DE2729082A1

DE2729082A1 - Steuerschaltung fuer einen sonnenkollektor

Info

Publication number: DE2729082A1
Application number: DE19772729082
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Friedrich; Manfred Lehnert
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1977-06-25
Filing date: 1977-06-25
Publication date: 1979-01-11

Description

Joh. Vaillant KG

DT 773

24. Juni 1977

Steuerschaltung für einen Sonnenkollektor Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 2658 709.7)

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Steuerschaltung für einen Sonnenkollektor mit einem EntladefluidrUck- und -vorlaufanschluß, einem dort über eine Pumpe angeschlossenen Verbraucherzweig und je einem Temperaturfühler im Vorlaufanschluß des Kollektors sowie im Verbraucher, wobei nach Oberschreiten einer Differenz zwischen beiden Temperaturmeßwerten die Pumpe in Betrieb gesetzt ist.

Nach dem Hauptpatent ist vorgesehen, ein Zeitimpulsglied vorzusehen, das die Pumpe in einstellbaren Zeitabständen zu Meßzwecken an Betriebsenergie legt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Fluidinhalt des Sonnenkollektors nur dann in den Verbraucher - meist

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ein Speicherbehälter - gepumpt wird, wenn eine Aufladung des Spei eherinhalts gewährleistet ist.

Nun hat sich aber herausgestellt, daß die Maßnahmen nach dem Hauptpatent verbesserungsbedürftig sind:

Wenn man davon ausgeht, daß der an den Sonnenkollektor anzuschließende Speicher zum Bereiten warmen Gebrauchswassers dient, so kann die Schaltung nach dem Haupt>patent dazu benutzt werden, den Speicherfluidinhalt auf eine möglichst hohe Temperatur aufzuheizen. Das bedingt, daß der Inhalt des Sonnenkollektor gleichfalls auf eine hohe Temperatur gebracht wird, die zudem höher sein muß als die des Speicherinhaltes. Mit dieser Betriebsart wachsen aber die Verluste der Anlage erheblich, da mit steigendem Temperaturniveau die Abstrahlungs- und Ableitungsverluste größer werden.

Will man andererseits die Anlage mit einem größtmöglichen Wirkungsgrad fahren, so wird man die Vorlauftemperatur des Sonnenkollektors nur gering über die Temperatur des Speicherinhalts legen, so daß möglichst der gesamte Wärmeinhalt des Kollektorfluids in den Speicher gebracht wird. Bei dieser Betriebsweise ist ein beliebig hohes Aufheizen des Speicherinhalts unmöglich.

Mit der Erfindung wird bezweckt, die beiden Betriebsarten der Anlage zu vereinen. Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung eines möglichst großen Wirkungsgrades der Anlage dafür zu sorgen, daß der Speicherinhalt vom Sonnenkollektor auf alle

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gängigen Temperaturbereiche aufgeheizt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Der damit erreichte technische Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Anpassung des Fluidstroms im Bereich des Sonnenkollektors und damit auch im Bereich des Speichers ein optimaler Wirkungsgrad über den gesamten Temperaturbereich des Speichers ermöglicht wird.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren eins und zwei der Ausführungsbeispiele hervor, die nachfolgend beschrieben werden.

Die Anlage gemäß Figur eins weist einen Sonnenkollektor 1 auf, der einen Wärmetauscher 2, eine Vorlaufleitung 3 und eine Rücklaufleitung 4 besitzt. Die Vorlaufleitung 3 führt über eine von einem Motor 5 in ihrem Querschnitt einstellbare Drossel 6 sowie eine Pumpe 7 zu einem Fluidwärmetauscher 8 im Innenraum 9 eines Speichers 10, der den Verbraucher für den Sonnenkollektor darstellt. Der Fluidwärmetauscher 8 ist auf der anderen Seite mit der Rücklaufleitung 4 verbunden. In den Innenraum 9 des Speichers 10 führt eine von einem Wassernetz kommende Wasserleitung 11, dem Speicher kann warmes Gebrauchswasser über eine mit einem Zapfventil 12 versehene Zapfleitung 13 entnommen werden.

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Im Innenraum 9 des Speichers 10 ist ein Temperaturfühler 14 angeordnet,

der über eine Meßleitung 15 mit einem Steuergerät 16 verbunden ist. Ein weiterer Temperaturfühler 17 ist am vorlaufsei ti gen

Ende des Sonnenkollektors 1 vorgesehen und mit einer Meßleitung

gleichfalls mit dem Steuergerät 16 gekoppelt. Vom Steuergerät gehen Stelleitungen 19 und 20 zur Pumpe 7 bzw. zum Motor 5.

Die eben beschriebene Steueranlage hat folgende Funktion: Es wird davon ausgegangen, daß der Wasserinhalt des Speichers 10, beispielsweise am frühen Morgen, sich auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau befindet und daß dem Steuergerät 16 durch die Meßwerte der Temperaturfühler 14 und 17 angezeigt wird, daß das Temperaturniveau des Sonnenkollektors höher ist als das des Speichers. Für den Benutzer der Anlage ist es jetzt wichtig, daß zunächst einmal das Temperaturniveau des Speicherinhalts angehoben wird, es ist von zweitrangiger Bedeutung, auf welches Temperaturniveau dies geschieht. Somit resultiert ein Stellbefehl vom Steuergerät 16 auf der Stelleitung 19 zum Inbetriebsetzen der Pumpe 7. Mangels Steuerbefehl auf der Leitung 20 verbleibt der Motor 5 und die Drossel 6 in Ruhestellung, das bedeutet maximaler Öffnungsquerschnitt der Drossel. Das bedeutet, daß der Fluidinhalt des Sonnenkollektorkreislaufs so lange umgewälzt wird, wie eine Temperaturdifferenz zwischen den Meßwerten der Temperaturfühler 17 und 14 vorhanden ist. Die Anlage wird hierbei mit einem relativ niedrigen Temperaturniveau gefahren, es wird der maximale Wirkungsgrad beim Einspeichern der dem Sonnenkollektor entzogenen Wärme in den Speicher erzielt, da Abstrahlungs- und Ableitungsverluste aufgrund des niedrigen Temperaturniveaus der Anlage weit minimiert werden. Im Zuge des Aufladevorgangs wird die Temperaturdifferenz

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zwischen den Meßwerten der Temperaturfühler 14 und 17 geringer werden, wenn nicht der Speicher durch Zapfen von Gebrauchswasser und damit Nachschub kalten Leitungswassers entladen wird, wodurch sich die Temperaturdifferenz vergrößern würde. Wird davon ausgegangen, daß die Temperaturdifferenz kleiner wird, so wird mit kleiner werdender Temperaturdifferenz auf der Stelleitung 20 ein Stellbefehl erfolgen, der den Motor 5 zum Drosseln der Drossel 6 bewegt. Da somit der den Fluidwärmet^auscher 8 passierende Durchsatz von Fluid aus dem Sonnenkollektor geringer wird, ist die Verweilzeit des Fluids im Sonnenkollektor größer. Damit wird dort eine verstärkte Aufheizung des Fluids stattfinden, so daß das Temperaturniveau im Sonnenkollektor in der Vorlaufleitung steigt. Mit geringer werdendem Durchsatz in der Anlage steigt somit die Vorlauftemperatur des Sonnenkollektors, das bedeutet, daß der Speicher auf ein höheres Temperaturniveau aufgeheizt werden kann. Durch Anpassen der Androsselung des Kreislaufs kann somit die Aufladeschwelle im Speicher auf nahezu 100° C angehoben werden.

Fällt bei Entladung des Speichers das Temperaturniveau in seinem Inneren, so wird durch gegenläufigen Stellbefehl auf der Leitung der Querschnitt der Drosselstelle 6 geöffnet, damit die Anlage mit dem jeweils optimalen Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Temperaturniveau gefahren werden kann.

Ist durch weiteres Androsseln des Durchsatzes eine Aufrechterhaltung eines bestimmten notwendigen Temperaturabstandes zwischen Speicher-

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inhalt und Vor!auftemperatur nicht möglich, so veranlaßt das Steuergerät 16 einen Abschaltbefehl für die Pumpe 7. Ein entsprechender Sollwert wird vom Sollwertgeber 21 gegeben. Bei dieser Betriebsweise ist eine gute Isolation der vom Kollektor abgehenden Leitungen 3 und 4, der Drossel 6, der Pumpe 7 sowie des gesamten Speichers 10 und der Zapfleitung 13 notwendig.

Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal des Ausführungsbeispiels gemäß Figur zwei, das für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie Figur eins verwendet, liegt darin, daß gemäß Figur zwei neben dem Fluidwärmetauscher 8 ein zweiter Wärmetauscher vorhanden ist, der im Gegensatz zum Wärmetauscher 8 im oberen Bereich 26 des Speicherinnenraums 9 vorgesehen ist. Vorlaufseitig sind die beiden Wärmetauscher 8 und 25 über ein von einem Motor 27 gesteuertes Umschaltventil 28 an die Vorlaufleitung 3 angeschlossen. Die Rückläufe der beiden Fluidwärmetauscher 8 und 25 münden gemeinsam in die Rücklaufleitung 4. Im Zuge einer Vorlaufanschlußleitung 29 zum Wärmetauscher 25 ist eine Drossel 30 vorgesehen, die auf einen bestimmten Wert mittels einer Handhabe 31 einstellbar ist. Es besteht auch die Möglichkeit der laufenden Veränderung des Drosselwertes in Abhängigkeit von den Meßwerten über eine Stelleitung vom Steuergerät 16. Schließlich ist ein weiterer Temperaturfühler 33 im oberen Bereich 26 des Innenraums 9 des Speichers 10 vorgesehen, der über eine Meßleitung 34 mit dem Steuergerät 16 verbunden ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur zwei hat folgende Funktion: In Abhängigkeit vom durch den Temperaturfühler 14 festgestellten

Temperaturniveau des Innenraums 9 des Speichers 10 ist das Um-

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steuerventil 28 in Ruhestellung, das bedeutet, daß der Wärmetauscher 8 an den Sonnekollektor 1 angeschlossen ist. In diesem Bereich arbeitet die Anlage analog,wie im Anfang der Funktionsbeschreibung zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur eins beschrieben.

Steigt nun das Temperaturniveau im Innenraum 9 des Speichers 10 an oder soll der Innenraum des Speichers auf ein erhöhtes Tempe-

raturniveau gebracht werden, so resultiert vom Sollwertgeber 21 oder vom Temperaturfühler 14 ein entsprechender Meß- und Stellbefehl auf das Steuergerät 16, das den Motor 27 an Spannung legt, so daß das Umsteuerventil 28 den Wärmetauscher 8 vom Sonnenkollektor trennt und dafür den Wärmetauscher 25 im oberen Bereich des Speichers an den Sonnenkollektor 1 anschließt. Durch die Drossel 30 ist ein geringerer Fluiddurchsatz durch den Wärmetauscher 25 gewährleistet, so daß hier zunächst der obere Bereich des Speichers 10 auf ein erhöhtes Temperaturniveau aufgeheizt wird. Da der obere Bereich des Speichers aufgeheizt wird, ist nur ein Teil des Speicherinhalts in den Aufheizprozeß einbezogen, so daß das Aufheizen erheblich schneller vonstatten geht, als wenn durch Konvektion im Speicherinnenraum der gesamte Speicherinhalt aufgeheizt werden muß.

Es ist zweckmäßig, zunächst den oberen Teil des Speichers aufzuheizen, damit man relativ schnell Wasser von genügend hoher Temperatur zur Verfugung hat. Diese Aufheizung geschieht allerdings mit einem relativ schlechten Wirkungsgrad wegen

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des hohen Temperaturniveaus. Wenn die Aufheizung des oberen Speicherteils beendet ist, kann jedoch aufgrund der Sonneneinstrahlung noch genügend Energie zur Verfügung stehen, um auch den unteren Speicherinhalt auf ein höheres Temperaturniveau zu heben. Nach Abschalten des Ladevorgangs des oberen Teiles schaltet also der Sollwertgeber den Ladevorgang auf den unteren Speicherteil um. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich in dem Ladefluidkreis des unteren Wärmetauschers eine Orosseleinrichtung gemäß Fig. 1 angebracht sein, mit deren Hilfe auch das Temperaturniveau des unteren Speicherteils bis zur Maximal temperatur angehoben werden kann.

Wird während des Aufheizens des unteren Speicherteils warmes Brauchwasser aus dem oberen Speicherteil entnommen, so sinkt die Temperatur im oberen Teil möglicherweise unter einen am

Sollwertgeber einstellbaren Temperaturwert. Hierdurch wird bewirkt, daß der Ladevorgang wieder auf den oben angeordneten Wärmetauscher zurückgeschaltet wird, sodaß immer im oberen Speicherteil Brauchwasser von möglichst hoher Temperatur bereitgestellt wird.

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Leerseite

Claims

Joh. Vaillant KG DT 773 24. Juni 1977 Ansprüche

1. ) Steuerschaltung für einen Sonnenkollektor mit einem

Entladefluidrück- und -Vorlaufanschluß, einem dort über eine Pumpe angeschlossenen Verbraucherzweig und je einem Temperaturfühler im Vorlaufanschluß des Ko-llektors sowie im Verbraucher, wobei nach überschreiten einer Differenz zwischen beiden Temperaturmeßwerten die Pumpe in Betrieb gesetzt ist, Insbesondere nach Patent (Patentanmeldung P 2658 709.7),dadurch gekennzeichnet, daß der Aufladefluidstrom des Verbrauchers (10) nach Maßgabe der Temperaturdifferenz zwischen Sonnenkollektor (1) und Speicher (10) gesteuert ist.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit sinkender Temperaturdifferenz der Aufladefluidstrom gedrosselt ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Verbindungsleitungen (3, 4) zwischen Sonnenkollektor (1) und Verbraucher (10) eine querschnittsgesteuerte Drossel (6, 30) vorgesehen ist.

4. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderstrom der Pumpe (7) gesteuert ist.

5. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (10) mit wenigstens zwei Fluidwärmetauschern (8, 25) versehen ist, die über ein Umschaltventil (28) an den Sonnenkollektor (1) anschließbar sind und daß der Fluidstrom durch einen Wärmetauscher (25) einstellbar kleiner ist als durch den anderen (8).

6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fluidwärmetauscher (8, 25) in unterschiedlichen Höhenlagen im Verbraucher (10) angeordnet sind.

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