CH623124A5

CH623124A5 - Method and device for carrying off surplus heat of a solar collector

Info

Publication number: CH623124A5
Application number: CH979377A
Authority: CH
Inventors: Albin Dr Dipl Phys Kehl
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-08-10
Publication date: 1981-05-15
Also published as: DE2640135A1; FR2363767A1; ES462154A1; JPS5333428A; GB1533804A; IT1113605B

Description

Die Erfindung geht aus einem Verfahren nach dem Ober- 40 begriff des Patentanspruchs 1. Es sind bereits zahlreiche Systeme zur Ausnützung der Sonnenenergie für Heizzwecke oder Brauchwassererwärmung bekannt. Diese Systeme bestehen im wesentlichen aus einem Sonnenkollektor, in welchem durch Sonneneinstrahlung ein Wärmeträger (z. B. 45 Wasser) erwärmt wird. Der aufgeheizte Wärmeträger wird sodann in einem Wärmeträgerkreislauf einem Speicher zugeführt und gibt dort seine Wärme wieder ab. Ist dieser Speicher räumlich unterhalb des Sonnenkollektors angeordnet, so benötigt man ein Pumpsystem um den Wärmeträger 50 wieder dem Sonnenkollektor zuzuführen. Dieses Heizungssystem wird häufig als geschlossene Anlage ausgeführt, d. h. das System ist vollständig mit einem Wärmeträger gefüllt ohne offene Anschlüsse. The invention is based on a method according to the preamble of claim 1. Numerous systems for utilizing solar energy for heating purposes or heating domestic water are already known. These systems essentially consist of a solar collector in which a heat transfer medium (e.g. 45 water) is heated by solar radiation. The heated heat transfer medium is then fed to a store in a heat transfer circuit and releases its heat there again. If this store is arranged spatially below the solar collector, a pump system is required to feed the heat transfer medium 50 back to the solar collector. This heating system is often designed as a closed system, i. H. the system is completely filled with a heat transfer medium without open connections.

Wird nun bei Sonnenkollektoren die Wärme des Wärme- 55 trägers nicht im Speicher abgeführt, entweder weil der Speicher an seiner oberen Temperatur angelangt ist, oder weil die Umwälzpumpe ausfällt, so heizt sich der Wärmeträger im Kollektor bei Sonneneinstrahlung weiter auf. Der Wärmeträger kann dabei bei Zweischeibenkollektoren in diesem Fall 60 bis auf 160 °C erwärmt werden (Leerlauftemperato). Es ist jedoch in der DIN-Norm 4751 für Systeme mit geschlossenem Kreislauf die obere Temperatur mit 110 °C begrenzt. If the heat of the heat carrier is not dissipated in the storage tank in the case of solar collectors, either because the storage tank has reached its upper temperature or because the circulation pump fails, the heat transfer medium in the collector continues to heat up when the sun is shining. In this case, the heat transfer medium can be heated from 60 to 160 ° C (idle temperature) for double-disc collectors. However, the DIN standard 4751 for systems with a closed circuit limits the upper temperature to 110 ° C.

Diese obere Temperaturgrenze ist im geschlossenen Wärmeträgerkreislaufsystem selbst dann nicht gewährleistet, wenn 65 mit Überdruckventilen der entstehende Heissdampf abgeblasen wird. Hierbei besteht die Gefahr, dass der Kollektor in diesem Betriebszustand vollständig seine Wasserfüllung verliert, so dass er sich dann bis auf seine Endtemperatur aufheizen kann. This upper temperature limit is not guaranteed in the closed heat transfer circuit system even if the hot steam generated is blown off with pressure relief valves. There is a risk that the collector will completely lose its water filling in this operating state, so that it can then heat up to its final temperature.

Eine Möglichkeit der Wärmeträgerkühlung wäre die Kühlung mit Frischwasser. Hierbei wird jedoch Frischwasser nur aufgeheizt und anschliessend nutzlos verschwendet. Eine andere Möglichkeit stellt die Kühlung des Kollektors mit Ventilatoren dar. Dabei wird jedoch Energie nutzlos verbraucht. Schliesslich sei noch die Kühlung des Sonnenkollektors nach dem Konvektionsprinzip erwähnt, nach welchem die sich am Kollektor erwärmte Luft nach oben steigt und kühlere Luft nach sich zieht, wodurch eine Kühlung zustande kommt. One possibility of cooling the heat transfer medium would be cooling with fresh water. Here, however, fresh water is only heated up and then wasted. Another possibility is cooling the collector with fans. However, energy is used uselessly. Finally, the cooling of the solar collector based on the convection principle should also be mentioned, according to which the air heated at the collector rises and cooler air is followed, which results in cooling.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Das erfindungsgemässe Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Überschusswärme eines Sonnenkollektors durch eine selbständige Regelung in einem zusätzlichen Wärmetauscher abgeführt wird. Wird der Wärmetauscher oberhalb des Sonnenkollektors angeordnet, so fliesst der im Sonnenkollektor aufgeheizte heisse Wärmeträger aufgrund des Thermosiphoneffekts (selbständige Schwerkraftumwälzung) durch den zugeschalteten Wärmetauscher und kühlt sich dort ab. The method according to the invention with the characterizing features of patent claim 1 has the advantage that the excess heat of a solar collector is dissipated by an independent control in an additional heat exchanger. If the heat exchanger is arranged above the solar collector, the hot heat carrier heated in the solar collector flows through the connected heat exchanger due to the thermosiphon effect (independent gravity circulation) and cools down there.

Durch die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist die Parallelschaltung des zusätzlichen Wärmetauschers zum Sonnenkollektor, da hierdurch der Wärmeträger am Kollektorausgang ausströmt, durch den Wärmetauscher fliesst, sich dort abkühlt und von dort aus zurück zum Kollektoreingang fliesst. Bei Anordnung eines thermostatisch geregelten Ventils im Bereich des Kollektorausgangs kann dieser Kühlungskreislauf kontinuierlich und stufenlos betrieben werden. Die Regelung dieses Ventils erfolgt dabei auf vorteilhafte Weise über einen Temperaturfühler, der im Bereich der wärmsten Stelle des Sonnenkollektors, d. h. in der Nähe des Kollektorausgangs angeordnet wird. Dabei erscheint es als sehr günstig, wenn die Funktion des Ventils und des Temperaturfühlers auf mechanischem oder thermodynamischem Prinzip, also stromunabhängig basiert. The measures listed in the dependent claims allow advantageous further developments and improvements of the method specified in the main claim. The parallel connection of the additional heat exchanger to the solar collector is particularly advantageous, since as a result the heat transfer medium flows out at the collector outlet, flows through the heat exchanger, cools there and flows back from there to the collector inlet. If a thermostatically controlled valve is arranged in the area of the collector outlet, this cooling circuit can be operated continuously and continuously. The control of this valve takes place in an advantageous manner via a temperature sensor, which in the area of the warmest point of the solar collector, ie. H. is placed near the collector outlet. It appears to be very favorable if the function of the valve and the temperature sensor is based on a mechanical or thermodynamic principle, i.e. independent of the current.

Durch diese vorteilhaften Massnahmen wird gewährleistet, dass sich der Kühlungskreislauf beim Erreichen einer kritischen, einstellbaren Wärmeträgertemperatur selbständig einschaltet. Insbesondere wird durch diese Massnahmen in sehr einfacher Weise die Erfüllung der DIN-Norm 4751 erreicht, wodurch z. B. auch die Verwendung von temperaturempfindlichen Kunststoff-Sonnenkollektoren ermöglicht wird. Bei Kollektoren mit Glasoberfläche wird infolge der geringeren Temperaturunterschiede innerhalb des Sonnenkollektors die Gefahr des Glasbruchs verkleinert. These advantageous measures ensure that the cooling circuit switches on automatically when a critical, adjustable heat transfer medium temperature is reached. In particular, these measures achieve the DIN standard 4751 in a very simple manner. B. also the use of temperature-sensitive plastic solar panels is made possible. For collectors with a glass surface, the risk of glass breakage is reduced due to the lower temperature differences within the solar collector.

Zeichnung drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The single figure shows an arrangement for carrying out the method according to the invention.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung Description of an embodiment according to the invention

Die gezeichnete Anordnung besteht aus einem Sonnenkollektor 10, über dem ein Wärmetauscher 11 in Parallelschaltung angeordnet ist. Zwischen dem Sonnenkollektor 10 und dem Wärmetauscher 11 befindet sich ein Ventil 12, welches über einen Temperaturfühler 13 thermostatisch geregelt wird. Der Temperaturfühler 13 wird dabei im Bereich der höchsten Kollektortemperatur angeordnet, d. h. in Ausflussnähe des Wärmeträgers aus dem Kollektor. In der Figur sind weiterhin die für das Heizungssystem notwendigen Aggregate wie Wärmespeicher 14 und Umwälzpumpe 15 The arrangement shown consists of a solar collector 10, above which a heat exchanger 11 is arranged in parallel. Between the solar collector 10 and the heat exchanger 11 there is a valve 12 which is thermostatically controlled via a temperature sensor 13. The temperature sensor 13 is arranged in the region of the highest collector temperature, i. H. near the outflow of the heat transfer medium from the collector. The figure also shows the units required for the heating system, such as heat accumulator 14 and circulation pump 15

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schematisch dargestellt. Die einzelnen Aggregate sind durch ein Rohrsystem miteinander verbunden. shown schematically. The individual units are connected by a pipe system.

Der Betrieb des Heizungssystems kann dann wie folgt erfolgen: Bei normalem Betrieb wird infolge der Sonneneinstrahlung der Wärmeträger im Sonnenkollektor 10 aufge- s heizt und von dort aus über das Rohrsystem zum Speicher 14 transportiert. Ist der Sonnenkollektor 10 räumlich oberhalb des Wärmespeichers 14 angeordnet, so benötigt man für den Wärmeträgerkreislauf eine Umwälzpumpe 15, da kein natürlicher Wärmeträgerumlauf möglich ist. Im Speicher 14 10 wird die Wärme des Wärmeträgers an ein Speichermedium abgegeben. Der abgekühlte Wärmeträger wird sodann mit Hilfe der Pumpe 15 zum Sonnenkollektoreingang 16 geführt und kann sich im Sonnenkollektor wiederum erwärmen. The heating system can then be operated as follows: In normal operation, the heat transfer medium in the solar collector 10 is heated up as a result of the solar radiation and is transported from there via the pipe system to the store 14. If the solar collector 10 is arranged spatially above the heat accumulator 14, a circulation pump 15 is required for the heat carrier circuit, since no natural heat carrier circulation is possible. In the storage 14 10, the heat of the heat transfer medium is given off to a storage medium. The cooled heat transfer medium is then fed to the solar collector inlet 16 with the aid of the pump 15 and can in turn heat up in the solar collector.

Wird dem Speicher 14 keine oder nur wenig Wärme ent- 1S nommen so erwärmt sich dieser ständig, solange der Wärmeträger durch Sonneneinstrahlung Wärme aufnimmt und diese dem Speicher 14 zuführt. Ist die Temperatur des Speichers 14 so hoch, dass dieser keine Wärme mehr aufnehmen kann, oder ist der Wärmekreislauf infolge eines Ausfalls der Um- 2Q wälzpumpe 15 unterbrochen, so heizt sich der Wärmeträger im Sonnenkollektor weiter auf. Die Temperatur des Wärmeträgers kann bei Zweischeibenkollektoren bis zu 160 °C erreichen, was nach der DIN-Norm 4751 für geschlossene Systeme unzulässig ist. In diesem Fall sieht die Erfindung vor, dass der Temperaturfühler 13 des Ventiles 12, der auf oder hinter der Absorberplatte des Kollektors in Auslaufnähe angebracht ist, ab einer bestimmten Temperatur (z. B. 95 °C) die Regelung des Ventils 12 übernimmt. Aufgrund des Ther-mosiphoneffektes (selbsttätige Schwerkraftumwälzung) fliesst sodann der heisse Wärmeträger durch den Wärmetauscher 11, kühlt sich dort infolge der umgebenden kühleren Luft ab und fliesst zurück zum Kollektoreingang 16. Dieser Kreislauf gegen den Uhrzeigersinn findet jedoch nur dann statt, wenn die Pumpe 15 nicht in Betrieb ist, d. h. derWärmeträgerkreis-lauf erfolgt nicht über den Speicher 14. Bei eingeschalteter Pumpe 15 wird der Wärmetauscher 11 im anderen Sinne durchströmt. Dabei wird vom Wärmetauscher 11 ebenfalls Wärme an die Umgebung abgegeben, so dass der Kollektor auch hier mit Wärmeträgermedium von niedriger Temperatur gespeist wird. In diesem Fall kann auch die Temperatur des Speichers wieder erniedrigt werden. Ist die Grenztemperatur des Kollektors wieder unterschritten, so schliesst das Ventil 12 wieder und der Wärmeträgerkreislauf ist wieder in normalem Betrieb. If no or only a little heat is removed from the storage 14, it heats up continuously as long as the heat transfer medium absorbs heat through solar radiation and supplies it to the storage 14. If the temperature of the store 14 is so high that it can no longer absorb heat, or if the heat cycle is interrupted due to a failure of the circulation pump 15, the heat transfer medium in the solar collector continues to heat up. The temperature of the heat transfer medium can reach up to 160 ° C with double-disc collectors, which is not permitted according to DIN standard 4751 for closed systems. In this case, the invention provides that the temperature sensor 13 of the valve 12, which is mounted on or behind the absorber plate of the collector near the outlet, takes over the control of the valve 12 from a certain temperature (e.g. 95 ° C.). Due to the thermosiphon effect (automatic gravity circulation), the hot heat transfer medium then flows through the heat exchanger 11, cools there as a result of the cooler air around it, and flows back to the collector inlet 16. However, this counterclockwise cycle only takes place when the pump 15 is not in operation, d. H. the heat transfer circuit does not take place via the store 14. When the pump 15 is switched on, the heat exchanger 11 is flowed through in the other sense. In this case, heat is also given off to the surroundings by the heat exchanger 11, so that the collector is also supplied with a heat transfer medium of low temperature. In this case, the temperature of the storage can also be reduced again. If the temperature falls below the limit of the collector again, the valve 12 closes again and the heat transfer circuit is back in normal operation.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Verfahren zum Abführen von Überschusswärme eines Sonnenkollektors, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Heizungssystem abzutrennender Wärmetauscher (11) dem Sonnenkollektor (10) zugeordnet und an den Wärmeträger- s kreislauf des Heizungssystems derart anzuschliessen ist, dass die Überschusswärme des Sonnenkollektors (10) selbständig geregelt durch den Wärmetauscher (11) abgeführt wird. 1. A method for dissipating excess heat from a solar collector, characterized in that a heat exchanger (11) to be separated from the heating system is assigned to the solar collector (10) and is to be connected to the heat transfer circuit of the heating system in such a way that the excess heat from the solar collector (10) is independent controlled by the heat exchanger (11) is discharged.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) über ein Ventil (12) 10 an den Sonnenkollektor (10) angeschlossen wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (11) via a valve (12) 10 is connected to the solar collector (10).

2 2nd

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) thermostatisch geregelt wird, 3. The method according to claim 2, characterized in that the valve (12) is thermostatically controlled,

wobei ein Thermostatfühler (13) für die Steuerung des Ventils (12) im Bereich des Kollektorausflusses (17) angeschlossen 15 wird. a thermostat sensor (13) for controlling the valve (12) in the region of the collector outlet (17) being connected 15.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) und der Thermostatfühler (13) stromunabhängig zu regeln sind. 4. The method according to claim 3, characterized in that the valve (12) and the thermostat sensor (13) are to be controlled independently of the current.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- 20 zeichnet, dass der Wärmetauscher (11) je nach Betriebszustand in beiden Richtungen vom Wärmeträger durchströmt wird. 5. The method according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (11) is flowed through in both directions by the heat transfer medium depending on the operating state.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme- 25 tauscher (11) bezüglich des Heizungssystems in Parallelschaltung zum Sonnenkollektor (10) und räumlich oberhalb desselben angeschlossen ist. 6. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (11) is connected with respect to the heating system in parallel connection to the solar collector (10) and spatially above the same.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizkreislauf dem Sonnenkollektor (10) 30 ein Wärmetauscher (14) und eine Umwälzpumpe (15), im Kühlkreislauf dem Sonnenkollektor (10) ein Wärmetauscher (11) nachgeschaltet ist, wobei die Regelung des Strömungsverlaufs des Wärmeträgers durch ein thermostatisch geregeltes Ventil (12) erfolgt. 35 7. The device according to claim 6, characterized in that in the heating circuit, the solar collector (10) 30, a heat exchanger (14) and a circulating pump (15), in the cooling circuit, the solar collector (10) is followed by a heat exchanger (11), the control of the Flow course of the heat transfer medium takes place through a thermostatically controlled valve (12). 35