine Verdunstungskühlung erreicht werden soll. An das Absperrventil 12 kann eine Vakuumpumpe angeschlossen sein.
Wegen der Ausnutzung der Verdampfungswärme des Wassers braucht die Dosierpumpe 2 . nur eine gerinoe Wassermenge zu fördern. Deshalb kann die Rohrleitung zwischen dieser Pumpe und dem Plattensammler 1 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser ausgebildet werden. Wegen der Rückführung des Wassers bei stehender Dosierpumpe 2 und offenem Ventil 4 in den Kondensatsammler 3 ist in dem Wasser kein Frostschutz notwendig. Die Bauform nach Fig. 1 eignet sich besonders für kleine Kompaktanlagen. Bei geringem Leitungswiderstand kann auf die Dosierpumpe 2 verzichtet werden.
Bei der Bauform nach Fig. 2 wird zur Erzeugung eines Unterdruckes im System eine Wasserstrahlpumpe 21 benutzt, deren Saugseite an die untere Schmalseite des Plattensammlers 1 angeschlossen ist.
Der Wasserstrahlpumpe 21 ist eine Förderpumpe 22 vorgeschaltet, von deren Druckseite eine Leitung zur oberen Schmalseite des Plattensammlers 1 geführt ist. In diese Leitung ist eine einstellbare Drosselstelle 23 eingebaut. Die Förderpumpe 22 ist saugseitig an einen Beruhigungsbehälter 24 angeschlossen, in dessen Oberseite eine der Wasserstrahlpumpe 21 nachgeschaltete Leitung 25 mündet. Aus dem Beruhigungsbehälter 24 ist eine Leitung 26 nach oben herausgeführt, die auf der Oberseite des Speichers 5 in diesen mündet. Dieser ist an seiner Unterseite mittels einer Leitung 27 mit dem Beruhigungsbehälter 24 verbunden.
Ober die Drosselstelle 23 wird so viel Wasser in den Plattensammler 1 gefördert, daß dieses dort unter dem von der Wasserstrahlpumpe 21 erzeugten Unterdruck verdampfen kann. Die Mischung des aus der Düse der Wasserstrahlpumpe 21 stammenden Wassers und des vom Plattensammler 1 stammenden Dampfes gelangt über die Leitung 25 in den Beruhigungsbehälter 27, wo sich Dampf ahscheidet und über die Leitung 26 in den Speicher 5 gelangt.
In dem System nach Fig. 2 herrscht ebenfalls ein solcher Unterdruck, daß Wasser im Plattensammler 1 verdampfen kann.
Anstelle des Beruhigungsbehälters 24 kann in dem Speicher eine Beruhigungszone vorgesehen sein, die gegenüber dem Inhalt des übrigen Speichers abgegrenzt ist, so daß keine unerwünschten Durchmischungen der im Speicher befindlichen unterschiedlich warmen Wasserschichten entstehen. Der Beruhigungsbehälter 24 kann nach Art eines Luftabscheiders ausgebildet sein.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel kann statt der Wasserstrahlpumpe 21 eine Saugpumpe verwendet werden. In diesem Falle wird die nur mit dem Plattensammler 1 verbundene Pumpe als Dosierpumpe ausgebildet.

Claims

P a t e h t a n s p r ü c h e Verfahren zur Ausnutzung der Sonnenenergie mit Hilfe eines von der Sonne aufheizbaren Plattensammlers, dadurch g e z e i c hn e t , daß eine unter Unterdruck stehende, verdampfbare Flüssigkeit, insbesondere Wasser, unter der Wirkung der Sonne verdampft wird und daß der Dampf seine Wärme an anderer Stelle als der Verdampfungsstelle abgibt und hierbei kondensiert, wobei das Kondensat wieder der Wirkung der Sonne ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Kondensat in einer seiner Verdampfung entsprechenden Menge zur Verdampfungsstelle gefördert wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t , durch ein nach außen geschlossenes System, in dem eine verdampfbare Flüssigkeit, insbesondere Wasser, unter Unterdruck steht, durch einen von der Sonne beheizbaren Plattensammler (1) zum Verdampfen der Flüssigkeit und durch einen dem Plattensammler in Förderrichtung der verdampfbaren Flüssigkeit nachgeschalteten Wärmespeicher (5) oder Wärmetauscher (6).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Einrichtung (2, 22) zum.Versorgen des Plattensammlers (1) mit einer seiner Verdampfungskapazität im wesentlichen entsprechenden Flüssigkeitsmenge.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Wärmetauscher (6) in einem Speicher (5) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung (2, 22) zum Versorgen des Plattensammlers eine Förderpumpe, insbesondere eine Dosierpumpe, ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Einrichtung (2) zum Versorgen des Plattensammlers (1) ein Ventil (4) parallel geschaltet ist, das während des Betriebes der Einrichtung geschlossen und bei stillstehender Einrichtung offen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß am Plattensammler (1) ein Temperaturfühler (10) angeordnet ist, der zum Steuern des Antriebs der Einrichtung (2, 22) zum Versorgen des Plattensammlers dient.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Plattensammler (1) und dem Speicher (6) eine Saugpumpe (9) an-geordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t- , daß zwischen dem Wärmetauscher' (6) und einem Kondensatsammler (3) ein Dampfstauer (7)angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwischen dem Plattensammler (1) und dem Speicher (5) eine Wasserstrahlpumpe (21) angeordnet ist, deren Auslaß an anderer Stelle an einen Behälter (24) angeschlossen ist als eine die Wasserstrahlpumpe mit Flüssigkeit versorgende Förderpumpe (22), und daß der Plattensammler an seiner anderen Seite über eine Drosselstelle (23) an die Druckseite der Förderpumpe angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß zwischen der Wasserstrahlpumpe (21) und dem Speicher (5) eine Beruhigungszone (24) für das Ausscheiden von Dampf eingeschaltet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Energiequelle für die Dosierpumpe (2) mindestens eine Solarzelle vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an ein nach außen öffenbares Absperrventil (12) eine Vakuumpumpe anschließbar ist.