DE2919187A1 - Anordnung mit einem solar-strahlungssammler und einer waermepumpe - Google Patents

Description

Anordnung mit einem Solar-Strahlungss«™™ier und einer Wärmepumpe

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine derartige Anordnung beschreibt die TJE-OS 26 39 825, F24J 3/02, wobei die Einrichtungen.zur Herstellung eines guten Wärmeübergangs zwischen der Umgebungsluft und dem Wärmeträgermedium in einer dem Strömungskanal bezüglich der einfallenden Sonnenstrahlung vorgeschalteten Strömungskammer bestehen, die nur beim Betrieb der Wärmepumpe von einem zusätzlichen wärmeleitenden Strömungsmittel durchflossen ist und dann einen guten Wärmeübergang zwischen der Umgebungsluft ' einerseits und der gut wärmeleitenden oberen Wandung des Strömungskanals andererseits herstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die während des Betriebs des Strahlungssammlers als Solar-Strahlungssammler erforderliche gute Wärmeisolation zwischen dem Wärmeträgermedium einerseits und der Umgebungsluft andererseits sowie die gute Wärmeleitung zwischen beiden während des Wärmepumpenbetriebs mit einfacheren Mitteln sicherzustellen. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs; vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Vorsitzender Vorstand: Toni Schmucker, Vorsitzender ■ P.-o!. Dt. tecnn. Ernst Fisls · ot. jur. Peter Frerk - Günter Hertwicri

des Autsichtsrats r Horst Münzner · Dr. rer.pol. Wemet P. Scrtmidi Gottlieb M. Strobl ■ Prof. Or. rer. pol. Friedrich Tnomee

-'Ϊ-: = -n&äj- Sitz der Gesellschaft- Wolfsburg · Amtsgericht Wolfsburg HRB 215

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Während der Aufheizung des Wärmeträgermediums durch die Sonnenstrahlung wird also bei der Erfindung dafür gesorgt, daß nur der der Sonnenstrahlung abgekehrte, gleichsam hintere Bereich des Querschnitts des Strömungskanals von dem Wärmeträgermedium erfüllt bzw. entsprechende Wandbereiche des Kanals benetzt sind, so daß der darüber liegende Querschnittsbereich mit Laft bzw. auch mit dem Dampf des Wärmeträgermediums gefüllt ist und wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit gas- bzw. dampfförmiger Stoffe das Wärmeträgermedium gegen den oberen, mit der TTmgebungsluft in Verbindung stehenden Bereich des Strömungskanals thermisch isoliert. Dagegen wird beim Betrieb der Wärmepumpe durch vollständige Ausfüllung des Querschnitts des Wärmeträgerkanals mit dem Wärmeträgermedium für eine möglichst innige Berührung des im Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft stehenden oberen Bereichs des Strömungskanals gesorgt, so daß das dann eine niedrigere Temperatur als die Umgebungsluf; besitzende Wärmeträgermedium der Umgebungsluft in möglichst großem Maße Wärme entziehen kann.

Bei der Erfindung wird also gegenüber dem eingangs dargelegten Stand der Technik ein zusätzlicher Strömungskreislauf allein zur zeitweisen Aufhebung der Wärmeisolation zwischen Umgebungsluft und Wärmeträgermedium eingespart.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur erläutert.

Der Solar-Strahlungssammler 1 enthält den Strömungskanal 2 für ein Wärmeträgermedium, der auf seiner bezüglich der einfallenden Sonnenstrahlung 3 hinteren oder unteren Seite begrenzt ist durch die Absorberplatte 4» die die Sonnenstrahlung umsetzt in Wärme, und der auf der bezüglich der Sonnenstrahlung 3 vorderen oder oberen Seite begrenzt ist durch die Glasabdeckung 5· Fu^ das Wärme trägermedium erstreckt sich ein Strömungskreislauf über den Verdampfer 6 der Wärmepumpe, die ferner den Kompressor 7 *uicl die Drossel 8 sowie den Kondensator 9 enthält, und den einen Warmwasser-Wärmetauscher bildenden

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Speicher 10 sowie die Pumpe 11, die in diesem Ausführungsbeispiel "bei der schrägen Lage des Strahltmgssammlers 1, durch die der Strömungskanal 2 ein Gefälle erhält, in tinterschiedlichen Richtungen fördern kann.

Ehe auf die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Anordnung eingegangen wird, sei ergänzend darauf hingewiesen, daß der Wärmetauscher 9 einen Entnahmeteil 12 für Heizwasser und einen Entnahmeteil 13 für Brauchwasser enthält; der letztgenannte Entnahmeteil mündet über Dreiwegeventile 14 und 15 in die Ausgangsleitungen des Speichers 10 ein. Verständlicherweise kann die Anordnung insoweit jedoch auch anders ausgelegt sein, da die weitgehende Freiheit in der Ausgestaltung der' Wärmepumpe einen Vorteil der Erfindung darstellt.

Betrachtet man zunächst den Fall des Betriebs des Strahlung Sammlers als Solar-Strahlungssammler, d.h. die Unwirksamkeit der Wärmepumpe, so fördert die Pumpe 11 gemäß dem Pfeil 16 das Wärmeträgermedium zum oberen Ende des StrahlungsSammlers 1, und zwar in einer Menge, die nur eine filmartige Benetzung der Absorberplatte 4 sicherstellt. Dies ist bei 17 angedeutet. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels findet sich demgemäß in dem Strömungskanal 2 eine Luft- und/oder Dampfschicht, die eine gute thermische Isolation zwischen der Flüssigkeit 17 einerseits und der Glasabdeckung 5 andererseits sicherstellt. Damit ist die für einen Betrieb des Solar-Strahlungssammlers 1 mit gutem Wirkungsgrad erforderliche thermische Isolation gegenüber der TTmgebungsluft sichergestellt.

Ist dagegen die Temperatur des Wärmeträgermediums unter den Temperaturwert der Umgebungsluft gesunken, wird die Wärmepumpe dadurch wirksam gemacht, daß der Strahlungssammler 1 als dem Verdampfer 6 vorgelagerter TJmgebungsluft-Wärmetauscher arbeitet. Jetzt wird die Pumpe so umgeschaltet, daß ihre Förderrichtung durch den Pfeil 18 gegeben ist. Innerhalb des schräg angeordneten Strömungsmittelkanals steigt der Flüssigkeitsspiegel also von unten nach oben an und füllt den ge-

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samten Strömungsquerschnitt des Kanals 2 aus, so daß ein guter Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträgermedium einerseits und der Glasabdekkung und damit der Umgebungsluft andererseits sichergestellt ist.

Zweokmäßigerweise erfolgt eine entsprechende Umschaltung der Förderriclitung der Pumpe 16 automatisch, in Abhängigkeit von einem Signal, das aus der Temperatur der Umgebungsluft und der Temperatur des Wärme trägermediums abgeleitet ist. Zu diesem Zweck ist bei 19 im Wege des Wärmeträgermediums sowie bei 20 in der Umgebungsluft jeweils ein .Temperaturmesser angeordnet; die Ausgangssignale dieser beiden Temperaturmesser werden in der elektrischen Tergleichseinrichtung 21 miteinander verglichen. Sobald die Temperatur der Umgebungsluft einen höheren Wert annimmt als die Temperatur des Wärmeträgermediums, erfolg't die Umschaltung auf Wärmepumpenbetrieb, d.h. auf die Förderricttung 18 der Pumpe 11, andernfalls arbeitet die Pumpe in Sichtung des Pfeils 16 und der Strahlungssammler 1 als echter Solar-Strahlungssammler.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß am Strahlungssammler 1 selbst keine zusätzlichen Maßnahmen zur zeitweiligen Aufhebung der Wärmeisolation zwischen Umgebungsluft und Wärmeträgermedium getroffen zu werden brauchen. Die in der Regel ohnehin vorhandene Pumpe braucht lediglich so ausgelegt zu werden, daß sie ihre Förderrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Umgebungslufttemperatur und Temperatur des Wärmeträgermediums einstellt.

Eine andere Ausführung der Erfindung verzichtet auf die Umschaltung der Förderrichtung der Pumpe und sieht eine hinsichtlich der Förderleistung derart umschaltbare Pumpe vor, daß sie bei Betrieb der Wärmepumpe den gesamten Querschnitt des Strömungskanals mit dem Wärmeträgermedium beliefert, dagegen sonst so wenig fördert, daß nur die teilweise Füllung des Querschnitts sichergestellt ist.

Die Vergleichseinrichtung 21 kann zugleich zur Umschaltung der Dreiwegeventile 14 und 15 dienen.

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Claims (4)

1. / 1. } Anordnung mit einem Solar-Strahlungs Sammler, der für ein wärmeleitendes Wärmeträgermedium zumindest einen £trömungskanal enthält, dessen der einfallenden Strahlung zugekehiter Bereich in Wärmekontakt mit der ümgebungsluft steht, und mit einer Wärmepumpe zum Entzug von Wärme aus dem Wärme träge rmedium sowie mit Einrichtungen zur Herstellung eines guten Wärmeübergangs zwischen der TJmgebungeluft und dem Wärmeträgermedium nur während des Betriebs der Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen eine Pumpe (11) enthalten, die während des Betriebs der Wärmepumpe (6-9) eine Füllung des gesamten Querschnitts, dagegen sonst eine nur einen der einfallenden Strahlung abgekehrten Querschnittsbereich erfassende teilweise Füllung des Querschnitts des Strömungskanals (2) mit dem Wärmeträgermedium sicherstellt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strö- · mungskanal (2) mit Gefälle angeordnet und die teilweise Püllung durch einen Rieselfilm (17) gebildet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, "daß der Strömungskanal (2) mit Gefälle angeordnet und die Pumpe (11) derart umschaltbar ist, daß das Wärmeträgermedium den Strömungskanal (2) während des Betriebs der Wärmepumpe (6-9) von unten aiach oben,

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   Vorsitzender Vorstand: Toni Schmucker, Vorsitzender ■ Prof. Dr. tedin. Ernst Fiala · Or.jur. Peter Frerk - .^GOnUr H«rtwich

   &BS Auftiditsrats: Horst Münzner ■ Dr. rer. pol. Werner P. Schmidt · Gottlieb M. Strobl :ij. ttof.Df.ier.pcü.IrfedrJch Thcxnee

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   ORIGINAL INSPECTED

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   dagegen sonst von oben nach unten durchströmt.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpe (11) Schaltmittel (21) zugeordnet sind, die die Pumpe (11) auf die Strömungsbedingungen für Betrieb der Wärmepumpe (6-9) einstellen, wenn die Temperatur der Umgebungsluft größer als diejenige des Wärmeträgermediums ist.

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