DE4139287A1

DE4139287A1 - Hot water storage unit for solar system - has integrated storage and expansion tanks and heat exchanger

Info

Publication number: DE4139287A1
Application number: DE19914139287
Authority: DE
Inventors: Joern-Henrich Schaefertoens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1992-04-16

Abstract

In a hot water storage unit for solar systems, the novelty is that the storage tank (1), the expansion tank (3) and the heat exchanger (2) are assembled to a common pref. cylindrical unit and are enclosed by a common heat insulation (4). ADVANTAGE - The storage unit is optimally adapted to solar technology requirements, has minimal heat losses, is heated with extremely low temp. differences and pressure losses in the heat exchanger, meets strict hygiene requirements and is inexpensive to mfr..

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmwasserspeichereinheit für Solaranlagen.The invention relates to a hot water storage unit for Solar systems.

Zur Erzeugung von solar erwärmtem Brauchwasser sind vielfältige Lösungen bekannt und gebräuchlich. Viele Anlagen bestehen aus dem Solarkollektor, der die Sonnenenergie in aller Regel über einen geschlossenen frostsicheren Druckmittelkreislauf mittels Wärmetauscher auf das gespeicherte Brauchwasser überträgt.For the production of solar heated domestic water diverse solutions known and in use. Lots Plants consist of the solar collector, which the Solar energy usually through a closed Frost-proof pressure medium circuit using a heat exchanger transferred to the stored hot water.

In dem geschlossenen Druckmittelkreislauf befindet sich ein aus der Heizungstechnik bekanntes Ausdehnungsgefäß mit gasgefüllter Ausgleichskammer, welches das Ausdehnungsvolumen des Druckmittels aufnehmen kann und gegen Überhitzung des Solarkreises insofern absichert, als bei Dampfbildung im Absorber des Solarkollektors das Absorbervolumen vollständig im Ausgleichsbehälter aufgenommen werden kann. (In dem durch den Dampf entwässerten Kollektor können dann die Temperaturen ohne Beschädigung der Anlage so weit ansteigen, daß durch die erhöhten Wärmeverluste keine Energie mehr auf den Druckmittelkreislauf übertragen werden.)There is a in the closed pressure medium circuit expansion tank known from heating technology with gas-filled compensation chamber, which is the expansion volume of the pressure medium can absorb and against overheating of the solar circuit insured insofar as at Vapor formation in the absorber of the solar collector affects the absorber volume be completely absorbed in the expansion tank can. (In the collector drained by the steam can then control the temperatures without damaging the equipment rise so far that the increased heat losses no more energy transferred to the pressure medium circuit will.)

Die Ausgleichsgefäße müssen aufgrund dieser Funktion relativ groß dimensioniert werden.The expansion tanks must be based on this function be dimensioned relatively large.

Sie sind deshalb einerseits teuer, auf der anderen Seite entstehen durch ihre große Oberfläche auch zusätzliche Wärmeverluste, die nur durch einen erhöhten Aufwand für die Wärmedämmung vermieden werden können.On the one hand, they are expensive, on the other hand Due to their large surface, additional ones are created Heat losses caused only by increased effort for the Thermal insulation can be avoided.

Um den Druckmittelkreislauf mit geringstmöglicher Pumpenleistung zu ermöglichen, sollen die Wärmetauscher möglichst geringe Strömungswiderstände aufweisen. Dadurch wird eine Schwerkraftumwälzung möglich oder der Betrieb einer Umwälzpumpe aus photovoltaischen Solarzellen.To the pressure medium circuit with the lowest possible The heat exchangers are intended to enable pump performance have the lowest possible flow resistances. Thereby gravity circulation becomes possible or operation a circulation pump made of photovoltaic solar cells.

Die Oberfläche der Wärmetauscher soll möglichst groß sein, weil der Kollektorwirkungsgrad von der Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicherwasser abhängig ist. Um das Volumen des Ausgleichsgefäßes klein zu halten, werden bisher Wärmetauscher mit relativ geringen Durchfußquerschnitten bevorzugt und die erhöhte Pumpenleistung in Kauf genommen. Besonderes Augenmerk ist auch auf die Wasserhygiene zu richten:The surface of the heat exchanger should be as large as possible because the collector efficiency depends on the temperature difference between collector and storage water. To do that To date, keeping the volume of the expansion tank small has been Heat exchangers with relatively small cross sections preferred and the increased pump capacity accepted. Particular attention is also paid to water hygiene judge:

An die Hygiene der Warmwasserspeicher werden durch neuere Erkenntnisse über die Verkeimung von stagnierenden Wasservolumina insbesondere durch Legionella-Bakterien höhere Anforderungen gestellt, insbesondere weil das Bakterienwachstum durch die solartechnisch realisierbaren niedrigen Wassertemperaturen begünstigt wird.The hygiene of the hot water tanks are improved by newer ones Findings on the germination of stagnant Water volumes, especially from Legionella bacteria made higher demands, especially because that Bacterial growth through the solar technically realizable low water temperatures is favored.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, einen Solarspeicher zu schaffen, der den Anforderungen durch die Solartechnik optimal entspricht, also minimale Wärmeverluste aufweist, bei möglichst geringen Temperaturdifferenzen und Druckverlusten im Wärmetauscher zu beheizen ist, den erhöhten Anforderungen an die hygienische Qualität des Brauchwassers entspricht und zu geringstmöglichen Kostenn herzustellen ist.The aim of the invention is therefore to a solar storage create the requirements of solar technology corresponds optimally, i.e. shows minimal heat loss, with the lowest possible temperature differences and pressure losses is to be heated in the heat exchanger, the increased Requirements for the hygienic quality of the domestic water corresponds and to produce at the lowest possible cost is.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Speichergefäß, Wärmetauscher und Ausgleichsgefäß zu einer kompakten Einheit verbunden werden, die von einer gemeinsamen Wärmedämmung umschlossen sind.According to the invention, this object is achieved in that Storage vessel, heat exchanger and expansion vessel into one compact unit connected by a common thermal insulation are enclosed.

Der Wärmetauscher ist dazu als Zylindermantel ausgeführt, der das Speichergefäß außen vollständig umschließt. Im oberen Bereich dieses Wärmetauschers schließt sich direkt und durch eine elastische Membrane getrennt das Ausgleichsgefäß an. Die Gasfüllung des Ausgleichsgefäßes leistet einen zusätzlichen Beitrag zur Wärmedämmung, vorteilhaft ist auch die Verringerung der wärmeabgebenden Oberfläche bei im Ruhezustand direkt auf dem Speichergefäß aufliegender Membrane. The heat exchanger is designed as a cylinder jacket, which completely surrounds the outside of the storage vessel. in the the upper area of this heat exchanger closes directly and the expansion tank is separated by an elastic membrane at. The gas filling of the expansion tank provides an additional contribution to thermal insulation, advantageous is also the reduction in the heat-emitting surface when directly at rest on the storage vessel overlying membrane.

Diese kompakte Zuordnung führt durch eine kleine Oberfläche zur Verringerung der Wärmeverluste und spart Material ein. Außerdem wird der Installationsaufwand erheblich reduziert. Bei Herstellung, Installation und Betrieb ergeben sich damit wirtschaftliche Vorteile gegenüber der üblichen Ausführung aus Einzelteilen.This compact assignment leads through a small surface to reduce heat loss and save material. In addition, the installation effort is significantly reduced. Production, installation and operation result thus economic advantages over the usual Execution from individual parts.

Eine weitere Verringerung der Herstellkosten wird ermöglicht durch die erfindungsgemäße Verwendung von nichtrostend plattierten Stahlblechen anstelle von Emaillierungen für das Speichergefäß und von Stahlblech anstelle von Kupferrohr für den Wärmetauscher.A further reduction in manufacturing costs will made possible by the use of stainless steel sheets instead of Enamelling for the storage vessel and sheet steel instead of copper pipe for the heat exchanger.

Durch die mantelartige Ausführung des Wärmetauschers ergeben sich aufgrund des großen Leitungsquerschnittes minimale Strömungswiderstände. Der Nachteil des größeren Volumens im Druckmittelkreislauf, fällt aufgrund des kostengünstigen Angebotes eines relativ großen Volumens des Ausgleichsbehälters nicht entscheidend ins Gewicht.Due to the jacket-like design of the heat exchanger result from the large cable cross-section minimal flow resistance. The disadvantage of the bigger one Volume in the pressure medium circuit, falls due to the inexpensive offer of a relatively large volume of Reservoir is not critical in weight.

Für die Wasserhygiene ergeben sich durch die glatte Wandung des Speichergefäßes und ein vergleichsweise geringeres Brauchwasservolumen bei unverändertem Wärmeinhalt (das Volumen im Tauschermantel ist energetisch Bestandteil des Speichervolumens) erhebliche Vorteile.The smooth wall results in water hygiene of the storage vessel and a comparatively smaller one Hot water volume with unchanged heat content (the Volume in the exchanger jacket is part of the energy Storage volume) considerable advantages.

Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Wasserhygiene ist erfindungsgemäß eine separate Entnahmestelle für kühles Vorratswasser aus dem unteren Speicherbereich, die sicherstellt, daß auch bei der Entnahme von Brauchwasser über ein thermostatisches Mischventil die gleiche Menge Frischwasser dem Speicher zugeführt wird, wie entnommen wird. Die Gefahr von langzeitiger Stagnation des Speicherwassers in den unteren Speicherschichten wird damit reduziert.Another measure to improve water hygiene is a separate tapping point for cool according to the invention Reservoir water from the lower storage area which ensures that even with the withdrawal of industrial water over a thermostatic mixing valve the same amount of fresh water is fed to the memory as is removed. The danger of long-term stagnation of the storage water in the lower storage layers are reduced.

description

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Warmwasserspeichereinheit. Ein vorzugsweise zylindrisches Speichergefäß (1) wird von einem mantelförmigen Behälter (2) umschlossen, so daß die Wandung (4) des Speichergefäßes (1) als Wärmetauscherfläche verwendet wird. Fig. 1 shows a hot water storage unit according to the invention. A preferably cylindrical storage vessel ( 1 ) is enclosed by a jacket-shaped container ( 2 ), so that the wall ( 4 ) of the storage vessel ( 1 ) is used as a heat exchanger surface.

Im oberen Bereich des Mantelbehälters befindet sich oberhalb des Speichergefäßes (1) der Ausgleichsraum (17), der durch eine elastische Membran (15) von dem Mantelraum des Wärmetauschers abgetrennt wird. Der Ausgleichsraum ist durch ein Füllventil (18) in der oberen Kalotte (14) des Mantels von der Umgebung abgetrennt. Kalotte (14) und Zylinderwandung (11) des Mantels sind durch einen Bördelring (16) miteinander und mit der elastischen Membran (15) verbunden. Der Boden des Speichergefäßes (1) ist mit dem Oberteil des Gefäßes (4) durch einen Spannring (24) und eine Dichtung (25) verbunden. Der Boden (6) weist Durchbrüche für die Zuleitung von Frischwasser (7), die Entnahme von Kaltwasser (9) und die Entnahme von Heißwasser (8) auf. Die Gefäßeinheit wird vollständig von der Wärmedämmung (4) umschlossen, die aus einer Fußplatte (21), einer Deckplatte (20) und einem Mantel (19) zusammengesetzt ist und lediglich Durchbrüche (12) und (13) für den Anschluß des Druckmittelkreislaufes sowie für Zulauf und Ablauf des Brauchwassers aufweist.In the upper area of the jacket container, the compensation chamber ( 17 ) is located above the storage vessel ( 1 ), which is separated from the jacket space of the heat exchanger by an elastic membrane ( 15 ). The compensation chamber is separated from the surroundings by a filling valve ( 18 ) in the upper cap ( 14 ) of the jacket. The spherical cap ( 14 ) and the cylinder wall ( 11 ) of the jacket are connected to one another and to the elastic membrane ( 15 ) by a flange ring ( 16 ). The bottom of the storage vessel ( 1 ) is connected to the upper part of the vessel ( 4 ) by a clamping ring ( 24 ) and a seal ( 25 ). The bottom ( 6 ) has openings for the supply of fresh water ( 7 ), the removal of cold water ( 9 ) and the removal of hot water ( 8 ). The vessel unit is completely enclosed by the thermal insulation ( 4 ), which is composed of a base plate ( 21 ), a cover plate ( 20 ) and a jacket ( 19 ) and only openings ( 12 ) and ( 13 ) for the connection of the pressure medium circuit and for Has inlet and outlet of the domestic water.

Fig. 2 zeigt die Gestaltung der Verbindung von Speichergefäßoberteil (4) und Deckel (6) im Detail. Die Wände des Speichergefäßes bestehen aus doppelwandigem Material, mit korrosionsbeständigem Werkstoff auf der Innenseite (22) und gewöhnlichem Stahl auf der Außenseite (23). Fig. 2 shows the design of the connection of the upper part of the storage vessel ( 4 ) and lid ( 6 ) in detail. The walls of the storage vessel are made of double-walled material, with corrosion-resistant material on the inside ( 22 ) and ordinary steel on the outside ( 23 ).

Claims

1. Hot water storage unit for solar systems, characterized in that the storage vessel ( 1 ), expansion vessel ( 3 ) and heat exchanger ( 2 ) are joined together to form a common, preferably cylindrical unit and are enclosed by a common thermal insulation ( 4 ).

2. Hot water storage unit for solar systems according to claim 1, characterized in that the compensation space ( 17 ) is arranged above the storage vessel ( 1 ) and is separated by an elastic membrane ( 15 ) from a jacket-shaped cylinder space arranged around the storage vessel, which in the idle state the lid of the storage vessel.

3. hot water storage unit for solar systems, characterized in that in the bottom ( 6 ) of the storage vessel spatially separate openings ( 7 ) for feeding fresh water and ( 9 ) for the removal of cold water via a thermostatic valve ( 10 ) are arranged.

4. Hot water storage unit for solar systems, characterized in that the vessel walls ( 4 ) and ( 6 ) consist of stainless steel sheet, so that the inner wall ( 22 ) consists entirely of stainless steel and the outer wall ( 23 ) of ordinary steel.

5. Hot water storage unit for solar systems, characterized in that the cylindrical upper part ( 4 ) of the storage vessel by a clamping ring ( 24 ) and a sealing ring ( 25 ) on the circumference of the cover ( 6 ) are preferably detachably connected.