DE2742304A1

DE2742304A1 - Temperaturregeleinrichtung fuer mit fluessigkeiten betriebene solaranlagen

Info

Publication number: DE2742304A1
Application number: DE19772742304
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Grad Raue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-09-20
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1979-03-29

Description

Beschreibung Temperaturregeleinrichtung für mit Flüssigkeiten betriebene Solaranlagen Die Erfindung betrifft eine Temperaturregeleinrichtung zur Absicherung von mit Flüssigkeiten betriebenen Strömungsmittelkreisläufen von Solaranlagen gegen Überdruck durch Dampfbildung und Einfrieren.
Flüssige Strömungsmittel in Kreisläufen von Solaranlagen dürfen einerseits nicht über ihren Siedepunkt hinaus erhitzt werden, da die Solaranlage durch den dabei entstehenden Überdruck zerstört würde. Andererseits darf auch der Gefrierpunkt des Strömungsmittels nicht unterschritten werden, da dies ebenfalls die Zerstörung der Solaranlage zur Folge hätte.
Üblicherweise werden daher in Solaranlagen solche Flüssigkeiten verwendet, deren physikalische Eigenschaften diesen hohen Anforderungen genügen. So wird z.B. sog. Thermoöl eingesetzt, das neben dem Nachteil des hohen Preises auch erhebliche technologische Probleme für die in den verschiedenen Anlageteilen verwendeten Materialien mit sich bringt. Wasser kann mit teueren Frostschutzmitteln gegen Einfrieren bis zu Temperaturen von 0 ca. - 30° C geschützt werden, jedoch bleibt der Nachteil des relativ niedrigen Siedepunktes bestehen. Es werden hierfÜr daher üblicherweise zusätzlich Überdruckventile eingesetzt, die den Strömungsmittelkreislauf bei Überschreiten eines einstellbaren Überdruckes öffnen und die Anlage somit entleeren. Nach Eintritt eines solchen Falles muß die Anlage von Hand wieder mit neuem Strömungsmittel gefüllt werden. Meist ergeben sich durch das Ausblasen des Strömungsmittels weitere Probleme wie Dampfbildung, Verbrühungsgefahr und Wasserschäden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Unzulänglichkeiten der bestehenden Vorrichtungen zu vermeiden und eine Temperaturregeleinrichtung der infrage stehenden Art zu schaffen, um die mit Flüssigkeiten betriebenen Strömungsmittelkreisläufe von Solaranlagen gegen Überdruck durch Dampfbildung und Einfrieren zu schützen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Regler, einen odere mehrere Temperatur-Meßfühler und ein als Speichergefäß ausgebildetes Stellglied gelöst.
Die Vorteile der vorgeschlagenen Temperaturregeleinrichtung bestehen zum einen in der Möglichkeit, normales Wasser als fast kostenloses Strömungsmittel zu benutzen und dieses auch in großen Heizungskreisläufen direkt weiterzuverwenden. Anderenfalls müßte das teuere Strömungsmittel im gesamten Kreislauf verwendet werden oder mit zusätzlichem 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 Temperaturregeleinrichtung ausgerüstete Solaranlage völlig selbsttätig unter Vermeidung von Betriebsphasen arbeitet,. in denen personeller Einsatz erforderlich ist. Durch die automatische Temperaturregelung ist das Ausnutzen der gesamten Bandbreite der möglichen Einsatztemperaturen für Solaranlagen ohne menschlichen Eingriff gegeben.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturregeleinrichtung gemäß der Erfindung schließt oder unterbricht ein als doppelter Zweipunktregler wirkender Regler den Strömungsmittelkreislauf der Solaranlage, der mindestens aus einem Sonnenkollektor, einem Wärmetauscher und einer Strömungsmittelkreislaufleitung mit einer Umwälzpumpe besteht.
Einer oder mehrere Temperatur-Meßfühler sind einstellbar auf eine untere Grenztemperatur nahe dem Gefrierpunkt des Strömungsmittels und auf eine obere Grenztemperatur nahe dem Siedepunkt des Strömungsmittels, bei deren Über- oder Unterschreiten der Regler den Strömungsmittelkreislauf schließt oder unterbricht.
Das Stellglied ist als Speichergefäß in Form eines Membran-Ausdehnungsgefäßes ausgebildet und so angeordnet, daß es bei Füllung der Anlage mit Strömungsmittel bis dicht unterhalb der Unterkante des Kollektors dann ebenfalls ganz damit gefüllt ist. Sein Rauminhalt entspricht mindestens demjenigen des nicht mit Strömungsmittel gefüllten oberen Teiles des Strömungsmittelkreislaufes.
Dieser obere Teil des Strömungsmittelkreislaufes ist mit Luft oder aus Korrosionsschutzgründen mit einem inerten Gas wie z.B. Stickstoff gefüllt. Das Speichergefäß ist einerseits an den Strömungsmittelkreislauf angeschlossen und zum anderen auch an seiner nicht der Strömungsmittelaufnahme dienenden Seite mit einem Rohrleitungsanschluß versehen.
Am höchsten Punkt des Strömungsmittelkreislaufes ist ein Gassammelgefäß mit einem mit dem Regler verbundenen Füllstandfühler installiert. Von diesem Gassammelgefäß führt eine Verbindungsleitung über ein durch den Regler steuerbares Absperrorgan zu einem Kompressor und von dort zu dem genannten Rohrleitungsanschluß des Speichergefäßes.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in zusätzlichen Unteransprüchen aufgeführt.
Anhand der Fig. 1 wird die Erfindung mit einer grundsätzlichen schematischen Darstellung erklärt. An dem besonders vorteilhaften Anlagebeispiel eines geschlossenen Strömungsmittelkreislaufes gemäß Fig. 2 wird die Erfindung nachfolgend ausführlich beschrieben.
Andere Ausführungsformen mit geschlossenem, offenem bzw. zeitweise offenem Strömungsmittelkreislauf sind in der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 27 36 456.3 bzw. der Gebrauchsmusteranmeldung G 77 25 136.6 beschrieben.
Die Fig. 2 zeigt den Strömungsmittelkreislauf, der mindestens aus einem Kollektor 1, einem Wärmetauscher 2 und der Strömungsmittelkreislauf-Leitung 3 mit einer Umwälzpumpe 4 besteht.
Der Regler 5 arbeitet mit einem oder mehreren Temperatur-Meßfühlern 6 auf ein als Speichergefäß ausgebildetes Stellglied 7.
Der Funktionsablauf von der Inbetriebnahme der Anlage an ist der folgende: Mittels des Füllventiles 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 Überlaufleitung 9 mit dem Absperrorgan 1o angezeigt werden kann.
Das Speichergefäß 7 ist mittels der Rohrleitung 11 mit dem Strömungsmittelkreislauf so verbunden, daß seine Oberkante unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 bzw. des Abzweiges der Überlaufleitung 9 angeordnet ist. Da das Strömungsmittel mit der sich auf diese Weise über dem Speichergefäß 7 bildenden Flüssigkeitssäule gegenüber der in dieser Phase drucklosen Gasseite des Speichergefäßes 7 Druck auf dessen Membran ausübt, ist auch das Speichergefäß 7 ganz mit Strömungsmittel gefüllt.
Der obere Teil des Strömungsmittelkreislaufes, der mittels des Absperrorganes 12 von Hand entlüftet werden kann, enthält nach der Strömungsmittel-Erstfüllung bis unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 Luft.
Der Regler 5 steuert einerseits das Absperrorgan 13, das in der Leitung 14 sitzt, die das Gassammelgefäß 15 mit dem Kompressor 16 verbindet. Andererseits steuert er das Absperrorgan 17, das in der Leitung 18 sitzt, die das Gassammelgefäß 15 mit dem Speichergefäß 7 verbindet. Der Kompressor 16 ist über die Leitung 19 ebenfalls mit Leitung 18, und damit dem Speichergefäß 7 verbunden.
Für die nun beginnende, aus Korrisionsschutzgründen mit einem inerten Gas, wie z.B. Stickstoff, vorzunehmende Erstfüllung des Speichergefäßes 7 sollen die Absperrorgane 13, 17 geschlossen sein.
Aus einem an das Absperrorgan 20 anzuschließenden Gasdruckbehälter 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 Füllstandfühlers 21 an den Regler 5 mittels Meldeleuchte dort angezeigt werden. Mit dem ansteigenden Strömungsmittel wird der obere Teil des Strömungsmittelkreislaufes über das Absperrorgan 12 entlüftet und dieses nach Abschluß des Vorganges von Hand geschlossen.
Wenn der oder die Temperatur-Meßfühler 6 eine Strömungsmitteltemperatur messen, die zwischen dessen Gefrierpunkt und Siedepunkt liegt, hält der Regler 5 die Absperrorgane 13, 17 unter Strom geschlossen und schaltet bei Anzeige des oberen Strömungsmittelfüllstandes durch den Füllstandanzeiger 21 die Umwälzpumpe 4 ein. Die Solaranlage ist nunmehr betriebsbereit.
Unterschreitet die Strömungsmitteltemperatur die am Temperatur-Meßfühler 6 eingestellte, nahe dem Gefrierpunkt liegende untere Grenztemperatur oder überschreitet sie die nahe dem Siedepunkt liegende obere Grenztemperatur, so unterbricht der Regler 5 die Stromzufuhr zu den Absperrorganen 13, 17 und öffnet diese. Das in dem Speichergefäß 7 gespeicherte Gas strömt nun unter dem Druck der bis zum Gassammelgefäß 15 bestehenden Strömungsmittelsäule über die Leitung 18 in den oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes. Das daraus über die Leitung 11 verdrängte Strömungsmittel sammelt sich analog in dem Speichergefäß 7. Der Ffillstandfühler 21 meldet diesen Vorgang dem Regler 5, der die Umwälzpumpe 4 abschaltet.
Hat die Strömungsmitteltemperatur wieder einen innerhalb der Grenztemperaturen liegenden Wert erreicht, schießt der Regler 5 bei unterem Füllstand die Stromzufuhr zu dem Absperrorgan 17 und schließt dieses. Ebenfalls schließt er die Stromzufuhr zu dem Kompressor 16 und schaltet diesen ein.
Der Kompressor 18 saugt nun das im oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes befindliche Gas ab und drückt es durch die Leitung 14 wieder 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 18 mittels Signal des Füllstandfühlers 17 durch den Regler 5 ausgeschaltet und das Absperrorgan 13 unter Strom geschlossen. Die Solaranlage ist nun wieder betriebsbereit.

Claims

Patentansprüche 7 S Temperaturregeleinrichtung zur Absicherung von mit F;iissigkeiten betriebenen Strömungsmittelkreisläufen von Solaranlagen gegen Überdruck durch Dampfbildung oder Einfrieren, g e k e n n z e i c h n e t durch ein als Speichergefäß ausgebildetes Stellglied (7).
2. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Regler (5) als doppelter Zweipunktregler arbeitet und den Strömungsmittelkreislauf der Solaranlage, mindestens bestehend aus einem Sonnenkollektor (1), einem Wärmetauscher (2) und einer Strömungsmittelkreislanf-Leitnng (3) mit einer Umwälzpumpe (4), schließt oder unterbricht.
3. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß einer oder mehrere Temperaturmeßfühler (6) einstellbar sind auf eine untere Grenztemperatur nahe dem Gefrierpunkt des Strömungsmittels und auf eine obere Grenztemneratur nahe dem Siedepunkt des Strömungsmittels, bei deren Uber- oder Unterschreitung der Regler (5) den Strömunasmittelkreislauf schließt oder unterbricht.
4. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Oberkante des als Speichergefäß ausgebildeten Stellgliedes (7) unterhalb der Unterkante des Kollektors (1) angeordnet ist und dadurch das Spelchergefäß (7) bei Füllung der Anlage durch Strömungsmittel bis dicht unterhalb der Unterkante des Kollektors (1) ebenfalls damit gefüllt ist.
5. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Speichergefäß (7) einen Rauminhalt aufweist, der mindestens demjenigen des nicht mit Strömungsmittel gefüllten oberen Teiles des Strömungsmittelkreislaufes entspricht.
6. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der obere Teil des Strömungsmittelkreislaufes mit Luft oder aus Korrosionsschutzgründen mit einem inerten Gas wie z.B.

Stickstoff gefüllt ist.
7. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Speichergefäß (7) als Membran-Ausdehnungsgefäß ausgebildet, sein Strömungsmittel-Speicherraum mittels einer Rohrleitung (11) an den Strömungsmittelkreislauf (3) angeschlossen und sein Gas-Speicherraum mittels einer Rohrleitung (18) mit einem Gassammelgefäß (15) verbunden ist.
8. Temseraturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das am höchsten Punkt des Strömungsmittelkreislaufes befindliche Gassammelgefäß (15) mit einem Füllstandfühler (21) ausgerüstet ist, der mit dem Regler (5) verbunden ist.
9. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Speichergefäß (7) bei eingeschaltetem Regler (5) und geschlossenen Absperrorganen (13, 17) mit Gas gefüllt und der Strömungsmittelkreislauf durch das dadurch aus dem Speichergefäß (7) herausgedrückte Strömungsmittel geschlossen ist.
10. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich nach dem Ausschalten des Reglers (5) und öffnen der Absperrorgane (13, 17) das Gas aus dem Speichergefäß (7) im oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes befindet und das dort vorher befindliche Strömungsmittel der Schwerkraft folgend über die Leitung (11) wieder in dem Speichergefäß (7) gespeichert ist.
11. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 10 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Kompressor (16) dem Transport des im oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes befindlichen Gases in das Speichergefäß (7) dient.
12. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kompressor (16) mittels einer durch das Absperrorgan (13) zu verschließenden Leitung (14) mit dem Gassammelgefäß (15) und über Rohrleitungen (19, 18) mit dem Sseichergefäß (7) verbunden ist.
13. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Schließen des Strömungsmittelkreislaufes bei der Inbetriebnahme der Solaranlage mittels eines Absperrorganes (20) mit einem inerten Gas, wie z.B. Stickstoff, aus einem dort anschließbaren Gasdruckbehälter und die Entlüftung mittels eines Absperrorganes (12) erfolgen können.
14. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Speichergefäß (7) als Ausdehnungsgefäß im Sinne von DIN 4751 Blatt 2 dienen soll.
15. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Regler (5) mit dem Schließen und Unterbrechen des Strömungsmittelkreislaufes auch die Umwälzpumpe (4) ein- und ausschaltet.

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