DE8890043U1

DE8890043U1 - Solarkollektor-Absorptionskühlsystem

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Publication number: DE8890043U1
Application number: DE8890043U
Authority: DE
Original assignee: SABROE DANMARK HOEJBJERG DK AS
Current assignee: SABROE DANMARK HOEJBJERG DK AS
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1990-06-28
Anticipated expiration: 1998-04-07
Also published as: DK173887D0; DK160218C; WO1988008109A1; DK173887A; DK160218B; JPH03502235A; US4993234A; AU1627388A; EP0353237A1

Description

Solarkollektor-Absorptionskühlsystem

Die Erfindung betrifft ein Solarkollektor-Absorptionskühlsystem mit einem primären Kühlkreislauf, dessen Verdampfer mit Absorberkanälen verbunden ist in einem Absorber, der als Solarkollektor ausgebildet und in einem Solarkollektorrahmen unterhalb und parallel zu einer Glasschicht .angeordnet ist, welche zu der einfallenden Sonne hinweist, wobei eine Wärmeisolierschicht auf der entgegengesetzten Seite des Absorbers vorgesehen ist, und wobei die Absorberkanäle eine Kühlmittelabsorptionsmasse zum Ansaugen von Kühlmittel in Nachtstunden enthalten, sowie mit einem sekundären selbstzirkulierenden Kühlkreislauf mit Verdampferrohren, die in Wärmeübertragungskontakt mit den Absorberkanälen des primären Kühlkreislaufs gelegen sind, um für deren verbesserte Kühlung zu sorgen.

Die Nutzung von Sonnenwärme als Energiequelle wird bisher hauptsächlich zu Heizzwecken angenommen, wodurch verschiedene Arten von Solarkollektorsystemen Interesse erlangt haben auf gleichem Stand mit anderen Arten alternativer Energiequellen, soweit Solarkollektorsysteme insbesondere zum Erwärmen von Wasser bezüglich Leitungswasser in Gebäuden und für Swimmingpools und dergleichen betroffen sind. In Verbindung mit durch k^: Sonnenenergie betriebenen Klimaanlagen ist es dagegen be- ;i kannt, eine Luftkühlung in eine Gesamtlösung in Verbindung

g mit Wassererwärmung einzubeziehen durch Kombinieren des ! Solarkollektorsystems mit einem Absorptionskühlsystem.

Insbesondere in heißeren Gegenden der Welt und an Orten, wo der Zugang zu elektrischer Energie schwierig oder teuer ist, besteht ein großer und bis jetzt schlecht befriedigter Bedarf für Kälterzeugungssysteme für verschiedene unterschiedliche Zwecke. Ein solcher Bedarf ist also vorhanden hinsichtlich der Kühlung von Lebensmitteln, Pharmazeutika und anderen Produkten, welche eine Lagerung bei erhöhter Temperatur nicht aushalten, und hinsichtlich der Klimatisierung in Wohnräumen für Lebewesen, insbesondere in Wohnzimmern.

Ein Absorptionskühlsystem der oben erwähnten Art ir·': bekannt aus der internationalen Patentanmeldung PCT/DK84/00040, Veröffentlichung Nr. WO 84/04581, in welcher die Sonnenwärme etls einzige Energiequelle genutzt wird . so daß keine Ansprüche an den Zugang zu Elektrizität und Gas oder anderen Formen herkömmlicher Energieversorgung gestellt werden. Die Arbeitsweise eines derartigen Systems beruht auf der Ausnutzung der täglichen Temperaturschwankung, das heißt, der Temperaturdifferenz zwischen Tag- und Nachtstunden, um einem periodisch arbeitenden primären Absorptionskühlsystem Energie zuzuführen, wodurch bewirkt wird, daß die Verdampfung von Kühlmittel in dem wärmeisolierten Raum, der den Verdampfer des Systems aufnimmt, in Nachtstunden stattfindet, während welcher der Absorber nicht der Sennenenergie ausgesetzt ist. Mittels des sekundären selbstzirkulierenden Kühlkreislaufs absorbiert: die in den Absorberrohren enthaltene Kühlmittelabsorptionsmasse, zum Beispiel Kalziumchlorid, wirksam im wesentlichen die Gesamtmenge von in dem primären Kühlkreislauf während der Kühlperiode vorherrschenden Kühlmittels.

Bei Beginn der Tagesstunden wird der sekundäre Kühlkreislauf unterbrochen, und die Absorberrohre werden rasch auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher sie die absorbierte Kühlmittelmenge nicht mehr zurückhalten können, welche zu dem Kondensator des primären Kühlkreislaufs ausgetrieben wird, von dem das Kühlmittel in flüssigem Zustand zu dem Kühlmittelgefäß des primären Kühlkreislaufs übertragen wird, wobei das

Gefäß während der Tagesstunden im wesentlichen die gesamte Kühlmittelmenge sammelt und zurückhält, bis die Verdampfung als Ergebnis von Kühlmittelabsorption in den Absorberrohren wieder beginnt.
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Um einen guten Wärmeübertragungskontakt zwischen der Kühlmittelabsorptionsmasse in den Absorberrohren des primären Kreislaufs und den Verdampferrohren des sekundären Kreislaufs zu erhalten, ist hinsichtlich des erwähnten Kühlsystems vorge-

iö schrieben, daß die letzteren Verdampferrohre koaxial innerhalb der Absorberrohre verlaufen müssen in direktem Wärmeübertragungskontakt mit der Kühlmittelabsorptionsmasse in Gestalt sogenannter gerippter oder geriffelter Rohre, die das Absorbeirohr in eine Anzahl von Abteilen unterteilen, um eine gleichmäßige Verteilung der Kühlri ttelabsc rptionsmasse sicherzustellen.

Diese Ausführungsform macht aber den Absorber so kompliziert und teuer in der Herstellung, daß er weniger für industrielle Fertigung geeignet ist, und daher ist es ein Ziel der Erfindung, eine Lösung zu bieten, welche insbesondere für die Erzielung einer beträchtlichen Vereinfachung und Preisverminderung sorgt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daP der Absorber des primären Kühlkreislaufs als wenigstens eine blechgeschweißte Absorberplatte ausgeführt ist, indem zwei in ein wellenförmiges Profil gepreßte Plattenglieder in aneinandergrenzenden Tälern verbunden sind, wobei die Verdampferrohre des sekundären Kühlkreislaufs aus gut wärmeleitendem Material bestehen und in den Tälern der Absorberplatte angeordnet sind, die zu der Isolierschicht hinweisen.

Durch Ausführen des Absorbers als eine oder mehrere blechgeschweißte Absorberplatten kann die Herstellung solcher Absorberplatten mittels herkömmlicher automatischer

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Schweißvorrichtungen auf gleiche Art erfolgen wie die üblicher Plattenstrahler, und dadurch, daß die Absorberkanäle enger beieinander angeordnet werden, was bei einer solchen blechgeschweißten Platte möglich ist, wird eine Zunahme der Anzahl von Absorberkanälen in einem bestimmten Solarkollektorbeix ich erzielt.

In Anbetracht der Tatsache, daß die Verdampferrohre des sekundären Kühlkreislaufs aus den Absorberkanälen nach außen verschoben werden, aber noch in gutes*. Wär.T.eübertragungskcr.-takt mit diesen stehen, können die Absorberkanäle eine größere Menge der Kühlmittelabsorptionsmasse annehmen, was an sich die Absorptionskapazität vergrößert, wodurch weniger harte Anforderungen an die Kühlwirkung des sekundären Kühlkreislaufs gestellt werden und sich eine beträchtliche Verbesserung der Kapazität und Effizienz des Systems ergibt. Die Anordnung der Verdampferrohre des sekundären Kühlkreislaufs in den Wellentälern hat in der Praxis gezeigt, daß sie eine völlig ausreichende Kühlung der Absorberkanäle mit sich bringt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand

( 25 Figur 1 ein vereinfachtes Strömungsbild eines Solarkollektor-Absorptionskühlsystems ,

Figuren 2 bis 4 eine bevorzugte Ausführungsform einer Solarkollektoreinheit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Kühlsystem, Figuren &dgr; bis 8 Einzelheiten der Konstruktion der Absorberplatten des Solarkollektors in größerem Maßstab.

In dem in Figur 1 dargestellten Kühlsystem ist ein Kühlmittel-Verdampfer 1 in einem wärmeisolierten Raum 2 angeordnet, für den eine Kühlung gewünscht wird. Der Raum 2 kann zum Beispiel einen Kühlbehälter für Lebensmittel, Pharmazeutika

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1 oder andere Produkte bilden, für die eint Kühlraumaufbewehrung gewünscht wird, wobei in Anbetracht der nachfolgend genau zu erläuternden periodischen Arbeitsweise des Systems & ein Kältespeicher 3 in dem Raum 2 vorgesehen sein kann, um

&bgr; 5 eine niedrige Temperatur in der Periode aufrechtzuerhalten, während der keine Verdampfung von Kühlmittel stattfindet. Der Raum oder Behälter 2 kann aber auch einen Kühl- oder Gefrierraum zur Erzeugung von Eisblöcken oder eine Kühlkammer für ein Klimatisierungssystem (air conditioning) bilden.

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Durch eine Einlaßleitung 4 für Kühlmittel in flüssigem Zustand ist der Verdampfer 1 mit einem Kühlmittelgefäß &dgr; ver— bunden, das eine Kapazität besitzt, welche die gesamte Kühlmittelmenge des Systems übersteigt. Der Verdampfer 1 ist ■ 15 ferner über eine Auslaßleitung 6 für Kühlmittel im Dampfzu-

;', stand mit dem Kühlmittelgefäß 5 verbunden auf einem höheren

Niveau als dem Flüssigkeitsniveau im Fall der Sammlung der

,', gesamten Kühlmittelmenge des Systems in dem Kühlmittelgefäß

j 20

j; Ein Einlaßrohr 7 für Kühlmittel in flüssigem Zustand zu dem

f Kühlmittelgefäß 5 bildet den untersten Teil einer Einzelrohr-

\; des Systems, da das Einlaßrohr 7 mit dem Boden eines Konden-

': 25 sators 8 verbunden ist, der einen Viasserbehälter 9 aufweist, &iacgr; durch welchen sich die Einzelrohrverbindung als eine Kühl-

■3 schlange 10 erstreckt. Der auf einem höheren Niveau gelegene

;! Teil der Rohrverbindung wird durch einen Rohrteil 11 zwischen

f dem Kondensator 8 und dem Absorber 12 gebildet.

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I Der Absorber 12 ist als Solarkollektor konstruiert und um-

jg faßt, wie nachfolgend erläutert wird, eine Anzahl von blech-

&eeacgr; geschweißten Absorberplatten, die mit dem Rohrteil 11 an dem

I obersten Ende des Solarkollektors 12 in Verbindung stehen,

&eacgr; 35 der in diesem Fall, wie gezeigt, schräg ist zur Installation

8 in einem geneigten Dach.

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Ferner ist ein sekundärer Kühlkreislauf, der einen Verdampfer mit Verdampferrohren aufweist, welche in Wärmeübertragun«(R-kontakt mit den Absorberplatten angeordnet sind, mit dem Solarkollektor 12 verbunden, wie nachfolgend erläutert, und steht über ein Einlaßrohr 17 und ein Auslaßrohr 19 in Verbindung mit einem Kondensator 20, wobei ein Sperrventil 21 in das Einlaßrohr 17 eingefügt ist.

Die Zirkulation von Kühlmittel in den beiden Kühlkreisläufen ist. rfurr.h Pfeile» angezeigt, wobei die ausgezogenen Pfeile 22 Kühlmittel im Dampfzustand, die gestrichelten Pfeile dagegen Kühlmittel in flüssigem Zustand bezeichnen. Das System arbeitet periodisch in einem Tag- und Nachtzyklus, in dem die Verdampfung von Kühlmittel in dem Verdampfer 1 in Nachtstunden stattfindet, wenn der Absorber 12 einerseits keiner Sonnenenergie ausgesetzt ist und andererseits weiterer Kühlung durch den sekundären Kühlkreislauf ausgesetzt ist. Die Absorberplatten der Solarkollektoreinheit 12 erhalten dadurch eine niedrige Temperatur, bei welcher eine in den Absorberplatten enthaltene Kühlmittelabsorptioiismasse eine starke Absorptionswirkung bezüglich des verdampften Kühlmittels aufweist. Dies hat zur Folge, daß die gesamte Kühlmitte] Tienge in dem System, die bei Beginn der Verdampfungsperiode in dem Kühlmittelgefäß 5 gesammmelt ist, im Verlauf der Verdampfungsperiode in die Kühlmittelabsorptionsmasse in den Absorberplatten gesaugt wird, die so bemessen sind, daß sie eine Menge an Absorptionsmasse aufnehmen mit einer Absorptionskapazität, die wenigstens der gesamten Kühlmittelmenge entspricht.

Während der Tagstunden bewirkt der Einfluß von Sonnenstrahlen einen Temperaturanstieg in dem Absorber, und außerdem wird die Zirkulation in dem sekundären Kühlkreislauf durch das Sperrventil 21 unterbrochen, welches zum Beispiel zeitgesteuert oder durch die Sonnenwärme aktiviert werden kann, wie in der oben erwähnten internationalen Patentanmeldung erwähnt.

Bei dem dadurch bewirkten Temperaturanstieg kann die Kühlmittelabsorptionsmasse in den Absorberplatten die absorbierte Kühlmittelmenge nicht langer zurückhalten, sondern gibt das Kühlmittel im Dampfzustand bei ansteigender Temperatur durch das Rohrteil 11 zu dem Kondensator 8 ab, von wo das Kühlmittel in flüssigem Zustand durch das Einlaßrohr 7 dem Kühlmittelgefäß 5 zugeführt wird.

Nach dem Ende der Tagstunden, die als Regenerationsperiode wirken, wird der Prozeß wiederholt durch das Kühlen des nichi mehr der Sonnenenergie ausgesetzten Absorbers und durch das öffnen des Sperrventils 21 zur Zirkulation von Kühlmittel in ^ dem sekundären Kühlkreislauf.

Wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, ist die Solarkollektoreinheit 12 konstruiert als ein flacher kastenförmiger Rahmen mit einem geschlossenen Boden 13 in Verbindung mit Seitenwänden 14 und einer Glasschicht oder Glasplatte 15, dii zu der einfallenden Sonne hinweist.

In der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Solarkollektoreinheit 12 zwei blechgeschweißte Absorberplatten 24 und 25, die im wesentlichen in der gleichen Ebene unterhalb der Glasplatte 15 gelegen sind und einzeln gebildet sind durch ( 25 Zusammenschweißen von zwei zu einem wellenförmigen Profil gepreßten Plattengliedern in den gegenüberliegenden Kellentälern der Glieder, wie durch 24a und 24b in Figur 3 dargestellt. Eine große Anzahl paralleler Absorberkanäle 26 wird dadurch zwischen den zwei Plattengliedern 24a und 24b gebildet, wobei die Absorberkanäle 26 an ihren Enden einzeln mit einem Verteilkanal 27 verbunden sind, der sich entlang der Kante der betreffenden Absorberplatte erstreckt.

Die Verteilkanäle 27 jeder Absorberplatte 24 und 25 stehen ar einem Ende der Absorberplatten mit einer Rohrverzweigung 28 in Verbindung, durch welche die Absorberkanäle 26 mit dem in Figur 4 gezeigten Rohrteil 11 verbunden sind und mit den

übrigen Teilen des primären Kühlkreislaufs in Verbindung stehen.

In der dargestellten Ausführungsform werden die Verdampferrohre gebildet durch gut wärmeleitende Rohre 29, zum Beispiel Kupferrohre, die in den Tälern der Absorberplatten 24 und auf der von der Glasplatte 15 wegweisenden Seite angeordnet sind, wie in Figur 3 dargestellt. Wie in Figur 2 dargestellt, erstreckt sich jedes der Verdampferrohre 29 durch ausgerichtete Täler in den beiden Absorberplatten 24 und 25 zwischen Verteilungsrohren 30 und 31 an entgegengesetzten Längsseitenwänden der Solarkollektoreinheit 12.

Die Verteilungsrohr-e 30 und 31 für die Verdampferrohre 29 stehen über kurze äußere Rohrverbindungen 32 und 33 mit dem Kondensator 34 des sekundären Kühlkreislaufs in Verbindung, der, wie am deutlichsten in Figur 4 dargestellt, in nächster Nähe der Solarkollektoreinheit 12 angeordnet ist, um die Rohrverbindungen so kurz wie möglich zu machen. Das Verteilungsrohr 31, das an der seitlichen Kante der Solarkollektoreinheit 12 gegenüber dem Eingang der Rohrverbindungen 32 und 33 gelegen ist, wird dadurch mit der Rohrverbindung 33 verbunden über eine innere Rohrverbindung 35, welche sich unterhalb der Absorberplatten 24 und 25 erstreckt. ( 25

Wie in Figur 3 dargestellt, ist in der Rohrverbindung 33 ein Sperrventil 21 angebracht, welches wie erwähnt zeitgesteuert sein kann, um zwischen den Absorptions- und Regeneraticnsperioden des Systems zu geeigneten Zeitpunkten umzuschalten, die dem örtlichen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang angepaßt sind.

An den Seitenwänden 14 und entlang dem Boden 13 ist die Solarkollektoreinheit 12, wie in Figur 3 gezeigt, mit einer Schicht 36 aus wärmeisolierendem Material, zum Beispiel Mineralwolle, versehen, die vorzugsweise den gesamten Raum

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zwischen dem Boden der Solarkollektoreinheit und den Absorberplatten 24 und 25 ausfüllt.

Die Konstruktion der Absorberplatten 24 und 25 und des Verdampfersystems des sekundären Kühlkreislaufs erscheint deutlicher in den detaillierten Darstellungen in den Figuren 5 bis 8. In der dargestellten Ausführungsform sind die Absorberplatten 24 und 25 gut zur industriellen Herstellung unter Verwendung automatischer Schweißvorrichtungen geeignet, und da einige der Absorberplatten gleichförmig und in gleichen Größen hergestellt werden können, läßt die Ausführungsform ferner einen modularen Aufbau zu, so daß in einer gegebenen Solarkollektoreinheit eine Anzahl von Absorberplatten angeordnet ist, welche für die erwünschte Kapazität des aktuellen Systems geeignet ist.

Die Montage kann auf eine entsprechende einfache Art erfolgen, indem zuerst in der Solarkollektoreinheit das Verdampfersystem des sekundären Kühlkreislaufs mit den Verdampferrohren 2a, den Verteilungsrohren 30 und 31 und den Rohrverbindungen 33 installiert wird. Nach dem Positionieren des Wärmeisoliermaterials 36 können die Absorberplatten 24 und 25 direkt auf den Verdampferrohren 29 angebracht werden, auf denen die Absorberrohre mit den Yerteilungsrohren 27 gelagert sind.

Im Hinblick auf die Anordnung einer Mehrzahl nebeneinander gelegter Absorberplatten in der gleichen Solarkollektoreinheit können die Absorberplatten, wie in Figur 6 gezeigt, vorteilhaft so konstruiert sein, daß die außerhalb der Verteilungsrohre 27 verlaufenden Schweißflansche in unterschiedlichen Höhen an den Längsseiten der Absorberplatte gelegen sind, so daß diese Flanschabschnitte zweier benachbarter Absorberplatten einander überlappen können.

Die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt die Erfindung nicht. Insbesondere brauchen die Verdampferrohre des sekundären Kühlkreislaufs nicht durch getrennte Rohre gebildet zu werden, sondern können in einer Plattenschweißkonstruktion, das heißt gewellt, ausgebildet sein, welche komplementär ist zu der gewellten Gestalt der Absorberplatte an der Oberfläche gegenüber der Isolierung.

Claims

Ansprüche:

1. Solarkollektor-Absorptionskühlsystem mit einem primären Kühlkreislauf, dessen Verdampfer (1) mit Absorberkanälen (26) verbunden ist in einem Absorber, der als Solarkollektor (12) ausgebildet und in einem Solarkollektorrahraen (12) unterhalb und parallel zu einer Glasschicht (15) angeordnet ist, welche zu der einfallenden Sonne hinweist, wobei eine Wärmeisolierschicht (36) auf der entgegengesetzten Seite des Absorbers vorgesehen ist, und wobei die Absorberkanäle (26) eine Kühlmittelabsorptionsmasse zum Aufsaugen von Kühlmittel in Nachtstunden enthalten, sowie mit einem sekundären selbstzirkulierenden Kühlkreislauf mit Verdampferrohren (29), die in Wärmeübertragungskontakt mit den Absorberkanälen (26) des primären Kühlkreislaufs gelegen sind, um für deren verbesserte Kühlung zu sorgen, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber des primären Kühlkreislaufs als wenigstens eine blechgeschweißte Absorberplatte (24,25) ausgeführt ist, indem zwei in ein wellenförmiges Profil gepreßte Plattenglieder (24a,24b) in aneinandergrenzenden Tälern verbunden sind, wobei die Verdampferrohre (29) des sekundären Kühlkreislaufs aus gut wärmeleitendem Material bestehen und in den Tälern der Absorberplatte (24,25) angeordnet sind, die zu der Wärmeisolierschicht hinweisen.

2. Absorptionskühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierschicht (36) im wesentlichen den Raum zwischen der von der Glasschicht (15) wegweisenden Seite der Absorberplatte (24,25) und einem Boden (13) des Solarkollektorrahmens (12) ausfüllt.

3. Absorptionskühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber eine Anzahl von Absorberplatten (24,25) umfaßt, die im wesentlichen in der gleichen Ebene gelegen sind und einzeln mit einer Anzahl parallplpr Absorberkanäle (26) versehen sind, deren Enden mit einem Verteilkanal (27) verbunden sind, der sich entlang der Kante der Absorberplatte erstreckt und an einem Ende der Absorberplatte mit einer gemeinsamen Rohrverzweigung (28) für den Verdampfer (1) des primären Kühlkreislaufs in Verbindung steht.

4. Absorptionskühlsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (34) des sekundären Kühlkreisläufe in naher Nachbarschaft des Solarkollektorrahmens (12) gelegen ist und über kurze Einlaß- und Auslaßrohre (32,33) verbunden ist mit Verteilungsrohren (30,31) für die Verdampferrohre (29) des sekundären Kühlkreislaufs, die entlang parallelen sextlichen Kanten des Solarkcilektorrahmens

(12) verlaufen.