DE102013001532B4 - Solar return admixture for solar temperature limitation - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Vermeidung von Übertemperaturen oder frühzeitigem Abschalten bei einer flüssigkeitsführenden thermischen Solaranlage, bestehend mindestens aus einem Kollektorfeld (1), einer Solarpumpe (2) im Solarrücklauf und einem stromabwärts der Solarpumpe (2) befindlichen Rückflussverhinderer (3), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer stromaufwärts der Solarpumpe (2) befindlichen Bypassleitung, die den Solarrücklauf mit dem Solarvorlauf verbindet, und einer Pumpe (4) in der Bypassleitung dem Solarvorlauf kühlere Rücklaufflüssigkeit beigemischt wird.

Figure DE102013001532B4_0000
Device for avoiding excess temperatures or early shutdown in a liquid-conducting solar thermal system, comprising at least one collector array (1), a solar pump (2) in the solar return and a downstream of the solar pump (2) backflow preventer (3), characterized in that by means of a upstream of the solar pump (2) located bypass line that connects the solar return with the solar flow, and a pump (4) in the bypass line the solar flow cooler return liquid is added.
Figure DE102013001532B4_0000

Description

Flüssigkeitsführende thermische Solaranlagen dürfen bestimmte Solarvorlauftemperaturen nicht überschreiten, z. B. weil sie sonst u. U. sieden oder weil bestimmte Teile der Anlage wie Speicher, Ventile, Pumpen oder eine Kältemaschine sonst beschädigt werden könnten oder einfach, weil es nicht zulässig ist. Der Volumenstrom durch solche Anlagen ist i. d. R. so klein, dass sich bei starker Sonneneinstrahlung eine Erwärmung im Kollektor bzw. Kollektorfeld (1) um mindestens 15-20 Kelvin einstellt, bei sog. Low-Flow-Solaranlagen, die auf die Bereitstellung hoher Solartemperaturen ausgerichtet sind, sogar 40 K und mehr. Wenn jedoch der Solarrücklauf bereits heiß ist, und sei dies nur kurz und vorübergehend, dann wird der Solarvorlauf bei Sonneneinstrahlung sehr schnell zu heiß und die Solaranlage muss abschalten. Es ist übliche Praxis, mittels variabler Solarvolumenströme im sog. Matched-Flow-Betrieb, die Solarvorlauftemperatur etwas zu regeln. Um dabei jedoch sehr kleine Temperaturspreizungen von z. B. 5-8 Kelvin zu erzielen, sind große Volumenströme und deshalb auch dickere Rohre und stärkere Solarpumpen (2) notwendig, was in der Gesamtbilanz sehr nachteilig, weil effizienzmindernd und teuer ist.Liquid-conducting solar thermal systems must not exceed certain solar flow temperatures, eg. B. because otherwise u. Or because certain parts of the system, such as storage tanks, valves, pumps, or a chiller could otherwise be damaged, or simply because it is not permitted. The volume flow through such systems is usually so small that a warming in the collector or collector field ( 1 ) sets at least 15-20 Kelvin, with so-called low-flow solar systems, which are geared to the provision of high solar temperatures, even 40 K and more. However, if the solar return is already hot, and this is only a short and temporary, the solar flow in sunlight is very fast too hot and the solar system must shut down. It is common practice, by means of variable solar volume flows in the so-called. Matched-flow operation, the solar flow temperature to regulate something. In order, however, very small temperature spreads of z. B. 5-8 Kelvin, are large volume flows and therefore thicker tubes and stronger solar pumps ( 2 ), which is very disadvantageous in the overall balance, because efficiency-reducing and expensive.

Aus JP H09-138007 A ist ein Bypass zwischen dem Solarvor- und Rücklauf eines Kollektors bekannt, der eine Pumpe, einen Strömungsschalter, ein Ventil und ein Heizelement enthält. Dieser Bypass erfüllt einerseits die Funktion des Frostschutzes, wozu neben der Pumpe das Heizelement bemüht wird, und andererseits die Erhöhung des Volumenstromes im Kollektorfeld durch Beimischung von Solarvorlaufwasser in den Solarrücklauf, um dessen Temperaturspreizung bzw. dessen Solarvorlauftemperatur zu senken. Die Pumpe im Bypass arbeitet in Bezug auf den Kollektor wie eine zweite Solarpumpe und verstärkt damit den Volumenstrom der ersten Solarpumpe. Der Bypass enthält keinen Wärmeverbraucher und verstärkt auch nicht den Wärmestrom durch den Verbraucher. Deshalb beruht die Kollektortemperatursenkung nur auf indirekten Effekten (Kennlinienverschiebung, kapazitive Verzögerung und höhere Wärmeverluste). Eine Solarvorlauftemperaturbegrenzung ist damit nicht möglich. Anders als bei der Solarrücklaufanhebung nach JP H09-138007A gestattet die Solarrücklaufbeimischung zur Solartemperaturbegrenzung einen beliebigen Grad der Solartemperaturbegrenzung bis hinab auf die Temperatur des Solarrücklaufs, denn die Solarvorlauftemperatur folgt dem linearen Verhältnis der Volumenströme der Pumpe zur Solarvorlaufbeimischung und der Solarpumpe.Out JP H09-138007 A a bypass is known between the solar flow and return of a collector, which includes a pump, a flow switch, a valve and a heating element. This bypass fulfills the one hand, the function of frost protection, which in addition to the pump, the heating element is sought, and on the other hand, the increase of the volume flow in the collector field by admixing solar flow water in the solar return to reduce the temperature spread and its solar flow temperature. The pump in the bypass works with respect to the collector like a second solar pump and thus amplifies the volume flow of the first solar pump. The bypass contains no heat consumer and does not increase the heat flow through the consumer. Therefore, the collector temperature reduction is based only on indirect effects (characteristic shift, capacitive delay and higher heat losses). A solar flow temperature limitation is therefore not possible. Unlike the solar return increase after JP H09-138007A Solar return flow control for solar temperature limitation allows any degree of solar temperature limitation down to the temperature of the solar return because the solar flow temperature follows the linear ratio of the pump flow rates to the solar flow admixture and the solar pump.

Gegenstand der Erfindung ist eine Bypassleitung zwischen Solarrücklauf und Solarvorlauf, die mittels einer Pumpe (4) dem heißen Solarvorlauf kältere Flüssigkeit aus dem Solarrücklauf beimischt, wenn die Solaranlage zu heiß wird. Davon wird zwar das Kollektorfeld (1) nicht kälter, aber die Vorlauftemperatur des Wärmeverbraucher- oder -speicherprozesses lässt sich damit begrenzen und der Prozess damit besser beherrschen. Der Rückflussverhinderer (3) verhindert, dass dadurch Fehlzirkulationen entstehen. Diese Schaltung ist vorteilhaft bei allen Anwendungen solarer Prozesswärme, bei denen nicht nur vorgewärmt, sondern mit der Solaranlage eine hohe Prozesstemperatur angestrebt wird, z. B. bei solarer Kühlung, bei der solaren Erwärmung von Tauchbädern, bei Waschprozessen u. v. m.The invention relates to a bypass line between solar return and solar flow, by means of a pump ( 4 ) adds colder liquid from the solar return to the hot solar flow if the solar system gets too hot. Of these, the collector field ( 1 ), but the flow temperature of the heat consumer or storage process can be limited and the process can thus be better controlled. The backflow preventer ( 3 ) prevents this from causing incorrect circulation. This circuit is advantageous in all applications of solar process heat in which not only preheated, but with the solar system a high process temperature is sought, for. B. in solar cooling, in the solar heating of dipping baths, in washing processes and much more

Die Abbildung zeigt als Ausführungsbeispiel eine Solaranlage, bestehend aus einem Kollektorfeld (1), einer Solarpumpe (2), einem Rückflussverhinderer (3) und 4 Temperaturmessstellen (6), bei der ein Bypass mit einer Pumpe (4) den vom Heizsystem (5) kommenden Solarrücklauf mit dem zum Heizsystem führenden Solarvorlauf verbindet.The figure shows an exemplary embodiment of a solar system, consisting of a collector field ( 1 ), a solar pump ( 2 ), a backflow preventer ( 3 ) and 4 temperature measuring points ( 6 ), in which a bypass with a pump ( 4 ) from the heating system ( 5 ) connects the coming solar return with the solar system leading to the heating system.

Die Erfindung ist besonders nützlich, wenn es sich bei der Flüssigkeit in der Solaranlage um Wasser handelt und wenn damit hohe Prozesstemperaturen erzeugt werden sollen. Besonders hohe Prozesstemperaturen sind u. a. mit Vakuumkollektoren im Allgemeinen und Dewar- oder Sydney-Vakuumröhrenkollektoren mit CPC-Spiegeln im Besonderen möglich, wie sie z. B. in DE 20 2012 011 344 U1 für eine Ausführung mit Baustahlregister beschrieben sind.The invention is particularly useful when the liquid in the solar system is water and when high process temperatures are to be generated therewith. Particularly high process temperatures are possible, inter alia, with vacuum collectors in general and Dewar or Sydney evacuated tube collectors with CPC mirrors in particular, as described, for example, in US Pat. In DE 20 2012 011 344 U1 are described for a design with mild steel register.

Claims (6)

Vorrichtung zur Vermeidung von Übertemperaturen oder frühzeitigem Abschalten bei einer flüssigkeitsführenden thermischen Solaranlage, bestehend mindestens aus einem Kollektorfeld (1), einer Solarpumpe (2) im Solarrücklauf und einem stromabwärts der Solarpumpe (2) befindlichen Rückflussverhinderer (3), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer stromaufwärts der Solarpumpe (2) befindlichen Bypassleitung, die den Solarrücklauf mit dem Solarvorlauf verbindet, und einer Pumpe (4) in der Bypassleitung dem Solarvorlauf kühlere Rücklaufflüssigkeit beigemischt wird.Device for avoiding excess temperatures or early shutdown in a liquid-conducting solar thermal system, comprising at least one collector array (1), a solar pump (2) in the solar return and a downstream of the solar pump (2) backflow preventer (3), characterized in that by means of a upstream of the solar pump (2) located bypass line that connects the solar return with the solar flow, and a pump (4) in the bypass line the solar flow cooler return liquid is added. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Flüssigkeit in der Solaranlage um Wasser handelt und dass die Solaranlage ohne Wärmetauscher mit dem Heizsystem (5) verbunden ist (1-Kreis-System).Device after Claim 1 , characterized in that it is in the liquid in the solar system to water and that the solar system without a heat exchanger to the heating system (5) is connected (1-circuit system). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solaranlage mit einem Wärmetauscher vom Heizsystem (5) getrennt ist (2-Kreis-System).Device after Claim 1 , characterized in that the solar system with a heat exchanger from the heating system (5) is separated (2-circuit system). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Kollektoren des Kollektorfelds (1) der Solaranlage um Vakuumkollektoren handelt.Device after Claim 1 , characterized in that it is in the collectors of the Collector field (1) of the solar system is vacuum collectors. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Kollektoren des Kollektorfelds (1) der Solaranlage um Dewar- oder Sydney-Vakuumröhrenkollektoren mit CPC-Spiegeln handelt.Device after Claim 1 and 4 , characterized in that the collectors of the collector array (1) of the solar system are Dewar or Sydney vacuum tube collectors with CPC mirrors. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Solaranlage um eine Großanlage mit mindestens 100 m2 Kollektor-Bruttofläche handelt.Device after Claim 1 , characterized in that it is in the solar system to a large system with at least 100 m 2 collector gross area.
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