DE3005534A1

DE3005534A1 - Intermittierend durchstroemter kollektor

Info

Publication number: DE3005534A1
Application number: DE19803005534
Authority: DE
Inventors: Karsten Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-02-27
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1980-09-04
Also published as: ZA801113B; IT8020057A0; FR2450428B1; PT70867A; IT1140665B; AT379016B; BR8001119A; FR2450428A1; US4519380A; ATA149879A; GB2049918A; GB2049918B

Description

^G.PF£|FM PA TENTANWA! ϊ

_«ί-·.ΐΓ'.,\· 225311 52'O WO NCHEN 22

Karsten Laing, Herrenstr. 57, 7500 Karlsruhe

DK 71O8/3a

Intermittierend durchströmter Kollektor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kollektorsystem zur Aufwärmung von Brauchwasser mittels Sonnenenergie, dessen Absorber vom Brauchwasser direkt durchströmt wird. Die Absorber von brauchwasseraufheizenden Kollektoren werden bisher von einem Wärmeträger, dessen Gefrierpunkt unterhalb der Wintertemperatur liegt, durchströmt. Der durch eine Umwälzpumpe geförderte Wärmeträger wird alsdann durch einen Wärmetauscher geleitet, der die Wärme an einen Brauchwasserkreislauf abgibt. Durch derartige Verfahren werden Kollektoranlagen nicht nur kostspielig, sondern auch der Wirkungsgrad, der mit steigender Temperatur steil absinkt, liegt bei Zweikreiskollektoren wesentlich niedriger als bei Kollektoren, die direkt vom aufzuheizenden Wasser durchströmt werden. Der Grund liegt darin, dass im Wärmetauscher ein Temperatürabfall entsteht. Es hat sich aber gezeigt, dass kalkhaltige Wasserqualitäten im Inneren des Absorbers solcher Kollektoren zu Verkalkung führen, wenn die Absorber aus Metall bestehen. Es sind auch Absorber aus thermoplastischen Plastikwerkstoffen bekannt geworden. Diese haben aber den Nachteil, dass der Werkstoff bei höherer Wassertemperatur durch die Einwikung von Heisswasserhydrolyse seine Festigkeitseigenschaften, insbesondere an Kleb- oder Schweissnähten, verliert. Ein weiterer Nachteil direkt durchströmter Kollektoren ist darin zu sehen, dass bei Absinken der Aussentemperatur unter den Gefrierpunkt das im Absorber befindliche Wasser gefriert und damit die Wandungen gesprengt werden.

090036/0643

Gemäss der Erfindung wird der Absorber, der vorzugsweise aus thermoplastischen Plastikwerkstoffen besteht, mit der Kaltwasserleitung verbunden, wobei der Wasserstrom durch ein temperaturgesteuertes Ventil unterbrochen werden kann. Das Ventil wird durch die Sonneneinstrahlung bzw. den erwärmten Wasserstrom geöffnet. Der bereits erhitzte Inhalt des Absorbers wird ausgetrieben. Das Ventil schliesst dann wieder,und die Absorberwandungen werden wieder abgekühlt. Hierdurch stellt sich eine zyklische Durchströmung des Absorbers ein. Durch dieses Durchströmungsverfahren sind sämtliche Bereiche des Absorbers anfangs mit kaltem Wasser gefüllt. Dieses kalte Wasser erwärmt sich durch die Einstrahlung. Sobald aber die gewünschte Temperatur erreicht ist, tritt wieder Kaltwasser an die Stelle von warmem Wasser.

Im Gegensatz zu allen anderen Kollektoren gibt es also keine Bereiche des Absorbers, die permanent der Maximaltemperatur ausgesetzt sind. Bei der Erfindung werden alle Bereiche des Absorbers und damit auch die thermisch besonders empfindlichen Klebstellen thermisch gleichmässig beansprucht. Sie stehen auch nur einen Bruchteil der Zeit, wie bei konstant durchströmten Kollektoren, mit Heisswasser in Berührung. Hierdurch entfallen die Schwachstellen konventioneller Absorber aus Plastikwerkstoffen.

Zur Vermeidung von Einfrierschäden weisen die erfindungsgemässen Absorber, die in frostgefährdeten Regionen eingesetzt werden, im unteren Bereich eine Austrittsöffnung auf. Diese wird durch ein temperaturgesteuertes Ventil geöffnet, sobald der Sensor dieses Ventils auf O⁰C abgekühlt ist. Der Sensor dieses Ventils liegt vorzugsweise ausserhalb der transparenten Abdeckung. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Sensor früher als der Wasserinhalt des Absorbers die O C-Grenze erreicht, wodurch eine rechtzeitige Entleerung des Absorbers sichergestellt wird.

030036/0643

Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.

Figur 1 zeigt eine Kollektoranlage im Schnitt.

Figur 2 zeigt die gleiche Anlage in der Seitenansicht.

Figur 3 zeigt ein Schaltbild.

Figur 4 zeigt einen Druckbehälter.

Figur 5 zeigt den Aufbau eines Kollektors mit erfindungsgemässem Absorber.

Die Kollektoren 1 ' und 1" in Figur 1 werden über Haken 1 im Firstbereich eines Dachstuhls festgehalten. Vorzugsweise auf dem Dachboden ist der Warmwasserspeicher 3 angeordnet, der über die Leitung 9 mit dem höchsten Punkt des am höchsten angeordneten Kollektors 1' in Verbindung steht. Der Speicherbehälter besitzt einen Ablauf 11, der die Warmwasserversorgungsleitung des Hauses speist und am höchsten Niveau eine Überlaufleitung 12 hat, die ins Freie führt und durch die nicht benötigtes Heisswasser austritt. Durch Haken 2 können beliebig viele Kollektoren zu einer Einheit zusammengefasst werden, wie Figur 2 zeigt.

Figur 3 zeigt ein Prinzip-Schaltbild, bei dem kaltes Leitungswasser über die Leitung 5 und das Ventil 6 in den tiefsten Bereich des am tiefesten liegenden Absorbers eintritt, sobald der Sensor 10 eine vorgegebene Temperatur erreicht hat. Erst wenn das kalte Wasser an den Sensor 10 gelangt ist, wird das Ventil 6 wieder geschlossen, bis die Wasserfüllung in den Kanälen 18 des Absorbers aufgeheizt ist. Es ist vorteilhaft, den Sensor 10 dem Sonnenlicht auszusetzen. Hierdurch leitet die Sonnenerwärmung jeweils die Füllung ein. Im Anschluss daran durchströmt das in den Absorberkanälen 18 auf eine etwas höhere Temperatur erwärmte Wasser den Sensor 10, der das Ventil 6 so lange geöffnet hält, bis erneut das nachströmende kalte Wasser den Sensor 10 erreicht.

I '

030036/0643

Durch die am höchsten Punkt des Absorbers angesetzte Leitung 9 strömt das warme Brauchwasser in den isolierten Speicherbehälter 3. Durch das perforierte Rohr 7 ist der Speicher mit der Warmwasserleitung 11 verbunden.

Am tiefsten Punkt, der übereinander angeordneten Kollektoren ist ein weiteres Ventil 14 angeordnet, dessen Sensor 15 aus einem Hohlgefäss gebildet wird, welches mit Wasser gefüllt ist und am tiefsten Punkt über die- Leitung 16 mit dem Ausdehnungskörper 17 verbunden ist. Sobald dieses Wasser durch Abstrahlung gefriert, öffnet sich das Ventil 14. Das in den Kanälen 18 des Absorbers enthaltene Wasser strömt ins Freie, während aus dem Behälter 3 Luft durch die Leitung 9 und den Sensor 10 in die Kanäle 18 nachströmt.

Figur 4 zeigt einen Speicherebehälter, der an die Stelle des Speicherbehälters 3 in Figur 3 treten kann und als Druckbehälter ausgebildet ist. Durch die Leitung 9 tritt das vom Kaltwasser aus dem Absorber ausgetriebene Warmwasser in das Innere des Speicherbehälters ein und bewirkt dort eine Kompression des Luftpolsters 20. Dieses Luftpolster 20 bewirkt, dass Warmwasser durch die Leitung 11a mit Druck in das Warmwassernetz einströmt. Wenn der Druckbehälter völlig entleert wurde, öffnet sich das Schwimmerventil 22, wodurch Luft in das Innere des Behälters eintreten kann, wodurch im Wasser gelöste Luft des Luftpolsters 20 ersetzt wird. Wenn der Druckbehälter vollkommen gefüllt ist, öffnet der zunehmende Druck das Überdruckventil 21, so dass auch dann der Absorber durch Frischwasser gekühlt wird, wenn kein Warmwasser entnommen wird.

Figur 5 zeigt den Aufbau der Kollektorplatte in der Draufsicht, im Längs- und im Querschnitt. Der Absorber 25 ist vorzugsweise aus extrudierten Thermoplasten ausgebildet und enthält eine Vielzahl parallel verlaufender Kanäle 26, die an den Enden 27, 28 miteinander kommunizieren. Durch Stege 29, 30 wird die Strömung so geleitet, dass der Absorber entsprechend den Pfeilen durchströmt wird.

080036/0643

Am höchsten. Punkt des obersten Absorbers ist das Ventilgehäuse 6 angeordnet. Dieses weist einen Eintrittsstutzen 5 für Kaltwasser und einen Austrittsstutzen 9 für Warmwasser auf. Im Austrittsbereich 31 ist ein thermisches Dehnelement 32 angeordnet, das vom erwärmten Warmwasserstrom umströmt wird, bevor dieses in den Austrittsstutzen 9 gelangt. Sobald die Arbeitstemperatur erreicht ist, verschiebt der Aktuator 32 über die Schubstange 33 den Ventilteller 34 und öffnet damit die Verbindung zwischen dem Kaltwasser-Eintrittsstutzen 5 und dem Kaltwasser-Austrittsstutzen 8. über einen Schlauch wird dieser Kaltwasser-Austrittsstützen mit dem Eintrittsstutzen 35 am tiefstliegenden Kollektor verbunden, während im übrigen die Kollektoren,wie in Figur 3 Ziffer 13 gezeigt ist, miteinander in der Weise verbunden werden, dass der obenliegende Stutzen des untenliegenden Kollektors mit dem untenliegenden Stutzen des Kollektors verbunden wird. Ein zweiter thermischer Aktuator 36 öffnet den Ventilteller 37, sobald das Wasser im Hohlkörper 15 gefriert. Dieser Hohlkörper ist auf der nach oben weisenden Fläche tiefschwarz, während alle übrigen Flächen spiegelnd ausgebildet sind. Hierdurch wird erreicht, dass das Wasser im Hohlkörper bei Unterschreitung der O C-Grenze gefriert, bevor Wasser im Kollektor gefrieren kann. Die Schubstange 38 öffnet infolge der Ausdehnung des gefrierenden Wassers den Ventilverschluss, der an der tiefsten Stelle aller Kollektoren angeordnet ist, so dass das gesamte in den Kollektoren befindinliche Wasser bei Frostgefahr austritt.

030036/0643

Claims

Patentansprüche

1.JKollektor zur Erwärmung von unter Druck stehendem Wasser mit einem Absorber, der von Kanälen durchzogen ist, einer Kaltwasserzuführung und einer Warmwasserabführung, dadürdh gekennzeichnet, dass das Warmwasser durch den Sensor (10) eines thermischen Ventils (6) geleitet wird und dass dieses Ventil. (6.) die Kaltwasserleitung (5) so lange geschlossen hält, bis die in den Kanälen (18) des Absorbers eingeschlossene Wassermenge eine vorgegebene Temperatur noch nicht erreicht hat und öffnet, sobald die vorgegebene Temperatur erreicht ist, so dass die in den Kanälen (18) eingeschlossene Wassermenge durch aus der Leitung (5) nachströmendes kaltes Wasser verdrängt wird und durch eine Leitung (9) austritt.

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass.ein Dehnelement im Sensor (10) eine mit zunehmender Temperatur sich ausdehnende Substanz enthält, die über eine Vorrichtung (32, 33) ein Ventil (6, 34) öffnet und Kaltwasser in die Kanäle (18, 26) des Absorbers eintreten lässt, welches bis an das Dehnelement des Sensors (10) vordringen kann und durch Abkühlung das Ventil (6, 34) wieder schliesst.

3. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) im höchstgelegenen Bereich des höchstgelegenen Absorbers angeordnet ist und das Ventil (6) mit dem am niedrigsten liegenden Bereich (35) des am niedrigsten liegenden Absorbers kommuniziert.

4. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem am niedrigsten liegenden Bereich des am niedrigsten liegenden Kollektors ein Ventil (14, 36) kommuniziert» das ein Dehnelement (15) enthält, dessen Flüssigkeit in der Nähe, von 0°C einen Phasenwandel erfährt, wodurch das Ventil (14* 36) geöffnet wird und den Abfluss,- des im Absorber eingeschlossenen Wassers zur

5. Kollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil (36a) des Gehäuses (36) direkt dem Weltraum ausgesetzt ist, so dass die infrarote Abstrahlung des Teiles (36a) nicht durch eine transparente Kollektorabdeckung behindert wird.

6. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (12, 21) vorgesehen sind, die eine zyklische Füllung des Speicherbehälters auch dann sicherstellen, wenn keine Entnahme durch die Austrittsleitung (11, 11a) stattfindet.

7. Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere (3) des Speicherbehälters über eine am höchsten Punkt angeordnete Überlaufleitung (12) mit der Aussenluft kommuniziert.

8. Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere (20) des Speicherbehälters über ein am tiefsten Punkt des Behälters angeordnetes Schwimmerventil (22) mit der Aussenluft kommuniziert.

9. Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am tiefsten Punkt des Speicherbehälters ein Überdruckventil (21) angeordnet ist.

10. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsleitung (11, 11a) an ein perforiertes Rohr (7) anschliesst.

030036/0643