DE2736456B1

DE2736456B1 - Monitoring device for solar systems operated with liquids

Info

Publication number: DE2736456B1
Application number: DE2736456A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Raue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1978-09-07

Description

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Speichergefäß, das automatisch und in Abhängigkeit von der Temperatur füllbar und entleerbar ist. gelöst Die Vorteile der vorgeschlagenen Oberwachungseinrichtung bestehen zum einen in der Möglichkeit, normales Wasser als fast kostenloses Strömungsmittel zu benutzen und dieses auch in großen Heizungskreislaufen direkt weiterzuverwenden. Anderenfalls müßte das teuere Strömungsmittel im gesamten Kreislauf verwendet werden oder mit zustäzlichem Kostenaufwand ein weiterer Wärmeaustauscher zwischengeschaltet werden. Dies hätte aber einen Gradientenverlust zur Folge. was wiederum einem verminderten Wirkungsgrad der Solaranlage gleichkommt Zum anderen besteht ein weiterer Vorteil darin, daß eine mit der vorgeschlagenen Überwachungseinrichtung ausgerdstete Solaranlage völlig selbsttätig unter Vermeidung von Betriebsphasen arbeitet, in denen personeller Einsatz erforderlich ist Durch das automatische Wiedereinschalten ist das Ausnutzen der gesamten Bandbreite der möglichen Einsatztemperaturen für Solaranlagen ohne menschlichen Eingriff gegeben. This object is achieved according to the invention by a storage vessel which can be filled and emptied automatically and depending on the temperature. solved The advantages of the proposed monitoring device exist on the one hand in the possibility of normal water as an almost free fluid to use and to continue to use this directly in large heating circuits. Otherwise the expensive fluid would have to be used in the entire circuit or an additional heat exchanger is interposed at an additional cost will. However, this would result in a loss of gradient. which in turn is a diminished On the other hand, there is another advantage in that a solar system equipped with the proposed monitoring device works completely automatically, avoiding operating phases in which more personnel Use is required. The automatic restart means that the system is used the entire range of possible operating temperatures for solar systems without given human intervention.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung schließt oder unterbricht eine als doppelter Zweipunktregler wirkende Schalteinrichtung den Stromungsmittelkreislauf der Solaranlage, der mindestens aus einem Sonnenkollektor, einem Wärmetauscher und einer Stromungsmittelkreislaufleitung mit einer Umwälzpumpe besteht Einer oder mehrere Temperatur-Meßfuhler sind einstellbar auf eine untere Grenztemperatur nahe dem Gefrierpunkt des Strömungsmittels und auf eine obere Grenztemperatur nahe dem Siedepunkt des Strömungsmittels, bei deren Ober- oder Unterschreiten die Schalteinrichtung den Strömungsmittelkreislauf schließt oder unterbricht Das Speichergefäß ist so angeordnet, daß es bei Füllung der Anlage mit Strömungsmittel bis dicht unterhalb der Unterkante des Kollektors dann ebenfalls damit gefüllt ist Sein Rauminhalt entspricht mindestens demjenigen des nicht mit Strömungsmittel gefüllten oberen Teiles des Strömungsmittelkreislaufes Dieser obere Teil des Stromungsmittelkreislaufes ist mit Luft oder aus Korrosionsschutzgrunden mit einem inerten Gas wie z B. Stickstoff gefüllt Das Speichergefäß ist mittels zweier unten und oben einmündenden Verbindungsleitungen an den Strömungsmittelkreislauf angeschlossen und nach oben durch ein von der Schalteinrichtung steuerbares Absperrorgan zu verschließen. In an advantageous embodiment of the monitoring device according to the invention closes or interrupts one as a double two-point controller Acting switching device the flow medium circuit of the solar system, the at least from a solar collector, a heat exchanger and a flow medium circuit line with a circulation pump there is one or more temperature measuring sensors adjustable to a lower limit temperature close to the freezing point of the fluid and to an upper limit temperature close to the boiling point of the fluid, at the upper limit of which or the switching device closes the fluid circuit if it falls below this level or interrupts The storage vessel is arranged so that it is when the system is filled with fluid to just below the lower edge of the collector then likewise is filled with it. Its volume corresponds at least to that of the not with Fluid-filled upper part of the fluid circuit This upper Part of the flow medium circuit is with air or for reasons of corrosion protection filled with an inert gas such as nitrogen two connecting lines opening at the bottom and top to the fluid circuit connected and upward through a shut-off device controllable by the switching device to close.

Am höchsten Punkt des Stromungsmittelkreislaufes ist ein Gassammelgefäß mit einem mit der Schalteinrichtung verbundenen Füllstandsanzeiger installiert Von diesem Gassammelgefäß führt eine Verbindungsleitung zu einem Kompressor und von dort über ein durch die Schalteinrichtung steuerbares Absperrorgan zum Speichergefäß. At the highest point of the flow medium circuit is a gas collecting vessel installed with a level indicator connected to the switchgear From A connecting line to and from a compressor leads to this gas collecting vessel there via a shut-off device controllable by the switching device to the storage vessel.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt Anhand der Fig.1 wird die Erfindung mit einer grundsätzlichen schematischen Darstellung erklärt An dem besonders vorteilhaften Anlagebeispiel eines geschlossenen Strömungsmittelkreislaufes gemäß F i g. 2 wird die Erfindung nachfolgend ausführlich beschrieben. Die F i g. 3 und F i g. 4 zeigen Alternativbeispiele mit offenen bzw. zeitweise offenen Strömungsmittelkreisläufen. Further advantageous refinements of the invention are set out in the subclaims The invention is shown with a basic schematic on the basis of FIG Representation explained Using the particularly advantageous example of a closed system Fluid circuit according to FIG. 2 the invention is explained in detail below described. The F i g. 3 and F i g. 4 show alternative examples with open resp. temporarily open fluid circuits.

Die Fig 1 zeigt den Strömungsmittelkreislauf, der mindestens aus einem Kollektor 1, einem Wãrmetauscher 2 und der Strömungsmittelkreislauf-Leitung 3 mit einer Umwãlzpumpe 4 besteht Die Schalteinrichtung 5 arbeitet mit einem oder mehreren Thermostaten 6 und bewirkt mit gemäß F i g. 2 bis 4 unterschiedlichen, in den Patentansprüchen beschriebenen Anlageteilen das Sammeln bzw. Entleeren des Speichergefäßes 7 mit StrömungsmitteL Der Funktionsablauf von der Inbetriebnahme der Anlage an ist der folgende. Fig. 1 shows the fluid circuit, which consists of at least a collector 1, a heat exchanger 2 and the fluid circuit line 3 with a circulation pump 4 consists of the switching device 5 works with an or several thermostats 6 and effected with according to F i g. 2 to 4 different, in the system parts described in the claims collecting or emptying the storage vessel 7 with flow media The functional sequence from the commissioning of the system is on the following.

Mittels des Füllventils 8 wird Strömungsmittel so lange eingefüllt, bis dieses den Strömungsmittelkreislauf bis dicht unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 anfüllt, was z B. durch Ausströmen des Strömungsmittels aus der Oberlaufleitung 9 mit dem Absperrorgan 10 angezeigt werden kann. By means of the filling valve 8, fluid is filled in for as long as until this the fluid circuit to just below the lower edge of the collector 1 fills, for example by flowing out of the fluid from the overflow pipe 9 can be displayed with the shut-off device 10.

Das Speichergefäß 7 ist mittels der Rohrleitungen 11, 12 mit dem Strömungsmittelkreislauf so verbunden, daß seine Oberkante unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 bzw. des Abzweiges der Oberlaufleitung 9 angeordnet ist Da das in der Rohrleitung 12 befindliche Absperrorgan 13 bei der Füllung geöffnet sein so4 ist auch das Speichergefäß 7 ganz mit Strömungsmittel gefüllt. The storage vessel 7 is by means of the pipes 11, 12 with the Fluid circuit connected so that its upper edge is below the lower edge of the collector 1 or the branch of the overflow pipe 9 is arranged As the The shut-off element 13 located in the pipeline 12 must be open during filling so4 the storage vessel 7 is also completely filled with fluid.

Der obere Teil des Strömungsmittelkreislaufes, der mittels des Absperrorgans 14 von Hand entlüftet werden kann, enthält nach der Strõmungsmittel-Erstfüllung bis unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 Luft Die Schalteinrichtung 5 steuert einerseits das Absperrorgan 13 und andererseits das Absperrorgan 15, das in der Leitung 16 sitzt, die das Gassammelgefäß 17 mit dem Speichergefäß 7 verbindet Für die nun beginnende, aus Korrosionsschutzgründen mit einem inerten Gas, wie zB. Stickstoff, vorzunehmende Erstfüllung des Speichergefäßes 7 sollen beide Absperrorgane 13, 15 geschlossen sein. The upper part of the fluid circuit, which by means of the shut-off device 14 can be vented by hand, contains after the flow medium initial filling up to below the lower edge of collector 1 air The switching device 5 controls on the one hand the shut-off device 13 and on the other hand the shut-off device 15, which is in the Line 16 sits, which connects the gas collection vessel 17 to the storage vessel 7 for the now beginning, for corrosion protection reasons with an inert gas, such as. Nitrogen, The first filling of the storage vessel 7 to be carried out should both shut-off devices 13, 15 be closed.

Aus einem an das Absperrorgan 18 anzuschließenden Gasdruckbehälter 19 wird so lange Gas in das Speichergefäß 7 gefüllt, bis das auf diese Weise über die Leitung 11 aus dem Speichergefäß 7 herausgedrückte Strömungsmittel den Strömungsmittelkreislauf geschlossen hat Dies kann durch Kontrollmeldung des Füllstandanzeigers 20 an die Schalteinrichtung 5 mittels Meldeleuchte dort angezeigt werden. Mit dem ansteigenden Strömungsmittel wird der obere Teil des Stromungsmittelkreislaufes über das Absperrorgan 14 entlüftet und dieses nach Abschluß des Vorganges von Hand geschlossen. From a gas pressure container to be connected to the shut-off device 18 19 gas is filled into the storage vessel 7 until it is over in this way the line 11 out of the storage vessel 7 fluid pressed out the fluid circuit This can be done by a control message from the level indicator 20 to the Switching device 5 are displayed there by means of a signal light. With the rising Fluid becomes the upper part of the fluid circuit via the shut-off device 14 vented and this closed by hand after completion of the process.

Wenn der oder die Thermostate 6 eine Strömungsmitteltemperatur messen, die zwischen dessen Gefrierpunkt und Siedepunkt liegt, hält die Schalteinrichtung 5 das Absperrorgan 13 unter Strom geschlossen, das Absperrorgan 15 stromlos geschlossen und schaltet bei Anzeige des oberen Strömungsmittelfüllstandes durch den Füllstandanzeiger 20 die Umwälzpumpe 4 ein. Die Solaranlage ist nunmehr betriebsbereit Unterschreitet die Stromungsmitteltemperatur die an dem oder den Thermostaten 6 eingestellte, nahe dem Gefrierpunkt liegende untere Grenztemperatur oder überschreitet sie die nahe dem Siedepunkt liegende obere Grenztemperatur, so unterbricht die Schalteinrichtung 5 die Stromzufuhr zu dem Absperrorgan 13 und öffnet dieses Dadurch strömt das in dem Speichergefäß 7 gespeicherte Gas über die Leitung 12 dem Auftrieb gehorchend in den oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes. Das daraus über die Leitung 11 verdrängte Strömungsmittel sammelt sich analog in dem Speichergefäß 7. Der Füllstandanzeiger 20 meldet diesen Vorgang der Schalteinrichtung 5, die die Umwälzpumpe 4 abschaltet Hat die Strömungsmitteltemperatur wieder einen innerhalb der Grenztemperaturen liegenden Wert erreicht, schießt die Schalteinrichtung 5 bei unterem Füllstand die Stromzufuhr zu dem Absperrorgan 13 und schließt dieses Ebenfalls schließt sie die Stromzufuhr zu dem Absperrorgan 15 und öffnet dieses damit und schaltet den Kompressor 21 ein. Dieser saugt nun das im oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes befindliche Gas ab und drückt es durch die Leitung 16 in das Speichergefäß 7. Dieser Vorgang bewirkt dann den schon bei der Gas-Erstfüllung beschriebenen Effekt Der Strömungsmittelkreislauf wird geschlossen und bei Erreichen des oberen Füllstandes der Kompressor 20 mittels Signal des Füllstandanzeigers 20 durch den Regler 5 ausgeschaltet Die Solaranlage ist nun wieder betriebsbereit When the thermostat or thermostats 6 measure a fluid temperature, which lies between its freezing point and boiling point, the switching device stops 5 the shut-off element 13 is closed under power, the shut-off element 15 is closed without power and switches when the upper fluid level is displayed by the level indicator 20 the circulation pump 4 on. The solar system is now ready for operation the flow mean temperature is close to that set on the thermostat or thermostats 6 the lower limit temperature lying around the freezing point or exceeds it near If the upper limit temperature is the boiling point, the switching device interrupts 5 the power supply to the shut-off element 13 and opens it the storage vessel 7 stored gas via the line 12 obeying the buoyancy in the upper part of the fluid circuit. The resulting over line 11 displaced fluid collects analogously in the storage vessel 7. The level indicator 20 reports this process to the switching device 5, which switches off the circulating pump 4 If the fluid temperature is again within the limit temperatures When the value is reached, the switching device 5 shoots at the lower Level the power supply to the shut-off element 13 and closes this also closes it the power supply to the shut-off valve 15 and opens it with it and switches the Compressor 21 on. This now sucks the in the upper part of the fluid circuit located gas and pushes it through the line 16 into the storage vessel 7. This The process then causes the effect already described for the first gas filling The fluid circuit is closed and when the upper level is reached the compressor 20 is switched off by the controller 5 by means of a signal from the level indicator 20 The solar system is now ready for operation again

Claims

Claims: 1. Monitoring device for liquids operated flow medium circuits of solar systems against overpressure through steam formation or freezing, characterized by a storage vessel (71 the automatic and Depending on the temperature, it can be filled and emptied. 2. Device according to Claim 1, characterized in that a switching device (5) controls the fluid circuit the solar system, consisting at least of a solar collector (11 a heat exchanger ' (2) and a fluid circuit line (3) with a Umwälzpunlpe (41 closes or interrupts 3. Device according to claim 1 and 2, characterized. that one or more thermostats (6) can be set to a lower limit temperature close to the freezing point of the fluid and close to an upper limit temperature the boiling point of the fluid; if it is above or below this, the switching device (5) the fluid circuit closes or interrupts 4. Device according to claim 2 to 3, characterized in that the upper edge of the storage vessel (7) is below the lower edge of the collector (1) and thereby the storage vessel (7) if the system is filled with fluid to just below the lower edge the collector (1) is also filled with it 5. Device according to claim 1 to 4, characterized. that the storage vessel (7) has a volume, that of at least that of the non-fluid upper part of the fluid circuit corresponds to 6. Device according to claim 1 to 5, characterized. that the upper part of the flow medium circuit with air or for reasons of corrosion protection with an inert gas such as.

Nitrogen is filled 7. Device according to claim 2 to 6, characterized characterized in that the storage vessel (7) is connected to the fluid circuit by means of pipes (11, 12) connected and the pipeline (12) through a through the switching device (5) controlled shut-off element (13) is to be closed 8. Device according to claim 1 to 7, characterized in that at the highest point of the flow medium circuit a gas collecting vessel (17) with a level indicator connected to the switching device (5) (20) is installed 9. Device according to claim 1 to 8, characterized. that a compressor (21) transports the in the upper part of the fluid circuit located gas in the storage vessel (7) serves 10. Device according to claim 9, characterized in that the compressor (21) by means of a shut-off device (15) to be closed line (16) with the gas collecting vessel {B (17) and the storage vessel (7) is connected 11. Device according to claim 10, characterized by a means a shut-off device (18) connectable gas pressure tank (191 of the gas initial filling the system can serve with an inert gas for the purpose of corrosion protection.

12 device according to claim 1 to 8, characterized in that a gas pressure vessel (22) with a pressure reducing valve (23) in connection with a Line (24) is present which can be controlled by one of the switching device (7) Shut-off element (25) to be closed is 13. Device according to claim 1 to 8 and 12, characterized in that by an opening in the top of the gas collecting vessel (17) A connection to the environment is given by the expression of the above Part of the gas located in the flow medium circuit during the gas filling of the storage vessel (7) allows 14. Device according to claim 1 to 8 and 12, characterized in that that one of the switching device (5) controllable shut-off element (26) on the top of the gas collection vessel (17) is present.

all the more so when the storage vessel (7) is filled with gas of the gas located in the upper part of the flow medium circuit 15. Device according to claim 2 to 14, characterized in that the switching device (5) with the closing and interruption of the fluid circuit, also the circulation pump (4) switches on and off The invention relates to a monitoring device for Protection of fluid circuits in solar systems operated with liquids against overpressure through the formation of steam or freezing. Liquid fluids in circuits On the one hand, solar systems must not be heated above their boiling point, because the solar system would be destroyed by the resulting overpressure. on the other hand the freezing point of the fluid must not be exceeded, as this would also result in the destruction of the solar system.

Therefore, such liquids are usually used in solar systems, whose physical properties meet these high requirements. So z B. So-called. Thermal oil is used, which in addition to the disadvantage of the high price is also considerable technological problems for the materials used in the various parts of the plant Water can bring with it expensive antifreeze to prevent freezing up to be protected to temperatures of approx. -30 "C, however, the disadvantage of the relative remains low boiling point. Pressure relief valves are therefore usually used. the flow medium circuit when an adjustable pressure is exceeded open and thus empty the system. After such a case, the The system can be refilled with new antifreeze by hand. Mostly devoted The blowing out of the fluid causes further problems such as the formation of steam, Risk of scalding and water damage.

The object of the invention is to address the shortcomings of Avoid existing devices and use a monitoring device of the in question standing type to create the fluid-operated flow medium circuits of solar systems against overpressure due to the formation of steam and freezing.