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DE3633170A1 - Universal solar collector operating as condenser - Google Patents

Universal solar collector operating as condenser

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Publication number
DE3633170A1
DE3633170A1 DE19863633170 DE3633170A DE3633170A1 DE 3633170 A1 DE3633170 A1 DE 3633170A1 DE 19863633170 DE19863633170 DE 19863633170 DE 3633170 A DE3633170 A DE 3633170A DE 3633170 A1 DE3633170 A1 DE 3633170A1
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DE
Germany
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solar collector
collector according
absorber
foils
sheets
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Application number
DE19863633170
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German (de)
Inventor
Walter Graef
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Abstract

Apparatus for heating aggressive liquid media by means of solar energy, or obtaining condensate from steam during cooling thereof. Known flat collectors consist of a glass pane, metal or plastic absorbers and the insulation layer. To avoid freezing-up and encrustation (furring), exchange media are employed. The novel method is to prevent freezing-up and encrustation while achieving a weight saving and the additional use as condenser. A plurality of sheets (films, foils) are successively stretched in a frame. The 1st to 3rd sheets replace the glazing. The 3rd and 4th sheets are welded to one another so that capillaries form between the sheets upon filling with water, said capillaries being of different size depending on the water pressure. The 5th and 6th sheets serve only for heat insulation and are opened at the beginning and end in the use as condenser, so that the steam flows past over the absorber. Sheets 1 to 3 then serve for insulation. Heating of seawater and also the production of condensate after evaporation of the seawater. Solar heating and water heating also in combination as absorber in heat pumps.

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.For heating aggressive sea water as it works the solar seawater desalination I developed a completely new solar collector be developed. That previously used in solar energy ten solar collectors work with exchange media or them have rigid pipe systems that are used for crusting and calcification tend and not least because of this with heat exchange media operate.

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.Sources: BINE INFO Aug 1985, test study by the Council for Scientific and Industrial Research RSA 1985, Company offers, Buderus, energy technology, solar energy Technology, thermo solar, Walo, Stiebel Eltron, Viessmann, Vaillant, Magazines Energy in Alternatives, Solar Energy born 1979 to 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.Completely different types of collectors can be developed through the production of the new plastic ETFE from the Hoechst inking plant. For example: The solar collector from Bomin Solar, which is built with ETFE foils and is used to heat water, can be regarded as excellent, since the storage and absorber are housed as a unit under the foil glazing. Unfortunately, the m 2 weight of the filled collector with 500 kg is too high for my desalination plants.

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. In my desalination plant, salt pans (graduation works) conventional type used in an enclosed space. This brings the material costs of the trickle system under, but increases the roof area of the closed Space. To recondense the water, condensate sensors needed and must be attached over the salt pans will. Salt must be added to increase the performance of the entire system water can be heated. This happens with Solar panels.  

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.In the previously known solar desalination plants Collector field, storage and cooling or trickle tower spatially arranged separately from each other. In my facility is to Avoid energy loss, all in the same, airtight locked room. As is well known, the If the heat rises, the roof of the system must be covered be tioned.

Somit ergibt sich die Aufgabe einen Kollektor zu entwerfen, der folgende Eigenschaften in sich vereinigt.:Thus the task arises To design collector, the following properties in itself united.:

  • 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.    1. Low weight,
    2. Direct water use
    3. construction of the flat collector,
    4. Sealing roof component,
    5. efficiency of the high-performance collector,
    6. UV resistance under tropical conditions,
    7. Can be used as a capacitor,
    8. seawater resistance,
    9. No crusting of the capillary,
    10. Resistant cover against sand,
    11. Maintenance free,
    12. Protection against overheating when idling,
    13. Easy interchangeability of individual parts,
    14. variable flow rate to content,
    15. Price below 50% of the flat collector.

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.I set the size of the collector unit to 1m × 3m. The dead weight of the collector without frame could be far below the usual collectors of 15 to 160 kg per m 2 with 0.5 kg per m 2 of collector area. The frame is the skeleton of the tent for the desalination plant. The single collector weighs 3.5 kg per m 2 with a frame and 5.8 kg with water, in contrast to 30 to 220 kg of the flat collectors previously used.

Beschreibungdescription

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.The universal solar collector is a flat collector and like this, it is made up of absorber visible cover and thermal insulation. The whole thing is in housed in a frame.

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.The absorber 1 is produced from an ETFE film produced as a tube. The hose is laid flat and cut off according to FIG. 2 . The two foils now lying on top of each other, since it was a tube, are already connected on the left and right. At the edge of the surface, the foils are now welded or glued 12, 13 in the longitudinal and transverse directions. Points 14 are connected on the surface. This creates a tube 17 when filling with medium at the top and bottom. These hoses are clamped in the frame 11 by means of a piping 18 , which is a spiral spring. The hoses 16 formed on the sides also serve for clamping in the frame 11 . They are sealed by the connecting seam 12 so that normal piping can be used.

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. The absorber, which is filled with water via the tubes 17 , expands differently in the capillaries 15 depending on the water pressure, so that the later output of the collector can be controlled via the water content. The absorption of the sun's rays is achieved by applying a color layer 19 . The upper tube is closed and the absorber emptied through the lower tube by means of a safety shutdown by means of a thermal valve. The films contract again, there is no steam inside the capillary 15 and therefore no self-destruction in the event of defects in the system in which the collector is integrated.

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.The transparent cover 4 , 5 , and 6 is also made of ETFE films. The outer film 4 has a thickness of 100 microns, the two inner of 50 microns, so that a total thickness of 200 microns. The success of convection is triple glazing, whereby the radiolucency corresponds to that of single glazing (F = 0.85 for 6mm glass). The insulation chamber 8 likewise arises from the flat welding or gluing of a film tube 13 . The picture of the connection is shown in FIG. 5. The hoses 16 take up the piping. The resulting large cavity 8 is filled with compressed air through the hose 17 , which is connected to the frame 11 with the spiral spring as a piping 18 .

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.The thermal insulation 9 and 10 is achieved through the air-filled chambers created by the film 2 and 3 . If the device is only used as a solar collector, the transparent cover is used. Here, since there is no UV radiation under the collector, a much cheaper PVC film can be used.

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.When using the collector as a condenser, the air must be able to move freely past the absorber 1 (convection). The film tube is cut according to FIG. 7. The metal frame 20 is inserted before welding or gluing 13 and 14 . It is only the middle piece of hose 16 , which is kedered with the spring 18 , via the filler tube 17, the connection to the frame 11 . The flaps 20 have been created. By tilting the collector, the flaps 20 open due to the gravity due to the weight of the metal frame. The air can pass the absorber unhindered.

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. After this film has been filled with compressed air, which is filled in via the hose 17 , the capillary 15 expand and close the flaps 20 . The heat insulation is restored.

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.The frame 11 is made of extruded aluminum. The grooves 22 serve to receive the foils. The resulting pipes 21 are also the supply lines. At the corners 23 aluminum press pieces are attached, which also take on the role of the distributor. The fastening of the corners 23 is carried out by means of clamping screws in the tubes 21 . At the end of the system, the corners are closed with covers 25 .

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.The cover film 4 is also ETFE and 100 μ thick. It is held in the grooves 26 with piping and supplied with compressed air by the washer 28 , which is held by the washer and the screw 27 and 29 . This last film is exposed to the weather. The piping used here can be replaced with the film without dismantling the collector. Only the screws 27 and the disks 28 and 29 have to be removed.

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.According to the works of the Farbwerke Hoechst, the ETFE No films after 15 years of weathering worth changes occurred so that with a life duration of the collectors of 30 and more years can be. Replacing the outer film will therefore only necessary if there is mechanical damage will.

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.By evacuating chambers 7 , 8 and 9 , the insulation of the triple glazing is removed. By emptying the water, the absorber 1 is switched off and the opening of the flaps 21 prevents the thermal insulation downwards.

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.If the pumps fail or overheat, that switches entire system and empties automatically. A Overheating of the foils, the working temperature up to 150 Enduring grade C is prevented.

Claims (13)

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.1. solar collector, which is made of UV and light-resistant films, which are stretched in a frame, and is functional by air pressure, the absorber of which becomes a capacitor when the lower cover is relieved of pressure, characterized in that that the foils create air chambers that insulate the heat. 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.2. Solar collector according to claim 1, characterized in that the in the frame tensioned absorber, made of 2 flat on each other welded foils, only by filling becomes an absorber with liquid media. 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.3. Solar collector according to claim 1 and 2, characterized in that the necessary upwards triple insulating glazing made of foils, the by means of atmospheric pressure difference in Be held in position and when air is emptied or pressure relief the insulating character loses. 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.4. Solar collector according to claim 1 to 3, characterized in that when the pressure changes the liquid the collector in performance works differently and is therefore adjustable is. 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. 5. Solar collector according to claim 1 to 4, characterized in that by spraying nebulized air or other gaseous substances abge between the insulating films of the collector can be switched.   6. Solarkollektor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation nach unten ebenfalls aus Folien besteht.6. Solar collector according to claim 1 to 5, characterized in that the isolation after below also consists of foils. 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.7. Solar collector according to claim 1 to 6, characterized in that the lower insulation films are pivotable and thereby the absorber expose it, which then becomes a capacitor. 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.8. Solar collector according to claim 1 to 7, characterized in that the collector as Condenser both the heat from the ambient air win from below as well as from above or both can. 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.9. Solar collector according to claim 1 to 8, characterized in that the collector at Opening the insulating films down at Use of cooling media becomes a cooler when so the isolation is fogged up, as Air conditioning can be used. 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.10. Solar collector according to claim 1 to 9, characterized in that between the absorber and the insulating films create an air duct can be connected to blowers. 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. 11. Solar collector according to claim 1 to 10, characterized in that the collector as a heat-insulated climate roof can be used, because heat-insulated through the six gaps the transmission heat losses between the foils be greatly reduced.   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.12. Solar collector according to claim 1 to 11, characterized in that the collector both can be used for heating as well as for cooling can be used as air conditioning. 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.13. Solar collector according to claim 1 to 12, characterized in that the capillaries, in to whom the medium flows through different Pressure become smaller and larger, which makes the Extend and contract the foils. This will prevents crusting or calcification.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001025698A1 (en) * 1999-10-05 2001-04-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Heat-exchanger unit and method for producing the same
DE102010040101A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-01 Flores Solar Water Gmbh Device for obtaining fresh water

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001025698A1 (en) * 1999-10-05 2001-04-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Heat-exchanger unit and method for producing the same
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