DE3633170A1

DE3633170A1 - Universeller solar- kollektor als kondensator arbeitend

Info

Publication number: DE3633170A1
Application number: DE19863633170
Authority: DE
Inventors: Walter Graef
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-07

Description

Zum Erwärmen von agressivem Meerwasser wie es zur Funktion der von mir entwickelten solaren Meerwasserentsalzungs anlage gehört, mußte ein völlig neuer Solarkollektor entwickelt werden. Die in der Solarenergie bisher verwand ten Solarkollektoren arbeiten mit Austauschmedien oder sie haben starre Rohrsysteme, die zum Verkrusten und Verkalken neigen und nicht zuletzt deshalb mit Wärmetauschmedien betrieben werden.

Quellen: BINE INFO Aug 1985, Teststudie des Council for Scientific and Industrial Research RSA 1985, Firmenangebote, Buderus, Energietechnik, Solar Energie Technik, thermo solar, Walo, Stiebel Eltron, Viessmann, Vaillant, Zeitschriften Energie in Alternativen, Solarener gie Jahrgang 1979 bis 1986.

Durch die Produktion des neuartigen Kunststoffes ETFE der Farbwerke Hoechst lassen sich ganz andere Kollektortypen entwickeln. Zum Beispiel: Der Solarkollektor der Firma Bomin Solar, der mit ETFE Folien aufgebaut ist und zur Erwärmung von Wasser dient, als hervorragend angesehen werden kann, da hier Speicher und Absorber als Einheit unter der Folienverglasung untergebracht sind. Leider ist das m²-Gewicht des gefüllten Kollektors mit 500 kg zu hoch für meine Entsalzungsanlagen.

In meiner Entsalzungsanlage werden Salinen (Gradierwerke) herkömmlicher Art in einem geschlossenen Raum verwendet. Dieses bringt die Materialkosten der Rieselanlage her unter, erhöht aber die Dachfläche des geschlossenen Raumes. Zum Rekondensieren des Wassers werden Konden satoren benötigt und müssen über den Salinen angebracht werden. Zur Leistungserhöhung der Gesamtanlage muß Salz wasser aufgeheizt werden. Dieses geschieht mit Solarkollektoren.

Bei den bisher bekannten solaren Entsalzungsanlagen sind Kollektorfeld, Speicher und Kühl- oder Rieselturm räumlich von einander getrennt angeordnet. In meiner Anlage ist, um Energieverluste zu vermeiden, alles im gleichen, luftdicht abgeschlossenen Raum untergebracht. Da bekanntlich die Wärme nach oben steigt, muß das Dach der Anlage umfunk tioniert werden.

Somit ergibt sich die Aufgabe einen Kollektor zu entwerfen, der folgende Eigenschaften in sich vereinigt.:

1. Geringes Eigengewicht,
2. Direkte Wassernutzung
3. Bauweise des Flachkollektors,
4. Abdichtender Dachbestandteil,
5. Wirkungsgrad des Hochleistungskollektors,
6. UV-Beständigkeit unter Tropenbedingung,
7. Als Kondensator einsetzbar,
8. Seewasserbeständigkeit,
9. Kein verkrusten der Kapillare,
10. Beständige Abdeckung gegen Sand,
11. Wartungsfrei,
12. Schutz gegen Überhitzung bei Leerlauf,
13. Einfache Austauschbarkeit der Einzelteile,
14. Durchflußmenge zum Inhalt variabel,
15. Preis unter 50% des Flachkollektors.

Als Größe der Kollektoreinheit habe ich 1m×3m festgelegt. Das Eigengewicht des Kollektors ohne Rahmen konnte mit 0,5 kg per m² Kollektorfläche gegenüber den bisher üblichen Kollektoren mit 15 bis 160 kg per m² bei weitem unterschritten werden. Der Rahmen ist hierbei das Skelett des Zeltes für die Entsalzungsanlage. Der Einzel kollektor wiegt mit Rahmen 3,5 kg per m² und mit Wasser 5,8 kg, im Gegensatz zu 30 bis 220 kg der bisher üblichen Flachkollektoren.

Beschreibung

Der universelle Solar-Kollektor ist ein Flachkollektor und wie dieser setzt er sich zusammen aus Absorber, durch sichtiger Abdeckung und Wärmedämmung. Das ganze ist in einem Rahmen untergebracht.

Der Absorber 1 wird aus einer als Schlauch hergestellten ETFE Folie hergestellt. Der Schlauch wird flach gelegt und gemäß Fig 2 abgeschnitten. Die beiden nun aufeinander liegenden Folien sind, da es ein Schlauch war, links und rechts bereits verbunden. Am Rand der Fläche werden nun die Folien in Längs- und Quer-Richtung verschweißt oder verklebt 12, 13. Auf der Fläche werden Punkte 14 verbunden. Hierdurch entstehen beim Füllen mit Medium oben und unten je ein Schlauch 17. Diese Schläuche werden in den Rahmen 11 mittels eines Keders 18, der eine Spiralfeder ist, eingespannt. Die an den Seiten entstehenden Schläuche 16 dienen ebenfalls zum Einspannen in den Rahmen 11. Sie sind durch die Verbindungsnaht 12 für sich abgedichtet, so daß normale Keder verwendet werden können.

Der Absorber, der über die Schläuche 17 mit Wasser gefüllt wird, dehnt sich in den Kapillaren 15 je nach Wasserdruck unterschiedlich aus, so daß über den Wasserinhalt die spätere Leistung des Kollektors steuerbar ist. Durch Anbringen einer Farbschicht 19 wird die Absorption der Sonnenstrahlen erreicht. Durch Sicherheitsabschaltung mittels eines Thermoventils wird das obere Rohr geschlossen und der Absorber durch das untere Rohr entleert. Die Folien ziehen sich wieder zusammen, es entsteht im Inneren der Kapillare 15 kein Dampf und damit keine Selbstzerstörung bei Defekten in der Anlage, in die der Kollektor integriert ist.

Die durchsichtige Abdeckung 4, 5, und 6 besteht ebenfalls aus ETFE Folien. Die äußere Folie 4 hat eine Dicke von 100 µ die beiden inneren von je 50 µ, so daß eine Gesamt stärke von 200 µ entsteht. Der Erfolg zur Konvektion ist eine Dreifachverglasung, wobei die Strahlendurchlässigkeit der Einfachverglasung entspricht (F=0,85 bei 6mm Glas). Die Isolationskammer 8 entsteht ebenfalls durch das flache Verschweißen oder Verkleben eines Folienschlauches 13. Das Bild der Verbindung ist auf Fig. 5 dargestellt. Die Schläuche 16 nehmen die Keder auf. Der entstehende große Hohlraum 8 wird mit Druckluft durch den Schlauch 17, der mit der Spiralfeder als Keder 18 mit dem Rahmen 11 verbunden ist, gefüllt.

Die Wärmedämmung 9 und 10 wird durch die mit Luft gefüll ten Kammern erreicht, die durch die Folie 2 und 3 entsteht. Bei einem nur als Solarkollektor benutztem Gerät, wird gleich der durchsichtigen Abdeckung verfahren. Es kann hier, da unter dem Kollektor keine UV-Strahlung auftritt, eine wesentlich billigere PVC-Folie verwendet werden.

Bei der Verwendung des Kollektors als Kondensator muß die Luft am Absorber 1 frei vorbeistreichen können (Konvek tion). Der Folienschlauch wird nach Fig. 7 geschnitten. Es wird vor dem Verschweißen oder Verkleben 13 und 14 der Metallrahmen 20 eingelegt. Es ist nur noch das mittlere Schlauchstück 16, das mit der Feder 18 gekedert ist, über das Füllrohr 17 die Verbindung mit dem Rahmen 11. Die Klappen 20 sind entstanden. Durch das schräge Anstellen des Kollektors öffnen die Klappen 20 aufgrund der Schwer kraft durch das Gewicht der Metallrahmen. Die Luft kann ungehindert am Absorber vorbeistreichen.

Nach dem Füllen dieser Folie mit Pressluft, die über den Schlauch 17 eingefüllt wird, dehnen sich die Kapillare 15 aus und schließen die Klappen 20. Die Wärmeisolation ist wieder hergestellt.

Der Rahmen 11 ist aus Strangpreßaluminium hergestellt. Die Nuten 22 dienen zur Aufnahme der Folien. Die entstehenden Rohre 21 sind gleichzeitig die Versorgungsleitungen. An den Ecken 23 sind Aluminiumpreßstücke angebracht, die gleichzeitig die Rolle der Verteiler übernehmen. Das Befes tigen der Ecken 23 erfolgt über Spannschrauben in den Rohren 21. Jeweils am Ende des Systems werden die Ecken mit Deckeln 25 verschlossen.

Die Abdeckfolie 4 ist ebenfalls ETFE und 100 µ dick. Sie wird mit Kedern in den Nuten 26 gehalten und mit Druckluft durch die Scheibe 28 versorgt, die mit der Scheibe und der Schraube 27 und 29 gehalten wird. Diese letzte Folie ist der Witterung ausgesetzt. Der hier eingesetzte Keder läßt sich mit der Folie ohne Demontage des Kollektors austauschen. Es müssen nur die Schrauben 27 und die Scheiben 28 und 29 demontiert werden.

Nach Werksangaben der Farbwerke Hoechst sind bei den ETFE Folien nach 15 Jahren Witterungseinflüssen keine nennens werten Veränderungen aufgetreten, so daß mit einer Lebens dauer der Kollektoren von 30 und mehr Jahren gerechnet werden kann. Das Austauschen der äußeren Folie wird deshalb auch nur bei mechanischen Beschädigungen nötig werden.

Durch Evakuieren der Kammern 7, 8 und 9 wird die Isolation der Dreifachverglasung aufgehoben. Durch das Entleeren des Wassers wird der Absorber 1 abgeschaltet und das Öffnen der Klappen 21 verhindert die Wärmeisolation nach unten.

Bei Ausfall der Pumpen oder bei Überhitzung, schaltet das ganze System ab und leert sich automatisch. Eine Überhitzung der Folien, die eine Arbeitstemperatur bis 150 Grad C aushalten, wird damit verhindert.

Claims

1. Solarkollektor, der aus UV- und Licht- Strahlung beständigen Folien, die in einem Rahmen gespannt sind, hergestellt ist und durch Luftdruck funk tionsfähig wird, dessen Absorber zu einem Konden sator wird, wenn die untere Abdeckung druckent lastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien Luftkammern entstehen lassen, die die Wärme isolieren.

2. Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Rahmen einge spannte Absorber, aus 2 flach aufeinander ver schweißten Folien besteht, erst durch das Füllen mit flüssigen Medien zum Absorber wird.

3. Solarkollektor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben notwen dige dreifache Isolierverglasung aus Folien, die mittels atmosphärischen Luftdruckunterschieds in Position gehalten werden und bei Luftentleerung bzw. Druckentlastung den Isolier-Charakter verliert.

4. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Druckveränderung der Flüssigkeit der Kollektor in der Leistung unterschiedlich arbeitet und somit einstellbar ist.

5. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einsprühen von vernebelter Luft oder anderen gasförmigen Stoffen zwischen die Isolierfolien der Kollektor abge schaltet werden kann.

6. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation nach unten ebenfalls aus Folien besteht.

7. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Isolier folien schwenkbar sind und dadurch den Absorber freilegen, der dann zum Kondensator wird.

8. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor als Kondensator sowohl die Wärme aus der Umgebungsluft von unten als auch von oben oder beides gewinnen kann.

9. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor bei Öffnung der Isolierfolien nach unten bei Verwendung von Kühlmedien zum Kühler wird, wenn also die Isolation nach oben vernebelt ist, als Klimaanlage verwendet werden kann.

10. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Absorber und den Isolierfolien ein Luftkanal entsteht der an Gebläse angeschlossen werden kann.

11. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor als ein wärmeisoliertes Klimadach Benutzung finden kann, da wärmeisoliert durch die sechs Zwischenräume zwischen den Folien die Transmissionswärmeverluste stark reduziert werden.

12. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, das der Kollektor sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden kann, also als Klimaanlage brauchbar ist.

13. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren, in denen das Medium fließt, durch unterschiedlichen Druck kleiner und größer werden, wodurch sich die Folien ausdehnen und zusammenziehen. Dadurch wird ein Verkrusten oder Verkalken verhindert.