DE2746768C2 - Einrichtung mit einem Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur eines Sonnenkollektors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem M) Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur eines Sonncnkollekiors, welcher eine strahlungsabsorbierende Kollektorplatte und ein mit dieser Kollektorplatte wärmeleitend verbundenes Röhrensystem zum Durchleiten eines zu erwärmenden Strömungsmittel enthält.

Aus der US-Patentschrift 25 53 302 sind Einrichtungen dieser Art bekannt. Das zum Wärmeaustausch dienende Strömungsmittel wird mittels einer elektrischen Pumpe durch das Röhrensystem getrieben, wobei die Pumpe unter Steuerung durch den Temperaturfühler jeweils dann in Betrieb gesetzt wird, wenn die Sonneneinstrahlung die Kollektorplatte des Sonnenkollektors in ausreichendem Maße erwärmt. Die durch die Sonneneinstrahlung zugeführte Wäi meenergie ist von der Intensität der Sonnenstrahlung und der Umgebungs-Außentemperatur abhängig.

Erwärmt die Sonneneinstrahlung die Kollektorplatte des Sonnenkollektor^ in solchem Maße, daß der Temperaturfühler der bekannten Einrichtung die Inbetriebsetzung der Pumpe veranlaßt, so kann das nun durch das Röhrensystem zirkulierende, noch kühle Strömungsmittel die Kollektorplatte des Sonnenkollektors wiederum unter diejenige Temperatur abkühlen, welche die Einschaltung der Pumpe veranlaßt hat, so daß die Pumpe wiederum stillgesetzt wird Das wiederholte Ein- und Ausschalten der Pumpe des Systems kann bei bekannten Einrichtungen nur durch eine beträchtliche Temperaturdifferenz zwischen dem Einschaltpunkt und dem Ausschalfpunkt des Temperaturfühlers vermieden werden, so daß ein bestimmter Bereich an sich nutzbarer Sonneneinstrahlung bei Systemen mit der bekannten Einrichtung nicht ausgenutzt werden kann.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung mit den Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch I so auszugestalten, daß ein wiederholtes Ein- und Ausschalten der Pumpe vermieden wird, ohne auf die Ausnutzung vergleichsweise geringerer Sonnenenergieeinstrahlung verzichten zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weilerbildungen sind Gegenstand der anliegenden Ansprüche 2 bis 10, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Ts stellt dar

F i g. 1 eine schematische Abbildung eine·; Sonnenkollektorsystems unter Verwendung von Wasser als Wärmetausch-Strömungsmittel.

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Sonncnkollektors mit einer einen Temperaturfühler enthaltender. Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der hier vorgeschlagenen Art,

F i g. 3 einen Schnitt durch die in F i g. 2 gezeigte Einrichtung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Kollektorplatte eines Sonnenkollektors mit einer unmittelbar gekoppelten, einen Temperaturfühler enthaltenden Einrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform,

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab einen Vertikalschnitt durch einen Teil der Kollektorplatte des Sonnenkollektor nach Fig. 4 im Bereich des Temperaturfühlers und

Fig. 6 einen Teilschnitt durch eine nochmals andere Ausführungsform der Strahlungsabsorbierenden Kollektorplatte des Sonnenkollektors mit einem in eine Öffnung dieser Kollektorplatte eingesetzten Temperaturfühler.

Das Sonncnkollektorsystcm nach Fig. I enthält einen Speichertank 10, in welchem sich ein bestimmtes Wasservolumen befindet, welches durch eine Anordnung 12 von Sonnenkollektoren 14 erwärmt werden soll. Der Speichertank 10 befindet sich in einem Gehäuse oder einem Gebäude, in welchem der Tank vor Frost

geschützt ist. Die Anordnung 12 von Sonnenkollektoren kann an beliebiger Stelle installiert sein, wo Sonnenstrahlung auf die Anordnung trifft, etwa auf dem Dache eines Gebäudes oder auf den Grundstüeksfiächen nahe dem Gebäude, in welchem sich der Speichertank 10 befindet.

Der Speichertank 10 kann aus Kunststoff, aus Beton, Metall oder aus einem anderen Werkstoff gefertigt sein, der dazu geeignet ist, das Wasservolumen zu speichern und zu halten.

Jeder Sonnenkollektor 14 enthält ein Gehäuse 16 (Fig.2), das auf der Oberseite durch eine strahlungsdurchlässige Verglasung 17 abgeschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 16 befindet sich eine Kollektorplatte 18, auf welche die Sonnenstrahlung nach Durchgang durch die Verglasung 17 auftrifft. Auf der Kollektorplatte oder in der Kollektorplatte 18 ist ein Röhrensystem 20 vorgesehen, durch welches Wasser geleitet wird, wie nachfolgend genauer ausgeführt werden soll. Das Röhrensystem 20 ist in geeigneter Weise wärmeleitend mit der Kollektorplatte 18 gekoppelt, wie in den Zeichnungen dargestellt ist, wobei, wie etwa in Fig. 5 gezeigt, die Kollektorplatte 18 nutartige oder rillenartige Ausnehmungen 22 aufweist, in welchen die Röhren Aufnahme finden. Wenn also die Kollektorplatte 18 durch aic Sonnenstrahlung erwärmt wird, so findet ein Wärmeübergang von dem Material der Kollektorplatte 18 über die Wände der Röhren zu dem in den Röhren befindlichen Wasser statt.

Die Sonnenkollektoren 14 haben im allgemeinen eine Neigung gegenüber der Horizontalen, so daß die Kollektorplatten wirkungsvoller eine maximale Sonneneinstrahlung aufnehmen können. Das Röhrensysteni 20 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel so ausgebildet, daß es sich von einem niedrigeren Eingangspunkt zu einem höher gelegenen Ausgangspunkt erstreckt. Beispielsweise liegt, wie in F i g. 1 gezeigt, das untere Ende des Röhrensystems 20 jeweils nahe dem Boden des jeweiligen Gehäuses 16 und ist mit einem Einlaßrohr 24 verbunden, während das obere Ende des Röhrensystems 20 nahe der Oberseite der Gehäuse gelegen ist und mit einem Auslaßrohr 26 Verbindung hat. Sämtliche Rohrabschnitte innerhalb des Gehäuses sind nach aufwärts geneigt, so daß das Wasser in dem Rohrsystem normalerweise nach abwärts in Richtung auf das Einlaßrohr 24 hinströmt, wenn es nicht nach aufwärts in Richtung auf das Ausljßrohr mittels einer Pumpe gefördert wird, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.

Das Rohrensystem 20 ist aus mehreren Röhren gebildet, die in geeigneter Weise miteinander in Verbindung stehen und beispielsweise >:ine Anzahl vertikal verlaufender, im wesentlichen paralleler Röhren 30 (Fig. 2) enthalten, welche innerhalb eines Sonnenkollektors sämtlich an ihren jeweils unteren Enden Verbindung zu einer gemeinsamen, horizontal verlaufenden Röhre 32 haben. Die jeweiligen oberen Ende der vertikal verlautenden Röhren 30 des Sonnenkollektors münden in entsprechender Weise in eine gemeinsame, horizontal verlaufende Röhre 34 ein. Die beiden horizontal verlaufenden Röhren sind in der aus den Zeichnungen ersichtlichen Weise etwas schräg gestellt, wobei das tiefer liegende Ende der unteren Röhre 32 an dem bereits erwähnten Einlaß^ohr 24 angeschlossen ist, während das obere Ende der oberen, horizontal verlaufenden Röhre 34 Verbindung zu dem erwähnten Auslaßrohr 26 hat. Das in dem Röhrensystem 20 befindliche Wasser hat daher das Bi'Ntreben. nach abwärts zum Einlaßrohr zuzufließen. wi"'in es nicht in entgegengesetzter Richtung gefördert wird.

Die gesamte Anordnung 12 wird von dem Speichertank 10 aus über eine Speiseleitung 40 mit Wasser versorgt, die über eine gemeinsame, schräggestellte Leitung 41 Verbindung zu dem jeweiligen Einlaßrohr 24 der einzelnen Sonnenkollektoren 14 hat. Die Auslaßrohre 26 der Sonnenkollektoren sind an eine nach aufwärts verlaufende Leitung 42 angeschlossen, die ihrerseits wiederum an dem mit 44 bezeichneten Punkt in eine

ίο Rücklaufleitung 46 übergeht, die bis zu dem Speichertank 10 nach abwärts führt. Ein Standrohr 48 ist einerseits an einem Punkt nahe dem Speichertank 10 in Verbindung mit der Rücklaufleitung 46 gesetzt und hat außerdem am oberen Ende Verbindung zu einer Entlüftungsöffnung50.

Eine Pumpe 52 ist nahe dem Speichertank 10 in der Speiseleitung 40 vorgesehen und hat die Aufgabe, das Wasser nach aufwärts durch die Leitung 40. die schräggestellte Leitung 41. das Einlaßrohr 24, die Röhrensyste- me 20 und dann weiter nach aufwärts aus den Röhrensystemen und den Auslaßrohren 26 sow·? über die schräggestellte Leitung 42 der Rücklaufleituf !^ 46 zuzufördern. Während das Wasser durch die Röhrensysteme 20 strömt, absorbiert es die Wärme, welche von den Sonnenkollektoren aufgenommen wird. Das erwärmte Wasser kehrt über die Rücklaufleitung 46 in den Speichertank Ϊ0 zurück, um neuerlich umgewälzt zu werden. Bei der hier vorgeschlagenen Einrichtung sind Steuermittel vorgesehen, um die Pumpe 52 nur dann in Betrieb zu setzen, wenn an den Sonnenkollektoren 14 ausreichend Wärme zur Verfügung steht. Wenn beispielsweise die Sonnenkollektoren in solchem Maße Wärme absorbieren, daß ihre Temperatur etwa 10' C oder mehr über der Temperatur des Wassers in dem Speichertank 10 beträgt, so wird diese Temperatur von einem Temperaturfühler, welcher nachfolgend genauer beschrieben wird, aufgenommen und bewirkt die Einschaltung der Pumpe. Das Wasser wird sodann aus dem Speichertank 10 entnommen und durch die Sonnenkollektoren in Umlauf versetzt.

Es zeigt sich jedoch, daß das Durchleiten von Wasser, welches eine geringere Temperatur als die Sonnenkollcktoren besitzt, eine entsprechende Erniedrigung der Temperatur der SonnenkoMektoren bewirk·., so daß nunmehr eine geringere verfügbare Temperaiurdifferenz auftritt. Die Pumpe wird somit wieder abgeschaltet. Eine derartige differenticlle Steuerung in engen Grenzen ist unnötig und unerwünscht und erfordert außerdem zusätzliche komplizierte elektrische Einrichtun-

5n gen und Schaltungen, um ein ständiges Einschalten und Wicderabschalten des Pumpenmotors zu verhindern.

Vorliegend findet nun eine Einrichtung Verwendung, welche die Temperatur der wärmeabsorbierenden Kollektorplatten gleichsam im unbelasteten Zustand ermitteil oder mißt. Als unbelasteter Zustand wird der Temperaturzustand eines .Sonnenkollektors bezeichnet, welcher sich einstellt, wenn kein Wasser durchgeleitet wird. Bei der einen Temperaturfühler enthaltende Einrichtung ist ein gebräuchlicher Temperaturfühler 54 ver-

bO wendet, der in einem Gehäuse 56 (F i g. 6) untergebracht ist. das auf einer Oberfläche 57 geschwärzt oder in anderer Weise so ausgebildet ist. daß sich Wärmeabsorptionseigenschaften einstellen, die denjenigen der Kollektorplatte 18 gleichen. Die Temperaturfühler 54 ist in

b5 eine Öffnung 58 einer der Kollekiorplatten 18 eingesetzt, etwa mittels ein~s thermisch isolierenden Dichlungselcment.s oder eines thermisch isolierenden Kittes 60. Dabei ist der Temperaturfühler 54 so gehalten, daß

seine Oberfläche 57 mit den umgebenden, benachbarten Flächenbereichen der Kollekiorplattc 18 fluchtet, so daß die Aufnahmefläche gleichen Abstand von der darüberliegenden Verglasung 17 aufweist. Da also keine Wärme von der Kollektorplatte 18 zu der wiirnieuuf- i nehmenden Oberfläche 57 des Temperaturfühlers 54 über das Dichtungselement oder den Kitt 60 übertragen wird, besitzt die Oberfläche 57 im wesentlichen dieselben Wärmeabsorptionseigenschaften wie die Kollektorplatte 18, wenn diese keine Änderungen der Kollek- m torplattentemperatur aufgrund des Durchstrorns von Wasser durch das Röhrensystem 20 erleidet. Die Tcmpeniiur der Oberfläche des Temperaturfühlers ist also immer für die Temperatur der nichtbclastelen Kollektorplatte repräsentativ.

Gemäß einer anderen Ausführungsform, welche in F i g. 5 gezeigt ist, trägt dor Temperaturfühler an seiner Oberseite eine Platte 62, welche thermisch Absorptionsei^enschaften ähnlich denjenigen der Kollektorplatte 18 aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der Temperaturfühler ebenfalls in eine mit 58 bezeichnete Öffnung der Kollektorplatte 18 eingesetzt, ist jedoch an Ort und Stelle nicht etwa festgekittet, sondern in dem die Öffnung 58 umgebenden Bereich der Kollektorplatte 18 über eine für die Sonnenstrahlung durchlässige Kunst- 2=, Stoffscheibe 64 befestigt. Die Scheibe 64 ist mittels kleiner Nieten oder Schrauben an dem Rand der Platte 62 befestigt und übergreift mit ihrem Außenrand den inneren Rand der Öffnung 58, wo die Scheibe 64 an der Kollektorplatte 18 wiederum festgenietet oder in ande- ω rer Weise befestigt ist. Die Platte 62 ist also in der Ebene der Kollektorplatte 18 gehalten und weist thermische Absorptionseigenschaften entsprechend der unbelasteten Kollektorplatte 18 auf, d. h. sie repräsentiert die Temperatur der Kollektorplatte ohne den Einfluß des in dem Röhrensystem 20 befindlichen Wassers.

Wieder eine andere, in den F i g. 2, 3 und 4 gezeigte Ausführungsform enthält einen liem Sonnenkollektor 14 zugeordneten, miniaturisierten, den unbelasteten Zustand signalisierenden Kollektor 66, der an den Sonnenkollektor 14 angebaut ist. Dabei ist ein kleines Gehäuse 68 vorgesehen, das eine abdeckende Verglasung 70 aufweist und an der Seite des Gehäuses 16 eines der Sonncnkollekioren 14 befestigt ist. Unterhalb der Verglasung 70 und in bestimmtem Abstand hiervon befindet sich eine kleine strahlungsabsorbicrende Kollektorplatte 72. Man erkennt, daß in dem miniaturisierten Kollektor 66 keine Strömungsmittelröhren vorgesehen sind und daß im übrigen die Sonnenstrahlung auf die kleine Kollektorplatte 72 auftrifft und diese in ähnlicher Weise erwärmt, wie dies bei dem großen Sonnenkollektor 14 der Fall ist.

Ein Temperaturfühler 74 ist unmittelbar an der Unterseite der kleinen Kollektorplatte 72 durch Festschrauben. Festnieten oder Festkitten befestigt und spricht daher im Betrieb auf Änderungen der Temperatur der kleinen Kollektorplatte 72 an. Selbstverständlich besitzt die kleine Kollektorplatte 72 dieselben thermischen Absorptionseigenschaften wie die große Kollektorplatte 18. doch wirken auf sie keine TemDeraturände- bo rungen aufgrund eines Wasserdurchstroms durch ein Röhrensystem. Der Temperaturfühler spricht daher stets auf die Temperatur entsprechend dem unbelasteten Zustand der Kollektorplatte 18 an, welche von der kleinen Kollektorplatte 72 im Modell dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Einrichtung mit einem Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur eines Sonnenkollektors, welcher eine strahlungsabsorbie.-ende Kollektorplatte und ein mit dieser Kollektorplatte wärmeleitend verbundenes Röhrensystem zum Durchlesen eines zu erwärmenden Strömungsmittels enthält, dadurch gekennzeichnet, daßderTemperaturfühler (54, 74) mit einer Aufnahmefläche (57, 62) verbunden ist, welche dieselben Wärmeabsorptionseigenschaften wie die vom Strömungsmittel nicht beaufschlagte Kollektorplatte(18) aufweist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die Aufnahmefläche (57, 62) des Temperaturfühlers (54) vnn der Kollektorplatte (18) thermisch getrennt in einer öffnung (50) der Kollektorplatte (18) in solcher Weise gehaltert ist, daß die Aufnahmefläche (57, 62) im wesentlichen in einer Ebene mit den benachbarten umgebenden Oberflächenbereichendsr Kollektorplatte(18)gelegen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine für die Sonnenstrahlung transparente Scheibe (64) über die öffnung (58) der Kollektorplatte (18) gelegt und am inneren Öffnungsrand befestigt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmefläche (57,62) des Temperaturfühlers (54) an der Kollektorplatte (18) durch ein eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweisendes Befestigungsmittel (60 bzw. 64) gehaltert ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel Zement oder Kitt (60) ist. J5

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dt. Jurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel eine Kunststoffscheibc(64)ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmefläche (57) des Temperaturfühlers (54) an einem Gehäuse (56) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmefläche (62) des Temperaturfühlers (54) an einer Platte vorgesehen ist, die an einer Seite des Gehäuses (56) befestigt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmefläche (57, 62) des Temperaturfühlers (54) an einem miniaturisierten KoI- ίο lektor (66) vorgesehen ist, welcher ein einseitig offenes Gehäuse (68) und eine die Gehäuseöffnung abdeckende Verglasung (70) aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß der miniaturisierte Kollektor (66) an einer Seite des Sonnenkollektors (14) befestigt ist.