DE202007014218U1

DE202007014218U1 - Device for tempering liquid or gaseous media in solar-thermal plants

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Publication number: DE202007014218U1
Application number: DE202007014218U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2017-10-11

Abstract

Einrichtung zum Temperieren flüssiger oder gasförmiger Medien in solarthermischen Anlagen mit einem parabelförmigen Reflektor in dessen Brennpunkt ein Energiesammler angeordnet ist, der die Energie aufnimmt und auf die Medien überträgt und weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiesammler (2) zur Erhöhung der energetischen Wirksamkeit Strukturen (4; 6) zur Vergrößerung seiner Energieübertragungsflächen aufweist.Facility for tempering liquid or gaseous media in solar thermal systems with a parabolic reflector in whose focal point an energy collector is arranged, which the Absorbs energy and transfers it to the media and forwards, characterized in that the energy collector (2) to increase the energetic effectiveness structures (4; 6) to increase its energy transfer surfaces having.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Temperieren flüssiger oder gasförmiger Medien in solarthermischen Anlagen mit einem parabelförmigen Reflektor, in dessen Brennpunkt ein Energiesammler angeordnet ist. Die Erfindung soll weitestgehend für die Ausnutzung von Sonnen- und anderen Energieformen zur Temperierung von Medien Verwendung finden.The The invention relates to a device for tempering liquid or gaseous media in solar thermal systems with a parabolic reflector, in the focal point a Energy collector is arranged. The invention should be as far as possible for the exploitation of solar and other forms of energy for temperature control of media use find.

Es ist bekannt, Sonnen- und andere Energiestrahlungen mittels geeigneter Einrichtungen aufzufangen und auf Energiesammler zu konzentrieren, welche die Wärme solchen Wandlern zuführen oder selbst als Wärmeübertrager funktionierend, auf wärmeführende Medien abgeben. Bei diesen Einrichtungen spielt die Figuration, Ausführung und Lage der Energiesammler eine bedeutende Rolle. Die Reflektoren sind für die Effektivität der Energieaufnahme aus den umgelenkten und auf sie konzentrierten Strahlen der Energiequelle von ausschlaggebender Bedeutung. Der Gestaltung der Oberfläche der Energiesammler kommt eine besondere Wertung zu. Die DE PS 101 59 860 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen auf ebenen, geraden und gleichförmig gekrümmten Oberflächen. Die Mikrostrukturen weisen, abhängig von der Dicke ihrer Mikropixel, eine Dichte in Abhängigkeit von der Flächengröße bei 10²/cm² bis 10⁸/cm² von 100 μm bis 0,2 μm auf. Das EP 933 146 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von sinoidalen Nebenformen, vorzugsweise auf Körpern mit gleichförmig gekrümmten Oberflächen, wie z. B. Rohren. Die DE-Patentanmeldung 10 2006 045 547.9 stellt Anwendungsformen der Mikrostrukturen auf Körpern unterschiedlicher Formen, aber vorzugsweise auf strukturierten Rohren mit sinoidalen Nebenformen, die Verwendung von Mikrostrukturen für die Übertragung von Energie unterschiedlicher Formen zur Durchführung chemischer Prozesse, insbesondere der heterogenen Katalyse, vor. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Temperieren flüssiger oder gasförmiger Medien in solarthermischen Anlagen mit einem parabelförmigen Reflektor, in dessen Brennpunkt ein Energiesammler angeordnet ist, die weitestgehend für die Ausnutzung von Sonnen- und anderen Energiestrahlungen für die Energiegewinnung zur Temperierung von Medien Verwendung finden, zu schaffen, mit der eine Erhöhung der Ausnutzung durch die Strahlen transportierter Energien auf die Oberfläche des Sammlers sowie des Wärmedurchgangs auf die zu temperierenden Medien erreicht wird.It is known to capture solar and other energy radiation by means of suitable means and to focus on energy collectors which supply the heat to such transducers, or even function as heat exchangers, to heat-conducting media. The figuration, design and location of energy collectors play an important role in these facilities. The reflectors are crucial to the effectiveness of energy absorption from the deflected and concentrated beams of the energy source. The design of the surface of energy collectors is given a special rating. The DE PS 101 59 860 discloses a method of fabricating microstructures on even, straight, and uniformly curved surfaces. The microstructures have, depending on the thickness of their micropixels, a density as a function of the area size at 10 ² / cm ² to 10 ⁸ / cm ² of 100 .mu.m to 0.2 .mu.m. The EP 933 146 B1 discloses a process for producing sinoidal minor forms, preferably on bodies with uniformly curved surfaces, such as. B. pipes. The DE patent application 10 2006 045 547.9 presents applications of the microstructures to bodies of different shapes, but preferably on structured tubes with sinoidal minor forms, the use of microstructures for the transfer of energy of different forms for carrying out chemical processes, in particular heterogeneous catalysis. The invention has for its object to provide a device for tempering liquid or gaseous media in solar thermal systems with a parabolic reflector, in the focal point of an energy collector is arranged, which largely for the utilization of solar and other energy radiation for energy production for temperature control of media use find, with which an increase in the utilization of the rays of transported energy is achieved on the surface of the collector and the heat transfer to the media to be tempered.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Einrichtung gemäß dem Gattungsbegriff, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Energiesammler zur Erhöhung der energetischen Wirksamkeit auf seinen Energieübertragungsflächen Strukturen aufweist, die seine Oberfläche vergrößern sowie eine wirksame Intensivierung der Energieausnutzung gewährleisten. Die Erfindung ist dadurch ausgestaltet, dass auf die Oberflächen des Energiesammlers im Wirkungsbereich des Reflektors Mikrostrukturen aufgearbeitet sind, die gewährleisten, dass die weitestgehend solitär gerichteten Energiestrahlungen in der Mikrostruktur vielfach gebrochen werden und in der durch die Struktur erzeugten größeren Oberfläche ihre Wärme vollständig abgeben und ein Wärmedurchgang auf das im Reflektor geführte jeweilige Medium mit hohem Wirkungsgrad gewährleistet ist. Die Erfindung ist sinnvoll weiterentwickelt, wenn der Energiesammler auf den Außenwänden seines Körpers mit Strukturen aus sinoidalen Nebenformen versehen ist, die gewährleisten, dass das in seinem Hohlraum fließende, zu temperierende oder verdampfende Medium die übertragene Energie durch einen erhöhten Wärmeübergang leichter aufnehmen kann und so die energetische Wirksamkeit der äußeren Oberfläche des Sammlers bei der Wärmeübertragung unterstützt ist. Es ist eine äußerst vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Wände des Energiesammlers Strukturen mit eingeprägten, sinoidalen Nebenformen aufweisen und dessen Oberfläche, in ihrer strukturierten Gestaltung, mit Mikrostrukturen belegt ist. Eine weitere Form der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Reflektor die Form eines Parabolspiegels aufweist, dessen Energiesammler in seinem Brennpunkt angeordnet, über eine in zwei Richtungsachsen kompakte Form verfügt und die energiewirksamen Oberflächen des Energiesammlers mit Mikrostrukturen bedeckt sind. Im Sinn der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Energiesammlers mit reflektionshemmenden Schichten besetzt ist. Die erfindungsgemäße Lösung kann vorteilhaft angewendet werden, wenn die Einrichtung über eine große Längsausrichtung ihrer Reflektoren verfügt und mittels einer Tiefenstaffelung in Querrichtung dazu durch Verbindungsteile gekoppelt ist, die einen reibungslosen Fluß des Mediums von einem Energiewandler zum anderen gestattet. Eine Variation der Konfiguration der Einrichtung ist darin zu sehen, dass sie Einrichtung über die Einfügung von Verbindungsteilen eine wirksame Längenausdehnung der Reflektoren erhält und mittels einer Staffelung in Querrichtung der Reflektoren verbunden ist.The Invention solves the problem by a device according to the Generic term, which is characterized by being an energy collector to increase the energetic efficiency on its energy transfer surfaces Has structures that increase its surface area and to ensure effective intensification of energy use. The invention is characterized in that on the surfaces of the energy collector within the range of the reflector microstructures that ensure that the largest possible Solitaire directed energy radiation in the microstructure be broken many times and in the structure generated by the structure larger surface their heat completely give off and a heat transfer to the guided in the reflector respective medium is ensured with high efficiency. The invention is meaningfully evolved when the energy collector on the outside walls of his body Structures made of sinoidal minor forms, which ensure that the flowing in his cavity, to be tempered or vaporizing medium the transmitted energy an increased heat transfer easier and so can the energetic effectiveness of the outer Surface of the collector during heat transfer is supported. It is an extreme advantageous embodiment of the invention, when the walls of the energy collector structures with embossed, sinoidal Have minor forms and their surface, in their structured Design, is occupied with microstructures. Another form of Invention is to be seen in that the reflector takes the form of a Parabolic mirror has its energy collector in its focus arranged over a compact in two directional axes Shape and the energy-efficient surfaces of the energy collector are covered with microstructures. In the sense of Invention, it is also advantageous if the surface of the energy collector is occupied with reflection-inhibiting layers. The solution according to the invention can be advantageous be applied when the facility has a large Longitudinal alignment of their reflectors features and by means of a depth graduation in the transverse direction thereto by connecting parts coupled, ensuring a smooth flow of the medium allowed from one energy converter to another. A variation of Configuration of the device is to be seen in that it device via the insertion of connecting parts an effective linear expansion the reflectors receives and by means of a staggering in Transverse direction of the reflectors is connected.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt in allen Ausführungsarten der Vorteil zugrunde, dass die durch die Reflektoren konzentriert auf den Energiesammler gerichteten Strahlen energetisch weitestgehend ausgenutzt werden können, da die Oberflächen durch die Strukturierung um ein Vielfaches vergrößert sind und die für die Energieaufnahme und -übertragung zur Verfügung stehenden Flächen des Sammlers bis zu tausendfacher Größe erstreckt werden. Weiterhin bewirkt eine schräg zur Oberfläche der Energiesammler ausgerichtete Strukturierung der Pixel der Mikrostrukturierung eine mehrfache Brechung der energietragenden Strahlen und damit eine weitestgehende Übertragung ihrer Energie, hier Wärmeenergie, auf den Sammler, einen effektiveren Durchgang durch die Wandung zur Übertragung der Energie auf das jeweilige Medium. Es bedarf keiner erheblichen weiteren Ausführung, wenn es als besonders vorteilhaft anzusehen ist, dass die Mikrostrukturierung auf Oberflächen aufgetragen wird, die sinoidale Nebenformen aufweisen, die dafür geeignet sind, die im Inneren des Energiesammlers sich bewegenden Medien zu verwirbeln und für die Aufnahme und Weiterleitung der Wärmeenergie zu sensibilisieren.The solution according to the invention is based in all embodiments on the advantage that the concentrated by the reflectors focused on the energy harvesting beams can be energetically largely exploited, since the surfaces are increased by the structuring by a multiple and available for the energy absorption and transmission Areas of the collector can be extended up to a thousand times size. Furthermore, a structuring of the pixels of the microstructuring oriented obliquely to the surface of the energy collectors causes a multiple Refraction of the energy-carrying rays and thus a broad transfer of their energy, here heat energy, to the collector, a more effective passage through the wall to transfer the energy to the respective medium. There is no significant further implementation, if it is to be regarded as particularly advantageous that the microstructuring is applied to surfaces having sinoidal secondary forms, which are suitable for swirling the inside of the energy collector moving media and for receiving and forwarding the Sensitize heat energy.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The Invention is based on an embodiment closer be explained.

1: Die Einrichtung in einer axonometrischen Darstellung, teilweise im Schnitt. 1 : The device in an axonometric representation, partly in section.

2: Die Einrichtung in einer Wirkdarstellung mit Strahlungseinfall in einer Seitenansicht. 2 : The device in an active representation with radiation incidence in a side view.

3: Die Einzelheit bei X in 1. 3 : The detail at X in 1 ,

4: Die Einzelheit bei X in 1 mit mittels sinoidaler Nebenformen gestalteter Oberfläche. 4 : The detail at X in 1 with surface designed by means of sinoidal secondary forms.

5: Die Einrichtung ähnlich 1 mit einem Parabolspiegel. 5 : The decor is similar 1 with a parabolic mirror.

6: Die Einzelheit Y aus 3. 6 : The detail Y out 3 ,

7: Die Einzelheit Z aus 4. 7 : The detail Z out 4 ,

1 zeigt die Einrichtung 0 in einer axonometrischen Darstellung mit einem im Brennpunkt F eines parabelförmigen Reflektors 1 eingeordneten Energiesammler 2. Der Energiesammler 2 ist mittels Stege 10 am Reflektor 1 lagegerecht befestigt. Der Energiesammler 2, hier rohrförmig ausgebildet, erstreckt sich entlang der Längsmittenachse des Reflektors 1 als auf die Achse X gerichtete Achse Z, nicht dargestellt. Der Energiesammler 2 ist durchgehend auf seiner Oberfläche mit Strukturen 4 versehen, die zur Vergrößerung der Oberfläche für die Aufnahme der Energie beitragen, welche durch die gerichtete Strahlung 12 aus dem Reflektor 1 der Einrichtung 0 auf den Energiesammler 2 gerichtet sind. 2 zeigt eine schematische Darstellung des als Parabolspiegel 7 ausgebildeten Reflektors 1 mit der Darstellung der Richtung und Fokussierung der Energiestrahlen 12 auf die Oberfläche des Energiesammlers 1. Die angegebenen Koordinaten sollen dem Fachmann zeigen, dass der Winkel der Tangenten unterschiedlich auf der Außenfläche des Reflektors 1 sein kann und damit der Winkel der umgelenkten Energiestrahlen 12 auf den Energiesammler 2 in seiner Richtung zu beeinflussen ist. 3 zeigt einen Ausschnitt des Energiesammlers 2 als Einzelheit X in 1. Die deutliche Vergrößerung lässt erkennen, dass der Energiesammler 2 eine glatte, gleichförmig gekrümmte Oberfläche aufweist, auf der Mikrostrukturen 4 aufgearbeitet sind. Der Fließraum des Energiesammlers 2 für die Medien ist glatt ausgebildet und sorgt für einen homogenen Medienfluss 13. 4 zeigt die Einzelheit bei X, in der die Erfindung variierend, der Energiesammler 2 mit eingeprägten Strukturen sinoidaler Nebenformen 6, ausgerüstet ist. Unter Betrachtung von 7 als Einzelheit Z aus 4, ohne auf die äußere Fläche aufgebrachte Mikrostrukturen ist zu erkennen, dass durch die sinoidalen Nebenformen 6 das in Fließrichtung 15 bewegte Medium in seinem glatten Medienfluss 13 aus der Bahn gelenkt und durch die Nebenformen 6 verwirbelt wird. Damit erkennt der Fachmann selbstverständlich, dass die Wärmeübertragung auf das Medium mit dem Wärmedurchgang durch die Wand 14 über die vorhandene Verwirbelung vergrößert und intensiviert wird. Zurückgehend zur 4 ist jetzt der Energiesammler 2 auf seiner äußeren Fläche über die sinoidalen Formen 6 hinweg mit Mikrostrukturen 4 ausgerüstet und dadurch der Effekt der Wärmeübertragung auf die Oberfläche des Sammlers 2 um ein Vielfaches, zwischen einhundert und tausendfachem der einfachen Wärmeübertragung, erhöht. Die 6 dokumentiert diese Feststellung dadurch, dass hier beispielhaft, der mit einer glatten Oberfläche ausgerüstete Energiesammler, hier als Einzelheit Y aus der 3 dargestellt zeigt, dass die auftreffenden Energiestrahlen 12 durch die feingestellten Pixel der Mikrostrukturierung 4 auf die Oberfläche des Sammlers 2 schon vielfach gebrochen auftreffen, in der Mikrostruktur 4 reflektiert und umgelenkt mit der Wand 14 in Verbindung gebracht sowie durch die Oberflächen der Pixel berührt, ihre Energie vollständig abgeben und für einen effektiven Energiedurchgang durch die Wand 14 auf das Medium bereitstehen. Der mitlesende Fachmann erkennt, dass die Einrichtung 0 über eine große Länge verfügen kaann, die selbstverständlich in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der Parabel der Reflektoren 1 gestaltet ist. Als technologisch wirksam versteht sich selbstverständlich, dass die Reflektoren 1 geradlinig ausgebildet und eine statisch bestimmte Form aufweisen müssen. Zur Steigerung der Effektivität der Einrichtung 0 ihrer Gesamtanlage können die einzelnen Einrichtungen 0 über die Energiesammler 2 mittels Verbindungsteilen 9; 9' verbunden werden, um die Energieausnutzung zu steigern und große Felder zu besetzen. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Einrichtung 0 sowohl nebeneinander als auch hintereinander gestaffelt sein und zu großen, weitflächigen Komplexen zusammengeschlossen werden kann. 5 zeigt eine Ausgestaltungsform der Einrichtung 0, die hier einen parabolspiegelförmigen Reflektor 7 aufweist, dessen Wärmetauscher 8 als Energiesammler 2 eine kompakte, in zwei Achsen gleich- oder ungleichförmig begrenzte Ausführung aufweisen kann und im Brennpunkt F mittels eines Steges 10 angeordnet ist. Der mitlesende Fachmann erkennt ohne eine weitere zeichnerische Darstellung, dass bei einer dunklen Farbgebung bis zur Schwärzung des Energiesammlers 2 eine Reflektion der Energiestrahlen 12 weitestgehend vermieden wird und dadurch die Ausbeute an Energie auf dem Energiesammler vergrößert werden kann. 1 shows the device 0 in an axonometric view with a focal point F of a parabolic reflector 1 arranged energy collector 2 , The energy collector 2 is by means of bars 10 at the reflector 1 fixed in position. The energy collector 2 , here tubular, extends along the longitudinal center axis of the reflector 1 as directed to the axis X axis Z, not shown. The energy collector 2 is continuous on its surface with structures 4 provided, which contribute to the enlargement of the surface for the absorption of energy, which by the directed radiation 12 from the reflector 1 the device 0 on the energy collector 2 are directed. 2 shows a schematic representation of the parabolic mirror 7 trained reflector 1 with the representation of the direction and focus of the energy beams 12 on the surface of the energy collector 1 , The given coordinates are intended to show the skilled person that the angle of the tangents is different on the outer surface of the reflector 1 can be and thus the angle of the deflected energy beams 12 on the energy collector 2 to influence in his direction. 3 shows a section of the energy collector 2 as a detail X in 1 , The clear magnification reveals that the energy collector 2 has a smooth, uniformly curved surface on which microstructures 4 worked up. The flow room of the energy collector 2 for the media is smooth and ensures a homogeneous media flow 13 , 4 shows the detail at X, in which the invention varies, the energy collector 2 with embossed structures of sinoidal secondary forms 6 , is equipped. In consideration of 7 as a detail Z out 4 without microstructures applied to the outer surface can be seen that by the sinoidal minor forms 6 in the flow direction 15 moving media in its smooth media flow 13 steered out of the way and through the secondary forms 6 is swirled. Of course, the skilled artisan will recognize that the heat transfer to the medium with the heat transfer through the wall 14 is increased and intensified over the existing turbulence. Returning to 4 is now the energy collector 2 on its outer surface over the sinoidal forms 6 away with microstructures 4 equipped and thereby the effect of heat transfer to the surface of the collector 2 by a multiple, between one hundred and a thousand times that of simple heat transfer. The 6 documented this finding in that here exemplified, equipped with a smooth surface energy collector, here as a detail Y from the 3 shown shows that the incident energy beams 12 through the fine-grained pixels of the microstructuring 4 on the surface of the collector 2 already broken many times, in the microstructure 4 reflected and deflected with the wall 14 contacted as well as touched by the surfaces of the pixels, give off their energy completely and for an effective energy passage through the wall 14 ready for the medium. The reading expert recognizes that the device 0 kaann, which of course depends on the opening angle of the parabola of the reflectors, have a large length 1 is designed. As a technologically effective, it goes without saying that the reflectors 1 designed to be rectilinear and have a statically determined shape. To increase the effectiveness of the device 0 their entire facility can use the individual facilities 0 about the energy collectors 2 by means of connecting parts 9 ; 9 ' connected to increase energy utilization and occupy large fields. It is advantageous that the device 0 can be staggered next to each other and behind each other and can be combined to form large, wide-area complexes. 5 shows an embodiment of the device 0 here a parabolic reflector 7 has, whose heat exchanger 8th as an energy collector 2 a compact, in two axes may have the same or non-uniform design and in the focal point F by means of a web 10 is arranged. The reading expert recognizes without a further graphic representation that in a dark color up to blackening of the energy collector 2 a reflection of the energy beams 12 is largely avoided and thereby the yield of energy can be increased on the energy collector.

00: EinrichtungFacility
11: Reflektorreflector
22: Energiesammlerenergy collector
33: Abschnittsection
44: Mikrostrukturmicrostructure
55: Abschnittsection
66: sinoidale Nebenformensinoidale Variants
77: Parabolspiegelparade
88th: Wärmetauscherheat exchangers
9; 9'9; 9 ': Verbindungsteilconnecting part
1010: Stegweb
1111: Fließraumflow area
1212: Energiestrahlenenergy beams
1313: Medienflussmedia flow
1414: Wandwall
1515: Fließrichtungflow direction
FF: Brennpunktfocus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10159860 [0002]
EP 933146 B1 [0002]
- DE 102006045547 [0002]

Claims

Device for tempering liquid or gaseous media in solar thermal systems with a parabolic reflector in the focal point of an energy collector is arranged, which absorbs the energy and transmits to the media and forwards, characterized in that the energy collector ( 2 ) to increase the energetic effectiveness structures ( 4 ; 6 ) to increase its energy transfer surfaces.

Device according to claim 1, characterized in that on the surfaces of the energy collector ( 2 ) in the area of effect of the reflector ( 1 ) Microstructures ( 4 ) are worked up.

Device according to claim 1, characterized in that the energy collector ( 2 ) with structures of sinoidal secondary forms ( 6 ) with which in its flow space ( 11 ) the energy transfer to the medium to be tempered ( 13 ) and the effectiveness of the outer surface of the collector ( 2 ) is increased for energy transfer.

Device according to claim 1, characterized in that in the walls ( 14 ) of the energy collector ( 2 ) Structures with sinoidal secondary forms ( 6 ) and furthermore the outer surface microstructures ( 4 ) having.

Device according to claim 1 and one or more of the subsequent claims, characterized in that the reflector is in the form of a parabolic mirror ( 7 ) whose energy collector ( 2 ) is arranged at the focal point (F), has a compact shape in two directional axes and the energy-efficient surfaces of the energy collector ( 2 ) with microstructures ( 4 ) are covered.

Device according to claim 1 to 5, characterized in that the surface of the energy collector ( 2 ) is coated with anti-reflection substances.

Device according to claim 1, characterized in that the device has a large, effective lengthwise alignment of its reflectors ( 1 ) and by means of a staggering in the transverse direction by connecting parts ( 9 ; 9 ' ) is coupled.

Device according to claim 1, characterized in that the device via the integration of connecting parts ( 9 ; 9 ' ) an effective linear expansion of the reflectors ( 1 ) and by means of a staggering in the transverse direction of the reflectors ( 1 ) connected is.