DE4003400A1

DE4003400A1 - Kollektor fuer sonnenenergie

Info

Publication number: DE4003400A1
Application number: DE4003400A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1991-08-08
Also published as: DE4003400C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Kollektor für Sonnenenergie mit zumindest einem Gehäuse, das über eine Schadstoff absorbierende Einrichtung mit der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses verbind bar ist.

Bei nicht evakuierten Sonnenkollektoren tritt das Problem auf, daß sich insbesondere auf der Innenseite der transparenten, zur Sonne gerichteten Oberfläche des Gehäuses Feuchtigkeit nieder schlägt. Die relativ warme Luft im Inneren des Kollektor-Gehäu ses kühlt an der relativ kalten, transparenten Innenseite des Gehäuses ab, so daß Luftfeuchtigkeit kondensiert und sich an der transparenten Abdeckfläche des Kollektors niederschlägt.

Diese Kondensation ist sehr unerwünscht, da sie sowohl die solare Einstrahlung in den Kollektor vermindert als auch optisch stört.

Es ist im Stand der Technik bekannt, zur Vermeidung der vor stehenden Probleme Sonnenkollektoren mit Lüftungslöchern zu versehen, die einen Luftaustausch zulassen, so daß die Kon densation vermindert wird. Solche Luftlöcher haben jedoch den Nachteil, daß ein Teil der Wärme, die im Innenraum des Kol lektors gesammelt wird, verlorengeht. Auch können durch die Luftlöcher Schmutz, Blütenstaub, kleine Insekten etc. in den Kollektor eintreten und sich auf der empfindlichen Oberfläche des Absorbers niederschlagen.

Weitere Probleme, die insbesondere mit der Kondensation von Feuchtigkeit im Kollektor verbunden sind (insbesondere Kor rosion), sind in der DE-OS 28 15 213 beschrieben. Dort wird das Gehäuse des Kollektors mit der umgebenden Atmosphäre über eine Schadstoffe absorbierende Patrone verbunden, so daß insbeson dere Feuchtigkeit (im wesentlichen Wasser) vom Inneren des Gehäuses des Kollektors ferngehalten wird. Die bekannte Patrone zum Absorbieren von Schadstoffen weist als absorbierendes Mittel ein Silikat-Gel auf. In regelmäßigen Abständen muß jedoch solches Silikat-Gel erneuert oder regeneriert werden, weil es bis zur Sättigung mit Feuchtigkeit beladen ist. Zu diesem Zweck muß im Stand der Technik der das Silikat-Gel enthaltende Behälter, der sich in unmittelbarer Nähe der Sonnenkollektoren befindet, demontiert und auf Temperaturen über 100° erhitzt werden, um die angesammelte Feuchtigkeit aus dem Silikat-Gel zu entfernen. Sodann wird der derart regene rierte Behälter wieder an die Leitung angeschlossen.

Die Erfindung setzt sich das Ziel, einen Kollektor für Sonnen energie der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Wartungsaufwand bezüglich der Schadstoffe absorbierenden Ein richtung vermindert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schadstoffe absorbierende Einrichtung dann, wenn keine Luft in das Innere des Gehäuses strömt, von der Atmosphäre abge trennt ist.

Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß beim Stand der Technik die Wartungsintervalle zum Regenerieren der Schadstoffe absorbierenden Einrichtung deshalb relativ kurz sind (z. B. ein Jahr), weil die Schadstoffe absorbierende Substanz (z. B. Silikat-Gel) permanent in direkter Verbindung mit der feuchten Außenluft steht (allenfalls durch ein Schmutz filter getrennt).

Die Erfindung schafft hier Abhilfe, weil sie die Schadstoffe absorbierende Einrichtung so lange wie möglich von der äußeren Atmosphäre abtrennt, so daß in diesen Zeitspannen keine Feuch tigkeit aus der Atmosphäre zur absorbierenden Einrichtung ge langen kann. Nur für im Vergleich zur gesamten Betriebsdauer relativ kurze Zeitspannen, in denen zwecks eines durch ther mische Erscheinungen erforderlichen Druckausgleichs Luft aus der äußeren Atmosphäre in das Innere des Kollektor-Gehäuses strömen muß, gelangt die Schadstoffe absorbierende Einrichtung im Kontakt mit Feuchtigkeit aus der äußeren Atmosphäre. In allen anderen Zeiten wird die Schadstoffe absorbierende Ein richtung von der äußeren Atmosphäre abgetrennt, so daß sie ausschließlich Feuchtigkeit aus dem Inneren des Kollektor- Gehäuses aufnimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Abtrennung der Atmosphäre von der Schadstoffe absorbierenden Einrichtung mittels zumindest eines Ventils, welches ein Schließglied aufweist, das dann, wenn zwischen dem Inneren des Gehäuses und der äußeren Atmosphäre keine Druckdifferenz be steht, in seiner Schließstellung ist, während es bei Auftreten einer Druckdifferenz öffnet. In denjenigen Zeitspannen, in denen der Druck ausgeglichen ist, kann somit keine Feuchtigkeit aus der äußeren Atmosphäre zur absorbierenden Einrichtung ge langen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Einweg-Ventile im Luftströmungsweg zwischen dem Inneren des Gehäuses und der äußeren Atmosphäre angeordnet, wobei die Strömungsrichtungen der Einweg-Ventile in bezug auf das Innere des Gehäuses entgegengesetzt sind so daß eines der Ventile bei Auftreten eines Überdruckes im Gehäuse (aufgrund einer thermischen Erwärmung) einen Druckabbau von innen nach außen ermöglicht, während das andere Ventil bei Auftreten eines Unterdruckes im Gehäuse des Kollektors einen Druckausgleich ermöglicht.

Strömt Luft aus der äußeren Atmosphäre zwecks eines Druckaus gleich in das Kollektor-Gehäuse, so wird die Luft direkt durch die Schadstoffe absorbierende Einrichtung geführt und entfeuch tet sowie ggf. gefiltert. Die Schadstoffe absorbierende Ein richtung weist bevorzugt nicht nur einen Stoff (wie Silikat- Gel) auf, der Feuchtigkeit absorbiert, sondern auch ein Schmutz filter.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung löst die Erfindung die oben genannten Probleme mittels einer Textilie, die für Wasser nur in einer Richtung durchlässig ist. Solche Textilien sind heute erhältlich (z. B. unter dem Warenzeichen GORE-TEX).

Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Variante zur Lösung der oben genannten Probleme ist bei einem Kollektor für Sonnen energie vorgesehen, daß das Strahlungsenergie absorbierende Element (der Absorber) des Kollektors direkt in gutem Wärme kontakt mit der Schadstoffe absorbierenden Einrichtung ver bunden ist. Diese Lösung ermöglicht folgende Vorteile: Zum Regenerieren des Entfeuchtungsmaterials der Schadstoffe ab sorbierenden Einrichtung ist es erforderlich, diese auf Tem peraturen zu erhitzen, die den Siedepunkt des im Entfeuch tungsmaterial aufgenommenen Wassers etc. erreichen. Die Son nenstrahlung absorbierenden Absorber von Sonnenkollektoren erreichen solche Temperaturen ohne weiteres. Gemäß der vor stehend genannten Variante der Erfindung kann deshalb die Schadstoffe absorbierende Einrichtung direkt dadurch rege neriert (d. h. von Feuchtigkeit befreit) werden, daß in gewissen Zeitabständen der Sonnenkollektor bei guter solarer Einstrahlung im Leerlauf belassen wird, wobei sich der Absorber mitsamt dem mit ihm in gutem Wärmekontakt verbundenen Ent feuchtungsmaterial auf hohe Temperaturen (mehr als 100°) er hitzt, so daß im Entfeuchtungsmaterial aufgesogenes Wasser in die Gasphase übergeht und in die äußere Atmosphäre überführt werden kann. Dabei wirkt sich der Umstand günstig aus, daß der Luftdruck im Gehäuse aufgrund der Erwärmung im Kollektor höher ist als in der Atmosphäre. Die mit Feuchtigkeit beladene Luft wird über ein Ventil abgegeben.

Eine solche Regelung des Kollektors zur Entfernung von Feuchtigkeit kann mittels einer aus anderen Gründen sowieso vorhandenen elektronischen Steuerung, die in ständiger Verbin dung mit dem Kollektor steht, durchgeführt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Teil eines Kollektors für Sonnen energie mit einer Schadstoffe absorbierenden Ein richtung;

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem anderen Be triebszustand;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kollektors für Sonnenenergie mit einer Schadstoffe absorbierenden Einrichtung;

Fig. 4 ein Ventil gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 5 und Fig. 6 weitere Ausführungsbeispiele eines Kollektors für Sonnenenergie mit einer Einrichtung zum Absorbieren von Schadstoffen;

Fig. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kollektors für Sonnenenergie;

Fig. 8 eine Anordnung mehrerer Kollektoren für Sonnenener gie, die an eine gemeinsame Einrichtung zum Absor bieren von Schadstoffen angeschlossen sind;

Fig. 9 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kollektors für Sonnenenergie mit einer Schadstoffe absorbierenden Einrichtung;

Fig. 10 einen Flansch mit einer daran befestigten Einrichtung zum Absorbieren von Schadstoffen und

Fig. 10a und Fig. 10b Varianten der Vorrichtung gemäß Fig. 10, gesehen aus Richtung des Pfeiles X.

Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Kollektor für Sonnenenergie ist als solcher bekannt und braucht hier nicht näher beschrie ben zu werden. Es weist ein Gehäuse 10 auf, indem ein Strah lungsenergie aufnehmende Elemente (in Fig. 1 nicht gezeigt) angeordnet sind, wie beispielsweise Selen- oder Siliziumele mente oder auch eine wärmeabsorbierende Platte, die an ihrer von der Sonne abgewandten Seite gut wärmeleitend mit Rohren verbunden ist, durch die eine geeignete Flüssigkeit zum Wär metransport strömt (nicht gezeigt).

Gemäß Fig. 1 ist am Gehäuse 10 des Sonnenkollektors ein Be hälter 12 befestigt, in dem ein Schadstoffe absorbierender Stoff 14, wie z. B. Silikat-Gel, enthalten ist. Der Begriff "Schadstoff" soll hier insbesondere auch Feuchtigkeit, wie Wasser etc. erfassen.

Eine Verbindungsleitung 16 verbindet das Innere des Behälters 12 mit dem Inneren des Gehäuses 10.

Über eine Leitung 18 ist das Innere des Behälters 12 mit einem Ventilgehäuse 20 verbunden. Das Ventilgehäuse 20 weist eine Öffnung 24 auf, die zur äußeren Atmosphäre führt. Ein Schließ glied 26 kann die Öffnung 24 verschließen bzw. freigeben. Eine Feder 28 spannt das Schließglied 26 in Richtung auf die Öffnung 24 des Ventilgehäuses 20 vor. Bei offenem Ventil d. h. bei von der Öffnung 24 abgehobenem Schließglied 26, kann Luft aus der äußeren Atmosphäre durch das Ventilgehäuse 20, eine Öffnung 30 und die Leitung 18 in das Innere des Behälters 12 und damit durch den absorbierenden Stoff 14 strömen. Entfeuchtete und ggf. durch weitere Filter, wie Schmutzfilter, gereinigte Luft kann dann durch die Leitung 16 in das Innere des Gehäuses 10 des Sonnenkollektors eintreten.

Fig. 2 zeigt einen Zustand, bei dem aufgrund von thermischen Erscheinungen im Inneren des Gehäuses 10 ein Unterdruck ge genüber dem Druck der äußeren Atmosphäre aufgetreten ist. In diesem Zustand hebt die Druckdifferenz das Schließglied 26 von seinem Ventilsitz, so daß die Öffnung 24 freigegeben wird und Luft ungehindert in der oben beschriebenen Weise aus der äußeren Atmosphäre in das Innere des Gehäuses 10 eintreten kann.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Ventil 22 so gestaltet ist, daß es bei Auftreten einer Druckdifferenz zwi schen dem Inneren des Gehäuses 10 und der äußeren Atmosphäre öffnet. Hierzu ist ein Schließglied 32 des Ventils 22 beid seitig von Federn 28, 28′ beaufschlagt und in druckausgeglichem Zustand, d. h. dann, wenn der Druck im Inneren des Gehäuses 10 gleich dem Druck der äußeren Atmosphäre ist, sitzt das Schließ glied 32 in einem Ventilsitz 32 und verschließt somit im we sentlichen den Strömungsweg zwischen dem Inneren des Gehäuses 10 und der äußeren Atmosphäre.

Fig. 4 zeigt Einzelheiten des Ventils 22. Der Ventilsitz 32 ist je nach Richtung der Druckdifferenz, in zwei Richtungen aus dem Ventilsitz 34 herausbewegbar. Beim in Fig. 4 gezeigten Zustand herrscht ein Überdruck in der äußeren Atmosphäre ge genüber dem Innendruck im Gehäuse 10, so daß das Schließglied 32 aufgrund der Druckdifferenz in Richtung des Gehäuses vom Ventilsitz 34 abgehoben wird und Luft in Richtung der Pfeile P durch die Öffnung 30 in den Behälter 12 mit absorbierendem Stoff 14 einströmen kann und von dort entfeuchtet durch die Leitung 16 in das Innere des Gehäuses 10 gelangt.

Hat sich andererseits im Inneren des Gehäuses 10 gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck ein Überdruck gebildet, z. B. aufgrund einer thermischen Aufheizung der Luft im Gehäuse 10′ so hebt sich das Schließglied 32 in Abwandlung des in Fig. 4 gezeigten Zustandes nach unten vom Ventilsitz 34 ab, so daß Luft entgegen der Richtung der Pfeile P aus dem Inneren des Gehäuses 10 aus treten kann.

In den Figuren sind einander entsprechende Bauteile mit glei chen Bezugszeichen versehen, wobei Abwandlungen jeweils mit einem Strich gekennzeichnet sind.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kollektors für Sonnenenergie, bei dem das in zwei Richtungen wirksame Einzel ventil 22 gemäß Fig. 4 ersetzt ist durch zwei Einweg-Ventile, die parallel im Strömungsweg vom Inneren des Behälters 12 zur äußeren Atmosphäre angeordnet sind. Das in Fig. 5 links ge zeichnete Ventilgehäuse 20 nimmt ein Einweg-Ventil auf, das bei Unterdruck im Inneren des Gehäuses 10 (gegenüber dem Druck der äußeren Atmosphäre) öffnet, d. h. der Ventilsitz 26 hebt von der Öffnung 24 ab und Luft kann in Richtung des Pfeiles P1 strömen, wobei die Luft vor Eintritt in den Behälter 12 ein Schmutzfilter 36 passiert.

Herrscht umgekehrt ein Überdruck im Inneren des Gehäuses 10, so öffnet das im Gehäuse 20′ angeordnete Ventil und dessen Schließ glied 26′ hebt von der zugehörigen Öffnung ab, so daß Luft in Richtung des Pfeiles P₂ aus dem Inneren des Gehäuses 10 aus treten kann.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 5, bei dem zwei Einweg-Ventile in Gehäusen 20, 20′ ange ordnet sind, die, ebenso wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5, in bezug auf das Innere des Gehäuses 10 jeweils ent gegengesetzte Strömungsrichtungen freigeben.

Wie Fig. 7 zeigt, können die Einlaß- bzw. Auslaßventile auch entfernt voneinander angeordnet sein. Nur in das Gehäuse 10 eintretende Luft muß entfeuchtet werden, d. h. nur im Strö mungsweg von der äußeren Atmosphäre in das Innere des Gehäuses 10 muß ein Behälter 12 mit absorbierendem Stoff 14 angeordnet werden. Dies ist in Fig. 7 im einzelnen dargestellt, wobei noch der als solche bekannte Absorber 40 gezeigt ist. Das Gehäuse 10 weist ein Glasfenster 10′ auf, das für Sonnenstrahlung durchläs sig ist, so daß der Absorber 40 Sonnenenergie aufnehmen kann. Ansonsten versteht sich das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 anhand der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsbeispiele. Das Bezugszeichen 42 gehört zu einer Isolierung.

Gemäß Fig. 8 können mehrere Gehäuse 101, 102, 103, 104 von Kollektoren für Sonnenenergie an eine gemeinsame Leitung 44 angeschlossen werden, und zwar beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel jeweils über Zuleitungen 46, 48. In diesem Fall ist eine einzige Einrichtung zum Absorbieren von Schadstoffen, bestehend aus dem Behälter 12 und dem absorbierendem Material 14, erforderlich, die in der gemeinsamen Leitung 44 angeordnet ist. Je nach Druckdifferenz strömt Luft in Richtung der Pfeile P_e aus der äußeren Atmosphäre über den absorbierenden Stoff 14 in das Innere der einzelnen Gehäuse 101, 102, 103 und 104, oder in Richtung der Pfeile P_a nach außen.

Auch wenn bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispie len der absorbierende Stoff 14 im Behälter 12 nur dann mit feuchter Luft in Kontakt kommt, wenn es für einen Druckaus gleich erforderlich ist, ist es gleichwohl erforderlich, den absorbierenden Stoff nach längeren Zeitabständen zu regene rieren, d. h. von aufgenommener Feuchtigkeit zu befreien.

Hierfür ist der Behälter 12′ mit dem absorbierenden Stoff 14′ beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 direkt innerhalb des Ge häuses 10 am Absorber 40 befestigt, und zwar so, daß ein guter Wärmekontakt vom Absorber 40 zum absorbierenden Stoff 14 gege ben ist. Ein Ventil 22′, welches z. B. dem in Fig. 4 gezeigten Ventil entspricht, verbindet das Innere des Behälters 12′ mit der äußeren Atmosphäre. Das Ventil 22′ ist in Fig. 9 nur sche matisch angedeutet. An der Stelle 49 in Fig. 9 kann ein Filter angeordnet sein. Es ist auch möglich, an der Stelle 49 ein Ven til oder eine durch ein Bi-Metall betätigte Klappe anzuordnen, welche beim Entfeuchtungsvorgang (Regenerieren) verhindern, daß der Wasserdampf statt in die Atmosphäre in den Innenraum des Gehäuses 10 gelangt.

Zum Regenerieren des absorbierenden Stoffes 14′ im Behälter 12′ wird der Kollektor für eine vorgegebene Zeitspanne im Leerlauf betrieben, d. h. es wird vom Absorber 40 keine Wärme über einen Flüssigkeitskreislauf (nicht gezeigt) abgeführt, so daß sich der Absorber 40 stark erhitzt und somit auch der absorbierende Stoff 14′ im Behälter 12′. Dabei kann an der Stelle 49 ein Ventil geschlossen werden (z. B. über eine elektronische Steuerung), so daß die bei Erhitzung aus dem absorbierenden Stoff 14′ austretenden Dämpfe direkt über das Ventil 22′ in die äußere Atmosphäre abgegeben werden. Die elektronische Steuerung kann die Temperatur dabei wahlweise regeln.

Fig. 10 zeigt eine besonders praktische Montage eines Behälters 12 mit absorbierendem Stoff 14. Dabei ist der Behälter 12 in nerhalb des Gehäuses 10 in direkter, wärmeleitender Verbindung mit dem Absorber 40. Ein Flansch-Außenteil 50 ist mittels eines Gewindes 52 in die Wand des Gehäuses 10 des Kollektors ein schraubbar. Eine Dichtung 54 dichtet dabei den Innenraum im Gehäuse 10 gegen die äußere Atmosphäre ab.

Ein Flansch-Innenteil 56 ist in das Flansch-Außenteil 50 mit tels eines Gewindes 58 einschraubbar, wobei eine Dichtung 59 wiederum das Innere des Gehäuses 10 abdichtet. Dabei könnte auch die Dichtung 59 mit dem zugeordneten Dichtungsanschlag 53 auf der gegenüberliegenden Seite des Flansch-Außenteils 50 an gebracht sein, wenn ein Linksgewinde vermieden werden soll.

Die Fig. 10a und 10b zeigen Ansichten in Richtung des Pfeiles X gemäß Fig. 10, und zwar für zwei Ausführungsbei spiele. Einmal ist ein einziger Kanal 60 vorgesehen, dem sich ein Ventil 22 (z. B. der in Fig. 4 gezeigten Art) anschließt, das über eine Leitung 18 zum Behälter 12 führt (Fig. 10a). Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10b sind zwei Kanäle 60, 60′ vorgesehen, in denen jeweils Einweg-Ventile (z. B. der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Art) angeordnet sind. Die Vorrichtung gemäß den Fig. 10, 10a bzw. 10b ermöglicht eine einfache Montage der Schadstoffe absorbierenden Einrichtung 12, 14, insbesondere für einen Austausch oder eine Regeneration der werden muß.

Claims

1. Kollektor für Sonnenenergie mit zumindest einem Gehäuse (10), das über eine Schadstoffe absorbierende Einrichtung (12, 14) mit der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses (10) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe absorbierende Einrichtung (12, 14) dann, wenn keine Luft von der Atmosphäre in das Innere des Gehäuses (10) strömt, von der Atmosphäre abgetrennt ist.

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Atmosphäre mittels zumindest eines Ventils (22) erfolgt, das ein Schließglied (32) aufweist, das bei ausgeglichenem Druck im Inneren des Gehäuses (10) und der Atmosphäre in seiner Schließstellung und bei einer Druckdiffe renz in seiner Offenstellung ist.

3. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Einweg-Ventile (20, 20′) im Luft-Strömungsweg zwischen dem Inneren des Gehäuses (10) und der Atmosphäre angeordnet sind, deren Strömungsrichtungen in bezug auf das Innere des Gehäuses (10) entgegengesetzt sind.

4. Kollektor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ventil (22) zusammen mit der Schadstoffe absorbierenden Einrichtung (12, 14) auf einem Flansch (50, 56) befestigt ist, der am Gehäuse (10) befestigbar ist.

5. Kollektor für Sonnenenergie mit zumindest einem Gehäuse, das über eine Schadstoffe absorbierende Einrichtung mit der Atmosphäre außerhalb des Gehäuses verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe absorbierende Einrichtung (12, 14) mittels einer Textilie, die für Wasser nur in einer Richtung durchläs sig ist, von der Atmosphäre abgetrennt ist.

6. Kollektor für Sonnenenergie mit zumindest einem Gehäuse (10), in dem zumindest ein Strahlungsenergie absorbierendes Element (40) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schadstoffe absorbierende Einrichtung (12′, 14′) in gutem Wärmekontakt mit dem Strahlungsenergie absorbierenden Element (40) im Gehäuse (10) befestigt ist.