DE3526122C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Prozeßdampf durch Solarenergie unter Direktverdampfung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In dieser Anlage soll eine Direktverdampfung von z. B. Wasser und Umwälzung mittels Naturkonvektion erfolgen, wobei der Dampf in einem Solarkollektor erzeugt wird. Bekannt sind für diesen Zweck Zweikreisanlagen mit Wärmetauschern und Umwälzpumpen. Diese verteuern jedoch eine solche Anlage. Darüber hinaus sind Pumpen Komponenten, die in den zur Anwendung solcher Solaranlagen vorgesehenen Entwicklungsländern unter Umständen gar nicht hergestellt werden.

Die Erfindung betrifft somit eine Anlage mit interner Verdampfung und Schwerkraftumwälzung des Wärmeträgers. Die gesamte Anlage würde jedoch eigentlich zwei Kreislaufsysteme umfassen:

• 1. Den Dampf-/Kondensatkreislauf mit der Wärmequelle d. h. mit dem direkt verdampfenden Kollektor und mit einer die Wärme abführenden Wärmesenke.
• 2. Die Wasserumwälzung innerhalb des Solarkollektors, womit sich die hier vorliegende Erfindung befaßt.

Im ersten Fall bzw. ersten Kreislauf strömt der Dampf vom Solarkollektor zur Wärmesenke. Er kondensiert dort aus und schafft durch die Volumenreduktion an der Kondensationsfläche das nötige Druckgefälle für seinen Transport. Der entstehende Kondensatwasserstrom ist gering im Vergleich zu einem einphasigen Wärmetransport, so daß für den Rückfluß eine geringe geodätische Höhendifferenz für den Schwerkraftantrieb ausreicht. Es ist also innerhalb dieses Kreislaufs keine Pumpe erforderlich. Weitere Ausführungen zum Dampfkreislauf gehören nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich somit um einen offenen Kreislauf d. h. es kann eine beliebige Wärmesenke angeschlossen werden, wenn wie zuvor erwähnt, die Kondensatmenge rückgeführt wird bzw. der Dampfmassenstrom anderweitig durch Wasserzugabe ersetzt wird. Bei einem solchen offenen Kreislauf mit beliebigem Abnehmer muß kollektorseitig ein Dampfstrom ohne Schwankungen wie sie etwa infolge von Instabilitäten der Zweiphasenströmung auftreten können, vorausgesetzt werden. Solche Schwankungen könnten durch eine Pumpe oder Drossel in der Dampfleitung ausgeglichen werden, was jedoch unerwünscht ist. Solche Schwankungen sollten daher gar nicht auftreten können.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun speziell mit dem eingangs erwähnten zweiten Kreislauf, d. h. einer Kollektorinternenumwälzung des noch flüssigen Wärmeträgers, in einem bevorzugten Anwendungfall Wasser, zu bewerkstelligen. Durch die Umwälzung werden gemäß der später genauer beschriebenen Erfindung

• 1. die zuvor genannten Instabilitäten der Zweiphasenströmung und
• 2. im Siederohr eine Schichtströmung (Dampf oben, Wasser unten) mit schlechtem Wärmeüberhang vermieden.

Letzteres ist vor allem bei horizontaler Anordnung des Siederohres wichtig. Die Anordnung ist erforderlich bei, wie in dem Konstruktrionsbeispiel der Erfindung angegeben - Solarkollektoren mit Konzentratoren in Ost-/Westausrichtung für geringen Nachführungsaufwand. Bei stärker geneigten Siederohren gemäß dem Stand der Technik ist die interne Umwälzung ebenfalls für einen guten Wärmeübergang wesentlich. Bei Verzicht auf eine Umwälzung müßten die Solarkollektoren mit Ausgleichgefäßen versehen werden, oder sie müssen im Teillastbetrieb mit Teilfüllungen arbeiten, d. h. mit nur teilweise benetzten Siederohren.

Aus der Fig. 3 der GB 20 32 613 ist ein Wärmetransportsystem bekannt. Es ist nämlich ein kreislaufartiges System gezeigt, dessen Rücklauf mit dem Anfang eines Solarkollektors als Wärmequelle verbunden ist, wodurch in diesem eine Art Zirkulation stattfindet.

Das System gemäß dieser Druckschrift wird als geschlossen beschrieben mit einem oberten Teil 1, einem Wärmetauscher als Wärmesenke und einem unteren Teil 2, einem Kollektor oder einer Feuerstelle als Wärmequelle. Die Aufgabe dieses Systemes ist es jedoch, Warmwasser abzugeben, wo hingegen bei der vorliegenden Erfindung Dampf direkt in dem Kollektor erzeugt werden soll. Nun ist es in einem geschlossenen System mit geringem Luftvolumen wie bei der Entgegenhaltung leichter, Strömungsinstabilitäten zu unterdrücken. Dies gilt vor allem, wenn wie z. B. in der Abbildung 1 dargestellt, das freie Dampfvolumen klein ist. Werden die Pulsationen durch Strömungsinstabilitäten soweit unterdrückt, daß keine Belastungen für die Kollektorkonstruktion entstehen, so werden Schwankungen durch die große Wärmeträgheit des Warmwasserspeichers aufgenommen. Dies kann jedoch nicht für eine dampfabgebende Solarkollektoranlage, wie sie die vorliegende Erfindung beschreibt, gelten.

Das in der Druckschrift beschriebene System besitzt nun keine kollektorinterne Umwälzung bzw. keine nur dem Kollektor zugeordnete Umwälzung. Es geht aus der Beschreibung nicht hervor, wie der Füllstand im Kollektor ausgeglichen wird, wenn in den Siederohren Dampf entsteht. Dazu könnte eine Teilfüllung der Siederohre vorgesehen sein, dann aber wird erst bei maximaler Einstrahlung der Dampfgehalt im Siederohr zu einem Anstieg des Flüssigkeitsspiegels und damit zur vollständigen Benetzung der Siederohre führen. Bei Teillast dagegen werden die oberen Bereiche der Siederohre nur mit dem abströmenden Dampf gekühlt, d. h. mit einem extrem schlechten Wärmeübergang.

Werden die Siederohre nach Entgegenhaltung im kalten Zustand vollständig mit Wasser gefüllt, werden im Leistungsbetrieb dann entsprechende Wassermengen in den oberen Sammler und auch in das Steigrohr verschoben, da kein ausreichend großes Ausgleichsgefäß vorhanden ist.

Bei Übertragung auf ein offenes System führen solche Anordnungen jedoch zu Pulsationen in regelmäßigen Abständen von bis zu 60 sec Dauer.

Bei einem solchen geschlossenen System muß weiterhin der Dampf beim Anfahren zum Leistungsbetrieb die Luft aus den Leitungen zwischen dem Kollektor und der Wärmesenke verdrängen, um die Wärmesenke für die Wärmeabgabe erreichen zu können. Die Luft würde in den Wärmetauscher verschoben wodurch dieser teilweise nicht mehr zur Wärmeübertragung genutzt werden könnte. Die in der Entgegenhaltung genannten Unterdrücke entsprechen jedoch nicht den Betriebsdrücken, die letztlich die Siededrücke bestimmen.

Wie bereits erwähnt zeigt die Einrichtung gemäß der Fig. 3 einen Kondensatrücklauf zum kalten, unteren Ende des Kollektors. Bei den geringen Kondensatvolumenströmen bei typischen Flächenleistungen von Solarkollektoren und den dargestellten großen Querschnitten der Siederohre wird sich eine so kleine Strömungsgeschwindigkeit der flüssigen Phase einstellen, daß der Wärmeübergang dem in einer stagnierenden Flüssigkeit im unteren Kollektorteil gleichkommt. D. h. zunächst muß das unterkühlte Kondensat aufgewärmt werden. Darüber entstehen Dampfblasen, die bei der geringen Wärmestromdichte in nicht konzentrierenden Kollektoren lange an der Wand hängen bleiben. Damit erzeugen sie aber nur eine geringe Rührwirkung, die die eigentliche Verbesserung des zweiphasigen Wärmeübergangs ausmacht. Die Ausnutzung des guten zweiphasigen Wärmeübergangs für eine geringe Temperaturdifferenz ist bei dieser Einrichtung somit nur bedingt möglich.

Bei einer waagerechten Anordnung des Solarkollektors bzw. der Siederohre nach der GB 20 32 613 ergibt sich innerhalb des Kollektors kein Schwerkraftantrieb, der den Dampf aus dem Kollektor fördern könnte. Selbst über ein Steigrohr kann der Dampftransport ohne Zirkulation des Wassers nicht bewerkstelligt werden. Es kann also nicht verhindert werden, daß sich in den Siederohren eine Schichtströmung einstellt. Dies bedeutet aber, daß der Oberbereich des Siederohrquerschnitts mit Dampf gefüllt ist. An der Siederohrwandzone mit der größeren Wärmestromdichte steht demnach Dampf an mit einem bekanntlich sehr schlechten Wärmeübergang. Die Ausbildung der Schichtströmung läßt sich nur durch eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit, d. h. Umwälzung der flüssigen Phase unterdrücken.

Eine waagrechte Anordnung wie bei äquatornahen Standorten oder bei konzentrierten Kollektoren mit Ost-/Westachse ohne Nachführung wäre somit mit dem Kollektortyp dieser Druckschrift nicht möglich. Eine solche Anordnung sieht jedoch die vorliegende Erfindung ausdrücklich vor.

Aus der US 42 46 890 ist eine weitere Übertragungseinrichtung für Sonnenenergie bekannt. Die Anlage weist jedoch eine völlig andersartige Funktion bzw. ganz andersartige Kreisläufe auf, als die der Erfindung, denn sie betrifft ein Gerät zur Wasserbereitung. Kollektorseitig handelt es sich eigentlich um zwei vermaschte Kreisläufe, einen Kollektorkreislauf sowie einen Förderkreislauf. Im Förderkreislauf befindet sich ein Medium mit niedrigem Siedepunkt. Dieses wird in die den beiden Kreisläufen gemeinsame Förderstrecke eingeleitet und verdampft. Der Antrieb durch die Dampfblasen in der Förderstrecke treibt beide Teilkreisläufe an. Eine Verdampfung des Wärmeträgers findet jedoch nicht und vor allem nicht innerhalb des Kollektors statt. Die Förderstrecke ist dabei kein integraler Bestandteil des Kollektors sondern in einem getrennten Sammelbehälter untergebracht.

Der verdampfende Förderstrom muß der Förderstrecke geregelt zugegeben werden. Ein Zuviel führt zur Ansammlung im Hochbehälter, Position 10 des Kollektorkreislaufes und steht nicht mehr als Antriebsmedium zur Verfügung. Zu geringe Zugaben reduzieren die Umwälzung im Kollektor. Es ist somit ein Regelmechanismus erforderlich, der gemäß den Positionsnummern 35 und 29 als aktives System ausgebildet ist.

Der physikalische Effekt, Auftrieb mittels Dampfblasen zu erzeugen ist zwar bei der vorliegenden Erfindung nicht angewendet, die technische Ausführung unterscheidet sich jedoch in wesentlichen Punkten. Eine direkte Verdampfung des Hauptwärmeträgers und damit die Ausnutzung des hohen zweiphasigen Wärmeübergangs innerhalb des Kollektorrohres findet bei der Entgegenhaltung nicht statt. Eine Dampfbereitstellung kann damit auch nicht erfolgen. Die Verdampfung des Hauptwärmeträgers in der Förderstrecke würde zu starken Pulsationen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Solaranlage der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, in welcher die zweiphasige Naturkonvektion bei einer Direktverdampfung von z. B. Wasser im offenen Kreislauf beherrscht werden kann, so daß eine kontinuierliche Dampfabgabe entsprechend der solaren Einstrahlung ensteht und keine Pumpe mehr im Dampfkreislauf benötigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung die Merkmale vor, die in dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführt sind. Weitere vorteilhafte Merkmale für eine Anlage mit einem Solarkollektor nach dem Einrohrprinzip sind im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 aufgeführt. Letztlich sind in den Kennzeichen der Unteransprüche noch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung aufgeführt.

Die Direktverdampfung innerhalb des Solarkollektors zusammen mit der durch die Schwerkraft angetriebenen, kollektorinternen Umwälzung des noch flüssigen Wärmeträgers stellt somit das wesentliche Kennzeichen der vorliegenden Erfindung dar. Dem Stand der Technik gegenüber schafft die hier vorliegende Erfindung mit der Direktverdampfung bei interner Umwälzung der flüssigen Phase andere physikalische Bedingungen durch andere technische Maßnahmen. Diese technischen Maßnahmen sind in den Merkmalen a) bis g) aufgeführt.

Durch die Dampf-Wasser-Abtrennung direkt hinter dem Solarkollek­ tor kann nun die zweiphasige Naturkonvektion so beherrscht werden, daß eine kontinuierliche Dampfabgabe entsprechend der solaren Einstrahlung entsteht. Die Umwälzung erfolgt dabei durch die Höhendifferenzen in der Anlage. Durch diesen Direktkreislauf mit der Naturkonvektion kann nun aufgabengemäß der Wärmetauscher und die Umwälzpumpe eingespart werden. Von Vorteil ist bei der vorliegenden Erfindung, daß das kalte Kondensat nicht im Bereich des Dampfaustritts eingeleitet wird, wodurch Kavitation vermieden wird. Weiterhin kann im Siederohr eine Schicht- oder Wellenströmung mit einem extrem niedrigen Wärmeübergang im Dampfbereich vermieden werden. Der Auftrieb des abströmenden Dampf-Wasser-Gemisches kann für die Umwälzung der Mengenströme ausgenutzt werden. Bei der erfindungsgemäßen Solaranlage wird der Dampf soweit abgetrennt, daß noch eine ausreichende Überlaufmenge für den Siederohrdurchsatz gefördert wird, andererseits aber kein Pulsationseffekt mehr entsteht. Gegenüber den bekannten Solaranlagen zur Prozeßdampferzeugung nach dem Zweikreisanlagenprinzip, bei welchem die im Kollektor gewonnne Solarenergie mittels eines Ölkreislaufs zu einem Wärmetauscher transportiert wird, werden bei der vorliegenden Erfindung durch die Dampferzeugung direkt im Kollektor Wärmetauscher und Umwälzpumpe eingespart. Selbst wenn das Kondensat zum Kollektor durch eine Pumpe zurückgespeist würde, ist nur eine sehr geringe Pumpleistung erforderlich.

Beim Unterschreiten der solaren Mindesteinstrahlung kann die im System gespeicherte Wärme nicht mehr mit der vom Verbraucher geforderten Solltemperatur genutzt werden. Da Solaranlagen nicht so stark isoliert werden können, daß die im System gespeicherte Wärme über Nacht erhalten bleibt, wird die Aufheizzeit nach Anlage am folgenden Betriebstag von der Wärmekapazität der Anlage mitbestimmt.

Ein Wegfall des Wärmetauschers verbessert damit erheblich den Anlagennutzungsgrad.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden und anhand der Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht einer Solaranlage mit Einzelrohrkollektor,

Fig. 2 die Vorderansicht der Fig. 1,

Fig. 3 eine andersartige Ausbildung des Dampf-Wasser- Abscheiders,

Fig. 4 die Seitenansicht einer Solaranlage mit U-Rohr- Kollektor und

Fig. 5 eine Vorderansicht der Fig. 4.

Die in der Fig. 1 gezeigte Anlage mit koaxialem Einzelrohrkollektor für den Betrieb mit Wasser bzw. Dampf besteht im wesentlichen aus dem eigentlichen Solarkollektor 1 und dem Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 2, die miteinander verbunden sind. Im Solarkollektor 1, dessen Gehäuse das Glasschutzrohr 3 bildet und vom Spiegel 4 her bestrahlt wird, ist eine Absorberplatine 5 befestigt, auf welcher die Hauptelemente, das Siederohr 6 und das in ihm koaxial gelegene interne Rücklaufrohr 7 befestigt sind. Der Dampf-Flüssigkeits- Abscheider 2 ist oberhalb der Ebene 8 der beiden Rohre 6 und 7 gelegen, seine Achse 9 ist etwa 45° oder mehr gegen die Horizontale geneigt.

Das Siederohr 6 ist an seinem einen Ende 10 verschlossen, die Austrittsöffnung 11 des internen Rücklaufrohres 7 reicht bis kurz vor das Ende 10, so daß im internen Rücklaufrohr 7 strömendes Wasser in das Siederohr 6 eintritt, darin zurückströmt und verdampft werden kann. Beide Rohre 6 und 7 treten zusammen an der Seitenwand 12 des Kollektors aus, wobei das interne Rücklaufrohr 7 mit seinem anderen Ende 14 am anderen Siederohrende 13 stirnseitig aus ihm abgedichtet herausgeführt und damit mit seinem Innenraum 15 vom Inneren des Siederohrs 6 getrennt ist. Diese Trennung ist notwendig, da über den Rücklauf eingeleitetes kaltes Kondensat und/oder Rücklaufwasser nicht im Bereich des Dampfaustrittes mit diesem in Berührung kommen darf, um Kavitation zu verhindern.

Der Zugang für das Rücklaufwasser und die Kondensatrückführung über das Ende 14 in dem Rücklaufrohr 7 sowie der für die Dampfabfuhr aus dem Siederohrende 13 folgt somit gemeinsam auf einer Seite des Solarkollektors 1. Dies ist vorteilhaft, damit die eine Seite des Kollektors frei für die Halterung des Glasschutzrohres 3 bleibt und um Wärmespannungen zu verhindern.

Aus dem Innenraum des Siederohres 6 führt im Bereich des Rohrendes 13 ein Steigrohr 16 nach oben, dessen Achse 9 schräg geneigt ist und das in den Sammelraum 17 des Dampf- Flüssigkeits-Abscheiders 2 führt. Der obere Teil 18 des Steigrohres 16 weist an seiner Unterseite eine zu dem Sammelraum 17 hin gerichtete Öffnung 19 mit einer Abscheidekante 20 auf. Diese Ausbildung der Austrittsöffnung soll vermeiden, daß das austretende Wasser-Dampf-Gemisch direkt den Dampfaustritt 21 anströmt. Bei größeren Durchmesserverhältnissen von Sammelraum 17 und Steigrohr 16 kann eine besondere Formgebung der Austrittsöffnung entfallen. Oberhalb dieser Öffnung 19 führt die Dampfaustrittsleitung 21 aus dem Innenraum 17 des Dampf-Wasser-Abscheiders. Am unteren Ende des Sammelraumes 17 befindet sich der Auslauf 22, der über das nach unten führende, externe Rücklaufrohr 23 an das andere Ende 14 des internen Rücklaufrohres 7 angeschlossen ist. Im Bereich dieses Anschlusses ist noch ein weiterer Anschluß 24 für vom Verbraucher eventuell zurückfließendes Kondensat vorgesehen, das damit einer neuen Verdampfung zugeführt werden kann. Zur Entleerung der Anlage ist unten am Siederohr 6 noch ein Anschluß 25 vorgesehen, der etwa im Bereich unter der Abzweigung des Steigrohres 16 liegt.

Die Funktion der Anlage ist nun wie folgt: Das über das interne Rücklaufrohr 7 in das Siederohr 6 eintretende Rücklaufwasser bzw. Kondensatz wird nun dort verdampft. Der in einem Temperaturbereich von 100°C bis 160°C entstehende Wasserdampf gelangt in das Steigrohr 16 und tritt aus der Öffnung in den Sammelraum 17 des Dampf-Flüssigkeits- Abscheiders 2 ein. Das mitgerissene Wasser scheidet sich dabei in der Öffnung 19 ab, fließt nach unten ab und sammelt sich wieder im unteren Teil des Sammelraumes 17. Der Dampf gelangt dann über den Dampfaustritt 21 zu einem Verbraucher, verwendbares Kondensat wird dem Kreislauf über den Rücklaufanschluß 24 wieder zugeführt. Die beschriebene Anlage ist für den Betrieb mit Wasser bzw. Wasserdampf vorgesehen, prinzipiell eignet sich jedoch auch ein anderes Kühlmittel mit entsprechenden Verdampfungswerten für den Kreisprozeß.

Das Rücklaufwasser fließt dann durch den Auslauf 22 und das externe Rücklaufrohr 23 wieder zurück in den Innenraum 15 des interen Rücklaufrohres und wird einer erneuten Verdampfung im Siederohr 6 zugeführt. Dieser Kreislauf in Form einer Art Umlaufschleife erfolgt mittels Naturkonvektion, bei der dargestellten Ausführung im offenen Kreislaufsystem unter Direktverdampfung ohne Zwischenwärmetauscher oder ähnliche Elemente. Das Steigrohr 16 und die Rücklaufrohre 7 und 14 müssen die beim Verdampfen aus dem Siederohr 6 verdrängte Wassermene aufnehmen, sie sind so bemessen, daß bei Anlaufen der Anlage kalte Wassermassen aus dem Steigrohr 16 in den Sammelraum 17 verdrängt werden, so daß keine Kavitation auftreten kann. Durch die koaxiale Lage des internen Rücklaufrohres 7 wird zusätzliche Oberfläche mit Wärmeverlusten vermieden.

Der Spiegel 26 des Rücklaufwassers im Sammelraum 17 liegt unterhalb der Kante 20 am Steigrohr 16 und so hoch über der/den Ebene(n) 8 des Siede- bzw. des interen Rücklaufrohres 6, 7, daß der resultierende statische Druck dort größer als der Druckverlust in dem bzw. in den Rücklaufrohren ist. Die Kante 20 am Steigrohr 16 liegt auch nach Aufnahme der aus dem Siederohr 6 nach dem Anfahren verdrängten Wassermenge im Sammelraum 17 noch über dem Wasserspiegel 26 in demselben, die Querschnittsfläche des Steigrohres 16 ist größer als die des Siederohres 6. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß das Siederohr 6 und das interne Rücklaufrohr 7 gemeinsam um etwa 1° abwärts in Richtung Steigrohr 16 geneigt sind, und das Steigrohr 16 und Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 2 in einem Winkel größer gleich 45° gegen die Horizontale gerichtet sind.

Wichtig ist, daß die Überströmöffnung 19 immer frei bleibt, auch wenn sich ein großer Teil des Kreislaufwassers im Sammelraum 17 befindet. Dazu muß die entsprechende Höhe vorhanden sein mit einem zusätzlichen Anteil für den Regelhub.

Die Fig. 3 zeigt die Verbindung von Siederohr/Steigrohr und internem Rücklaufrohr/Sammelraum direkt ohne externes Rücklaufrohr kompakt mittels eines einzigen Formteiles 27. Dabei liegt das Siederohr 28 zwar um das interne Rücklaufrohr 29 herum, die Mittelachsen 30 und 31 differieren jedoch in der Höhe voneinander bzw. liegen nicht in einer Ebene, was für die Gesamtfunktion jedoch ohne Belang ist.

Beide Rohre 28 und 29 sind schräg in das Formteil 27 von der einen Seite her eingesetzt, die andere Seite 32 besitzt zwei Bohrungen 33 und 34, deren eine 33 direkt ins Steigrohr 35 und deren andere 34 direkt in den Sammelraum 36 des Abscheidergehäuses 37 mündet. Die Wasserabscheidung erfolgt über die Kante 38 die Rohröffnung 39, die Dampfabfuhr über den Stutzen 40. Rückgeführtes Kondensat wird mittels der Bohrung 41 ins interne Rücklaufrohr 29 eingeleitet.

Die Anlage gemäß den Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung nur durch die andersartige Ausbildung des eigentlichen Solarkollektors 1. Der Solarkollektor 1 weist hier ein U-förmig mit dem Siederohr 41 zusammengeführtes internes Rücklaufrohr 42 auf, wobei deren Mittelachsen nicht in einer Ebene 43, 44 liegen müssen, wie dargestellt. Dies ist jedoch, wie bereits vorher ausgeführt, ohne Belang.

Das Glasschutzrohr 45 des Kollektors ist evakuiert. Das Steigrohr 16 führt direkt aus dem Siederohr 41, externes 23 und internes Rücklaufrohr 42 sind ähnlich verbunden wie bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2. Alle übrigen Positionen entsprechen denen in den Fig. 1 und 2 und sind in dem zugehörigen Beschreibungsteil genannt und daher hier nicht mehr extra beschrieben. Die Gesamtfunktion der Anlage gemäß den Fig. 4 und 5 bezüglich der Dampferzeugung ist dieselbe wie diejenige nach den Fig. 1 und 2.

Claims (4)

1. Anlage zur Erzeugung von Prozeßdampf durch Solarenergie unter Direktverdampfung und Umwälzung des Wärmeträgers durch Naturkonvention, mit einem Solarkollektor, der ein Siederohr zur Erzeugung und Abfuhr des Dampfes zum Verbraucher sowie ein, an ein Ende des Siederohrs angeschlossenes internes Rücklaufrohr aufweist, welches den Wärmeträger, insbesondere Wasser, dem Siederohr zuführt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) oberhalb der/den in etwa horizontalen Ebene(n) (8, 43, 44) des Siederohres (6, 41) und des internen Rücklaufrohres (7, 42) ist ein Dampf-Flüssigkeits-Abscheider (2) mit Sammelraum (17) und in diesen einmündendem Steigrohr (16) angeordnet, welches von oben her an dem anderen Ende (13) des Siederohrs (6) angeschlossen ist,
• b) die untere Kante (20) der Austrittsöffnung (19) am Steigrohr (16) für das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch ist über der/den Ebene(n) (8, 43, 44) von Siederohr (6, 41) und internem Rücklaufrohr (7, 42) gelegen,
• c) der Sammelraum (17) des Abscheiders für die Rücklaufflüssigkeit weist einen Auslauf (22) auf, der direkt oder mittels eines externen Rücklaufrohres (23) an das interne Rücklaufrohr (7, 42) des Solarkollektors (1) angeschlossen ist,
• d) der Spiegel (26) der Rücklaufflüssigkeit im Sammelraum (17) liegt unterhalb der Kante (20) am Steigrohr (16) in einer bestimmten Höhe über der/den Ebene (8, 43, 44) des Siede- und des internen Rücklaufrohres (6, 41; 7, 42), wobei der resultierende statische Druck dort den Druckverlust in dem/den Rücklaufrohr(en) (7, 42) mehr als ausgleicht,
• e) die Kante (20) am Steigrohr (16) liegt auch nach Aufnahme der aus dem Siederohr (6, 41) nach dem Anfahren verdrängten Flüssigkeitsmenge in dem Sammelraum (17) noch über dem sich dort einstellenden Spiegel (26) der Rücklaufflüssigkeit,
• f) Siederohr (6, 41) und internes Rücklaufrohr (7, 42) sind gemeinsam um etwa 1° abwärts in Richtung Steigrohr (16) geneigt.

2. Anlage nach Anspruch 1 mit einem Solarkollektor (1) nach dem Einrohrprinzip mit konzentrisch im Siederohr (6) gelegenen, internen Rücklaufrohr (7), gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• g) das Siederohr (6) ist an einem Ende (10) stirnseitig geschlossen, das interne Rücklaufrohr (7) reicht mit seiner Austrittsöffnung (11) bis kurz vor das Ende (10),
• h) die Anschlüsse für die Dampfabfuhr aus dem Siederohr (6) und für die Rücklaufflüssigkeit in das interne Rücklaufrohr (7) liegen gemeinsam am anderen Ende des Solarkollektors (1),
• i) das andere Ende (14) des internen Rücklaufrohres (7) ist aus dem Siederohr (6) herausgeführt und mit seinem Innenraum (15) von diesem abgetrennt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch das weitere Merkmal:

• k) Steigrohr (16) und Dampf-Flüssigkeits-Abscheider (2) sind in einem Winkel größer gleich 45° gegen die Horizontale geneigt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das weitere Merkmal:

• l) die Querschnittsfläche des Steigrohres (16) ist größer als die des Siederohres (6).