DE3527708A1

DE3527708A1 - Installation for generating process steam by means of solar energy with direct evaporation and circulation of the heat transfer medium by natural convection

Info

Publication number: DE3527708A1
Application number: DE19853527708
Authority: DE
Inventors: Volker Dr Heinzel; Juergen Holzinger
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1985-07-22
Filing date: 1985-08-02
Publication date: 1987-02-12

Abstract

An installation for generating process steam by means of solar energy with direct evaporation and circulation of the heat transfer medium by natural convection, with a solar collector which has a boiling pipe for generating and carrying off the steam to the consumer as well as, connected thereto, a supply pipe for the heat transfer medium, such as e.g. water, to be evaporated. The purpose of the invention is to design an installation of this type in such a manner that the air quantity contained in the circuit before starting can be stored in such a manner that the required operating pressure is kept in the installation at different capacity. To this end, the creation of an underpressure on cooling of the installation is to be prevented, that is to say it is to be possible for the stored air quantity to flow back to the collector or boiling pipe again. This is achieved by a collecting container 111 for the heat transfer medium, the liquid level 113 of which communicates with that 118 in the collector 101, the upper inlet pipe 114 being connected to the steam outlet of the collector 101 and the lower outlet 115 to the inlet 116 of the return run pipe 106. The collecting container can be connected both in series with the consumer and parallel to it. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeu gung von Prozeßdampf durch Solarenergie nach der Patent anmeldung P 35 26 122.6 gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.The present invention relates to a plant for generating supply of process steam by solar energy according to the patent application P 35 26 122.6 according to the preamble of the patent saying 1.

Die Hauptanmeldung P 35 26 122.6 bezieht sich auf eine An lage zur Erzeugung von Prozeßdampf durch Solarenergie unter Direktverdampfung und Umwälzung des Wärmeträgers durch Naturkonvektion, mit einem Solarkollektor, der ein Siede rohr zur Erzeugung und Abfuhr des Dampfes zum Verbraucher, sowie ein an ein Ende des Siederohres angeschlossenes Rück laufrohr aufweist, welches den Wärmeträger wie z. B. Wasser dem Siederohr zuführt.The main application P 35 26 122.6 relates to an application was subject to the generation of process steam by solar energy Direct evaporation and circulation of the heat transfer medium Natural convection, with a solar collector that boils pipe for the generation and discharge of the steam to the consumer, and a back connected to one end of the boiler tube Has tube, which the heat transfer medium such. B. water feeds the boiler tube.

Soll die Anlage in geschlossenem Kreislauf mit Kondensat rückführung arbeiten, so ergeben sich einige Probleme:Should the system be in a closed circuit with condensate work, there are some problems:

Läuft die Anlage am Vormittag an, muß die im System ent haltene Luft oder ein Gas zwischen Kollektor und Konden sationsfläche, d. h. dem Verbraucher, verdrängt werden. Andererseits muß Luft oder Gas beim Abkühlen am Abend wie der nachströmen können, da die Anlage sonst gegen Unter druck ausgelegt werden muß.If the system starts up in the morning, it must be removed from the system air or a gas between the collector and the condensate station area, d. H. the consumer. On the other hand, air or gas must cool like in the evening which can flow in, as the system would otherwise run against the bottom pressure must be designed.

Die Zusatzerfindung hat daher zur Aufgabe, eine Anlage gemäß der Hauptanmeldung so zu verbessern, daß die im Kreislauf vor dem Anlaufen enthaltene Luftmenge so gespei chert werden kann, daß in der Anlage der erforderliche Betriebsdruck bei unterschiedlicher Leistung gehalten wird. Dazu soll das Entstehen eines Unterdruckes beim Ab kühlen in der Anlage verhindert werden, d. h. die gespei cherte Luftmenge soll wieder zum Kollektor bzw. zum Sie derohr zurückströmen können.The additional invention therefore has the task of creating an attachment to improve according to the main application so that the im The air quantity contained in the circuit before starting is fed It can be ensured that the required in the system Operating pressure kept at different power becomes. For this purpose, the creation of a negative pressure at the Ab prevent cooling in the system, d. H. the saved The air flow should go back to the collector or to you can flow back.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Er findung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Anspru ches 1 angegeben sind. Weitere vorteilhafte Merkmale zur Lösung der Aufgabe sind in den Kennzeichen der Unteran sprüche angegeben.The present Er proposes to solve this task find the features that are in the hallmark of the claim ches 1 are specified. Other advantageous features for Solving the task are in the characteristics of the Unteran sayings stated.

Die Erfindung macht sich nun die Erkenntnis zunutze, daß die verdrängte Luft schwerer als der erzeugte Wasserdampf ist. Diesen Effekt ausnutzend, wird daher der Sammelbe hälter für den kondensierten Wärmeträger und die zu ver drängende Luft bzw. das Gas bei einem nahe dem Kollektor liegenden Verbraucher hinter bzw. unter diesem in Reihe, bei einem entfernter liegenden, jedoch besser parallel zu diesem, in den Kreislauf geschaltet. Die geschickte Anord nung des Sammelbehälters als Luft bzw. Gasspeicher, in welchen die Luft verdrängt wird, isoliert damit den Kollek tor vom Verbraucher bei Minderleistung, so daß keine Um kehr des Wärmeflusses entstehen kann. Eine Unterdruckbil dung beim Abkühlen wird verhindert, da das beim Anfahren in den Ausgleichsbehälter verdrängte Luftvolumen beim Ab kühlen wieder zurückströmen kann. Der Sammelbehälter kann gleichzeitig als Kondensat- oder Speisewasserbehälter be nutzt werden, da die Luft oder ein entsprechendes Gas schwerer als Wasserdampf ist und für eine Trennung des Dampfes von der kalten Wasservorlage sorgt. The invention now makes use of the knowledge that the displaced air is heavier than the water vapor generated is. Taking advantage of this effect, therefore, the collective container for the condensed heat transfer medium and the ver urgent air or gas at a near the collector consumers lying behind or below this in line, with a distant, but better parallel to this, switched into the cycle. The skillful arrangement tion of the collecting container as air or gas storage, in which the air is displaced isolates the collector tor by the consumer with underperformance, so that no order reversal of the heat flow can arise. A negative pressure bil Prevention when cooling down is prevented as this is the case when starting off volume of air displaced into the expansion tank cool can flow back again. The collection container can at the same time as a condensate or feed water tank be used because the air or a corresponding gas is heavier than water vapor and for separating the Steam from the cold water supply provides.

Der Inhalt der Hauptanmeldung P 35 26 122.6 ist im folgen den anhand ihrer Fig. 1 bis 5 wiedergegeben, die Zu satzanmeldung schließt sich in der Beschreibung mit den Fig. 6 und 7 daran an. Es zeigtThe content of the main application P 35 26 122.6 is shown in the following with reference to FIGS . 1 to 5, the sentence application follows in the description with FIGS . 6 and 7. It shows

die Fig. 1 die Seitenansicht einer Solaranlage mit Einzel rohrkollektor, Figs. 1 tubular collector side view of a solar energy system with a single,

die Fig. 2 die Vorderansicht der Fig. 1, Fig. 2 shows the front view of FIG. 1,

die Fig. 3 eine andersartige Ausbildung des Dampf-Wasser- Abscheiders, Fig. 3, a different type of design of the steam-water separator,

die Fig. 4 die Seitenansicht einer Solaranlage mit U-Rohr- Kollektor und Fig. 4 is a side view of a solar system with U-tube collector and

die Fig. 5 eine Vorderansicht der Fig. 4. FIG. 5 is a front view of Fig. 4.

Die in der Fig. 1 gezeigte Anlage mit koaxialem Einzel rohrkollektor für den Betrieb mit Wasser bzw. Dampf be steht im wesentlichen aus dem eigentlichen Kollektor 1 und dem Dampf-Wasser-Abscheider 2, die miteinander verbun den sind. Im Kollektor 1, dessen Gehäuse das Glasschutz rohr 3 bildet und vom Spiegel 4 her bestrahlt wird, ist eine Empfängerplatine 5 befestigt, auf welcher die Haupt elemente, das Siederohr 6 und das in ihm koaxial gelegene interne Rücklaufrohr 7 befestigt sind. Der Dampf-Wasser- Abscheider 2 ist oberhalb der Ebene 8 der beiden Rohre 6 und 7 gelegen, seine Achse 9 ist etwa 45° oder mehr ge gen die Horizontale geneigt.The system shown in Fig. 1 with coaxial single tube collector for operation with water or steam be essentially consists of the actual collector 1 and the steam-water separator 2 , which are verbun together. In the collector 1 , the housing forms the glass protection tube 3 and is irradiated from the mirror 4 ago, a receiver board 5 is attached, on which the main elements, the boiler tube 6 and the internal return pipe 7 coaxially located in it are attached. The steam-water separator 2 is located above the plane 8 of the two pipes 6 and 7 , its axis 9 is approximately 45 ° or more ge inclined to the horizontal.

Das Siederohr 6 ist an seinem einen Ende 10 verschlossen, die Austrittsöffnung 11 des internen Rücklaufrohres reicht bis kurz vor das Ende 10, so daß im internen Rücklaufrohr 7 strömendes Wasser in das Siederohr 6 eintritt, darin zu rückströmt 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 abge dichtet herausgeführt und damit mit seinem Innenraum 15 vom Inneren des Siederohrs 6 getrennt ist. Diese Trennung ist notwendig, da über den Rücklauf 14 eingeleitetes kaltes Kondensat und/oder Rücklaufwasser nicht im Bereich des Dampfaustrittes mit diesem in Berührung kommen darf, um Kavitation zu verhindern.The boiling tube 6 is closed at its one end 10, the outlet opening 11 of the internal return tube extends to just in front of the end 10, so that flowing water enters in the internal return pipe 7 into the boiler tube 6, to back flow therein and may be vaporized. Both tubes 6 and 7 emerge together on the side wall 12 of the collector, the internal return tube 7 with its other end 14 at the other end 13 of the boiler tube sealingly leading out of it and thus separated with its interior 15 from the inside of the boiler tube 6 . This separation is necessary because cold condensate and / or return water introduced via the return 14 must not come into contact with the latter in the area of the steam outlet in order to prevent cavitation.

Der Zugang für das Rücklaufwasser und die Kondensatrück führung über das Ende 14 in dem Rücklaufrohr 7 sowie der für die Dampfabfuhr aus dem Siederohrende 13 folgt somit gemeinsam auf einer Seite des Kollektors 1. Dies ist vor teilhaft, damit die eine Seite des Kollektors frei für die Halterung des Glasrohres 3 bleibt und um Wärmespannun gen zu verhindern.The access for the return water and the condensate return via the end 14 in the return pipe 7 and for steam removal from the boiler end 13 thus follows together on one side of the collector 1 . This is before geous, so that one side of the collector remains free for the holder of the glass tube 3 and to prevent heat stresses gene.

Aus dem Innenraum des Siederohrs 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- Wasser-Abscheiders 2 führt. Der obere Teil 18 des Steig rohres 16 weist an seiner Unterseite eine zu dem Innen raum 17 hin gerichtete Öffnung 19 mit einer Abscheidekante 20 auf. Diese Ausbildung der Austrittsöffnung soll vermei den, daß das austretende Wasser-Dampf-Gemisch direkt den den Dampfaustritt 21 anströmt. Bei größeren Durchmesser verhältnissen von Sammelraum 17 und Steigrohr 18 kann eine besondere Formgebung der Austrittsöffnung entfallen. Ober halb dieser Öffnung 19 führt die Dampfaustrittsleitung 21 aus dem Innenraum 17 des Dampf-Wasser-Abscheiders. Am un teren 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 an geschlossen ist. Im Bereich dieses Anschlusses ist noch ein weiterer Anschluß 24 für vom Verbraucher eventuell zurück fließendes Kondensat vorgesehen, das damit einer neuen Ver dampfung 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.From the interior of the boiler tube 6 , a riser pipe 16 leads upward in the area of the pipe end 13 , the axis 9 of which is inclined and leads into the collecting space 17 of the steam / water separator 2 . The upper part 18 of the riser tube 16 has on its underside an opening 19 directed towards the inner space 17 with a separating edge 20 . This design of the outlet opening is to avoid that the water-steam mixture emerging flows directly to the steam outlet 21 . With larger diameter ratios of collecting space 17 and riser pipe 18 , a special shape of the outlet opening can be omitted. Above half of this opening 19 , the steam outlet line 21 leads from the interior 17 of the steam-water separator. At the lower end of the collecting space 17 there is the outlet 22 , which is closed via the external return pipe 23 leading down to the other end 14 of the internal return pipe 7 . In the area of this connection, a further connection 24 is provided for condensate possibly flowing back from the consumer, which can thus be supplied to a new vaporization process. To drain the system, a connection 25 is provided at the bottom of the boiler tube 6 , which is approximately in the area below the branch of the riser pipe 16 .

Die Funktion der Anlage ist nun wie folgt:The function of the system is now as follows:

Das über das interne Rücklaufrohr 7 in das Siederohr 6 ein tretende Rücklaufwasser bzw. Kondensat wird nun dort ver dampft. Der in einem Temperaturbereich von 100°C bis 160°C entstehende Wasserdampf gelangt in das Steigrohr 16 und tritt aus der Öffnung in den Innenraum 17 des Dampf- Wasser-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. Das vom Verbraucher zurückfließende Kondensat wird dem Kreislauf über den Rücklauf 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 Verdampfungswer ten für den Kreisprozeß.The via the internal return pipe 7 into the boiler tube 6 passing a return water or condensate will be evaporated there ver. The water vapor generated in a temperature range from 100 ° C. to 160 ° C. enters the riser pipe 16 and enters the interior 17 of the steam / water separator 2 from the opening. The entrained water separates out in the opening 19 , flows downward and collects again in the lower part of the collecting space 17 . The steam then reaches a consumer via the steam outlet 21 . The condensate flowing back from the consumer is fed back into the circuit via the return 24 . The system described is intended for operation with water or steam, but in principle another coolant with appropriate Verdampfungswer th is suitable for the cycle.

Das Rücklaufwasser fließt dann durch den Auslauf 22 und das externe Rücklaufrohr 23 wieder zurück in den Innen raum 15 des internen Rücklaufrohres und wird einer erneu ten Verdampfung im Siederohr 6 zugeführt. Dieser Kreislauf in Form einer Art Umlaufschleife erfolgt mittels Naturkon vektion, bei der dargestellten Ausführung im offenen Kreis laufsystem unter Direktverdampfung ohne Zwischenwärmetau scher oder ähnliche Elemente. Das Steigrohr 16 und die Rücklaufrohre 7 und 13 müssen die beim Verdampfen aus dem Siederohr 6 verdrängte Wassermenge 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 Ober fläche mit Wärmeverlusten vermieden.The return water then flows through the outlet 22 and the external return pipe 23 back into the inner space 15 of the internal return pipe and is supplied to evaporation again in the boiler tube 6 . This circuit in the form of a kind of circulation loop takes place by means of natural convection, in the embodiment shown in the open circuit system with direct evaporation without intermediate heat exchanger or similar elements. The riser pipe 16 and the return pipes 7 and 13 must absorb the amount of water displaced during the evaporation from the boiler pipe 6 , they are dimensioned such that when the system starts up, cold water masses are displaced from the riser pipe 16 into the collecting space 17 , so that no cavitation can occur . Due to the coaxial position of the internal return pipe 7 additional surface with heat loss is avoided.

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 internen Rücklauf rohres 6. 7, daß der resultierende statische Druck dort größer als der Druckverlust in dem bzw. in den Rücklauf rohren ist. Die Kante 20 am Steigrohr 16 liegt auch nach Aufnahme der aus dem Siederohr 6 nach dem Anfahren ver drängten Wassermenge im Sammelraum 17 noch über dem Wasser spiegel 26 in demselben, die Querschnittsfläche des Steig rohres 16 ist größer als die des Siederohres 6. Als vor teilhaft 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 daß Steigrohr 16 und Dampf-Wasser-Abscheider 2 in einem Winkel größer gleich 45° gegen die Horizontale gerichtet sind.The mirror 26 of the return water in the collecting space 17 is below the edge 20 on the riser pipe 16 and so high above the level (s) 8 of the boiling or internal return pipe 6. 7 that the resulting static pressure there is greater than that Pressure loss in the or in the return pipe. The edge 20 on the riser pipe 16 is also after receiving the amount of water displaced from the boiler tube 6 after starting up in the collecting space 17 above the water level 26 in the same, the cross-sectional area of the riser tube 16 is larger than that of the boiler tube 6 . As before geous, it has been found that the boiler tube 6 and the internal return pipe 7 are inclined together by about 1 ° in the direction of the riser 16 , and that the riser 16 and steam-water separator 2 at an angle greater than or equal to 45 ° against Horizontal are directed.

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 Regel hub. It is important that the overflow opening 19 always remains free, even if a large part of the circulating water is in the collecting space 17 . To do this, the corresponding amount must be available with an additional portion for the standard stroke.

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 Rücklauf rohr 29 herum, die Mittelachsen 30 und 31 differieren je doch in der Höhe voneinander bzw. liegen nicht in einer Ebene, was für die Gesamtfunktion jedoch ohne Belang ist. FIG. 3 shows the connection of boiling tube / dip tube and internal downcomer / collecting space directly without an external return pipe compact by means of a single mold part 27. Here, the boiler tube 28 is around the internal return pipe 29 , the central axes 30 and 31 each differ in height from each other or are not in one plane, which is irrelevant for the overall function.

Beide Rohre 28 und 29 sind schräg in das Formteil 27 von der einen Seite her eingesetzt, die andere Seite 32 be sitzt 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 der Rohröffnung 39, die Dampf abfuhr über den Stutzen 40. Rückgeführtes Kondensat wird mittels der Bohrung 46 ins interne Rücklaufrohr 29 einge leitet.Both tubes 28 and 29 are inserted obliquely into the molded part 27 from one side, the other side 32 be sits two holes 33 and 34 , one 33 directly into the riser 35 and the other 34 opens directly into the collecting space 36 of the separator housing 37 . The water is separated off via the edge 38 of the pipe opening 39 , and the steam is removed via the nozzle 40 . Returned condensate is conducted into the internal return pipe 29 by means of the bore 46 .

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 Kollektors 1. Der Kollektor 1 weist hier ein U-förmig mit dem Siederohr 41 zusammengeführtes internes Rücklaufrohr 42 auf, wobei deren Mittelachsen 43 und 44 nicht in einer Ebene liegen müssen, wie dargestellt. Dies ist jedoch, wie bereits vorher ausgeführt, ohne Belang.The system according to FIGS. 4 and 5 differs from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 only in the different design of the actual collector 1 . The collector 1 here has an internal return pipe 42 which is joined in a U-shape to the boiler tube 41 , the central axes 43 and 44 of which need not lie in one plane, as shown. However, as stated earlier, this is of no consequence.

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 Gesamtfunk tion der Anlage gemäß den Fig. 4 und 5 bezüglich der Dampferzeugung ist dieselbe wie diejenige nach den Fig. 1 und 2. Weiter zeigt dieThe glass protective tube 45 of the collector is evacuated. The riser pipe 16 leads directly from the boiler pipe 41 . External 23 and internal return pipe 42 are connected in a similar manner to the embodiment according to FIGS. 1 and 2. All other positions correspond to those in FIGS. 1 and 2 and are mentioned in the associated description part and are therefore no longer described here. The overall function of the system according to FIGS . 4 and 5 with regard to steam generation is the same as that according to FIGS. 1 and 2. Further shows the

Fig. 6 eine Solaranlage mit Solarkollektor nach dem Ein rohrprinzip gemäß den Fig. 1 und 2 sowie der Hauptanmeldung für einen nahe am Kollektor bzw. Dampf-Wasser-Abscheider liegenden Verbraucher. Fig. 6 shows a solar system with a solar collector according to the pipe principle according to FIGS . 1 and 2 and the main application for a consumer located close to the collector or steam-water separator.

Fig. 7 eine Anlage ähnlich der Fig. 6 für einen entfern ter angeordneten Verbraucher. Fig. 7 is a system similar to FIG. 6 for a remote consumer arranged.

In der Fig. 6 ist der der Bestrahlung ausgesetzte Solar kollektor 101 mit Siederohr 103 und daran angeschlossenem Dampf-Wasser-Abscheider 102 dargestellt. Der Rücklauf der abgeschiedenen Flüssigkeit erfolgt wie bei den Fig. 1 bis 5 aus dem Sammelraum 104 des Abscheiders über die Rücklaufrohre 105 und 106. An die Dampfaustrittsöffnung 107 des Kollektors 101 ist in dessen Nähe mittels der Lei tung 108, die senkrecht oder geneigt abwärts führt, ein Verbraucher 109 mit einem Wärmeaustauscher 110 angeschlossen, mittels welchem der nutzbare Anteil der im Kollektor 101 erzeugten Wärme abgeführt wird. Der Verbraucher 109 wirkt als Kondensator, das entstehende Kondensat fließt durch Schwerkraft in der Zuleitung 114 nach unten ab in den, dem Verbraucher 109 in Reihe nachgeschalteten, in einer Ebene unter ihm angeordneten Sammelbehälter 111 und sammelt sich darin als Flüssigkeit 112 mit dem Spiegel 113. In Fig. 6 the radiation exposed solar collector 101 is shown with boiler tube 103 and connected steam-water separator 102 . The return of the separated liquid takes place as in FIGS. 1 to 5 from the collecting chamber 104 of the separator via the return pipes 105 and 106 . At the steam outlet opening 107 of the collector 101 in the vicinity thereof by means of the line 108 , which leads vertically or inclined downwards, a consumer 109 is connected to a heat exchanger 110 , by means of which the usable portion of the heat generated in the collector 101 is dissipated. The consumer 109 acts as a condenser, the resulting condensate flows downward by gravity in the feed line 114 into the collecting container 111 arranged in a plane below it, connected downstream of the consumer 109 , and collects therein as a liquid 112 with the mirror 113 .

Die Ableitung 115 aus dem Sammelbehälter 111 ist am Ein laß 116 des internen Rücklaufrohres 106 bzw. an der Ver bindung von diesem mit dem externen Rücklaufrohr 105 an geschlossen, so daß der Flüssigkeitsspiegel 113 im Behäl ter 111 mit dem Flüssigkeitsspiegel 134 im Kollektor 101 kommunizieren kann. In den Fig. 6 und 7 ist davon der erkaltete Zustand dargestellt. In die Ableitung 115 ist ein Rückschlagventil 117 eingeschaltet, welches nur einen Durchlauf in Pfeilrichtung zuläßt. Der Behälter 111 ist gegen Überdruck durch ein Sicherheitsventil 113 geschützt.The derivative 115 from the reservoir 111 is at A let 116 of the internal return pipe 106 or at the United connection of this with the external return pipe 105 on, so that the liquid level 113 in the container 111 can communicate with the liquid level 134 in the collector 101 . In Figs. 6 and 7 of the cooled state thereof is shown. A check valve 117 is switched into the discharge line 115 , which only allows one pass in the direction of the arrow. The container 111 is protected against excess pressure by a safety valve 113 .

Die Funktion der Anlage gemäß der Fig. 6 ist nun wie folgt:The function of the system according to FIG. 6 is now as follows:

Nach solarer Erfindung des Wärmeträgers im Kollektor 101 verdrängt der entstehende Dampf bei ansteigendem Druck die im Abscheider 102, in der Leitung 108 und im Verbrau cher 109 bzw. Wärmetauscher 110 vorhandene Luft durch die Leitung 114 in Richtung Behälter 111 in den Raum über dem Spiegel 113 bis zum Erreichen des Betriebsdrucks. Dabei wird dieser Vorgang im senkrechten oder schrägen Teil, d. h. in den Leitungen 108 und 114 sowie im Verbraucher 109 dadurch unterstützt, daß die spezifisch schwerere Luft "unter" dem Dampf bleibt, bis dieser im Verbraucher 109 kondensiert wird. Die verdrängte Luft "steht" dann darunter in der Leitung 114 und im Behäler 111. Das entstehende Kondensat läuft an den Wänden der Leitung 114 nach unten in den Behälter 111 und drückt das Kondensat über den Spie gel 113 und die Leitungen 115 und 106 zurück in den Kollek tor 101.According to the solar invention of the heat transfer medium in the collector 101 , the resulting steam displaces the air present in the separator 102 , in the line 108 and in the consumer 109 or heat exchanger 110 through the line 114 in the direction of the container 111 into the space above the mirror 113 when the pressure rises until the operating pressure is reached. This process is supported in the vertical or inclined part, ie in the lines 108 and 114 and in the consumer 109 , in that the specifically heavier air remains "under" the steam until it is condensed in the consumer 109 . The displaced air then "stands" underneath in line 114 and in container 111 . The resulting condensate runs down the walls of line 114 down into the container 111 and presses the condensate over the mirror 113 and lines 115 and 106 back into the collector gate 101 .

Prinzipiell ähnlich aufgebaut ist die Anlage gemäß der Fig. 7, bei welcher der Sammelbehälter 121 parallel zu dem Verbraucher 119 bzw. dessen Wärmeaustauscher 120 und vor ihm in die Dampfzuleitung 118 unterhalb dieser geschaltet ist. Die Flüssigkeit bzw. das Kondensat 122 kommuniziert mit ihrem Spiegel 123 ebenfalls mit dem Flüssigkeitsspie gel 128 im Kollektor 101, da die Ableitung 125 des Behäl ters 121 wieder über ein Rückschlagventil mit Durchlaß in Pfeilrichtung in den Rücklaufrohreinlaß 126 und in das Siederohr 103 des Kollektors 101 führt. Die Zuleitung 124 in den Behälter 121 ist an die Dampfzuleitung 118 vor dem Verbraucher 119 angeschlossen. Zwischen diesem Anschluß und dem Verbraucher ist in die Dampfleitung 118 ein Ven til 129 geschaltet, welches die Leitung bis zum Betriebs druck oder etwas darunter sperrt.In principle, the system according to FIG. 7 is constructed in a similar manner, in which the collecting container 121 is connected in parallel to the consumer 119 or its heat exchanger 120 and in front of it in the steam feed line 118 below it. The liquid or the condensate 122 communicates with its mirror 123 also with the liquid mirror 128 in the collector 101 , since the derivative 125 of the container 121 again via a check valve with passage in the direction of the arrow in the return pipe inlet 126 and in the boiler tube 103 of the collector 101 leads. The supply line 124 in the container 121 is connected to the steam supply line 118 in front of the consumer 119 . Between this connection and the consumer, a valve 129 is connected in the steam line 118 , which blocks the line up to the operating pressure or somewhat below.

Die Dampfleitung 118 führt zu dem Verbraucher 119 bzw. zu dem Wärmetauscher 120. Eine Kondensatrückleitung 130 führt zurück in den Sammelbehälter 121, bei größeren Ent fernungen evtl. unter Einschaltung einer kleinen Konden satpumpe 131. Auch hier ist der Behälter 121 mittels eines Sicherheitsventils 132 gegen Überdruck gesichert.The steam line 118 leads to the consumer 119 or to the heat exchanger 120 . A condensate return line 130 leads back into the collecting tank 121 , for larger distances, possibly with the involvement of a small condensate pump 131 . Here too, the container 121 is secured against excess pressure by means of a safety valve 132 .

Die Funktion der Anlage gemäß der Fig. 7 ist nun wie folgt:The function of the system according to FIG. 7 is now as follows:

Der entstehende Dampf verdrängt zunächst bei steigendem Druck und geschlossenem Ventil 129 die Luft in die Zulei tung 124 und in den Raum über dem Spiegel 123 im Behälter 121. Erreicht der Dampf die Leitung 118, soll alle Luft dorthin verdrängt sein und der anstehende Betriebsdruck das Ventil 129 öffnen. Da die Luft schwerer als der Dampf ist, bleibt sie im Behälter 121 bzw. in der Leitung 124 stehen, der Dampf strömt jedoch zum Verbraucher 119, be aufschlagt dessen Wärmetauscher 120 und wird dort konden siert. Das Kondensat gelangt mittels Schwerkraft oder ei ner kleinen Pumpe 131 wieder zurück zur Flüssigkeit 122 unter den Spiegel 123 im Behälter 121 und von dort über die Leitungen und Rohre 125 bzw. 106 wieder in das Sie derohr 103 des Kollektors.The resulting steam initially displaces the air into the supply line 124 and into the space above the mirror 123 in the container 121 when the pressure increases and the valve 129 is closed. When the steam reaches line 118 , all air should be displaced there and the operating pressure present should open valve 129 . Since the air is heavier than the steam, it remains in the container 121 or in the line 124 , but the steam flows to the consumer 119 , opens its heat exchanger 120 and is condensed there. The condensate is returned by gravity or a small pump 131 back to the liquid 122 under the mirror 123 in the container 121 and from there via the lines and pipes 125 and 106, respectively, into the pipe 103 of the collector.

Dies wird dadurch unterstützt, daß der Verbraucher 119 über dem Behälter 121 gelegen ist, der damit auch unter halb der Dampfleitung 118 sitzt. This is supported by the fact that the consumer 119 is located above the container 121 , which thus also sits under half of the steam line 118 .

Wird jetzt die Kollektorleistung wieder reduziert, z. B. durch verringerte Sonneneinstrahlung am Abend und der Druck abgesenkt, so schließt das Ventil 129 und die Luft fließt wieder in den Kollektor 101 bzw. den Abscheider 102 aus dem Behälter 121 sowie der Zuleitung 124 zurück und verhindert damit eine Umkehr des Wärmeflusses. Ein Unterdruck in der Anlage kann nicht mehr entstehen. Das Volumen des Behälters 121 und das der Anlage weisen da bei ein dem Betriebsdruck entsprechendes Verhältnis auf. If the collector power is now reduced again, e.g. B. by reduced solar radiation in the evening and the pressure is reduced, the valve 129 closes and the air flows back into the collector 101 or the separator 102 from the container 121 and the feed line 124 and thus prevents a reversal of the heat flow. A negative pressure in the system can no longer arise. The volume of the container 121 and that of the system have a ratio corresponding to the operating pressure.

1 collector
2 steam-water separators
3 glass protection tube
4 mirrors
5 receiver board
6 boiler tube
7 internal return pipe
8 pipe level
9 axis
10 boiler ends
11 outlet opening
12 side wall
13 boiler ends
14 return pipe end
15 interior
16 riser pipe
17 collecting room
18 upper tube part
19 opening
20 edge
21 steam outlet
22 outlet
23 external return pipe
24 Connection condensate return
25 Connection drainage
26 return water level
27 molded part
28 boiler tube
29 internal return pipe
30 central axis or plane
31 central axis or plane
32 page
33 hole
34 hole
35 riser pipe
36 collecting room
37 separator housing
38 edge
39 pipe opening
40 sockets
41 boiler tube
42 internal return pipe
43 central axis or plane
44 central axis or plane
45 protective glass tube
46 hole
101 solar collector
102 steam-water separator
103 boiler tube
104 collecting room
105 external return pipe
106 internal return pipe
107 steam outlet
108 steam pipe
109 consumers
110 heat exchangers
111 collection containers
112 liquid
113 mirrors
114 supply line
115 derivative
116 return pipe inlet
117 check valve
118 steam pipe
119 consumers
120 heat exchangers
121 collecting containers
122 liquid
123 mirrors
124 supply line
125 derivative
126 return pipe inlet
127 check valve
128 liquid level
129 valve
130 condensate return line
131 condensate pump
132 safety valve
133 safety valve

Claims

1. Plant for the production of process steam by solar energy with direct evaporation and circulation of the heat transfer medium by natural convection according to the patent application P 35 26 122.6, with a solar collector, which has a boiling tube for generating and discharging the steam for consumers, and a return pipe connected to it the heat carrier to be evaporated such. B. has water, characterized by a collecting container ( 111, 121 ) for the heat transfer medium, the liquid mirror ( 113, 123 ) communicates with the ( 134, 128 ) in the collector ( 101 ), the upper feed line ( 114, 124 ) the steam outlet ( 107 ) of the collector ( 101 ) and its lower drain line ( 115, 125 ) is connected to the inlet ( 116, 126 ) of the return pipe ( 106 ).

2. Plant according to claim 1, characterized in that the collecting container ( 111 ) is connected in series with the consumer ( 109 ) or its heat exchanger ( 110 ).

3. Plant according to claim 1, characterized in that the collecting container ( 121 ) is connected in parallel to the consumer ( 119 ) or to its heat exchanger ( 120 ) before this and behind the branch from the collecting container ( 121 ) in the line ( 118 ) to the consumer ( 119 ) a valve ( 129 ) opening at operating pressure is switched on.

4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the line ( 115, 125 ) between the collecting container ( 111, 121 ) and return pipe ( 106 ), a check valve ( 117, 127 ) or a check valve is connected, the blocks the return flow from the collector ( 101 ) into the collecting container ( 111, 121 ).