DE2811958A1 - Two circuit solar heating system - has thermostatically operated valves upper and lower hot water tank heating sections - Google Patents

Two circuit solar heating system - has thermostatically operated valves upper and lower hot water tank heating sections

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DE2811958A1 DE19782811958 DE2811958A DE2811958A1 DE 2811958 A1 DE2811958 A1 DE 2811958A1 DE 19782811958 DE19782811958 DE 19782811958 DE 2811958 A DE2811958 A DE 2811958A DE 2811958 A1 DE2811958 A1 DE 2811958A1
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Abstract

The solar heating system with a heat collector panel (10) mounted on a sloping roof, can have the hot water tank (26) mounted under the roof. The hot water obtained from the panel can circulate through two independent circuits (14) connected with different parts of the tank. The first circuit is connected with a jacket (28) around the top of the tank and the second circuit is connected with a second jacket (30) around the lower part. A temp. sensor (36) inside the top of the tank operates so that above a certain temp. a valve (32) controlling the upper circuit is closed and a valve (34) controlling the lower circuit is opened. Stand by heating is obtained from an electric continuous flow heater (46) whose output is determined by its input temp.

Description

DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGASTDIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 8516895D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 P.O. Box 11 o3 86 Telephone (o2127) 4ol9 Telex 8516895

Patentanmeldung Alfred Eckerfeld, Bökenbuschstraße 43, 5620 Velbert-LangenbergPatent application Alfred Eckerfeld, Bökenbuschstrasse 43, 5620 Velbert-Langenberg

Anlage zur Warmwasserbereitung unter Ausnutzung vonSystem for hot water preparation using

SonnenenergieSolar energy

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Warmwasserbereitung unter Ausnutzung von Sonnenenergie enthaltend Sonnenkollektoren, einen Wärmetauscher mit einem Umlaufwassersystem und einem Brauchwasserkessel in Wärmeaustausch miteinander, sowie eine dem Brauchwasserkessel nachschaltbare Zusatzheizeinrichtung bei welcher das ümlaufwassersystern des Wärmetauschers mit den Sonnenkollektoren in einem geschlossenen, eine Umlaufpumpe enthaltenen Umlaufkreis verbunden ist.The invention relates to a system for heating water taking advantage of solar energy containing solar panels, a heat exchanger with a circulating water system and a Domestic water boilers in heat exchange with each other, as well as an additional heating device that can be connected downstream of the domestic water boiler which the ümlaufwassersystern of the heat exchanger with the Solar panels is connected in a closed, a circulation pump contained circulation circuit.

Bei bekannten Anlagen dieser Art besteht das Umlaufwassersystem des Wärmetauschers aus einer Rohrschlange, die im unteren Teil des Brauchwasserkessels angeordnet ist. Die Erwärmung des Brauchwassers erfolgt somit unten, und das erwärmte Brauchwasser steigt im Brauchwasserkessel nach oben, so daß eine Durchmischung des warmen und kalten Brauchwassers stattfindet und sich in dem Brauchwasserkessel eine weitgehend gleichmäßige mittlere Temperatur einstellt. Wenn kein Warmwasser gezapft wird, steigt diese Temperatur bei Sonneneinstrahlung an, solange bis im Brauchwasserkessel durchgehend im wesentlichenIn known systems of this type, the circulation water system of the heat exchanger consists of a coil in the lower part of the domestic water boiler is arranged. The heating of the domestic water takes place below, and the heated domestic water rises in the domestic water boiler so that the warm and cold domestic water are mixed and a largely uniform mean temperature is established in the domestic hot water boiler. When no hot water is drawn this temperature rises when exposed to sunlight until it is essentially continuously in the domestic hot water boiler

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die Temperatur des zufließenden Umlaufwassers von den Sonnenkollektoren herrscht. Bei geringer Sonneneinstrahlung wird die mittlere Temperatur des Warmwassers jedoch noch nicht der gewünschten Auslauftemperatur entsprechen. Deshalb wird bei der bekannten Anlage das vorerwärmte Wasser auf einen Heizkessel mit konventioneller Brauchwassererwärmung gegeben. Ein solcher Heizkessel enthält Heizungswasser in Wärmeaustausch mit einem Brauchwassersystem, das üblicherweise von einer in dem öl- oder gasbeheizten Heizungswasser angeordneten Rohrschlange gebildet wird.the temperature of the circulating water flowing in from the solar collectors prevails. When there is little sunlight However, the mean temperature of the hot water will not yet correspond to the desired outlet temperature. That is why at the known system given the preheated water to a boiler with conventional domestic water heating. Such a Boiler contains heating water in heat exchange with a domestic water system, which is usually from one in the oil or Gas-heated heating water arranged pipe coil is formed.

Da das Brauchwasser in dem Brauchwasserkessel wegen der Durchmischung bei schwächerer Sonneneinstrahlung im allgemeinen nicht auf der gewünschten Auslauftemperatur ist, wird praktisch bei jedem Zapfen der nachgeschaltete Heizkessel zur Nacherwärmung dieses Wassers eingeschaltet. Es erfolgt dadurch ein unerwünscht hoher Verbrauch von Zusatzenergie, während ein großer Teil der zugeführten Sonnenenergie gar nicht ausgenutzt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage der eingangs definierten Art den Verbrauch von Zusatzenergie zu vermindern.Since the domestic water in the domestic water boiler because of the mixing in weaker solar radiation in general is not at the desired outlet temperature, becomes practical with each tap the downstream boiler is switched on to reheat this water. This results in an undesirable effect high consumption of additional energy, while a large part of the supplied solar energy is not used at all. Of the The invention is based on the object of consuming additional energy in a system of the type defined at the outset Reduce.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Umlaufwassersystem von einem ersten und einem zweiten Teilsystem gebildet ist, von denen das erste mit dem oberen und das zweite mit dem unteren Teil des Brauchwasserkessels in Wärmeaustausch steht, daß die beiden Teilsysteme über je ein steuerbares Ventil in den die Sonnenkollektoren enthaltenden Umlaufkreis einschaltbar sind und daß von einem auf die Temperatur im oberen Teil des Brauchwasserkessels ansprechenden Temperaturfühler bei überschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes das dem oberen Teilsystem zugeordnete, unterhalb dieses Temperaturwertes offene Ventil zu- und das dem unteren Teilsystem zugeordnete, unterhalb des vorgegebenen Temperaturwertes geschlossene Ventil aufsteuerbar ist.According to the invention this object is achieved in that the Circulating water system of a first and a second Subsystem is formed, of which the first with the upper and the second with the lower part of the domestic hot water boiler in Heat exchange means that the two subsystems each have a controllable valve in the one containing the solar collectors Circulation circuit can be switched on and that of a responsive to the temperature in the upper part of the hot water boiler Temperature sensor when a specified temperature value is exceeded, the one assigned to the upper subsystem, below this temperature value closes the open valve and the valve assigned to the lower subsystem below the specified Temperature value closed valve can be opened.

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Bei einer solchen Anlage wird zunächst das Brauchwasser im oberen Teil des Brauchwasserkessels durch das erste Teilsystem von den zugeführten Umlaufwasser erwärmt. Dieses Brauchwasser kann auch bei schwächerer Sonneneinstrahlung relativ schnell eine Temperatur oberhalb der üblichweise gewünschten Auslauftemperatur annehmen. Das warme Brauchwasser bleibt im oberen Teil des Brauchwasserkessels und vermischt sich praktisch nicht mit der darunterliegenden Schicht von kaltem Wasser. Auf diese Weise steht aus dem oberen Teil des Brauchwasserkessels auch bei schwächerer Sonneneinstrahlung Warmwasser der gewünschten Auslauftemperatur zur Verfügung, ohne daß bei jedem auch nur kurzzeitigem Zapfen Zusatzenergie verbraucht würde. Erst wenn der obere Teil des Brauchwasserkessels auf der gewünschten Temperatur ist, wird das zweite Teilsystem zur Erwärmung des unteren Teils des Brauchwasserkesseis wirksam.In such a system, the domestic water in the upper part of the domestic water boiler is first fed through the first subsystem heated by the supplied circulating water. This domestic water can be used relatively quickly even with weaker solar radiation assume a temperature above the normally desired outlet temperature. The hot domestic water remains in the upper Part of the domestic water boiler and practically does not mix with the underlying layer of cold water. To this The desired hot water is available from the upper part of the domestic hot water boiler even when the solar radiation is weaker Outlet temperature available without any need for anything short-term tapping would consume additional energy. Only when the upper part of the domestic hot water boiler is on the desired Temperature is, the second subsystem for heating the lower part of the domestic hot water is effective.

Bei starker Sonneneinstrahlung wird, wenn längere Zeit kein Warmwasser gezapft worden ist, auch bei der erfindungsgemäßen Anlage schließlich das gesamte Brauchwasserkessel voll aufgeheizt.In the case of strong sunlight, if no hot water has been drawn off for a long time, this is also the case with the one according to the invention System finally the entire domestic water boiler is fully heated.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further refinements of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings explained:

Fig. 1 zeigt eine nach der Erfindung ausgebildete Anlage.Fig. 1 shows a system designed according to the invention.

Fig. 2 ist eine auseinandergezoge perspektivische Darstellung des Wärmetauschers.Figure 2 is an exploded perspective view of the heat exchanger.

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Die Anlage enthält Sonnenkollektoren 10, die auf dem Dach 12 des Hauses montiert sind. Die Sonnenkollektoren 10 sind mit einem Umlaufwassersystem 14 eines Wärmetauschers 16 über Leitungen 18,20 in einem Umlaufkreis verbunden. Der Umlaufkreis enthält eine Umlaufpumpe 22 und ein übliches Ausdehnungsgefäß Der Wärmetauscher 16 enthält einen Brauchwasserkessel 26 von zylindrischer Grundform und ein erstes und ein zweites Teilsystem 28 bzw. 30 des Umlaufwassersystems 14. Das erste Teilsystem 28 des Umlaufwassersystems 14 wird von einer Ringkammer gebildet, welche den oberen Teil des Brauchwasserkessels 26 umgibt und mit diesem in Wärmeaustausch steht. Das zweite Teilsystem 30 des Umlaufwassersystems 14 wird von einer Ringkammer gebildet, welche den unteren Teil des Brauchwasserkessels 26 umgibt und mit diesem in Wärmeaustausch steht. Die beiden Teilsysteme 28 und 30 sind über je ein steuerbares Ventil 32 bzw. 34, z.B. je ein Magnetventil, und die Leitung 18 in den die Sonnenkollektoren 10 enthaltenden Umlaufkreis einschaltbar. Die beiden Ventile 32 und 34 sind von einem auf die Temperatur im oberen Teil des Brauchwasserkessels 26 ansprechenden Temperaturfühlers 36 steuerbar. Wenn die Temperatur im oberen Teil des Brauchwasserkessels 26 unterhalb eines vorgegebenen Temperaturwertes von z.B. 50 C liegt, ist das Ventil 32 auf- und das Ventil 34 zugesteuert. Das warme Umlaufwasser von den Sonnenkollektoren 10 erwärmt daher zunächst das Brauchwasser im oberen Teil des Brauchwasserkessels 26. Wenn dieses Brauchwasser die vorgegebene Temperatur erreicht hau oder überschreitet, wird das Ventil 32 zu- und das Ventil 34 aufgesteuert. Es wird dann über das zweite Teilsystem 30 das noch kalte Brauchwasser im unteren Teil des Brauchwasserkessels 26 erwärmt. Inzwischen steht aber schon hinreichend erwärmtes Brauchwasser aus dem oberen Teil des Brauchwasserkessels zum Zapfen als Warmwasser ohne Nacherwärmung zur Verfügung. The system contains solar panels 10, which are installed on the roof 12 of the house are assembled. The solar panels 10 are connected to a circulating water system 14 of a heat exchanger 16 Lines 18, 20 connected in a circulation circuit. The orbit contains a circulation pump 22 and a conventional expansion vessel. The heat exchanger 16 contains a domestic water boiler 26 from cylindrical basic shape and a first and a second subsystem 28 and 30 of the circulating water system 14. The first Subsystem 28 of the circulating water system 14 is formed by an annular chamber which forms the upper part of the domestic water boiler 26 surrounds and is in heat exchange with this. The second subsystem 30 of the circulating water system 14 is from a Formed annular chamber which surrounds the lower part of the domestic water boiler 26 and is in heat exchange with this. the Both subsystems 28 and 30 are each via a controllable valve 32 or 34, e.g. a solenoid valve each, and the line 18 can be switched on in the circulation circuit containing the solar collectors 10. The two valves 32 and 34 are open from one the temperature in the upper part of the domestic water boiler 26 responsive temperature sensor 36 controllable. If the The temperature in the upper part of the domestic water boiler 26 is below a predetermined temperature value of, for example, 50 ° C the valve 32 is open and the valve 34 is closed. The warm circulating water from the solar panels 10 is therefore heated first the domestic water in the upper part of the domestic water boiler 26. When this domestic water has the specified temperature reaches or exceeds hau, valve 32 is closed and valve 34 is opened. It is then over the second subsystem 30 heated the still cold domestic water in the lower part of the domestic water boiler 26. In the meantime, however, there is already enough heated domestic water from the upper part of the domestic water boiler is available for tapping as hot water without reheating.

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Ein elektronischer Temperaturdifferenz-Regler 38 sorgt dafür, daß die Umwälzpumpe 22 abgeschaltet wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem Ausgang 40 des Sonnenkollektors 10 und den Temperaturen oben oder unten im Brauchwasserkessel 26 negativ wird. Es wird so verhindert, daß bei Wegfall der Sonneneinstrahlung durch warmes Wasser aus dem Brauchwasserkessel 26 über die Teilsysteme 28,30 die kühleren Sonnenkollektoren erwärmt werden und so Wärme wieder abgegeben wird.An electronic temperature difference controller 38 ensures that the circulation pump 22 is switched off when the temperature difference between the output 40 of the solar collector 10 and the temperatures above or below in the domestic water boiler 26 becomes negative. This prevents the use of warm water from the domestic hot water boiler when there is no solar radiation 26 via the subsystems 28,30 the cooler solar collectors are heated and so heat is given off again.

Der Brauchwasserkessel 26 ist an seinem unteren Ende mit einem Kaltwasserzulauf 42 verbunden. Vom oberen Ende geht eine Warmwasserleitung 44 aus, die über ein auch mit dem Kaltwasserzulauf 42 verbundenes Mischventil 44 mit einem nachgeschalteten elektrischen Durchlauferhitzer 46 verbunden ist. Das Mischventil 44 bringt die Temperatur des Warmwassers von beispielsweise 50°C bei voll wirksamen Sonnenkollektoren 10 auf etwa 45°C in der zum Durchlauferhitzer 46 führenden Leitung 48. Der elektrische Durchlauferhitzer 46 dient als Zusatzheizeinrichtung, die bei geringer Sonneneinstrahlung oder starkem Warmwasserverbrauch wirksam wird. Der Ausgang des Durchlauferhitzers 46 ist mit den Zapfstellen 50,52 verbunden. Die Heizleistung des Durchlauferhitzers 46 ist in Abhängigkeit von seiner Zulauftemperatur vorzugsweise in Stufen gesteuert. Dadurch wird sichergestellt, daß sich die Zusatzheizung nach der vorhandenen Sonnenenergie richtet und das gezapfte Warmwasser nicht unnötig hoch aufgeheizt wird. Das müßte dann nämlich durch Zumischen von Kaltwasser wieder kompensiert werden, wodurch u.U. unnötig viel Wasser und Zusatzenergie verbraucht wurde.The domestic water boiler 26 is connected at its lower end to a cold water inlet 42. One goes from the top Hot water line 44, which is connected via a mixing valve 44 also connected to the cold water inlet 42 with a downstream electric water heater 46 is connected. The mixing valve 44 brings the temperature of the hot water from, for example 50 ° C with fully effective solar collectors 10 to about 45 ° C in the line 48 leading to the water heater 46. The electric water heater 46 serves as an additional heating device, which is used when there is little solar radiation or high hot water consumption takes effect. The output of the water heater 46 is connected to the draw-off points 50, 52. The heating power of the Flow heater 46 is a function of its inlet temperature preferably controlled in stages. This ensures that the auxiliary heating is after the existing one Directs solar energy and the drawn hot water is not unnecessarily heated up. That would have to be done by mixing can be compensated for by cold water, which may result in unnecessary consumption of water and additional energy.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist der Wärmetauscher 16 von einer Wärmeisolation 54 und einem quaderförmigen Gehäuse 56 umgeben.As can be seen from Figure 2, the heat exchanger 16 is from a thermal insulation 54 and a cuboid housing 56 surrounded.

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Claims (3)

PatentansprücheClaims Anlage zur Warmwasserbereitung unter Ausnutzung von Sonnenenergie enthaltend Sonnenkollektoren, einen Wärmetauscher mit einem Umlaufwassersystem und einem Brauchwasserkessel in Wärmeaustausch miteinander, sowie eine dem Brauchwasserkessel nachschaltbaren Zusatzheiz einrichtung bei welcher das Umlaufwassersystem des Wärmetauschers mit den Sonnenkollektoren in einem geschlossenen, eine Umlaufpumpe enthaltenden Umlaufkreis verbunden ist,System for hot water preparation using Solar energy containing solar panels, a heat exchanger with a circulating water system and a Domestic water boilers in heat exchange with each other, as well as an additional heater that can be connected downstream of the domestic water boiler device in which the circulation water system of the heat exchanger with the solar panels in one closed circulation circuit containing a circulation pump connected is, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das Umlaufwassersystem (14) von einem ersten und einem zweiten Teilsystem (28,30) gebildet ist, von denen das erste mit dem oberen und das zweite mit dem unteren Teil des Brauchwasserkesseis (26) in Wärmeaustausch steht,that the circulating water system (14) of a first and a second subsystem (28,30) is formed, of which the first with the upper and the second with the lower part the domestic water boiler (26) is in heat exchange, daß die beiden Teilsysteme (28,30) über je ein steuerbares Ventil (32,34) in den die Sonnenkollektoren (10)' enthaltenden Umlaufkreis einschaltbar sind undthat the two subsystems (28,30) each have a controllable valve (32,34) in which the solar collectors (10) ' containing circulation circuit can be switched on and daß von einem auf die Temperatur im oberen Teil des Brauchwasserkessels ansprechenden Temperaturfühler (36) bei überschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes das dem oberen Teilsystem (28) zugeordnete, unterhalb dieses Temperaturwertes offene Ventil (32) zu- und das dem unteren Teilsystem (30) zugeordnete, unterhalb des vorgebenenen Temperaturwertes geschlossene Ventil (34) aufsteuerbar ist.that a temperature sensor (36) that responds to the temperature in the upper part of the domestic water boiler when a predetermined temperature value is exceeded, the one assigned to the upper subsystem (28) below this Temperature value open valve (32) and the lower subsystem (30) assigned, below the predetermined temperature value closed valve (34) can be opened. 909839/0241 original inspected909839/0241 originally inspected 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasserkessel (26) zylindrische Grundform besitzt und die beiden Teilsysteme (28,30) des Umlaufwassersystems
(14) von Ringkammern gebildet werden, welche den oberen bzw. den unteren Teil des Brauchwasserkessels (26)
umgeben.2. Plant according to claim 1, characterized in that the domestic water boiler (26) has a cylindrical basic shape and the two subsystems (28,30) of the circulating water system
(14) are formed by annular chambers, which the upper and the lower part of the domestic water boiler (26)
surround. 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizeinrichtung von einem elektrischen Durchlauferhitzer (46) gebildet wird, dessen Heizleistung in
Abhängigkeit von seiner Zulauftemperatur gesteuert ist.3. Plant according to claim 1, characterized in that the additional heating device is formed by an electric water heater (46), the heating power of which in
Is controlled depending on its inlet temperature. 909839/0241909839/0241
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GR910100214A (en) * 1991-05-20 1993-03-31 Dimitrios Kouinis Solar water heater with two or more water tanks on the same supporting frame with water and anti-freeze liquid flow in sequence from tank to tank
CN104848568A (en) * 2014-02-17 2015-08-19 魏春旺 Solar water heater water tank hidden above ceiling

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