DE2726497A1 - CONTROL DEVICE, IN PARTICULAR FOR SOLAR HEATING SYSTEMS - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung, welche sich insbesonders aber nicht ausschliesslich für die Steuerung der Energieentnahme in mit Sammlern ausgestatteten Sonnenheizanlagen eignet.The present invention relates to a control device, which is particularly but not exclusively for the control of energy extraction in solar heating systems equipped with collectors is suitable.
Bekanntlich nutzen solche Anlagen die von den Sonnenstrahlen abgegebene Wärme aus, welche in Rohrbündeln von verschiedener Form und Grosse von einer Flüssigkeit aufgenommen wird, welche sie ihrerseits an das Verbrauchswasser in einem speziellen Warmwasserspeicher abgeben.It is known that such systems use the heat given off by the sun's rays, which in tube bundles of various types Shape and size is absorbed by a liquid, which in turn is transferred to the consumption water a special hot water tank.
Die Wärme wird also zweimal ausgetauscht, wobei die Eigenschaften der Wärmeaustauscher eine Rolle spielen. Weitere veränderliche Grossen , welche die Leistung beeinflussen und daher bei der Regelung berücksichtigt werden müssen sind die Temperatur der 'Austauschflüssigkeit sowie die Temperatur, der Durchfluss und die Entnahmehäufigkeit deß Verbrauchswassers.The heat is exchanged twice, whereby the properties of the heat exchangers play a role. Further variable quantities that affect performance and therefore must be taken into account in the control are the temperature of the 'exchange liquid and the temperature, the flow rate and the frequency of withdrawal of the consumption water.
Wie man sieht, ist eine Vielzahl von voraussehbaren und nicht voraussehbaren Kenngrössen vorhanden, und die Regelung sowie die Wahl der besten Betriebsbedingung sind keine leicht zu lösenden Probleme, vor allem, v/eil Sei jeder Abweichung von der optimalen Bedingung eine gewisse Energiemenge nicht benutzt wird und unwiderruflich verloren geht.As you can see, there is a multitude of predictable and unpredictable parameters, and the regulation and the choice of the best operating condition are not easy problems to be solved, above all, be everyone Deviation from the optimal condition a certain amount of energy is not used and is irrevocably lost.
In den heutigen Anlagen ist meistens eine Umwälzpumpe derIn today's systems, a circulation pump is usually the
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Austauschflüssigkeit vorhanden, welche in der Regel durch einen Thermostaten ausgeschaltot wird, sobald das Verbrauchswasser die eingestellte Höchsttemperatur erreicht oder die Temperatur der Austauschflüssigkeit überstiegen hat.Exchange fluid available, which is usually switched off by a thermostat as soon as the consumption water reaches the set maximum temperature or the Has exceeded the temperature of the exchange fluid.
Dieses Steuersystem ist zwar im Aufbau äusserst einfach, ermöglicht aber nur die teilweise Ausnutzung der vom Sammler lieferbaren Energie, welche von der veränderlichen Wetterlage abhängig ist.Although the structure of this control system is extremely simple, it only allows partial use of the collector deliverable energy, which depends on the changing weather conditions.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwirklichung einer Vorrichtung, welche die Gewinnung der grösstmöglichen Energiemenge aus Sammlern oder jedenfalls aus Wärmeaustauschern ermöglicht.The object of the present invention is to realize a device which the extraction the largest possible amount of energy from collectors or at least from heat exchangers.
Im Rahmen der erwähnten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung die Schaffung einer anpassungsfähigen Vorrichtung vor,The present invention proposes within the scope of the mentioned object the creation of an adaptable device,
welche sich für nicht kontrollierbare Primarenergiequellen eignet.which are in favor of uncontrollable primary energy sources suitable.
Ein weiterer im Rahmen der genannten Aufgabe liegender Vorschlag besteht in der Bereitstellung einer automatischen Vorrichtung,welche die Anwesenheit eines Bedienungsinannes erübrigt, und mit niedrigen Anschaffungs- und Betriebskosten.Another suggestion within the scope of the task mentioned is the provision of an automatic one Device that the presence of an operator superfluous, and with low acquisition and operating costs.
Die angegebene Aufgabe wird von einer' Regelvorrl'chtung, gelöst,welche vor allem geeignet ist fdr Sonnenheizanlagen, bestehend aus einem geschlossenen Kreislauf einer Austauschflüssigkeit, einer Wärmeenergiequelle in der Form eines Sammlers für die Erwärmung der Austauschflüssigkeit,The specified task is carried out by a 'control device' solved, which is especially suitable for solar heating systems, consisting of a closed circuit of an exchange liquid, a heat energy source in the mold a collector for heating the exchange fluid,
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einem Speicher für die thermische Verbindung zwischen der Austauschflüssigkeit und einer Verbrauchsflüssigkeit sowie aus einer Pumpe für den Umlauf der Austauschflüssigkeit in dem geschlossenen Kreislauf, gekennzeichnet durch Mittel für die Erzeugung von Signalen, welche proportional zu den Temperaturen der Austauschflüssigkeit und der Verbrauchsflüssigkeit sind, ein Glied für den Vergleich und die Verarbeitung dieser Signale sowie durch eine Umwälzpumpe mit veränderlicher Fördermenge, welche von diesem Vergleichsund Verarbeitungsglied gesteuert wird, wobei dieses Glied derart aufgebaut ist, dass es die Fördermenge der Pumpe verändern kann und dadurch auch den Wärmeaustausch im Sammler und im Speicher beeinflusst, um zwischen der Austauschflüssigkeit und der Verbrauchsflüssigkeit einen im wesentlichen konstanten vorbestimmten Temperaturunterschied aufrecht zu erhalten. a memory for the thermal connection between the exchange fluid and a consumable liquid, and a pump for circulation of the transfer fluid in the closed circuit, characterized by means for producing signals which are proportional to the temperatures of the exchange fluid and the consumption of liquid, a member for the comparison and processing of these signals as well as by a circulating pump with variable delivery rate, which is controlled by this comparison and processing element, this element being constructed in such a way that it can change the delivery rate of the pump and thereby also influence the heat exchange in the collector and in the storage tank, in order to maintain a substantially constant predetermined temperature difference between the exchange liquid and the consumption liquid.
Weitere Merkmale und"Vorteile der Erfindung gehen klarer aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit Bezug auf die anliegende beispielsweise Zeichnung hervor. Darin zeigt:Other features and advantages of the invention will become clearer from the following description of a preferred embodiment of the subject invention with reference to the attached for example drawing. It shows:
Fig. 1 eine beispielsweise schematische Ansicht einer Sonnenheizanlage ; . . -1 shows an example of a schematic view of a solar heating system ; . . -
Fig. 2 ein Kurvenbild der Betriebstemperaturen der Austauschflüssigkeit und des Verbrauchswassers. Fig. 2 is a graph of the operating temperatures of the exchange fluid and the consumption of water.
Mit Bezug auf die genannten Abbildungen ist mit 1 eine sche- With reference to the figures mentioned, 1 is a schematic
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matisch dargestellte Wärmequelle, zum Beispiel in Form eines Sammlers, bezeichnet, welche in einen geschlossenen Kreislauf eingesetzt ist. Der geschlossene Kreislauf besteht aus einer Rohrleitung 2, einem im1Innern eines Warmwasserspeichers 4 untergebrachten Wärmeaustauscher 3 sowie aus einer Umwälzpumpe 5 mit veränderlicher Fördermenge.The heat source shown mathematically, for example in the form of a collector, is referred to, which is used in a closed circuit. The closed circuit comprises a conduit 2, a 1 housed in the interior of a hot water tank 4 and heat exchanger 3 of a circulation pump 5 with variable delivery rate.
Ausserdem ist ein Expansionsgefäss 6 vorhanden. Die gegenseitige Anordnung der Anlagenteile ist nicht von Bedeutung. Voraussetzung ist lediglich, dass der Sammler 1 den Sonnenstrahlen ausgesetzt ist, und dass der Wärmeaustauscher 3 immer in einem an und für sich bekannten Warmwasserspeicher 4 angeordnet ist. Der Warmwasserspeicher 4 wird durch ein Rohr 7 mit Schieber 8 mit einer Verbrauchsflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, aus dem Verteilungsnetz beschickt und liefert Heisswasser, welches aus einem oberhalb angeordneten Rohr 9 entnommen wird.An expansion vessel 6 is also available. The mutual The arrangement of the system components is not important. The only requirement is that the collector 1 is exposed to the sun's rays is exposed, and that the heat exchanger 3 is always in a known hot water tank 4 is arranged. The hot water tank 4 is through a pipe 7 with slide 8 with a consumable liquid, for Example water, fed from the distribution network and supplies hot water, which comes from an above Tube 9 is removed.
Nach der Erfindung ist ein Vergleichs- und Verarbeitungsglied 10 vorgesehen, welches im wesentlichen aus einem Vergleicher 11, einem Fehlersignalverstärker 14, einem handbetätigten Regler 15 und einem Leistungsverstärker 16 besteht. Der Vergleicher 11 hat die Aufgabe, die von einem ersten am Ausgang des Sammlers 1 in der Rohrleitung angeordneten Thermostatfühler gelieferten Signale mit'denjenigen zu vergleichen, welche von einem zweiten Thermostatfühler 13 kommen, welcher die Wassertemperatur im Innern des Warmwasserspeichers 4 misst.According to the invention, a comparison and processing element 10 is provided, which essentially consists of a comparator 11, an error signal amplifier 14, a hand-operated controller 15 and a power amplifier 16. The comparator 11 has the task of being arranged by a first at the outlet of the collector 1 in the pipeline Thermostat sensor delivered signals to compare with those from a second thermostat sensor 13 come, which measures the water temperature inside the hot water tank 4.
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Im allgemeinen stellen diese Thermostatfühler Mittel für die Erzeugung von Signalen dar, welche proportional zu den Temperaturen der Austauschflüssigkeit und der Verbrauchsflüssigkeit sind. In general, these filters thermostat sensor means is for generating signals which are proportional to the temperatures of the exchange liquid and the consumer liquid.
Das vom Vergleicher 11 ausgehende Signal gelangt in den mit einem handbetätigten Regler 15 versehenen Fehlersignalverstärker 14 und darauf in den Leistungsverstärker 16, welcher Strom aus dem Netz entnimmt und moduliert zu der Pumpe 5 mit veränderlicher Fördermenge schickt. The signal emanating from the comparator 11 reaches the error signal amplifier 14, which is provided with a manually operated controller 15, and then the power amplifier 16, which draws current from the network and sends it modulated to the pump 5 with a variable delivery rate.
Eine derartige Vorrichtung dient als Temperaturverfolger; ist der Temperaturunterschied zwischen Austauschflüssigkeit - Thermostatfühler 12 - und Verbrauchsflüssigkeit - Thermostatfühler 13 - einmal derart eingestellt, dass ein optimaler Wärmeaustausch im Warmwasserspeicher 4 möglich ist, wird dieser Unterschied in jeder Bedingung der Sonnenheiz-, anlage bzw. in jedem Wärmezustand des Warmwasserspeichers eingehalten. Wie aus Abbildung 2 ersichtlich ist, bleibt der Unterschied zwischen den beiden Temperaturen, das heisst der gestrichelt eingezeichneten Temperatur der Austauschflüssigkeit und der ausgezogenen Temperatur des Verbrauchswassers, annähernd konstant. Such a device serves as a temperature tracker; is the temperature difference between the exchange fluid - thermostat sensor 12 - and consumption liquid - thermostat sensor 13 - once adjusted such that an optimal heat exchange in the hot water tank 4 is possible, this difference is in any condition of Sonnenheiz-, plant or maintained in each heat state of the hot water tank. As can be seen from Figure 2, the difference between the two temperatures, that is, the temperature of the exchange liquid shown in dashed lines and the drawn-out temperature of the consumption water, remains approximately constant.
Dieses Ergebnis erzielt man durch Veränderung der Fördermenge bzw. der Drehzahl der vom Regelsystem 10 gesteuerten Umwälzpumpe. This result is achieved by changing the delivery rate or the speed of the circulating pump controlled by the control system 10.
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Je nach der Wetterlage verhält sich das Regelsystem wie folgt:Depending on the weather, the control system behaves as follows:
1. Der Sammler erhält eine geringe Wärmemenge:1. The collector receives a small amount of heat:
Der Fühler 12 misst eine Temperaturabnahme, die Elektropumpe erhält vom Verstärker 16 ein Steuersignal, welches eine solche Verringerung der Fördermenge bewirkt, dass sich der Wärmeaustausch im Sammler und im Warmwasserspeicher dahin ändert, dass die Temperatur der Austauschflüssigkeit auf den vorherigen Wert zurückgebracht wird. Falls dieser Wärmeaustausch im Warmwasserspeicher eine Abnahme der Verbrauchswassertemperatur bewirkt hat, korrigiert das System den Fühler 12 über den Fühler 13, so dass der Temperaturunterschied konstant bleibt.The sensor 12 measures a decrease in temperature, the electric pump receives a control signal from the amplifier 16, which Such a reduction in the delivery rate causes the heat exchange in the collector and in the hot water storage tank to take place there changes so that the temperature of the exchange liquid is returned to the previous value. If this Heat exchange in the hot water storage tank causes a decrease in the consumption water temperature has caused, the system corrects the sensor 12 via the sensor 13, so that the temperature difference remains constant.
2. Der Sammler erhält eine grosse Wärmemenge:2. The collector receives a large amount of heat:
Der in Punkt 1 beschriebene Vorgang spielt sich umgekehrt ab.The process described in point 1 is reversed.
3. Im Warmwasserspeicher sinkt die Temperatur der Verbrauchsflüssigkeit : 3. The temperature of the consumable liquid in the hot water storage tank drops:
Der gleiche Vorgang wie in Punkt 2 läuft ab.The same process as in point 2 takes place.
4. Im Warmwasserspeicher steigt die Temperatur des Verbrauchswassers : 4. The temperature of the consumption water rises in the hot water storage tank:
Der gleiche Vorgang wie in Punkt 1 spielt sich ab.The same process as in point 1 takes place.
Es ist schliesslich noch darauf hinzuweisen, dass die Pumpe mit veränderlicher Fördermenge vorzugweise, auf an und fürFinally, it should be pointed out that the pump with variable delivery rate is preferably on and for
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sich bekannte Weise, derart gebaut werden kann, dass ihre Stromaufnahme proportional zur abgegebenen Leistung und folglich zur Fördermenge ist. Dies hat den Vorteil, dass bei schwachem Wärmeaustausch wenig Strom verbraucht wird, wodurch man den höchsten Gesamtwirkungsgrad des Systems mit der grössten Wirtschaftlichkeit erzielt.known way, can be built in such a way that their current consumption is proportional to the output and consequently to the delivery rate. This has the advantage that little electricity is consumed when the heat exchange is weak, whereby the highest overall efficiency of the system is achieved with the greatest profitability.
Es sind eine Vielzahl von Ausführungsvarianten möglich, ohne den Erfindungsbereich zu überschreiten; zum Beispiel können die Fühler für die Signalerzeugung an anderen Stellen angeordnet werden.A large number of design variants are possible without exceeding the scope of the invention; for example the sensors for signal generation can be arranged in other places.
Offensichtlich können Werkstoffe und Abmessungen der Anlage nach Bedarf gewählt v/erden.Obviously, the materials and dimensions of the plant selected as required.
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Claims (4)
BurAhordtstr. 1, O-3000 Hannover 1, Tel. (0511) «2300S PATEiJTAN V / Λ LT E
BurAhordtstr. 1, O-3000 Hannover 1, Tel. (0511) «2300S
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1 ./Regelvorri chtung, welche insbesonders geeignet ist für Sonnenheizanlagen, bestehend aus einem geschlossenen Kreislauf (2) einer Austauschflüssigkeit, einer Wärmeencrgiequelle in Form eines Sammlers (1) für die Erwärmung der Austauschflüssigkeit, einem Speicher (4)für die thermische Verbindung zwischen der Austauschflüssigkeit und einer Verbrauchsflüssigkeit, sowie aus einer Pumpe (5) für den Umlauf der Austauschflüssigkeit in dem geschlossenen Kreislauf, gekennzeichnet durch Mittel (12, 13) für die Erzeugung von Signalen, welche proportional zu den Temperaturen der Austauschflüssigkeit und der Verbrauchsflüssigkeit sind, ein Glied für den Vergleich und die Verarbeitung dieser Sig- Claims
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1 ./Regelvorri rectification, which is particularly suitable for solar heating systems, consisting of a closed circuit (2) of an exchange liquid, a heat energy source in the form of a collector (1) for heating the exchange liquid, a memory (4) for the thermal connection between the Exchange liquid and a consumable liquid, as well as from a pump (5) for the circulation of the exchange liquid in the closed circuit, characterized by means (12, 13) for the generation of signals which are proportional to the temperatures of the exchange liquid and the consumable liquid, a member for the comparison and processing of these signals
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