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Beschreibung
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Zum Stand der Technik wird beispielsweise hingewiesen auf die DT-OS
2555430, den Prospekt 'Dornier - Wärmerohr - Solarkollektoren' und die DT-OS 2601976.
Naoh diesem Stand der Technik ist für das Wärmeübertragungssystem vom Kollektor,
bzw. Kollektorkopf, zu den Wärmeverbrauchern ein erheblicher Aufwand nötig, in der
Regel ein Zwangumlaufkreis mit einer Umwälzpumpe und mit zahlreichen Ventilen, Schaltern
und Regeleinrichtungen zum Steuern dieses Zwangumlaufkreises. Der Zwangumlaufkreis
macht die Sonnenenergieanlagen auch anfällig gegen Netzstromausfall, bzw.
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es wird der Einsatz von Kollektoren mit guten Wirkungsgrad erschwert,
weil solche Kollektoren bei Ausfall des Zwangumwälzkreises eine so hohe Ruhe-, bzw.
Leerlauf-Temperatur erreichen, dass sie Schaden nehmen.
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Die Erfindung hat sich unter anderem das 7,iel gesetzt, Sonnenenergieanlagen
mit gutem Wirkungsgrad aufzuzeigen, die auch bei Netzstromausfall unter vollen Sonnensohein
betriebssicher sind oder sogar ungestört weiterarbeiten, das heisst ton Umwälzpumpen
weitgehend unabhängig sind, und dabei alt kleinem Bauaufwand, insbesondere auch
kleinem Aufwand für Steuerung und Regelung auskommen.
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Neben der Lösung der vorstehenden Aufgabe durch die Erfindung erzielte
Vorteilen a) Sehr niedrige Installationskosten, weil als komplette, gegebenenfalls
kompakte, Fertiganlage lieferbar; vom Dachboden ins Haus führt z.B. nur der Netzwasseranschluss
und der Brauchwasservorlauf, gegebenenfalls noch Anschlüsse für Zusatzerwärmung
durch elektrischen Strom oder durch die Zentralheizungsanlage.
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b) Die Anlage hat eine dem Gesamtwirkungsgrad stark zugutekommende
sehr kleine thermische Trägheit, weil das Übertragungssystem entweder extrem kurz
ist (z B. Fig. 1 - 3) oder sinen sehr kleinen Übertragungsfluid - Inhalt aufweist.
Die Erfidung ist daher für hochwertige, ebenfalls trägheitsarme Kollektoren,
das
hei@@t insbesondere Wärmerohe - Kollektoren, besonders vorteilhaft.
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c) Die erfindungsgemässe Anordnung des Speichers und/oder des Brauchwasserspeichers
im Dachboden oder jedenfalls nahe am Kollektor ermöglicht mit kleinem Aufwand für
Luftkanäle eine Abführung von Überinsolationswärme durch klappengesteuerte Wärmedämmungs
- Hinterlüftung. Damit lässt sich das für hochwertige Kollektoren schwierige Problen
der Uberinsolation mit relativ kleinem Aufwnad lösen. Frühere Vorschläge, die Überschusswärme
zur Erwärmung eines Primat - Schwimmbads zu verwenden, bringen keine befriedigende
Lösung, weil bei einer Hitzewelle das Freibadewasser ohnehin reichlich warm ist.
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d) Durch selbstregelnde Eigenschaften des Übertragungssystems ist
nur ein sehr kleiner Aufwand tür Regelung und Steuerung nötig.
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e) Die nötige Speicherkapazität wird entweder mit einem relativ kleinen
Druckspeicher (Brauchwasserspeicher) oder mit einem im wesentlichen drucklosen,
in stich abgeschlossenen Speicher verwirklicht. Hierduroh besteht ausreichende Sicherheit
selbst bei Erdbeben.
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f) Die nötige Speicherkapazität lässt sich im Dachboden verwirklichten;
damit wird nicht nur die Sonnenenergieanlage unabhängig von elektrischen Strom für
die sonst immer nötige(n) Umwälzpumpe(n), sondern der vom Sonnenwärmespeicher dann
freigelassene Kellerraum, mit grösserem Nutzwert als der Dachbodenraum nahe dem
Hausgiebel, bleibt frei für anderweitige Nutzung.
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Besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung und weitere
Merkmale fUr diese seien anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einen Brauchwasserspeicher
unmittelbar an Kollektor (Vertikalschnitt); Fig. 1a, 1b Beispiele für Kühlluftrippen
an der Absorberfläche des Kollektors; Fig. 2 eine besondere Variante einer Kühiluftabführung
(Vertikal schnitt); Fig. 3a - 3g verschiedene Arten der thermischen Kopplung des
Kollektors oit dem Kollektorkopf bzw. unmittelbar zit dem Brauchwasserspeicher,
teils im vertikalen Schnitt, teils in Seitenansicht; Fig. 4 einen Kollektor mit
Wärmedämmungs - Hinterlüftung, in einer auf die Dachfläche aufgesetzten Ausführungsform
(Vertikalschnitt); Fig. 5 ein vorzugsweise ventilloses Wärmeübertragungssystem mit
Speicher und Wärmeabgeber (Vertikalschnitt, im wesentlichen senkrecht zur Kollektorfläche);
Fig. 6 ein weiteres Wärmeübertragungssystem (Vertikal schnitt bzw. -Ansicht, im
wesentlichen gleichlaufend zur tollektorfläche); Fig. 7 ein weiteres Übertragungssystem,
mit kapillarem Futter im Speicherwärmetauscher und mit Absperr- bzw. Regelorganen;
Fig. @ ein weiteres Übertragungssystem mit Speicher und Wärmeabgeber, das illustriert,
wie Absperrorgane die Funktion eines kapillaren Futters im Speicherwärmetauscher
abernehmen können; Fig. 9 ein Beispiel für die Lehre der Erfindung bei nlchtkompakten
Systemen; Fig. 10 und 11 Beispiele für die Erfindung bei 'echtem' Wärmerohrkollektor;
Fig. 12 einen Druckbegrenzer .
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Fig. 13 eine Steuerungsmöglichkeit außerhalb des Übertragungssystems.
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Zur Erläuterung der Figuren sei auch die Patentansprüche hingewiesen,
in denen die meisten Bezugszeichen der Figuren vorkommen. Zum Anspruch 12 sei vorab
erläutert, dass hierdurch das Rückströmen des Kondensats nioht durch die Schubspannung
bzw. Reibung des mit hoher Geschwindigkeit in der Gegenrichtung strömenden Dampfes
behindert wird.
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Fig. 1 veranschaulicht eine Kompaktanlage, die in eine z.B. um 45
geneigte Dachfläohe 18 integriert ist. Vom Kollektor 10 ist nur drs obere Ende gezeigt.
Hinter einer transparenten Frontabdeckung 14, insbesonders einer Glasscheibe, verläuft
die Kollektorschwarzfläche, die hier aus mit Rippenflächen 12 versehenen Wärmerohren
11 besteht, dis nebeneinander aufgereiht sind, siehe auch den Unterteil der Fig.6.
Bei relativ steil gestellten Kollektoren, bei denen der reflektierte Strahlungsanteil
die Nachbarschaft belästigen kann, ist erfindungsgemäss die Oberfläche der transparenten
Frontabdeckung in der Weise uneben ausgebildet, dass ohne nennenowerte Verringerung
der Transparenz die reflektierte Strahlung wirksam gestreut wird. Jedes Wärmerohe
führt für sich ansteigend aus liegend angeordneten Brauchwasserspeicher 20.
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Dabei ist er Wärmeabgabeteil 19 hier als unmittelbarer Teil der Behälterwandung
ausgebildet und mittels der Löt-, insbesondere aber Schweissverbindungen 192 mit
dem übrigen Teil der Behälter.
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wandung verbunden. Der Xanal lla im Värmeabgabetell ist vorzugsweise
mit leichtem Gefälle zum Rohranschluss hin geführt um einen raschen Rückfluss des
Kondensats zu gewährleisten, dies gilt auch für die Beispiele nach Fig. 3. Hinter
der Schwarzfläche des Kollektors befindet sich die Rückwand - Wärmedämmung 13. Der
Kollektor 1c und der Behalter 20 sin zu einer statischen Einheit verbunden, was
durch die Strebe, bzw. den Tragrahmen, SO veranschaulicht ist, der über ein Halteteil
82 den Kollektor an zweckmässig auszuwählenden Bereichen hSlt und nittels Auflaeern
81 den Behälter 20 trägt. Der Temperaturdehnung des vom Kollektor zum Wärmeabgabeteil
19 führenden Stück der Wärmerohre ist Rechnung zu tragen.
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Hierzu ist als Beispiel eine Dehnfalte @3 in der oberen Stirnwand
des
Kollektors gezeigt. Gegenüber dem Dachstück 18a ist gegebenenfalls ausreichend Dehnspiel
84 u belassen. Vorzugsweise wird das Dachstück 18a als zur Kompaktanlage gehörend
ausgeführt und kann stich dann von seinem oberen Ende aus ausreichend verformen.
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Die erfindungsgemässe Kollektorrückwandkühlung wird auch durch Fig.
la, lb verdeutlicht. Die Längsrippen 12 sind an der Frontseite der Wärmerohre angebracht
und die Rückwanddämmung ist von hinten nur bis zur hinteren Rohrkontur geführt Hierdurch
entstehen auf einfachste Weise Spalte, die als Kühlluftkanäle 16, 16a, 16b genutzt
werden. Zum Erhöhen der Wärmeabgabe können vorteilhafterweise die Enden der Längsrippen
12 nach hinten abgewinkelt weitergeführt werden, wodurch Luftrippen 12c entstehen.
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Durch Klebestreifen 15 oder ähnliche dittel kann der Dohncpalt zwischen
zwei anstossenden Luftrippen staubdicht überbrückt werden, so dass die vorteilhafterweise
selektiv beschichtete Frontfläche 12a trotz des Kühlluftdurchsatzes staubfrei, und
damit wirksam bleibt. Als Luftkühlflächen wirken neben den Luftrippen auch die Rückseite
12b der Kollektorschwarzfläche und die Wärmerohre 11 selbst. Die Luftrippen können
vorteilhafterweise auch zum Distanzieren der Rückwanddämmung 13 herangezogen werden
und dazu gegenüber dieser auch abgewinkelt sein. Nach einer erfindungsgemässen Variation
sind die Luftrippen 12d gespreizt ausgebildet, Fig. 16, so dass sie beiderseitig
als Luftkühlfläche wirken. Die dichte Verbindung 15 ist dann am Fuss der Luftrippen
angebracht.
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Am unteren Ende der Kollektors sind Vorkehrungen für den Kühlluftzufluss
zu treffen, siehe Insbesondere Fig. 4, Pos. 17a. Der Kühlluftzufluss kann gegebenenfalls
während der Monate des Jahres, in denen Kühlung nötig ist, stets offen bleiben,
während der übrigen Monate dagegen gut wärmedämmend und dicht verschlossen werden.
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Als Luftabflussvorrichtung 17b ist ein gegebenenfalls über die ganze
Kollektorbreite reichender Schlitzkanal vorgesehen, dessen 180 äussere Wand auch
durch das Dachstück / gebildet sein kann. Diese Kollektor - Luftkühlung hat den
Vorteil, dass ohne grossen Mehraufwand eine relativ grosse Luftkühlfläche bereitgestellt
wird,
weil die zwangsläufig vorhandene Rückseite der Kollektorschwarzfläche
dafür herangezogen wird.
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In Fig. 1 ist auch gezeigt, dass der Behälter 20 als Luftkühlfläche
ausgenutzt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass rund um die Uhr gekühlt werden
kann, während die Kollektor - Luftkühlung nur wirksam ist, Wenn dieser ausreichend
stark besonnt ist. Zur Bildung von Behälter - Kühlluftkanälen 24b ist die Behälter
- Wärmedämmung 24k mit Abstand vom Behälter angebracht, der erfindungsgemäss auch
mit Luftkühlrippen 24m versehen sein kann, die auch zum Halten der Wärmedämmung
herangezogen werden können. Unten ist eine wenig Abstrahlung zulassende Kühlluftzuflussvorrichtung
24a vorgesehen, für die entsprechend das zur Kollektorkühlung Ausgeführte gilt.
Nach Fig. 1 sind auch die Wärmeabgabeteile 19 dem Kühlluftstrom ausgesetzt, auch
die in Fig. 1 nicht sichtbaren Behälterstirnseiten werden vorteilhafterweise mit
Kühlluftkanälen versehen. Die Kühlluftkanäle münden in eine gemeinsame, vorzugsweise
schliftzförmige Luftabflussvorrichtung 241, in welche nach Fig.1 auch der Abluftkanal
17 b eingeführt ist. Diese Luftabflussvorrichtung kann nach der Erfindung senkrecht
zur Zeichenebene so tief sich erstrecken wie der Behälter 20. im Luftstrom folgt
eine Absperrvorrichtung 24 d, die möglichst dicht schliessend und gut wärmedämmend
auszuführen ist, insbesondere als wärmegedämmte Klappe, mit aussen liegender Drehachse
24 h. Das anschliessende Abluftkanalstück 24 i mündet in einen Luftauslass, meist
Dachauslass, 18 b, der regen- und schneedicht auszuführen ist.
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Bei entsprechend luftdurchlässiger Dachdeckung kann auch auf einen
besonderen Auslass verzichtet werden. Die Bereiche 18 b, 18 a, 10 und der Speicher
können erfindungsgemäss eine Liefereinheit darstellen. Bevorzugt ist der Behälter
20 ungefähr so lang wie die Breite des Kollektors 10 bzw. mindestens wie die Aufreihungslänge
1, Fig. 6, der Umlaufsysteme des Kollektors.
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Die Absperrvorrichtung 24 d soll öffnen, bevor in Behälter 20 und/oder
Kollektor 10 eine schädliche Übertemperatur auftritt.
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Bevorzugt ist dazu am Behälter 20 ein - gegen den Kühlluftstrom wärmegedämmtes
- temperaturempfindliches Dehnstoffelement 24 e vorgesehen, das auch die Energie
liefert, um mittels einer Verstelleinrichtung 24 r, s.B. über einen Schwenkhebel,
bzw.
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-stange, 24 g, beim Erreichen der Grenztemperatur die Absperrvorrichtung
24 d zu öffnen bzw. entsprechend wieder zu schliessen.
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Da der Kühlluftumlauf durch Kaminwirkung vorgesehen ist, bleibt die
Anlage unabhängig vom Stromnetz; denn der Wärmetransport nach unten ins Haus erfolgt
z.B. durch den Druck des Leitungswassers -Anschluss 21 - durch den Brauchwasservorlauf
22. Wenn der Brauchwasserspeicher 20 z.B. einen Durchmesser von 65 cm hat, ergibt
sich bei ca. 120 cm Länge, was der Kollektorbreite entsprechen kann, ein Volumen
von ca. 400 ltr.
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Mit 63 ist eine elektrische Zusatzheizung im mittleren Bereich der
Behälterhöhe angedeutet. Statt dessen kann im Rahmen der Erfindung auch, mit oder
ohne entsprechende Verkleinerung des Behälters 20, ein eigener, im Brauchwassers
in Reihe nachgesohalte ter Brauchwasser - Nacherwärmer, z.B. mit vertikaler Achse
ähnlich Pos. 60 in Fig. 5, vorgesehen sein, der durch Schwachlaststrom und/oder
eine Zentralheizungsanlage, aber auch durch Gas aus den Netz oder der Flasche, beheizt
sein kann.
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Die vorstehend zu Fig. 1 angeführten Merkmale können im Rahmen der
Erfindung weitgehend auch bei den durch die anderen Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen
Anwendung finden.
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Als Dachauslase 18 b ist oft auch eine Ausführung am Dachfirst vorteilhaft,
Fig. 2, wodurch auch die Sogwirkung des Windes ausgenutzt werden kann, wenn die
Abdeckung 18 o strahlpumpenartig ausgebildet wird, und wodurch die volle Höhe des
oberen Dachteils für die Kaminförderung der Kühlluft ausgenutzt wird, bzw. ein grösserer
Anteil der Dachhöhe vom Kollektor eingenommen werden kann.
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Die Kühllauf - Abflussvorrichtung l# b kann auch unabzhängig von einer
etwaigen Luftabflussvorrichtung des Behälters geführt worden, das heisst gegebenenfalls
mit eigener Absperrvorrichtung, bevorzugt auch mittels Dehnstoffelement temperaturgesteuert,
vorteilhafterweise ebenfalls von einer Speichertemperatur.
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Fig. 3 8 - 3 R veranschaulichen illr die Erfindung besonders vorteilhafte
thermische Ankopplungen des Kollektors entweder unmittelbar an einen Brauchwasserspeicher
20 oder an einen'Kollektorkopf' 25. Fig. 3 a, 3 b, 3 o zeigen eine geschraubte wärmeleitende
Flanschverbindung 191 mit Schrauben 194. Die Wärmeleitung in der Verbindung kann
durch wärmeleitende Massen wie Graphit, Weichlötmetall, insbesondere auch Klebstoffe,
bevorzugt emulgiert mit Metallpulver, stark erhöht werden; Fig. 3 b zeigt eine T
- Form für die Kanäle 11 a, 11, 11 a, Fig. 3 O dagegen eine L - Fon, und zusätzlich
einen stirnseitigen Anschluss des Wärmerohres 11 am Wärmeabgabeteil 19. Bei 22 ist
eine vorteilhafte brauchwasserseitige Parallelschaltung zweier Behälter 20 gezeigt.
Fig. 3 d veranschaulicht einerseits eine Bauform entsprechend Fig. 1, andererseits
auch eine Variation von Fig. 3 b mit einstückig ausgeführtem Wärmeabgabeteil, 19.
Nach Fig. 3 e sind die wärmeabgebenden Bereiche 19 der Wärmerohre 11 flachgedrückt,
die eine Seite ist der Kontur des Behälters 20 bzw. 25 angep@sst und damit verlötet
- 195 - oder mit Spannbändern angep@sst und verklebt.
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Gemäss Fig. 3 f sind die L- förmigen Enden der Wärmerohre durch Flanschöffnungen
193 in den Behälter 20 bzw. 25 eingewinkelt.
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Mit einer ton oben nach unten - Verbindungsleitung ist eine oft vorteilhafte
brauchwasserseitige Hintereinanderschaltung benachbarter Brauchwasserbehälter gezeigt.
Fig. 3 g schliesslich zeigt, dass die Enden 19 der Wärmerohre 11 ähnlich elektrischen
Heizwiderständen durch Flanschöffnungen 193 in den Behälterraum ragen.
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Fig. 4 ist weitgehend schon durch die bisher erläuterten Bezugszeichen
verständlich. Im mittleren Bereich der Darstellung ist anstelle des Vertikalschnitts
ein quer dazu verlaufender Schnitt gezeigt.
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Die Rippenflächen 12 sind hier mittig an Wärmerohre 11 angesetzt und
zusätzliche Luftrippen 12 e sind vorgesehen, die gegebenenfalls abgewinkelte Fortsetzungen
12 f aufweisen. Die Kühlluftkanäle sind hier alt 16 o bezeichnet. In der unteren
Stirnseite des Kollektorrahmens sind schlitzförmige lange Luftzuflussöffnungen 17
a vorgesehen, die zur Verringerung von Abstrahlungsverlusten und zum Vermeiden des
Eindringens von Regen abgewinckelt, z.B. vertikal, verlaufen. Am oberen Ende verläuft
der Kollektor unter die Dachhaut 18 und mittels Einbindeteilen 18 d ist eine wetterdichte
Verbindung hergestellt. Die Wärmerohre 11 biegen hier zum Brauchwasserspeicher 20
oder zum Kollektorkopf 25 ab und sind mit Wärmedämmung versehen. Eine vorzugsweise
schlitzförmige Kühlluftabfluss-Vorrichtung 17 b ist duroh die Absperrvorrichtung
24 d, insbesondere eine wärmegedämmte Klappe, gesteuert verschliesstar. Das Format
der rechteckigen Klappe hat vorzugsweise eine Länge, die ungefähr der Kollektorbreite
entspricht. Die Kühlluft wird hier einfach unter das Dach geleitet und soll bevorzugt
am First abströmen.
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Mit Fig. 5 wird eine weitere Grundausführung der Erfindung verdeutlioht.
Rin Behälter, der einen Kollektorkopf 25 darstellt, ein Wärmeabgaber 60, der vorzugsweise
durch einen Brauchwasserspeicher gebildet wird, aber auch der Anfang eines anderen
Heizungssystemes sein kann, und ein Wärmespeicher 50 bilden je eine Baugruppe. Der
Kollektorkopf ist an Wärmerohre 11 thermisch gekoppelt, vorzugswelse mit einer bei
ier ilontaas herstellbaren Verbindung, derart, dass keine echte kältetechnische
Montage nötig wird, siehe die Beschreibung der übrigen Figuren. Der Wärmeabgeber
60 hat eine durch kondensierenden Dampf beheizte Heizeinrichtung 61, bei einer stehenden
Ausführung z.B. einen Heizmantel, was unter anderem den Vorteil bringt, dass die
Brauchwasserseits der Heizflche besonders 6ut gereinigt werden kann, vergleiche
dazu auch die lösbaren Flanschverbindungen 64, 64 a, welche den Zugang zum Brauchwasserraum
ohne Öffnen des Wärmeübertragungssystems 30 ermöglichen.
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Der Speicher 30 hat eine Wärmetausch - Einrichtung, bzw. Wärmetauschfläche
31, die z.B. durch den Speicherstoff hindurchführt und deen Innenrad 55 ebenfalls
durch kondensierenden Dampf beheizt wird - Kondensationsfläche 52 - . Die Speicher
- Wärmetauschfläche 51 wird insbesondere duroh eine oder mehrere vom Dampfeintritt
zum Kondensataustritt fallend geführte, insbesondere gerade, Rohrstrecken gebildet,
siehe Fig. 6 . Die Rohrstrecke kann vorteilhafterweise auch U - oder schlangenförmig,
itt fallenden Schenkeln, sein. Der Speicher - Wärmetauscher 51 und der Wärmeabgaber
- Heizer 61 sind über dem Flüssigkeitsstand, z.B.
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26, des Kollektorkopfes angeordnet. Hierdurch kann von Heizer 61 keine
Wärme rückwärts in den Kollektorkopf und/oder den Speicher übertragenden werden.
Damit jedoch die Wärmetauchfläche des Speichers auch als Verdampfer 53 wirken kann,
ist sie - vorzugsweise teilweise - erfindungsgemäßes mit einem kapillaren Futter
54 bzw. einer selber kapillar gestalteten Oberfläche versehen, die, bzw.
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das, erfindungsgemäßes an seinem unteren Ende in den stets mit Flüssigkeit
gefüllten Bereich des Wärmeübertragungssystems eintaucht. Das die drei Baugruppen
verknüpfende, in sich geschlossene Wärmeübertragungssystem 30 besteht aus dem Inneren
des Kollektorkopfes 25, den Speicher - Wärmetausch - Innenraum 55, dem Wärmeabgaber
- Heizer, sowie diese Bereiche verknüpfenden Dampf- und Kondensatleitungen. Fig.
5 weist hierfür im einzelnen auf einen kollektorkopfae#igen Dampfleitungsast 31,
einen speicherseitiger Dampfleitungsast 31 b und einen wärmeabgaberseitigen Dampfleitungsast
32, ferner ein vom Wärmeabgaber zu einer Zusammenführung führendes Kondensatleitungsstück
35 und ein vom Speicher zum Kollektorkopf führendes Kondensatleitungsstück 36.
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Das System ist nach Art von @erkinsrohren evakuiert und mit eine geeignet
ausgewählten, im Betriebstemperaturbereich bei einem nicht zu hohen Dampfdruck verdampfenden
und kondensierenden Fluid gefüllt, z.B. einem der üblichen Kältemittel, siehe Flüssigkeitsspiegel
26. Das System hat neben den bekannten Vorteilen ton Rückflusskondensationssystemen,
bzw. Wärmerohren, bei sehr kleinem Bauaufwand überraschende selbstregelnde Eigenschaften,
die beispielsweise für solare Brauchwassererwärmung angedeutet seien:
Wegen
los Kapillarfutters 54 kann die Temperatur ig Kollektorkopf und im Wärmesbgeber
allenfalls vorühergehend unter die Speichertemperatur absinken, durch Verdampfung
am Kapillarfutter hält der Speicher die beiden anderen Baugruppen auf seiner jeweiligen
Temperatur. Solange der Kollektorkopf seinerseits durch Wärmerohre oder Parkinerohre
beheizt wird, kann jedoch keine Wärme vom Speicher in den Kollektor zurückfliessen.
Steigt durch Insolation die Temperatur in den Wärmeabgabeteilen 19 über die Systemtemperatur
Speichertemperatur, so werden der Brauchwasserspeicher 60 und der Speicher 50 beheizt.
Im Sommer wird die Speichertemperatur oft über 50° sein, das heisat ind Brauchwasser
wird nach plötzlicher ausgiebiger Entnahme jederzeit durch den Speicher nacherwärmt.
Andererseits steigt bei sehr starker Insolation wegen der vergleichsweise grossen
Wärmekapazität des Speichers (z.B. das Zahn- oder wehrfache der des Brauchwasserspeichers)
auch die Brauchwassertemperatur nur langsam über r.R. 50., d.h. der Speicher wirkt
als Puffer. Im Winter, wenn die Speichertemperatur z.B. auf 25° abgesunken ist,
stellt es keinen Vorteil der, dass der Brauchwasserspeicher und der Speicher gleichermassen
beheizt werden. Wenn der Brauchwasserspeicher bevorzugt beheizt werden könnte, liessen
sich auch an einem sonnigen Wintertag 50° Brauchwassertemperatur erreichen. Dies
fällt aber nicht sehr ins Gewicht, weil bei einer auf Sommerbetrieb ausgelegten
solaren Brauchwassererwärmung in Winter das 3rauchwasser sowieso überwiegend nicht
solar erwärmt werden auss und eine Verwärmung des Brauchwassers von z.B. 10° auf
z.B. 25°kommt jedenfalls zum Zug.
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Das beschriebene Betriebsverhalten fiele bei in absehbarer Zeit wirtschaftlich
werdenden solaren Ganzjahres - Heizanlagen stärker ins Gewicht, kann dann jedoch
durch die erfindungsgemässe Anordnung eines Absperrventils 40 im speicherseitigen
Dampfleitungsast 31 b (Fig. 7,8) auch vermieden werden. Die vorstehend und nachstehend
beschriebenen Wärmeübertragungssysteme 30 werden auch losgelöst von den übrigen
Merkmalen, insbesondere der solartechnischen Anwendung, als Erfindung beansprucht.
Pos. 25 Ist dann eine andere Wärmequelle und Pos. 50, 60 sind zwei Wärmesenken,
die auf die geschiederte besondere Weise beheizt werden können. Für den Wärmeabgeber,
bzw.
Brauchwasserspeicher 60 ist noch anzumerken, dass er mit 21 unten einen Zulauf,
mit 22 oben einen Ablauf aufweist. Mit 62 ist nahe der Kondensatabführung ein Anschluss
bezeichnet, der für Entlüftung, Füllung und/oder zum Anschluss eines Inertgasbehälters
bestimmt ist. Wenn Zusatzbeheizung durch Schwachlaststrom vorgesehen wird, soll
im Wärmeabgeber 60 ein elektrisches Heizelement 63 angeordnet sein. Thermisch besonders
günstig ist die Nacherwärmung des bei 22 abgezogenen Brauchwassers erst kurz vor
der Verbrauchsstelle, im Durchlauf, mittels Hetzgas oder Flaschengas.
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Zum Abführen sommerlicher Überwärmung können erfindungsgemäss auch
die Speicher 50 Kühlluftkanäle 24 c aufweisen,insbesondere zwischen ihrer Oberfläche
und ihrer Wärmedämmung 50 a. Dazu ist ein Kühlluft -Zufluss 24 a angedeutet, eine
Luftabflussvorrichtung 24 l, Absperrvorrichtung 24 i und Abluftkanalstück 24 1.
Die Absperrvorrichtung 24 i wird vorteilhafterweise von Grenzwerten der Temperatur
des Speichers 50 gesteuert, siehe Einzelheiten nach Fig. 1 . Dcn Speicher 50 kann
man sich in Fig. 5 liegend denken, mit einer Länge (senkrecht zur Zeichenebene)
von einem oder mehreren Metern, siehe auch Fig. 6 .
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Nach einer erfinderischen Variante soll der Speicher 50 gemäss Fig.
5 anstelle von Warmwasser auch mit Latentspeicherstoff gefüllt sein.
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Wenn essen Schmelz- uni Erstarrtemperatur zwischen ca. 45° und 65-
C liegt, möglichst hysteresefrei, kann die Brauchwassertemperatur über einen besonders
grossen Teil des Jahres, bei kleinem Speichergewicht und -volumen, in diesem Temperaturbereich
gehalten werden. Ein derartiger, richtig bemessener, Latentspeicher, hat im Temperaturbereich
unterhalb seiner Schmelztemperatur eine viel kleiners Wärmekapazität als ein entsprechend
bemessener Warmwasserspeicher. Dies bedeutet, dass der oben geschilderte Winter
- Nachteil stark gemildert wird, das heisst im Betriebstemperaturbereich unterhalb
der Schmelztemperatur ein grosser Anteil der Solarwärme unmittelbar dem 3rauohwacser
zugeführt werden kann. Mit 51 sind äussere Rippen an der Speicherwärmetauschfläche
bezeichnet, durch welche die Wärmeübertragung an den Latentspeicherstoff bzw. das
Warmwasser sich erheiblich verbessern lässt. Wegen der Lagertemperaturgleichheit
zwischen Speicher 50 und Kollektorkopf 25 ist es vorteilhaft, beide mit gleicher
Länge aussuführen
und durch eine gemeinsame wärmedämmung zu umgeben,
50 a .
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Erfindungsgegemäss ist eine besonders vorteilhafte Liefer- und Montageform
für Fig. 5, aber auch Fig. 6 - 8, die folgende: Jeder Kollektor (deren oberes Ende
ist Pos. 19, Breite eines Kollektors s.B. 1,2 m) wir als eine fertige Baueinheit,
schon mit seinem Wärmeübertragungsfluid gefüllt, geliefert. Eine weitere fertige
Liefereinheit stellen Kollektorkopf- Speicher- Wärmeabgebar und zugehöriges Wärmeübertragungssystem
ier, auch hir ist das Wärmeübertragungsfluid schon eingefüllt und das System in
sich betriebsfertig. Seine 'Länge' entspricht angenähert der Gesamtbreite des Kollektor
tzw0 der nebeneinander angeordneten Kollektoren. Aus Gewichtsgründen wird jedoch
der Speicher leer, das heisst ohLe Speicherstoff, geliefert und montiert. Auf der
Baustelle werden nach dem Einbau der Einheiten die Wärmeabgabsteile 19 der Kollektoren
mit dem Kollektorköpf## mit guter thermischer Kopplung verbunden. Der Speicherstoff
wird eingefüllt, gegebenenfalls werden leichte sperrige Teile der Luftkühlung des
Speichers uni/oder des Kollektors jetzt montiert, und natürlich auoh die -A nötigen
Wärmeabgeber-, z.B. Brauchwassera/nschlüsse hergestellt.
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Erfindungsgemäss wird der Speicher oft von der wärmedämmässig idealen
Kugelform abweichen und einen Zylinder, auch von relativ grosser Schlankheit, bilden.
Gründe dafür können sein: Zusammenfassung zu einer inheit mit dem relativ langen
Kollektorkopf, gute Ausnutzung der Dachhöhe fur den Kollektor, weil der Speicherdurchmesser
entsprechend der grösseren Speicherlänge sich verringert und der Speicher dann weniger
Dachhöhe wegnimmt, und/oder wenig aufwendige Lagerung des Speichers an dessen unten
auf zwei tragenden Wänden des Hauses.
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Die im Wärmeübertragungssystem bei Änderungen der Systemtemperatur
auftretenden Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels sind klein und lassen sich mithilfe
der Thermodynamik isochorer Syteme berücksichtigen.
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Die Fig. 6 erläutert, weil sie einen Schnitt in Richtung des Pfeiles
6 der Fig. 5 darstellt@ auch die Figur 5. Andererseits zeigt sie dieser gegenüber
einige Variationen, z.B. die Anordnung des Wärmeabgebers 60 in der Verlängerung
des Speichers 50, wodurch die Anlage erheblich höher in den @iebel des Gebändes
gerückt werden kann. Für den Speicher wird der Dampf vom Kollektorkopf an einem
Ende abgezogen, das Kondensat dagegen am anderen Ende über ein Kondensatleitungestück
36 a zugeführt, während das Kondensatleitungsstück 35 a des eine kleine Horizontalerstreckung
aufweisenden Wärmeabgebers am 'Dampf'- Ende in den Kollektorkopf mündet. Ein gemeinsames
Dampfleitungsstück 31 a verläuft hier zwischen Speicher und Wärmeabgeber nach oben
zur Gabelungsstelle 46. von der aus, wie auch nach Fig. 5, die Leitungsäste 32 a
und 31 b vorteilhafterweise fallend verlaufen.
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Pig. 6 illustriert auch, wie der Speicher und der Kollektorkopf ungefähr
so lang sind wie die Breite des Kollektors bzw. mindestens wie die Aufreihungslänge
1 der Umlaufsysteme des Kollektors. Für den hier vorzugsweise im ganzen mit Latentspeichermasse
gefüllten Speicher ist gezeigt, dass die Längen der Rippen 51 a entsprechend dem
Fallen des Wärmetauschrohrs 51 sich ändern, so dass die ganze Speichermasse gut
thermisch angekoppelt ist.
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Der Speicher ist hier im Querschnitt gegebenenfalls nicht rund, sondern
hat einen ebenen oberen Deckel. Speicher 50 und Kollektorkopf 25 sind als Einheit
von der Wärmedämmung 50 a umschlossen, und nach einer erfinderischen Variante auch
der Wär@enbgeber 60.
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Vorteilhafterweise wird, wie auch zu Fig. 3 nachzutragen ist, mit
den Wärmeabgabeteilen 19 entlang dem Kollektorkopf die ganze Kollektorbreite ausgenützt.
Wenn es fertigungstechnisch wegen des Kapillarfutters 54 zu schwierig ist, das/die
Wärmetauschrohr (@) 51 abzubiegen, kann auch ein gerader Verlauf gewählt werden.
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Dabei kann das (können die) Wärmetauschrohr (@) 51 vorteilhafterweise
auch durch de@ Mantel des Speichers oben eingeführt und unten ausgeführt sein.
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Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem durch das Einfügen eines
oder mehrerer, vorzugsweise stopfbuchsloser, Ventile im das Übertragungssystem eine
optimale Steuerung des Wärmetransportes vom Kollektorkopf in den Wärmeabgeber oder
in den Speicher und vom Speicher im dem Wärmeabgeber ermöglicht wird. Selbst wenn
diese Ventile elektrisch gesteuert sind, besteht hinsichtlich der Netzstromabhängigkeit
ein erheblicher Unterschied gegenüber den bekannten Systemen oit Umwälzpumpen, bei
deren Ausfall hochwertige Kollektoren nur schwer vor Überhitzen zu bewahren sind.
Die Systeme nach der Erfindung lassen sich nämlich so ausführen, dass erfindungsgemäss
bei Ausfall elektrischer Steuerkreise ein oder mehrere Wärmeverbraucher für dem
Kollektor eingeschaltet sind, so dass die Wärmeabgabe vom Kollektor gewährleistet
ist.
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In Fig. 7 ist als weitere Variation ein dickerer liegender Speicher
50 vom z.B. 1,7 m Durchmesser und ungefähr gleicher Längenerstreckung gezeigt. Als
Speicherwärmetauschfläche 51 genügt gegebenenfalls ein einziges vertikales Rohr,
das vorteilhafterweise äussere Längsrippen aufweisen kann. Der Wärmeabgeber 60 ist
hier ausgeführt und zwischen Kollektorkopf 25 und Speicher möglichst raumsparend
angeordnet und hat gegebenenfalls ungefähr die gleiche Länge wie der Speicher. Der
Wärmeabgeber - Heizer 61 durchzieht als leicht geneigtes Rohr den Zylinder 60 der
Länge nach. DI der Kollektorkopf 25 eine grosse Erstreckung senkrecht zur Zeichenebene
hat, s.B. gleich der des Speichers und/oder des Wärmeabgebers, genügt die relativ
kleine gezeichnete Schwankung des Flüssigkeitsspiegels, um ein Schwankungsvolumen
bereitzustellen, das gleich dem Speicher - Wärmetauscher - Innenraum 55 und gleich
dem Innenraum des Wärmeabgeber - Heizers 61 ist. Auch Kollektorkopf kann erfindungsgemäss
ein kapillarer Oberflächenteil 25 a vorgesehen sein, z.B. und bei der besagten Spiegelschwankung
im Kollektorkopf auch in Fällen, in denen die Wärmeabgabeteile 19 @h@r seitlich
am Kollektorkopf angeordnet sind, eine gute thermische Kopplung s'a gewärleisten.
Die Teile 19 werde bevorzugt wieder erst auf der Baustelle mit dem Kollektorkopf
25 gut wärmeleitend verbunden.
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Ein Ventil wie eingangs zu Fig. 7 erwähnt soll im speicherseitigen
Dampfleitungs@st 31 b angeordnet sein - Ventil 40 - während mit 40 a das gleiche
Ventil an einem alternativen Platz gezeigt ist, an dem sich kein Kondensatsack bilden
kann. Es bedeuten: tRK - Ruhetemperatur, auch 'Leerlauftemperatur', des Kollektors,
d.h. wenn von ihm keine Wärme abgenommen würde; tSP - mittler@ Temperatur des Speicherstoffs
(in Fig. 7 z.B.
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Warmwasser); tW@ - mittlere Temperatur im Wärmeabgeber 60, z.B. mittlere
Brauchwassertemperatur, wenn es sich um einen Brauchwassererwärmer handlet; t@ -
Siedetemperatur im Wärmeübertragungssystem 30.
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Ein Anwendungsfall für das Ventil 40 ist z.B. folgender: Mässig sonniger
Wintertag nach sonnenloser Kälteperiode.
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tRK = 70°C; tSP = @; TWa = 25@. Das Ventil 40 wird geschlossen.
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Der im Kollektorkopf entstehende Dampfdruck drückt Flüssigkeit, d.h.
Kondensat, im Speicher - Wärmetauschrohr 51 hoch, dort wird keine nennenswerte Wärmeleistung
abgegeben. Der Wärmeabgeber -Heizer 61 dagegen wird durch kondensierenden Dampf
voll beheist, z.B. t@ = 36°. Die U - Strecke 45 in dem vom Speicher führenden Kondensatleitungsstück
36 ermöglicht, dass dort in stabiler Schichtung das kälters Kondensat des Speicherwärmetauschrohrs
(mit z.B.
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20°) in das wärmere Kondensat mit t@= 36° des aktiven Systemteils
übergeht.
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Erfindungsgemäss kann auch im wärmeabgeberseitigen Dampfleitungs-@st
32 ein Ventil, 41, vorgesehen sein. Ein Anwendungsfall für dieses Ventil ist z.B.
folgender: Heisser Sommertag, das Brauchwasser im Wärmeabgeber 60 ist bereits auf
der Solltemperatur von z.B. 55°C. Weitere Brauchwasserwärmung sollte wegen Inkrustationsneigung
des Netzwassers veraieden werden.
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tSP = 60°, tRK = 150°. Das Ventil 41 wird geschlossen. Der im Kollektorkopt
entstehende Dampfdruck drückt Kondensat in den Wärmeabgebar - Heizer, dieser wird
nicht nennenswert beheizt.
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Auch hier sorgt eine U - Strecke 44 in dem vom Wärmeabgeber führenden
Kondensatleitungsstück 35 für eine stabile Schichtung des Kondensatz von ca. 55°C
gegenüber dem Kondensat mit höherer Temperatur im aktiven Kondensatleitungsstück
36. Der Speicher dagegen wird intensiv beheizt, s.B. t@ . 82 In weniger häufigen
Fällen, z.B. wenn - abweichend von Fig. 7 -der Kollektorkopf weiter entfernt vom
Speicher, und gegebenenfalls auch vom Wärmeabgeber, liegt, kann auch ein Ventil
42 im kollektorkopfseitigen Dampfleitungsast vorteilhaft sein. Dazu sollte dann
da Flüssigkeits - Reservevolumen in den Kondensat-Leitungsstück 35 und z.B. im unteren
Teil des Speicherheizers so gross bemessen sein, dass der Umlaufkreis Speicher -
Wärmeabnehmer funktionsfähig bleibt, d.h. das Kapillarfutter 34 immer noch im Kondensat
eintaucht, wenn der Kollektorkopf und das anschliessende Dampfleitungsstück bie
zum Ventil 42 mit Kondensat gefüllt sind, wobei die U - Strecke 48 die 'Temperaturscheide'
bildet. Ein Anwendungsfall für dieses Ventil Ist folgender: Kalter sonnenloser Wintertag
nach milder, sonnenreicher Periode.
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tRK " -5°C. Es lohnt sich, un Wärmeverluste zu sparen, den Kollektorkopf
auskühlen zu lassen, d.h. das Ventil 42 wird geschlossen, die vorstehend beschriebene
Auffüllung tritt ein.
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Die Ventile 40 und 41 bleiben offen. tSP = 50. Am Kapilarfutter 54
verdampft Flüssigkeit, der Dampf strömt durch die Ventile 40 und 41 zum Wärmeabgeber
- Heizer 61 und heizt z.B. da Brauchwasser auf ca. 30. auf. Kondensat strömt über
die Zusammenführung 47 im Kondensatleitungsstück 36 zum Speicher. Das Ventil 40
soll demnach für Dampfdurchgang in beiden Durchflussrichtungen geeignet sein.
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Im Winter kann erfindungsgemäss dagegen auch die Restwärme des Speichers,
z.B. tSP <20°, verwendet werden, um den Kollektorkopf zu temperieren, z.B. nachte,
zu dem Zweck, den Druck im System
nicht zu stark absinken zu lassen,
z.B. um - bei geeigneter Wahl des Wärmeübertragungsmittels - Unterdruck im System
u vermeiden.
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Hierzu muss Ventil 42 offen oder nicht vorhanden sein und Ventil 40
geöffnet ein. Der Wärmeabgeber kann dabei stabil eine höhere Temperatur haben als
die Temperatur des Systems Speicher - Kollektorkopf. Zu weiteren Bezugszeichen in
Fig. 7 siehe die Erläuterungen der anderen Figuren und die Ansprüche. Fig. 7 zeigt
auch für rioh die Wärmedämmung 60 a des Wärmeabgebers 60.
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Zu Fig. 8 sei zunächst auf die Erläuterungen zu den vorhergehenden
Figuren verwiesen, nach denen auch für Fig. B bereits gezeigt ist, dass durch den
Kollektorkopf 25 eine gesteuerte Beheizung des Speichers 50 bzw. des Wärmeabgebers
60 erfolgen kann. Zusätzlich ist jedoch ohne Kapillarfläche im Speicher - Wärmetauscher
51 eine Beheizung des Wärmeabgebers durch den Speicher ermöglicht. Hierzu ist eine
vorzugsweise stopfbuchslose Absperrvorrichtung 42 im kollektorkopfseitigen Dampfleitungsast
31 a vorgesehen und nicht nur die Anordnung des Speicher - Wärmetauschers 51 über
den Niveau des Kollektorkopfes, sondern auch die Anordnung des Wärmeabgebers Heizers
61 über dem Niveau des Speicher - Wärmetauschers 51. Das Ausgleichsvolumen 28 im
Kollektorkopf ist mindestens gleich dem Innenraum des Speicher - Wärmetauschers
51 bemessen, der einer seite ungefähr gleich dem Innenraum des Brauchwasser - heizers
61 ist, gegebenenfalls auch gleich der Summe beider Innenraumvolumina.
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Die Betriebsweise zum Auffüllen des Speicher - Wärmetauschers 51 mit
Kondensat, so dass dieser gegenüber dem Wärmeabgeber - Heizer 61 als Verdampfer
betrieben werden kann, sei mit folgendem Fall erläutert: Nachmittag@ eines sonnigen
Tages, die Ventile 42, 40 sind geöffnet, der Kollektorkopf beheizt den Speicher,
da der Brauchwassererwärmer 60 schon auf seine Solltemperatur von z.B. 55 aufgeheizt
ist.
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Z.B. tSP = 60° , d.h. Ventil 41 ist geschlossen und durch den Dampfdruck
ist Kondensat in den Brauchwasserheizer 61 hochgedrückt. Bovor nun sm spärteren
Nachmittag tRK unter etwa 70° sinkt (jeweils eine deutliche Spanne über der jeweiligen
Speichertemperatur), wird das Ventil 41 kurs geöffnet, d.h. der Brauchwasserheizer
61
wird kurz beheizt, wobei dessen Kondensatfüllung in die Leitung
35 abfliesst, es stellt sich - von den Betriebsströmungswiderständen abgesehen -
der Flüssigkeitsspiegel 26 durchgehend ein.
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Nun wird das Ventil 42 geschlossen. Dadurch kann vom Kollektorkopf
kein Dampf sehr abströmen, d.h. eine nennenswerte Wärmeleistung wird nicht mehr
abgegeben. Hierdurch steigen im Kollektorkopf Druck und Temperatur bis auf tRK von
s.B. 70°. Duroh den entepreohenden Druok wird vom Dampfpolster das Kondensat in
den Leitungen 36 und 35 hochgedrückt, d.h. der Speicher - Wärmetauscher 51 wird
gefüllt, z.B. bis auf des Niveau 27, das sich auch in der Leitung 35 eingestellt.
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Dabei sinkt der Flüssigkeitsspiegel im Kollektorkopf auf z.B. 27 a.
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lun wird zwischen der Zusammenführung 47 und dem Kollektorkopf das
Ventil 38 geschlossen. Wenn gerade keine Beheizung des Brauchwasserspeicher 60 gewünscht
wird, wird das Ventil 41 geschlossen, wodurch der Flüssigkeitsspiegel im Speicher
- Wärmetauscher 51 gegenüber 27 nach unten gedrückt wird und in der Leitung 35 bzw.
dem Wärmeabgeber - Heizer 61 steigt. Wenn, z.B. am nächsten Morgen, neues Brauchwasser
erwärmt werden soll, wird das Ventil 41 geöffnet.
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Hierdurch gleichen sich die Flüssigkeitsspiegel im Speicher - Wärmetauscher
51 und Brauchwasserheiser 61 bzw. Leitung 35 weitgehend aus, der Speicher - Wärmetauscher
arbeitet als Verdampfer, der Dampf beheizt das Brauchwasser indem er im Brauchwasserheizer
61 kondensiert.
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Während der nächtlichen Abkühlung sei tRK auf z.B. 5°C gesunken.
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Da die Ventile 42 und 38 geschlossen sind, stellt sich - Je nach Dampfdruckkurve
des Wärmeübertragungsfluide - im Kollektorkopf gegebenenfalls Unterdruck ein.
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bei plötzlichen Wetterumschwüngen ist es möglich, dass der Speicher
-Wärmetauscher nicht rechtzeitig in der vorstehend beschriebenen Weise mittels Sonnenenergle
aufgefüllt werden kann. In diesem Fall springt die Ausfüllheizung 23, z.B. elektrisch
betrieben, ein.
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Dabei muss nicht das ganze Flüssigkeitsvolumen des Kollektorkopfs
erwärmt werden, sondern im Prinzip nur die Schicht am Flüssigkeitsspiegel,
die
den zur Flüssigkeitsverdrängung nötigen Dampfdruck bestimmt. In Fig. 8 ist in den
Teilvolumen, in dem das Bezugszeichen 28 angebracht ist, und darunter, eine starke
Temperaturschichtung der Flüssigkeit erwünscht. Hierdurch kann die zum Füllen des
Speicher - Wärmetauschers für die Auffüll-Reizung 23 nötige Heizenergie stark eesenkt
werden. Das Teilvolumen 29 soll demnach möglichst klein gehalten werden und die
abteilende Wand soll von unten den Flüssigkeitsnachstrom erlauben.
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In Fig. 8 sind für die Kondensantrückfluss - Steigestrecken 44, 45,
48 weitere Varianten gezeigt. Für den Wärmeabg@ber 60 ist auch ein oben an den Wärmeabgeber
- Heizer 61 anschliessendes zusätzliches Volumen vorgeschlagen, in welchem eine
Zusatzheizung 63 angeordnet ist. Am Kollektorkopf 25 sind wegen der hier grösseren
Schwankuncen des Flüssigkeitsspiegels die wärmeabgebenden Teile 19 der Kollektor
- Umlaufsysteme unten angebracht. Zu der auch hier gegebenenfalls vorzusehenden
Luftkühlung des Kollektors 10 und/oder Speichers 50 ist ebenso wie zu den anderen
Figuren anzumerken, dass die Steuerung der Kühlluft - Absperrvorrichtung 24 d erfindungsgemäss
auch - zusätzlich oder ausschliesslich - nach Massgabe einer Grenztemperatur an
einem oder mehreren Wärmeabgabeteilen 19 vorgesehen werden kann. Damit wird die
Anlage auch für den Fall abgesichert, dass wegen Unterdruck im System 30 in dieses
durch undichte Stellen Inertgas (Luft) gelangte, wodurch die Wärmeübertragungsleistung
des Systems 30 stark absinkt.
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Mit Pig. 8 wird ferner die auch für alle anderen Figuren geltende
Kombination von Latentspeicher und Warmwasserspeicher erläutert.
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An Tragorganen 71, insbesondere Tragstangen, sind Latentspeicher-Portionen
70, vorzugsweise hermetisch verschlossene Beutel mit Latentspeicherstoff, aufgereiht,
in dichter Packung, aber mit grosser Wärmetauschfläche gegenüber der Wasserfüllung
des Speicherbehälters 50, d.h. mit kleinen Zwischenabständen. Für rachen Wärmetausch
mit der Wärmetauschfläche 51 des Systems 30 sind Leitschürzen 72 entlang der Wärmetauschfläche
51 für einen Thersosyphonuslauf des Warmwassers im Speicherbehälter 50 angeordnet.
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Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel für die Erfindung an nicht -kompakten
Systemen, wobei auf ein Ventil (42) im kollektorkopfseitigen Dampfleitungsast verzichtet
ist und im Speicher - Wärmetauscher 51 eine kapillare Oberfläche 54 vorgesehen ist,
was bedeutet, dass der Kollektorkopf stets angenähert auf der Speicher temperatur
gehalten wird. Zum Verringern der Wärmeverluste der den@n@ch stets temperierten
Dampf - und Kondensatleitungen können diese erfindungsgemässwärmedämm - mässig zusammengefasst
sein.
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So soll die Kondensatleitung 36 in der Dampfleitung 31 b geführt werten
oder Bussen an ihr und gemeinsam mit dieser wärmegedämmt.
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Nachdem die Dampfleitung zum Vermeiden von Kondensatsäcken über dem
höchsten Flüssigkeitsspiegel, möglichst stets fallend, bzw.
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steigend, geführt sein muss, wird erfindungsgemäss die Kondensatleitung
entsprechend hoch geführt. Der wärmetauschend wirksame Teil des Speicher - Wärmetauschers
51 sollte höher als die Dampf-und Kondensatleitung liegen, andererseits muss der
Kapillarteil 54 so tief nach unten reichen, dass er unter dem niedrigsten Flüssigkeitsapiegel
des Kollektorkopfs 25 endet und erst in diesem Bereioh darf die Kondensatleitung,
bzw. deren Steigstrecke 44, ansetzen.
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Die Kondensatleitung 36 muss im Kollektorkopf 25 unterhalb von dessen
tiefsten Flüssigkeitsspiegel 75 enden und bei der Inbetriebnahme mit Kondensat gefüllt
sein. Dann erfolgt ein stetiger Kondensatniveau - Ausgleich (von den Strömungswiderständen
abgesehen) zwischen dem Niveau 75 oder 76 im Kollektorkopf und 75 ' , 76 in Fuss
des Speicher - Wärmetauschers 51 und zwar sowohl bei der Beheizung des Speichers
durch den Kollektorkopf als auch bei der Beheizung des Wärmeabgebers bzw. Brauchwasserspeichers
60 durch den Speicher. Zu sonstigen Bezugszeichen siehe die Erläuterungen bei den
anderen Figuren. Die erfindungsgemässen Nichtkompakt -Systeme eignen sich besonders
zur thermischen Ankopplung grosser Speicher über dem Niveau des Kollektors, z.B.
einem Erd- bzw.
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Felsspeicher in eine Hang hinter einem Haus. In Fig. 9 sind die Ventile
40 R, 41 nicht zwingend nötig, jedoch Je nach den Gesamtgegebenheiten vorteilhaft.
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Mit den in Fig. 10 und 11 angesprochenen 'echten' Wärmerohrkollektoren
sind solche gemeint, deren Verdampfungsfläche mindestens teilweise über dem durch
die Schwerkraft bestimmten freien Kondensatspiegel liegt - wie das auch für die
Kapillar teile 54 der Anmeldung gilt. Hierzu ist eine sichere Beherrschung der Benetzungsverhältnisse
im Kapillarteil nötig. Es kann dann die Dachfläche bis zum First als Kollektorfläche
genutzt werden, weil die Wärmeabgabeteile 19 der Wärmerohre 11 tiefer liegen als
die Oberkante 10 a des Kollektore 10. Zur Unterstützung des Nachoben - Kondensatflusses
im Kapillarteil 11 b der Wärmerohre 11 kann nach einer erfindungswesentlichen Ausgestaltung
die Sohubspannung d.h. Strömungsreibung des mit erheblicher Geschwindigkeit strömenden
Dampfes herangezogen werden, wenn man diesen nach oben strömen lässt, wie dies bereits
für die Kapillarteile 54 der Anmeldung, in den Betriebszeiten, in denen die Speicher-
Wärmetauschfläche als Verdampfer arbeitet, konzipiert ist. Hierzu werden für die
Wärmerohre 11 eingene, oben ansetzende Dampfabflussrohre 11 o vorgeschlagen und
von den Wärmeabgabeteilen 19 führen dann Kondensatrückflussröhrchen 11 d zurück
zum Puss des Kollektors.
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Mit 11 @ ist das Kondensatniveau im Kollektor und im Wärmeabgabeteil
19 bzw. darunter angedeutet. Auch hier kommen di. in Fig. 1 und 3 angeführten Verbindungen
mit dem Behälter 25 bzw. 20 zum Zug.
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Mit Vi£. 11 Ist die Ausnutzung der Dachfläche für die Kollektoren
bis zu@ Dachfirst gezeigt. Der Kollektor 10 arbeitet hier zu ein überwiegenden Teil
unter Zuhilfenahme der Schwerkraft für den Kondensatrückfluss in den Kapillarteil
11 b, d.h. entsprechend des Stand der Technik, in einer oberen Teil dagegen wib
zu Fig. 10 erläutert. Allerdings können jetzt die Kondensatrückflussrohre 11 d als
gegenüber dem Dampfraum freie Gerinne konzipiert sein, d.h.
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11@ ein freier Kondensatspiegel/liegt in der Nähe des Kollektorfusses,
oder aber ein freier Kondensatspiegel 11 @' liegt etwas unterhalb des Kondensationsteils,
d.h. des Wärmeabgabeteils 19.
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Zu Fig. 1 und entsprechend zu den übrigen Figuren ist noch nachzutragen,
dass bei entsprechende@ Einbau der Kollektoren und der
Behälter
25 bzw. 20 die Stützteile 80, 82, eventuell auch 81, nach dem Einbau der Anlage
auch entfernt werden können, demnach in diesem Falle reine Liefer- und Vontagestützen
darstellen.
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Nach einer weiteren erfindungswesentlichen Variante der Fig. 1 folgt
der Luftabflusskanal 17 b von der Oberkante des Kollektors aus den Wärmerohren 11
bis vor die Wärmeabgabeteile 19, d.h. er vereinigt sich dort mit dem Speicher -
Kühlluftkanalstück 24 c Dies geschieht am einfachsten dadurch, dass die Spalträume
zwischen seitlich benachbarten Wärmerohren nichr mit Wärmedämmung 24 k gefüllt werden.
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In Rahmen der Erfindung kann auch die Höhenlage des Speichers relativ
zu Kollektorkopf so gewählt werden, dass der Kondensatspiegel 26 im Speicher liegt.
Damit kann die Kondensatversorgung des Kapillarteils 54 sicherer gewährleistet werden
bzw. ein Betrieb der Speicherwärmetauschfläche 51 als Verdampfer auch ohne Yapillarteil
erreicht werden. Dabei wird die vertikale Wärmeleitung in der Wand 51 bewusst ausgenutzt
und durch Bemessung entsprechend gesteigert. Ferner wird auch die Überhitzung des
erzeugten Dampfes in dem Seil der Wärmetauschfläche 51, der über dem Kondensatspiegel
liegt, ausgenutzt.
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Für Ausführungen mit Kapillarteil 54 werden nach einer erfindungswesentlichen
Ausgestaltung mindestens Teil strecken von Wärmerohren ll, wie sie in die Kollektoren
10 eingebaut werden, zum Aufbau von 3peicher - Wärmetauschflächen 51 verwendet.
Die Warnetausohfläche 51 kann hierzu z.B. in ein Rohrgitter, eine Rohrharfe aufgelöst
sein, die aus nehreren Rohretreoken 11' besteht, oben und unten mit einem Sammler
zusammengefasst. In einer ersten Ausführungsform wird die Höhenlage so gewählt,
dass der Kondenstaspiegel 26 oberhalb des unteren Sammlers, d.h. in Pussbereich
der Rohrstrecken 11',steht, siehe z.B. Fig. 5 a Es gibt Fälle, in denen das Auftreten
von Unterdruck im System 30
nioht in Kauf genommen werden sollte,
jedoch der Betriebstemperaturbereich, unter Berücksichtigung einer winterlichen
Auskühlung, so weit ist, dass die Wahl eines passenden Wärmeübertragungsfluid@ allein
nicht ausreicht, um - mit vernünftig begrenzten Höchstdrücken bei der höchsten auftretenden
Systemtemperatur - Unterdruok bei der tiefsten Systemtemperatur zu vermeiden. Für
diese Fälle wird gemäss der Erfindung ein Druckbegrenzungsgefäss 90, Fig. 12, vorgeschlagen,
das oberhalb der höchsten Stelle des Systems 30 angeordnet sein soll, jedoch an
einer relativ tiefen Stelle im Kondensatteil des Systems 30 an dieses angeschlossen
ist. Im Gefäss 90 muss das 'Schwankungsvolumen' mindestens gleich dem maximalen
Dampfraum - Volumen los des Gesamt systems 30 sein.
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Der aktive Ausdehnun6s- bzw. Zusammenziehungsteil des Gefässes 90
wird z.B. erfindungsgemäss durch eine Rollmembran 91 bzw. einen Rollkolben oder
dergleichen gebildet. Das Gefässvolumen oberhalb der Membran 91 ist z.B. duroh Wasser
mit Frostsohutzzucats abgedeckt, so dass ein leichter Überdruck auf der Membran
lastet.
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Dies kann auch durch ein zweckmässig auf der Membran aufgebrachtes
Gewicht erzielt werden. Der Anschluss 92 führt in die Atmosphäre.
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Da Volumen unterhalb der Membran ist mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit
des Systems 30 gefüllt und über die Stichleitung 93 ist dieses Volumen mit einer
Stelle im Kondensatteil des Systems 30 verbunden, zweckmässig über eine Steigstrecke
wie 44, 45, 48.
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Normalerweise ist die Rollmembran 91 in ihrer oberen Endsstellung,
wie in Fig. 12 ausgezogen. Sinkt jedoch durch Auskühlung im System 30 der Druck
unter den durch Spiegel 94 oder das entsprechende Gewicht bestimmten leichten Überdruck
dem Atmosphärendruck, so fällt die Rollmembran 91 ein, das System 30 wird mit Kondensat
gefüllt, und zwar vollständig,kurs bevor die Rollmembran ihre untere Endstellung,
in Fig. 12 gestrichelt, erreicht. Das System 30 ist dann vollständig mit Kondensat
unter dem besagten leichten Überdruck gefüllt, weitere Abkühlung ändert nichts an
diesem Druckzustand. Die Rollmembran 91 muss dem im Sommer auftretenden höchsten
Systemdruck standhalten können.
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Analog, nur mit umgekehrter Arbeitsweise, lassen sich Überdruckbegranzer
konzipieren, wobei zweckmässig der Wasserleitungsnetzdruok als Gegendruckmittel
herangezogen wird.
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Vorrichtungen gemäss Fig. 12 kommen insbesondere für grosse Anlagen,
z.. Ganzjahres - Solarheizanlagen, in Betracht. Pdr diese wird nach der Erfindung
vorgeschlagen, die Solarheizung bevorzugt Über die Brauchwassererwärmung mittels
einer @bwasserwärme - Reizung, vorzugsweise einer zur Erfindung gehörenden Abwasser
- Fussbodenheizung, zu verwirklichen. Hinzu tritt eine Zuluft - Abluft -Wärmetauschvorrichtung
und eine so starke Wärmedämmung des Hauses, dass dieses ähnlich wie das skandinavische
sogenennte Null -Energie - Haus nur bei tiefen Aussentemperaturen eine Zusatzheizung,
über die Solarheizung hinaus, benötigt. Diese Zusatzheizung kann konventionell,
aber vorzugsweise mit Flüssiggas, erfolgen. Ein derartiges Geasamtheizungssystem
ist von Netzstrom unabhängig, auf Wärmepumpen kann verzichtet werden.
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Beim Hindurchleiten der warmen Abwässer durch Fussbodenheizflächen
können diese zwar nur auf Raumtemperaturniveau abgekühlt werden und nicht auf das
in der Regel tiefere Temperaturniveau ron zulaufendes Netzwasser. Dafür stellt der
Fussboden bzw. Estrich einen billigen Speicher dar, der ohne Schwierigkeit die zeitliche
Verschiebung schluokt, die z.B. zwischen dem Erwärmen des Wassers für ein Wannenbad
und des Anfall der Abwasserwärme besteht. In einer Fussbodenheizfläche von z.B.
25 m² lassen sich ohne Schwierigkeit ca. lOC m üblichen Fusebodenheiz - Sohlauchrohre
unterbringen, was für die erfindung z.B. ein Füll- bzw. Stauvolumen von ca. 25 ltr
liefert. Wird diese Schlauchrohrlänge in der bisher bei Fussbodenheizungen üblichen
Weise verlegt, am Ende erfindungsgemäss eine Fallstrecke des Sohlauohrohrs von oa.
2 m angeschlossen, diese mit eine Syphon abgeschlossen, sowie mit einem Aufstanventil,
das rom freien Abwasserniveau in einem z.B.
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100 ltr fassenden Vorspeicher an Anfang der 100 m, wenige cm höher
als die Fussbodenheizfläche, gesteuert wird, so ist für die unter
fähr
eben verlegten 100 m Schlauchrohr auch das bei Abwasser übliche Gefälle von ca.
2 % verwirklicht. Der Vorspeicher soll vorzugsweise unter der etwas höher als bisher
üblich einzubauenden Badewanne angeordnet sein.
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Mit Fig. 13 soll insbesondere die Lehre der Ansprüche 29 und 30 illustriert
werden. Unter Benutzung der Grundanordnung nach Fig.6 ist hier ein Warmwasserspeicher
50 gezeigt, dessen Speicher -Wärmetauschfläche 51 von einer rohrförmigen Leitschürze
72 umgeben ist, die vorteilhafterweise wärmedämmend, z.B. als hohler, gasgefüllter
Doppelmantel, ausgeführt ist. Beim Beheizen des Speichers kann die Speicherflüssigkeit
duroh die untere Öffnung 73 zur Wärmetauschfläche 51 zuströmen und durch die Auslassöffnung
74 abströmen. Beim Entladen des Speichers erfolgt die Strömung umgekehrt, vorzugsweise
jeweils durch Thermosyphonwirkung. Soll der Wärmeabgeber 60 duroh den Kollektorkopf
25 bevorzugt beheizt werden, soll du nahe der Ausla@@öffnung 74 angeordnete Sperrorgan
56, vorzugsweise eine Schwenkklappe, schliessen. Dies erfolgt nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung nichtelektrisch durch ein Temperaturfühler - Dehnstoffelement 58 im
oder am Wärmeabgeber 60, s.B. einer Brauchwasserwärmer, unter Vermittlung einer
Steuer-bzw. Regelvorrichtung 59 und eines Betätigungsgestänges 57. Bei einer Brauchwassererwärmer
60 bleibt m.B. untertags die Klappe 56 geschlossen, so lange das Brauchwasser nicht
seine Solltemperatur erreicht hat. Durch z.B. eine Schaltuhr soll jedoch nachts
die Klappe 56 offengehalten werden, damit der Speicher in dieser Zeit wirksam das
Brauchwasser beheizen, bzw. vorwärmen, kann. Zu den übrigen Bezugezeichen wird auf
die Beschreibung der anderen Figuren hingewiesen. Bei diesen ist auch wesentlich,
dass die Speicher -Wärmetauschfläche 51 den Speicher aber einen jeweils grossen
Teil von dessen Höhe durchzieht, denn zum Laden des Speichers sollte dessen Wärmetauschfläche
@h@r unten, zum Entladen @h@r oben, liegen.
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Zu allen Figuren sind auch die jeweils zeichnerisch offenbarten Flüssigkeitsspiegel,
bzw. die Höhenanordnung der Bauteile relativ zu den Flüssigkeitsspiegeln , wesentlich.