DE2919524A1 - Anlage zur gewinnung thermischer energie unter benuetzung der sonnenwaerme - Google Patents

Anlage zur gewinnung thermischer energie unter benuetzung der sonnenwaerme

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Description

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MERLONI IGIENICO SANITARI S.p.A. 15. Mai 1979
45, Via A. Merloni Cg. 18.593
60044 Fabriano, Ancona A 1508 Al/Kr Italien
Beschreibung
Anlage zur Gewinnung thermischer Energie unter Benützung
der Sonnenwärme
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Gewinnung thermischer Energie unter Benützung der Sonnenwärme, genauer auf eine Sonnenkraftanlage zur Gewinnung thermischer Energie, sei es aufgrund natürlichen Umlaufs, sei es mit Hilfe einer Wärmepumpe.
Wie dem Fachmann bekannt, verwenden derartige Anlagen mit natürlichem Umlauf ein Kältemittel als Fluid, z.B. ein ou fluorhaltiges Methanderivat (Freon), das im Kollektor unter direkter Sonneneinwirkung erwärmt wird und Wärme einer Verbrauchsstelle abgibt, z.B. einem zu erwärmenden Wasserbehälter, in welchem ein Verflüssiger untergetaucht angeordnet ist.
Bekannt sind auch Wärmepumpenanlagen, in denen der Kollektor, der auch als Verdampfer wirkt, auf einer Temperatur unter der Umgabung gehalten wird. Auf diese Weise kann auch
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bei fehlender Sonneneinstrahlung Wärmeenergie der Außen-
luft entnommen werden. Der Kollektor benötigt keine Wärmeisolierung, da er sich auf einem Temperaturniveau unter dem der Umgebung befindet. Ein zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger eingeschalteter "Verdichter geeigneter Charakteristik sorgt für weitere Erwärmung des aus dem Verdampfer kommenden Fluids und ermöglicht diesem, Wärme an die Verbrauchsstelle abzugeben. Es genügt, wenn die Leistung des Verdichters groß genug ist, dem Verdampfer mehr thermische Energie zu entziehen als dieser bei günstigen Witterungsbedingungen aus der Umgebung oder aus direkter Sonneneinstrahlung aufnehmen kann. Ein am Kollektor vorgesehener Fühler setzt den Verdichter still, wenn sich die Temperatur der Erstarrungstemperatur nähert, und ein zweiter, an der Verbrauchsstelle (im Wasser) angeordneter Fühler setzt den Verdichter still, wenn die Temperatur des zu erwärmenden Mediums hoch genug ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verwirklichung einer Anlage der eingangs umrissenen Gattung, die sich automatisch von natürlichem Umlauf auf solchen mittels Wärmepumpe umstellt oder umgekehrt, und die dadurch, daß sie bei verschiedenen Wetterverhältnissen jeweils nach dem günstigsten Verfahren arbeitet, ein Maximum an Ausbeute erreicht.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung erreicht durch die
ou Kombination eines von einem Kältemittel durchflossenen Sonnenkollektors, eines an der Verbrauchsstelle angeordneten Verflüssigers, mehrerer den Kollektor mit dem Verflüssiger verbindender, einen natürlichen Kreislauf ermöglichender Leitungen, zusätzlicher, den vorerwähnten Leitungen angefügte · Leitungen, die einen Wärmepumpenkreislauf ermöglichen, und einer Vorrichtung zum wahlweisen selbsttätigen Umschalten auf den einen oder anderen Kreislauf in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der
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Temperatur des zu erwärmenden Mediums, d.h. an der Verbrauchsstelle .
Der Wärmepumpenkreislauf weist einen zwischen Kollektor und Verflüssiger eingeschalteten Verdichter und eine an der Rückleitung vom Verflüssiger zum Kollektor angeordnete Kapillardrossel auf.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zum selbsttätigen Umschalten von natürlichem Umlauf auf Wärmepumpenumlauf durch Temperaturfühler gebildet, die ein Paar elektrisch steuerbarer Ventile beeinflussen, die die Aufgabe haben, in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Temperatur der Verbrauchsstelle den Verdichter und die Kapillardrossel ein- oder auszuschalten.
Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung, die eines der möglichen Ausführungsbeispiele zeigt, bei welchem Warmwasser für Sanitärzwecke erzeugt wird, beschrieben.
Eine Verbrauchsstelle 1 kann ein Wassererhitzer üblicher Ausführung für das Bad sein, der mit einer Thermostat-Widerstandseinheit 2 ausgerüstet ist.
An einer geeigneten Stelle des Gebäudes, z.B. an einer Außenwand 3 ist mit Hilfe von Trageinrichtungen 4 ein Kollektor 5 montiert, der aus einer nicht isolierten Rohrschlange mit Blendenplatten besteht. Der Kollektor 5, der auch die Funktion des Verdampfers hat, ist mit dem Verflüssiger 6, der im Erhitzer 1 untergebracht ist, durch eine Zuleitung 7 verbunden, während der Verflüssiger 6 seinerseits durch eine Rückleitung 8 mit dem unteren Bereich des Verdampfers bzw. Kollektors 5 verbunden ist. Die beschriebene Anordnung stellt einen geschlossenen Kreislauf dar, in welchem ein Kältemittel niedrigen Siedepunktes
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umläuft, z.B. Difluormonochlormethan ("Freon R 22").
In die Rohrleitungen 7 und 8 sind elektrisch gesteuerte Ventile 9 und 10 eingeschaltet, die von einem Regelthermostat 11 über elektrische Leitungen 12 und 13 gesteuert werden.
IQ In einer das Ventil 9 umgehenden Zweigleitung ist ein Verdichter 14 vorgesehen; dieser wird über eine vom Regelthermostat 11 ausgehende Leitung 15 gesteuert. Ein Entfeuchtungsfilter 16 ist dem Verdichter in Strömungsrichtung vorgeschaltet.
In der Rückleitung 8 ist ein Drosselventil 17 mit Kapillardurchgang parallel zu dem Ventil 10 vorgesehen.
In dem Regelthermostat 11 enden die Steuerleitungen dreier Temperatursonden, und zwar einer Sonde 18, die die Temperatur des Kollektors mißt, einer Bezugssonde 19 zur Kontrolle der Gleichgewichtstemperatur des Kollektors und einer Sonde 20, die die Temperatur des zu erwärmenden Wassers feststellt.
Die Wirkungsweise ist folgende: wenn die von der Sonde 18 erfühlte Temperatur des Kollektors höher ist als die von der Sonde 20 festgestellte Temperatur, bewirkt der Regelthermostat 11 eine Öffnung der elektrisch gesteuerten Ventile 9 und 10, und das Fluid fließt im natürlichen Kreislauf, d.h. der Verdichter 14 und die kapillare Drossel 17 sind von einer Mitwirkung ausgeschlossen. Das Fluid wird im Kollektor 5 erwärmt und zum Sieden gebracht, es fließt durch die Leitung 7 zum Verflüssiger 6, gibt dort seinen Wärmeinhalt an das im Wassererhitzer 1 enthaltene Wasser ab, kühlt sich ab und kehrt dann in flüssigem Zustand durch die Rückleitung 8 zum Boden des Verdampferkollektors 5 zurück. Von hier ab beginnt der Zyklus von neuem.
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Wenn die Sonde 18 eine Temperatur feststellt, die niedriger als oder gleich der der Sonde 20 (im Gebrauchswasser) ist, schließt der Regelthermostat die beiden Ventile 9 und 10 und schaltet den Verdichter 14 ein. Bei dieser Schaltung geht die Wärmeübertragung nach dem Prinzip der Wärmepumpe vor sich. Das Fluid durchläuft den Verdichter 14, wo es· sich erwärmt , sowie die Drossel 17, die die Aufgabe hat, einen Druckabfall zu bewirken, um den Übergang des Fluids in den flüssigen Zustand zu vollenden.
Die Bezugssonde 19 fühlt die Temperatur einer kleinen Platte ab, die aus demselben Werkstoff wie der Kollektor besteht, so daß die Temperatur bei dieser Sonde diejenige ist, die der Kollektor 5 hätte, wenn er nicht durch den Verdichter abgekühlt wäre. Wenn nun die Temperatur der Sonde 19 merkbar höher ist als die der Sonde 20, kann die Anlage nutzbringend mit natürlichem Umlauf arbeiten. In diesem Fall setzt der Regelthermostat 11 den Verdichter 14 still und öffnet die beiden Ventile 9 und 10, um den natürlichen Umlauf, wie dieser bereits beschrieben worden ist, wiederherzustellen.
Die Sonden 18 und 20 haben auch die Kontrollfunktion, eine Erstarrung im Kollektor und eine Überhitzung des Wassers an der Verbrauchsstelle zu vermeiden.
Aus dem bisher Gesagten ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Anlage imstande ist, sowohl in voller Sonne als auch bei fehlendem oder spärlichem Sonnenschein zu arbeiten, sofern nur die Außentemperatur über einem bestimmten, sehr geringen Wert liegt.
Sollte mit der beschriebenen Erzeugung thermischer Energie in der Anlage die gewünschte Temperatur im Gebrauchswasser nicht erreicht werden, kann als Zusatzenergiequelle die Thermostat-Widerstandseinheit 2 in Funktion treten, wie in
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einer herkömmlichen Sonnenenergieanlage zur Erwärmung von Gebrauchswasser
Die Erfindung ist in einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden. Es versteht sich, daß für den Fachmann Varianten möglich sind, ohne den der Erfindung entsprechenden Schutzbereich zu verlassen. 10
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    f 1 1/. Anlage zur Gewinnung thermischer Energie unter Benützung der Sonnenwärme, gekennzeichnet durch die Kombination eines von einem Kältemittel durchflossenen Sonnenkollektors (5), eines an der Verbrauchsstelle angeordneten Verflüssigers (6), mehrerer den Kollektor mit dem Verflüssiger verbindender, einen natürlichen Kreislauf ermöglichender Leitungen (7, 8), zusätzlicher, den vorerwähnten Leitungen angefügte Leitungen, die einen Wärmepumpenkreislauf ermöglichen, und einer Vorrichtung (11) zum wahlweisen selbsttätigen Umschalten auf den einen oder anderen Kreislauf in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Temperatur an der Verbrauchsstelle (1).
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  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmepumpenkreislauf einen zwischen Kollektor (5) und Verflüssiger (6) eingeschalteten Verdichter (14) und eine an der Rückleitung (8) vom Verflüssiger zum Kollektor angeordnete Kapillardrossel (17) aufweist.
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  3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (11) zum selbsttätigen Umschalten von natürlichem Umlauf auf Wärmepumpenumlauf durch Temperaturfühler (18, 19, 20) gebildet ist, die ein Paar elektrisch steuerbarer Ventile (9, 10) beeinflussen, die die Aufgabe haben, in Abhängigkeit von der Außentemperatur, der Temperatur des Kollektors (5) und der der Verbrauchsstelle (1) den Verdichter (14) und die Kapillardrossel (17) ein- oder auszuschalten.
  4. 4. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch steuerbaren Ventile (9, 10) in der Zu- (7) bzw. Rückleitung (8) liegen und daß parallel zu ihnen je in einer Umwegleitung der Verdichter (14) bzw. die Kapillardrossel (17) angeordnet sind.
  5. 5. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler durch einen Fühler {18) für die Kollektortemperatur, einen zweiten Fühler (19), der die Bezugstemperatur des Kollektors von einer Platte gleichen Werkstoffs wie der Kollektor, die jedoch mit letzterem nicht mechanisch verbunden ist, aufnimmt, und einen dritten Fühler (20) für die Temperatur des zu erwärmenden Mediums gebildet sind.
    6c Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (18, 19, 201 beträgsmäßig mit einem Regelthermostaten (11) verbunden sind, der auch das Ein- und Ausschalten des Verdichters (14) steuert.
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DE19792919524 1978-05-19 1979-05-15 Anlage zur gewinnung thermischer energie unter benuetzung der sonnenwaerme Withdrawn DE2919524A1 (de)

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