DE19529463A1 - Solaranlage mit temperaturgesteuertem Entlastungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage für die Warmwasserberei­ tung, mit einem Kollektor, einer Umwälzpumpe und einem Brauchwas­ serspeicher.

Die Erfindung betrifft weiter ein temperaturgesteuertes Entla­ stungsventil für eine Wasserleitung, insbesondere für eine Solar­ anlage, mit der eine Beschädigung der Wasserleitung oder wasser­ führender Bauteile verhindert wird, wenn durch Temperatureinflüsse - insbesondere durch Frost - und der damit verbundenen Expansion des Wassers in der Leitung ein Überdruck entsteht.

Schließlich betrifft die Erfindung einen Brauchwasserspeicher zur Verwendung in einer Solaranlage.

Solaranlagen für die Warmwasserbereitung werden in vielen ver­ schiedenen Varianten hergestellt. Sie haben sich insbesondere in gemäßigten Klimazonen noch nicht flächendeckend durchsetzen kön­ nen, da die hohen Gestehungspreise zu einem zu hohen Warmwasser­ preis führen, verglichen mit den Betriebskosten, die beispielswei­ se bei Betrieb einer Heizungsanlage mit fossilen Brandstoffen auf­ treten.

In gemäßigten Klimazonen besteht das in heißen Gegenden nicht exi­ stierende Problem, daß die üblicherweise auf dem Dach eines Wohn­ hauses montierten Teile der Solaranlage Frost ausgesetzt sein kön­ nen. Hierbei dehnt sich das in der Solaranlage enthaltene Wasser aus, wodurch die Leitungsrohre und sonstigen Komponenten der An­ lage gefährdet werden. Die meisten bekannten Solaranlagen sind daher als Zweikreisanlagen ausgeführt, bei denen ein vom Brauch­ wasser getrennter Wärmeträger-Kreislauf mit einem frostbeständigen Medium gefüllt ist. Die Wärme wird durch einen Wärmetauscher, die in verschieden Bauformen bekannt sind, auf das Brauchwasser über­ tragen.

Bei einer solchen Bauweise ist nachteilig, daß die notwendigen Wärmetauscher Wirkungsgradverluste mit sich bringen. Um die Wir­ kungsgradverschlechterung auszugleichen, muß die Anlage größer dimensioniert werden, was die Baukosten weiter erhöht und damit den Investitionskostennachteil gegenüber einer mit fossilen Brenn­ stoffen betriebenen Heizung vergrößert.

Es sind auch einkreisige Solaranlagen bekannt geworden, bei denen als Vorkehrung gegen das Einfrieren bei Unterschreiten einer Min­ desttemperatur eine Zirkulation des in der Solaranlage enthaltenen Wassers eingeleitet wird. Hierzu ist zusätzliche Fremdenergie not­ wendig, die die Gesamtenergiebilanz verschlechtert.

Um herkömmliche Solaranlagen so zu verbessern, daß eine wirt­ schaftliche Alternative oder zumindest Ergänzung zu herkömmlichen, mit fossilen Brennstoffen befeuerten Heizungen ermöglicht wird, ist es notwendig, die Gestehungskosten für die Anlage zu verrin­ gern.

Hierzu sind verschiedene Forderungen zu erfüllen:
Eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Solaranlage ermöglicht es, alle Komponenten kleiner und damit kostengün­ stiger zu dimensionieren. Die Solaranlage sollte vereinfacht werden, so daß Komponenten entfallen können. Weiterhin soll durch Zusammenfassen zu kompakten Baugruppen der Montageauf­ wand verringert werden. Schließlich sollen die Komponenten der zu schaffenden Solaranlage optimiert werden, so daß unter der Voraussetzung einer Großserienfertigung Kosten reduziert werden können.

Alle beschriebenen Anforderungen lassen sich am besten mit einer einkreisigen Solaranlage erfüllen. Hierbei stellt sich jedoch das eingangs erwähnte Problem, daß beim Aufbau einer Einkreisanlage in gemäßigten Klimazonen eine Vorkehrung gegen eine Beschädigung der Anlage durch Frost getroffen werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemä­ ße Solaranlage so weiterzubilden, daß ein einkreisiger und damit im Wirkungsgrad optimierter Aufbau auch in gemäßigten Klimazonen ermöglicht wird, indem die Frostgefahr eliminiert wird.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Solaranlage dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage einkreisig aufgebaut ist, und daß Kollektor, Umwälzpumpe und Brauchwasserspeicher mit einem temperaturgesteuertem Entlastungsventil, das bei Überdruck einen Abfluß öffnet, in Reihe geschaltet sind.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein tempera­ turgesteuertes Entlastungsventil für eine Wasserleitung, insbeson­ dere für eine Solaranlage zu schaffen, das bei baulich einfachem Aufwand und damit niedrigen Gestehungskosten sicher und zuverläs­ sig arbeitet.

Die Lösung dieser Teilaufgabe ist durch ein temperaturgesteuertes Entlastungsventil gekennzeichnet, bei dem zwischen einem Zylinder und einem in diesem gleitenden Kolben ein Hohlraum gebildet ist, der mit Wasser gefüllt ist, wobei der Kolben mit einem Ventil­ schieber direkt oder indirekt in Verbindung steht. Das in dem Hohlraum eingeschlossene Wasser dehnt sich wegen der Anomalie des Wassers aus, wenn es gefriert, und betätigt direkt oder indirekt unter Zwischenschaltung anderer Bauelemente den Ventilschieber. Dieser öffnet beispielsweise einen Abfluß, so daß die Leitungen der Solaranlage entwässert werden.

Anstelle des verschiebbaren Kolbens, der ein bewegliches Ver­ schlußelement bildet, kann auch eine dehnbare Membran als Ver­ schlußelement verwendet werden. Der Vorteil einer Membran liegt gegenüber einem verschiebbaren Kolben darin begründet, daß Dich­ tungsprobleme entfallen und sichergestellt ist, daß die Lebensdau­ er des erfindungsgemäßen temperaturgesteuerten Entlastungsventils nicht durch Leckagen verringert wird.

Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die ange­ strebte einkreisige Solaranlage hinsichtlich ihres Wirkungsgrades weiter zu optimieren, indem Verluste durch Erzeugen von Mischen­ tropien, die entstehen, wenn Wasser unterschiedlicher Temperatur miteinander im Brauchwasserspeicher gemischt wird, zu vermeiden.

Die Lösung dieser Teilaufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Brauchwasserspeicher gegeben, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein als Zu- und Ablauf dienender Leitungsabschnitt im Inneren des Speichers dergestalt schwenkbar angeordnet ist, daß die Mündung des Leitungsabschnitts auf verschiedene Austrittshöhen geschwenkt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Solaranlage ist stromauf des Brauchwasserspeichers ein Rückschlagventil angeordnet. Dieses verhindert, daß auch der üblicherweise in einem nicht frostgefähr­ deten Raum angeordnete Brauchwasserspeicher entleert wird, wenn das erfindungsgemäß vorgesehene temperaturgesteuerte Entlastungs­ ventil die Solaranlage wegen Frostgefahr entwässert.

Weiterhin ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, daß an den Wasserkreislauf der Solaranlage ein selbsttätiges Belüftungsventil angeschlossen ist, vorzugsweise an einem hochgelegenen Punkt des Wasserkreislaufs. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei Öffnen des temperaturgesteuerten Entlastungsventils eine schnelle Entlee­ rung des Wasserkreislaufes erfolgt, da Luft nachströmen kann.

Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Solaranlage ist vorgesehen, daß sowohl im Vorlauf wie auch im Rücklauf der einkreisigen Solaranlage jeweils ein temperaturgesteuertes Entla­ stungsventil angeordnet ist. Diese beiden Entlastungsventile kön­ nen bevorzugt in einer Baugruppe zusammengefaßt sein, insbesondere kann das erfindungsgemäße Entlastungsventil als 5/2-Wege-Ventil ausgebildet sein, wodurch es ermöglicht wird, sowohl Vorlauf wie auch Rücklauf mit einer Schieberbewegung mit dem Wasserablauf zu verbinden. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß die beiden vom Brauchwasserspeicher stammenden Anschlußleitungen in der Schalt­ stellung des Ventils miteinander verbunden sind. Bei einer solchen Anordnung kann auf das stromauf des Brauchwasserspeichers angeord­ nete Rückschlagventil verzichtet werden.

Hierdurch wird eine durch Konvektion erzeugte Zirkulation in den Speicherleitungen ermöglicht, die auch diese Leitungen vor dem Einfrieren schützt, falls Teilabschnitte dieser Leitungen durch frostgefährdete Bereiche verlegt sein sollten.

Vorzugsweise ist bei einer erfindungsgemäßen Solaranlage vorgese­ hen, daß zur Verbesserung der Lebensdauer des Kollektors und der damit verbundenen Senkung der Betriebskosten dieser gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossen ist und ein Ausgleichsgefäß mit va­ riablen Volumen integriert ist. Der Kollektor-Innenraum wird so gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossen. Wegen des Ausgleichs­ gefäß, das geschützt innerhalb des Kollektorgehäuses in einem Schutzraum mit Verbindung zur Umgebung angeordnet ist, kann der optische aktive Teil des Kollektors bei Temperaturschwankungen atmen, ohne daß er durch die Umgebungsluft verschmutzt wird. Bei herkömmlichen Kollektoren, die bei Erwärmung und Abkühlung des Innenraums atmen, werden mit der Umgebungsluft auch Staub und Ae­ rosole in den Kollektor transportiert, was zur Kondensatbildung und zur allmählicher Verschmutzung von Abdeckscheibe und Absorber führt.

Erfindungsgemäß ist schließlich bevorzugt vorgesehen, daß der Kol­ lektor einen Antrieb samt Energieversorgung durch Solarzellen und eine Regeleinrichtung aufweist, mit dem der Kollektor immer senk­ recht zur Sonne ausgerichtet wird. Hierdurch wird die Ausbeute an eingefangenem Sonnenlicht erhöht.

Aus Kostengründen kann weiterhin vorgesehen sein, daß die trans­ parente Abdeckung des zum Kollektor gehörenden Absorbers im unte­ ren Bereich des Kollektors einschichtig und im oberen Bereich mehrschichtig ausgeführt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Solaranlage,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes temperaturgesteuertes Entla­ stungsventil in 3/2-Wege-Bauweise,

Fig. 3 einen Schnitt durch den schwenkbaren Leitungsab­ schnitt im Brauchwasserbehälter (Tankrüssel) und

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen, temperaturgesteuerten Entlastungsventils in 5/2-Wege-Bauweise.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Solaranlage 10 in schemati­ sierter Form. Das dem Leitungsnetz beispielsweise eines Einfami­ lienhauses entnommene kalte Leitungswasser KW tritt über ein Rück­ schlagventil 12 in den Vorlauf 14 der einkreisigen Solaranlage 10 ein. Eine Umwälzpumpe 16 befördert das Wasser unter Zwischenschal­ tung eines erfindungsgemäßen, temperaturgesteuerten Entlastungs­ ventiles 18, dessen Funktion weiter unten noch erläutert werden wird, durch den Kollektor 20, in dem die absorbierte Wärme an das kalte Leitungswasser übertragen wird und dieses aufheizt. Über den Rücklauf 22 fließt das Wasser über ein Rückschlagventil 24 zu ei­ nem Leitungsabschnitt (Tankrüssel) 26 und von dort in den Brauch­ wassertank 28. Von dort wird benötigtes Warmwasser WW entnommen.

Wie Fig. 1 zeigt, sind Kollektor 20, Umwälzpumpe 16 und Brauch­ wasserspeicher 28 in Reihe geschaltet. Während der Brauchwasser­ speicher 28 und Teile von Vorlauf 14 und Rücklauf 22 üblicherweise in frostgeschützten Innenräumen eines Hauses angeordnet sind, be­ findet sich der Solarkollektor 20 und die zu ihm führenden Teile von Vorlauf 14 und Rücklauf 22 auf dem Dach des Hauses. Diese Tei­ le sind daher in gemäßigten Klimazonen frostgefährdet. Bei Ein­ frieren der Anlage würde die Expansion des in den Leitungen ent­ haltenen Wassers zu einem Bersten oder einer sonstigen Schädigung der Anlage führen. Das erfindungsgemäß vorgesehene, mit den Kom­ ponenten Solarkollektor 20, Brauchwasserspeicher 28 und Umwälzpum­ pe 16 in Reihe geschaltete temperaturgesteuerte Entlastungsventil ist bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wie in Fig. 2 dargestellt als 3/2-Wege-Ventil ausgeführt. Bei Frostgefahr wird die gesamte Solaranlage über einen Entwässerungsauslaß 30 entwäs­ sert. Dabei verhindert das Rückschlagventil 24, daß auch der Brauchwasserspeicher 28 leerläuft. Entwässert werden sollen nur der im frostgefährdeten Bereich installierte Sonnenkollektor 20 sowie die im frostgefährdeten Bereich liegenden Teilabschnitte von Vorlauf 14 und Rücklauf 22.

Um die Entwässerung zu beschleunigen ist ein Belüftungsventil 32 vorgesehen, durch das Luft in die leerlaufenden Leitungen nach­ strömen kann. Beim Wiederbefüllen der Leitung über den Kaltwasse­ ranschluß KW bei höheren Temperaturen und damit geschlossenem Ent­ lastungsventil 30 schwimmt die Kugel des Rückschlagventils 32 auf und verschließt die zugeordnete Entlüftungsbohrung.

Die erfinderische Ausführung des Entlastungsventiles 18 ist in Fig. 2 an einem 3/2-Wege-Ventil dargestellt.

Das erfindungsgemäße Ventil besteht im wesentlichen aus einem Zy­ linder 40, in dem ein Kolben 42 beweglich gelagert ist. Am Umfang des Kolbens 42 ist ein Dichtring 44 angeordnet. Die Rückseite des Zylinders 40 wird durch einen Schraubstopfen 46 verschlossen. In dem so gebildeten Hohlraum 48 ist Wasser eingeschlossen, das sein Volumen vergrößert, wenn es gefriert. Dieser Teil des erfindungs­ gemäßen Ventils wird daher bei aufgebauter Solaranlage im frostge­ fährdeten Bereich aufgebaut.

Die sich im Hohlraum 48 bei Frostgefahr bildende Eissäule 50 dehnt sich axialer Richtung aus und verschiebt den Kolben 42. Dieser betätigt über ein zwischengeschaltetes Ölpolster 52, dessen Funk­ tion im folgenden noch erläutert werden wird, einen Ventilschieber 54. Der Ventilschieber 54 geht in einen Steuerbolzen 56 über, der an seinem abgewandten Ende 58 verdickt und abgefast ist. In der in Fig. 2 dargestellten Stellung des Ventilschiebers 54 ist eine in einem sich an den Zylinder 40 anschließenden Steuergehäuse 60 an­ geordnete Abflußbohrung 62 verschlossen. Zwei weitere Bohrungen 64 und 66 bilden Wasserzu- und Ablauf. Mit den entsprechenden An­ schlüssen kann das in Fig. 2 dargestellte temperaturgesteuerte Entlastungsventil, wie in Fig. 1 dargestellt, im Vorlauf 14 der Solaranlage angeordnet sein.

Wird der Hohlraum 48 durch Bildung einer Eissäule 50 und Verschie­ ben des Kolbens 42 vergrößert, so wird der Ventilschieber 54 so weit verschoben, bis die Abflußbohrung 62 mit der Bohrung 66 in Verbindung steht. Fig. 1 zeigt, daß die Solaranlage dann leer­ läuft, wobei über das Belüftungsventil 32 Luft nachströmen kann.

Das dem druckbeaufschlagten Ende des Ventilschiebers abgewandte Ende 58 ist sowohl in der Ruhe- wie auch in der Schaltstellung durch jeweils einen O-Ring 68 abgedichtet. Das Ölpolster 52 steht über eine Kapillare 70 mit einem Meßgefäß 72 in Verbindung, in dem sich ein Dehnstoffelement 74 befindet. Die Kapillare 70 erlaubt es, das Meßgefäß 72 von dem eigentlichen Entlastungsventil ent­ fernt anzuordnen. Das Meßgefäß 72 wird vorzugsweise im Inneren des Sonnenkollektors 20 angeordnet, wie ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt.

Auf diese Weise wird mit einfachen baulichen Maßnahmen auch ein integrierter Schutz gegen eine Überhitzung geschaffen. Das Dehn­ stoffelement 74 besteht aus einem Wachs, das bei Temperaturerhö­ hung sein Volumen vergrößert. Der aufgebaute Druck im Öl des Meß­ gefäßes 72 wird über die Leitung 70 zum Ölpolster 52 weitergelei­ tet und bewirkt eine Verschiebung des Ventilschiebers 54, da sich der Druck in dem inkompressiblen Flüssigkeitsvolumen 50 im Hohl­ raum 48 abstützt.

Frostschutz durch die sich ausdehnende Eissäule 50 und Überhit­ zungsschutz durch das Dehnstoffelement 74 sind durch diese kon­ struktiven Maßnahmen auf einfache Weise in Serie geschaltet und wirken alternativ auf den Ventilschieber 54 ein.

Fig. 1 zeigt weiter, daß in einer wirkungsgradoptimierten Solar­ anlage gemäß der Erfindung der Pumpenstrom für die Umwälzpumpe 16 vorzugsweise photovoltaisch mittels einer Solarzelle 76 erzeugt wird. Ein kombinierter Wechselrichter und Pumpenregler 78 erzeugt das notwendige Wechselfeld und regelt die Leistung der Pumpe 16.

Der Brauchwasserspeicher 28 ist mit einem schwenkbaren Tankrüssel 26 ausgerüstet, der anhand von Fig. 3 später noch näher erläutert wird. Die Mündung 27 des Tankrüssels 26 kann innerhalb des Brauch­ wasserspeichers 28 auf verschiedene Ausfluß- bzw. Absaughöhen ein­ gestellt werden, so daß zufließendes Wasser innerhalb des tempera­ turgeschichteten Inhalts des Brauchwasserspeichers 28 mit Wasser möglichst gleicher Temperatur vermischt bzw. diesem zugeleitet wird. Auf diese Weise werden die sonst entstehenden Mischentropien verhindert. Die Zunahme der Entropie ist generell mit einer Ver­ ringerung des Wirkungsgrades verbunden.

Um den schwenkbaren, in einem Drehgelenk 29 gelagerten Tankrüssel 26 steuern zu können, sind Temperatursensoren 78 und 80 vorgese­ hen. Fließt über den Rücklauf 22 heißes, vom Sonnenkollektor 20 stammendes Wasser in den Brauchwasserspeicher 28, so wird die Tem­ peratur des zufließenden Brauchwassers mittels des Temperatursen­ sors 78 bestimmt und der schwenkbare Tankrüssel 26 so weit verfah­ ren, bis die mittels des Sensors 80 an der Mündung 27 gemessene Temperatur der umgebenden Wasserschicht gleich hoch ist.

Dabei ist ein Strömungsrichtungssensor 82 vorgesehen, um zwischen Zulauf und Ablauf unterscheiden zu können. Bei ablaufendem Wasser wird die gewünschte Temperatur des entnommenen Warmwassers mittels eines Sensors 84 gemessenen Wertes verglichen. Dabei wird der Tankrüssel 26 vorzugsweise so verschwenkt, daß das entnommene Brauchwasser nach Möglichkeit der Solltemperatur entspricht. Mischvorgänge mit weiter zugeführten Kaltwasser werden dadurch überflüssig und einer Zunahme von Entropie wird weiter entgegen­ gewirkt.

Die Anlage verfügt noch über ein Überdruckventil 86, das sich im Falle eines Überdrucks öffnet und eine Sicherheit gegen Überdruck bildet, der nicht durch Temperaturschwankungen verursacht ist und daher auch nicht durch das Entlastungsventil 18 abgefangen wird.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des schwenkbaren Leitungsabschnitts 26, auch als Tankrüssel bezeichnet. In einer Flanschplatte 90 ist eine zylindrische Bohrung 92 angebracht, in der über ein Kugellager 94 ein Hohlzapfen 96 drehbar gelagert ist. Der Hohlzapfen 96 ist über Gleitringdichtungen 98 gegenüber der Innenwandung der Bohrung 92 abgedichtet. Eine umlaufende Ringnut 100 ist über eine Querbohrung 102 mit einer axialen Bohrung 104 verbunden. Von der Axialbohrung 104, die in Richtung der Drehachse 106 verläuft, geht radial der schwenkbare Leitungsabschnitt 26 ab, der in einer Mündung 27 en­ det. In den Brauchwasserspeicher einzuleitendes Warmwasser fließt über eine Zuflußbohrung 99 zur Ringnut 100, durch die Querbohrung 102, die Axialbohrung 104 durch den Leitungsabschnitt 26 zur Mün­ dung 27. Die Mündung 27 kann durch Verschwenken der gesamten An­ ordnung um die Schwenkachse 106 in der Höhe eingestellt werden, d. h. in Fig. 3 Positionen über- oder unterhalb der Zeichenebene einnehmen.

Zum Antrieb ist ein Elektromotor 110 vorgesehen, der über ein Un­ tersetzungsgetriebe 112 über eine Schnecke 114 den Hohlzapfen 96 um die Schwenkachse 106 verdreht.

Der im Mündungsbereich 27 angeordnete Sensor 80 ist über ein Kabel 116 mit einer entsprechenden Steuerelektronik verbunden.

Fig. 4 zeigt einen alternativen Aufbau des temperaturgesteuerten Entlastungsventils gemäß Fig. 2. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf eine nochmalige Erläu­ terung der grundsätzlichen Funktionen verzichtet wird.

Während die in Fig. 2 gezeigte erste Ausführungsform als 3/2-We­ ge-Ventil ausgebildet ist, ist bei der alternativen Ausführungs­ form eine 5/2-Wege-Anordnung vorgesehen.

Mit dem Ventilschieber 54 ist über eine Kolbenstange 55 ein Steu­ erbolzen 58 verbunden, der fünf Anschlüsse steuert.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Stellung ist die linke Seite des Ven­ tils mit dem Anschlüssen 201 und 203 mit dem Sonnenkollektor 20 verbunden, während die rechte Seite mit den Anschlüssen 202 und 204 zu dem Brauchwasserspeicher führt. Im Vergleich mit Fig. 1 wird deutlich, daß die Anschlüsse 201 und 202 im Rücklauf 22 an­ geordnet sind, während die Anschlüsse 203 und 204 im Vorlauf 14 liegen. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ruhestellung des Ventils sind sowohl Vorlauf 14 über die Anschlüsse 203 und 204 wie auch Rück­ lauf 22 über die Anschlüsse 201 und 202 durchgeschaltet.

In der Schaltstellung des Ventils, d. h. wenn entweder die Eissäule 50 über den Kolben 42 oder das Dehnstoffelement 74 über das Ölpol­ ster 52 auf den Ventilschieber 54 einwirkt, wird der Steuerbolzen 58 so weit verschoben, daß die Anschlüsse 201 und 203 auf die Ab­ flußbohrung 205 geschaltet werden. Ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt, daß so der Sonnenkollektor 20 entwässert wird. Gleichzeitig werden die Anschlüsse 202 und 204 kurzgeschlossen, so daß eine konvektionsbedingte Zirkulation von Wasser ausgehend vom Brauch­ wasserspeicher 28 durch die vor dem Ventil liegenden Leitungsab­ schnitte 14 und 22 ermöglicht wird (Fig. 1). Auf diese Weise wer­ den auch die Teile von Vorlauf 14 und Rücklauf 22, die gegebenen­ falls in frostgefährdeten Bereichen liegen, geschützt. Da die An­ schlüsse 202 und 204 in der Schaltstellung des Ventils nicht mit der Abflußbohrung 205 kommunizieren, kann auf das bei der 3/2-We­ ge-Ausführung des Ventils notwendige Rückschlagventil 24 entfal­ len.

Fig. 1 zeigt weiter, daß Sonnenkollektor 20 und Solarzelle 76 zur Versorgung der Umwälzpumpe 16 vorzugsweise als bauliche Einheit ausgeführt sind. Die von der Solarzelle absorbierte Wärme, die nicht in Strom umgewandelt werden kann, steht als Abwärme zur Ver­ fügung und wird wegen der baulichen Einheit von Sonnenkollektor 20 und Solarzelle 76 zum Aufheizen des Brauchwassers genutzt.

Weiterhin sind Sonnenkollektor 20, die integrierte Solarzelle 76, die Steuerelektronik 75 für die Umwälzpumpe 16, die Umwälzpumpe 16 selbst, Temperatursensor 72 und das Entlastungsventil 18 mit dem erfindungsgemäß als Frostsensor dienenden, mit Wasser gefüllten Hohlraum 48 in ein gemeinsames Gehäuse 15 integriert. Hierdurch wird der Montageaufwand auf der Baustelle reduziert, indem die Möglichkeit geschaffen wird, eine vollständig vorgefertigte Ein­ heit zu liefern.

Um eine nach und nach eintretende Verschmutzung des Sonnenkollek­ tors 20 zu verhindern, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, daß das Gehäuse 15 gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossen ist. Um temperaturbedingte Volumenänderungen der eingeschlossenen Luft zu ermöglichen, ist ein Ausgleichsgefäß 17 vorgesehen, das bei­ spielsweise in Form einer Gummiblase ausgeführt sein kann. Das Ausgleichsgefäß 17 steht mit der Atmosphäre in Verbindung, ist gleichwohl in einem geschützten Hohlraum des Gehäuses 15 unterge­ bracht.

Die erfindungsgemäße Solaranlage senkt die Gestehungs- und Be­ triebskosten gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Solar­ anlagen erheblich und eröffnet damit realistische Chancen für eine flächendeckende Verbreitung.

Bezugszeichenliste

10 Solaranlage
12 Rückschlagventil
14 Vorlauf
15 Gehäuse
16 Umwälzpumpe
17 Ausgleichsgefäß
18 Entlastungsventil
20 Sonnenkollektor
22 Rücklauf
24 Rückschlagventil
26 schwenkbarer Leitungsabschnitt, Tankrüssel
27 Mündung (von 26)
28 Brauchwasserspeicher
29 Drehgelenk
30 Ablauf
32 Belüftungsventil
40 Hohlzylinder
42 Kolben
44 O-Ring
46 Schraubstopfen
48 Hohlraum
50 Eissäule
52 Ölpolster
54 Ventilschieber
55 Kolbenstange
56 Steuerbolzen
58 Ende (von 56)
60 Steuergehäuse
62 Abflußbohrung
64 Bohrung
66 Bohrung
68 O-Ringe
70 Kapillare
72 Meßgefäß
74 Dehnstoffelement
75 Steuerelektronik
76 Solarzelle
78 Temperatursensor
80 Temperatursensor
82 Strömungsrichtungssensor
84 Temperatursensor
86 Überdruckventil
90 Flanschplatte
92 Bohrung
94 Kugellager
96 Hohlzapfen
98 Gleitringdichtung
100 Ringnut
102 Querbohrung
104 Axialbohrung
106 Schwenkachse
110 Elektromotor
112 Untersetzungsgetriebe
114 Schnecke
116 Kabel
201,
203 Kollektoranschlüsse
202,
204 Brauchwasserspeicheran­ schlüsse
205 Abflußbohrung

Claims (21)

1. Solaranlage (10) für die Warmwasserbereitung, mit einem Kol­ lektor (20), einer Umwälzpumpe (16) und einem Brauchwasser­ speicher (28), dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage ein­ kreisig aufgebaut ist, und daß Kollektor, Umwälzpumpe und Brauchwasserspeicher mit einem temperaturgesteuertem Entla­ stungsventil (18), das bei Überdruck einen Abfluß (30) öff­ net, in Reihe geschaltet sind.

2. Solaranlage nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch ein stromauf des Brauchwasserspeichers (28) angeordnetes Rückschlagventil (24).

3. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekenn­ zeichnet durch ein an dem Kreislauf angeschlossenes selbsttä­ tiges Belüftungsventil (32).

4. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Vorlauf (14) wie auch im Rück­ lauf (22) der einkreisigen Solaranlage jeweils ein tempera­ turgesteuertes Entlastungsventil (28) angeordnet ist.

5. Solaranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Entlastungsventile räumlich in einer Baugruppe (58, 201, 202, 203, 204, 205) zusammengefaßt sind.

6. Temperaturgesteuertes Entlastungsventil (18) für eine Wasser­ leitung, insbesondere für eine Solaranlage (10), zum Abbau des bei Frost durch Expansion des Wasser entstehenden Über­ drucks, gekennzeichnet durch einen zwischen einem Zylinder (40) und einem relativ zu diesem beweglichen Verschlußelement (42) gebildeten Hohlraum (48), der mit Wasser (50) gefüllt ist, wobei der Kolben mit einem Ventilschieber (54) direkt oder indirekt in Verbindung steht.

7. Entlastungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Verschlußelement ein in dem Zylinder (40) gleitender Kolben (42) ist.

8. Entlastungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement eine dehnbare Membran ist.

9. Entlastungsventil nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Abbau von durch Überhitzung entstehendem Über­ druck zwischen beweglichen Verschlußelement (42) und Ventil­ schieber (54) eine mit einem frostbeständigen Fluid gefüllte Kammer (Ölpolster 52) angeordnet ist, die über eine Kapillare (70) mit einem Meßgefäß (72) verbunden ist, in dem ein Dehns­ toffelement (74) angeordnet ist.

10. Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 6 bis 9 zur Ver­ wendung in einer Solaranlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entlastungsventil ein 5/2-Wegeventil (58, 201, 202, 203, 204, 205) ist.

11. Entlastungsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zum Anschluß an den Brauchwasserspeicher be­ stimmten Anschlüsse (202, 204) des 5/2-Wegeventils in der Schaltstellung des Ventils miteinander verbunden sind.

12. Brauchwasserspeicher zum Speichern in einer Solaranlage auf­ geheizten Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Zu- und Ablauf dienender Leitungsabschnitt (26) im Inneren des Speichers (28) dergestalt schwenkbar angeordnet ist, daß die Mündung (27) des Leitungsabschnitts auf verschiedene Aus­ trittshöhen geschwenkt werden kann.

13. Brauchwasserspeicher für eine Solaranlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mündung (27) des Leitungs­ abschnitts (26) ein Temperatursensor (80) angeordnet ist.

14. Solaranlage nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen die Strömungsrichtung erfassenden Sensor (82), der in dem Zu- und Abfluß bildenden Leitungsabschnitt zwischen Brauchwasserspei­ cher (28) und dem Rücklauf (22) der Solaranlage angeordnet ist.

15. Solaranlage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen die Temperatur von dem Sonnenkollektor zugeführten Warmwassers erfassenden Sensor (78).

16. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch einen die Temperatur entnommenen Warmwassers erfassenden Sensor (84).

17. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorinnenraum gegenüber der Um­ gebung dicht abgeschlossen ist, und daß in den Kollektor (20) ein Ausgleichsgefäß (17) variablen Volumens integriert ist, das in einem Raum des Kollektors angeordnet ist, der das Aus­ gleichsgefäß schützend umgibt, einen Druckausgleich mit der Umgebung jedoch ermöglicht.

18. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektor ein Antrieb samt Ener­ gieversorgung durch Solarzellen und eine Regeleinrichtung integriert sind, mit denen der Kollektor immer senkrecht zu Sonne ausgerichtet wird.

19. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente Abdeckung des Solarab­ sorbers des Kollektors im unteren Bereich des Kollektors ein­ schichtig und im oberen Bereich mehrschichtig ausgeführt ist.

20. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (16) einschließlich Steu­ erelektronik (75) und Solarzelle (76), Sonnenkollektor (20) und Entlastungsventil (18) in einem gemeinsamen Gehäuse (15) zusammengefaßt sind und eine bauliche Einheit bilden.

21. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle (76) zur Versorgung der Umwälzpumpe (16) in die Oberfläche des Sonnenkollektors (20) wärmeleitend integriert ist.