DE3003688A1 - Solarkollektoranlage mit siedendem waermetraeger wie wasserdampf und geschichtetem speichertank - Google Patents
Solarkollektoranlage mit siedendem waermetraeger wie wasserdampf und geschichtetem speichertankInfo
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- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
- F24D11/003—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
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Description
MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, 23» Januar 1980
GESELLSCHAFT BTO1 Fro/th
MIT BESCHRÄNKTER HAI1TIMG5 8631
MÜNCHEN
Solarkollektoranlage Mt siedendem Wärmeträger wie Wasserdampf
und geschichtetem Speichertank:
Die Erfindung betrifft eine Solarkollektoranlage mit siedendem Wärmeträger wie Waserdampf und geschichtetem
Speichertank, der mit Zuleitung und Ableitung für den Wärmeträger versehen ist»
Flache oder konzentrierende Solarkollektoren werden üblicherweise
mit einem Rohrnetz untereinander verbunden= Mit Hilfe einer zumeist elektrisch angetriebenen Pumpe
wird ein Wärmeträger umgewälzt, welcher die absorbierte Sonnenenergie einem Verbraucher oder Wärmespeicher
zuführt=
In vielen Anwendungsfällen sorgt eine Regelung für konstante
Kollektorfeld-AuslauftemperatuTo Im Fall der
Speicherung haben sich senkrecht aufgestellte Tanks bewährt, in denen warmer Wärmeträger über kaltem auf-
-grund des Dichteunterschieds lagert., Je nach Kollektoranzahl
wird die Durchströmung einzelner Kollektorreihen kalibriert, um die erforderliche gleichmäßige
Aufheizung sicherzustellen» Zum Vorheizen des Kollektorfeldes wird der Wärmeträger im Kurzschluß umgepumpt,
bis die Arbeitstemperatur'am Kollektorfeldausgang erreicht ist.
Die Nachteile der bisherigen Lösungen bestehen darin,
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Akte 8631
daß für Umwälzpumpe und Regelung elektrische Energie
erforderlich, ist, die bei manchen Anwendungsfällen
eigens hierfür, z.B. ebenfalls sogar erzeugt werden muß. Bei Flachkollektoren liegt der Strombedarf bei
1 bis 2 ¥ pro qm Kollektoroberfläche.
Umwälzpumpe und Motor sind oft störanfällig und bedürfen regelmäßig der Wartung. Das gleiche gilt für die
Temperaturregelung am Kollektorfeld-Ausgang. Zur Regelung
wird'die Wärmeträgertemperatur aufgenommen, wo
ΊΟ lediglich ein Mittelwert aus allen Kollektoren erfaßbar
ist. Kollektoren, die aufgrund ungleichmäßiger Durchströmung oder Einstrahlung, z.B. wegen Teilbeschattung
überhitzt bzw. unterkühlt sind, werden nicht erkannt. Gegenüber der Solltemperatur haben
heißere Kollektoren einen schlechteren "Wirkungsgrad, teilbeschattete oder fehlerhafte Kollektoren
können zur Abkühlung des Wärmeträgers führen.
Bei Ausfall von Umwälzpumpe oder Regelung ist das Kollektorfeld durch zusätzliche Maßnahmen gegen Überdruck
bzw. Überhitzung zu schützen, um Gefahren und Beschädigungen zu vermeiden.
Da das Kollektorfeld flüssigkeitsgekühlt ist, sind
alle Leitungen entsprechend dem Durchsatz dimensioniert. Zur Vermeidung hoher Strömungsverluste weisen
sowohl Hin- wie Rückleitung beträchtliche Querschnitte auf. folglich fallen hohe Leitungs- und
Isolationskosten an und die große nicht nutzbare Wärmekapazität, vor allem durch ITüssigkeitsinhalt,
führt zu langen Vorheizzeiten.
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- 5 - Akte 8631
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Solarkollektoranlage mit geschichtetem Speichertank zu schaffen, die ohne
Umwälzpumpe auskommt, sich ohne elektrische Eegelorgane selbsttätig regelt und den Wärmetransport ohne
Temperaturverluste bewältigt.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Solarkollektoren mit Hin- und Eückleitung mit der Unterseite des
Speichertanks verbunden sind, wobei der Speichertank über Kollektorniveau angeordnet ist, daß im Inneren
"10 des Speichertanks ein wärmeisoliertes Zentralrohr vorhanden ist, in dessen Unterseite die Hinleitung
mündet und dessen Oberseite mit einem aufschwimmbaren
Ventildeckel versehen ist, wobei das Zentralrohr sich von nahe der Unterseite des Speichertanks bis in
den Bereich der Oberseite' des Speichertanks erstreckt und daß der kondensierte Wärmeträger zugleich Speichermedium
ist.
Die Vorteile der Erfindung liegen in dem Minimum am notwendigen Materialaufwand und damit großer Kostengünstigkeit,
da Umwälzpumpe, elektrische Regelung, zusätzlicher Expansions tank, Wärmetauscher,- Ventile, und dergleichen
nicht benötigt werden. Die Anlage ist kurz nach Beginn der Sonneneinstrahlung betriebsbereit und gegen Überhit
zungs schaden einzelner Kollektoren optimal gesichert. Wärmeverluste entlang des Rohrnetzes bewirken
keine Abkühlung des Wärmeträgers.
Die Erfindung ist anhand der einzigen Figur näher erläutert.
Kollektoren 10 sind untereinander mit je einer Hin-
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- 6 - Akte 8631
und Rückleitung 11, 12 parallel geschaltet. Beide Leitungen
11, 12 münden in die Unterseite 13 eines Speichertanks
14. Der Speichertank 14 ist über Kollektorniveau angeordnet. Kollektoren 10, Leitungen und Speichertank
14 sind gegenüber der Umgebung in bekannter Weise thermisch isoliert. Die Hinleitung 11 von den
Kollektoren. 10 zum Speichertank 14 führt waagrecht oder bergauf und weist einen wesentlich größeren
Querschnitt auf als die Rückleitung 12, die ebenfalls waagrecht oder bergauf führt.
Im Speichertank 14 befindet sich ein wärmeisoliertes Zentralröhr 15, in dessen Unterseite 16 die Einleitung
11 -endet und dessen oberes Ende einen Ventildeckel 17 trägt. Im oberen Bereich des Speichertanks
14 befindet sich Puffergas unter einstellbarem Druck. Im einfachsten Pail kann der Speichertank 14 oben auch
mit einer Öffnung zur Umgebung verbunden sein. Hierzu ist ein Gasbehälter 18 mit Einstellventil 19, Anzeige
20 sowie einem Sicherheitsventil 21 vorgesehen. Eine Verbindungsleitung 26 führt von der Gasflasche 18 zur
Oberseite des Speichertanks 14.
Das System unterhalb des Puffergases ist mit flüssigem
bzw.siedendem Wärmeträgermedium 22 gefüllt, das bei Plachkollektoren meist aus Wasser besteht. Der
Gasdruck wird entsprechend der gewünschten Betriebstemperatur gemäß Dampfdrucktabeile eingestellt. Eine
Drossel 23 in der Rückleitung 12 verhindert Haturkonvektion
im Kollektorkreislauf in beiden Richtungen.
An der Unterseite 13 des Speichertanks 14 ist eine Rückleitung 24 vom Verbraucher für kalte Wärmeträger vorge-
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sehen, während heißer Wärmeträger im oberen Bereich durch eine Ableitung 25 dem Verbraucher zugeleitet werden kann.
Die Punktion der Anlage ist folgende :
Durch Absorption von Sonnenlicht erwärmt sich die in den Kollektoren 10 befindliche Flüssigkeit ο Bei Erreichen
der Siedetemperatur entstehen Blasen, die Flüssigkeit in den Speichertank 14 drängen und in der Hinleitung
aufsteigen. Dabei erwärmen die Blasen die Hinleitung durch Kondensation. Die Rückleitung 12 wird nicht vorgewärmt.
Hat die Hinleitung 11 Siedetemperatur erreicht, dringen die Dampfblasen in das wärmeisolierte Zentralrohr
15 des Speichertanks 14 und wärmen dieses ebenfalls
auf Siedetemperatur vor= Nach dem Aufwärmen von Hinleitung 11 und Zentralrohr I5 verdrängt Dampf den
Wärmeträger aus dem Ventildeckel 17» so daß dieser eine
vorgegebene Öffnungsstrecke aufschwimmt <, Damit wird der
warme Wärmeträger des Zentralrohres 15 mit den bereits
im Speichertank 14 befindlichen durchschnittlich kälteren
Wärmeträger verbunden. Dem Zentralrohr 15 entweicht nach oben heißer Wärmeträger, wobei ankommende Dampfblasen
2 in dem unten nachströmenden kälteren Wärmeträger kondensieren. Überschreitet die Dampfmenge das
Energieaufnähmevermögen des im Speichertank 14 momentan
zirkulierenden Wärmeträgers, so verstärkt die grössere Blasenanzahl den Zirkulationsantrieb und damit
die Zufuhr kalten Wärmeträgers. Die Zirkulationsgeschwindigkeit im Tank regelt sich also selbst. Den
Kollektoren 10 strömt aus dem unteren Tankberereich kalter Wärmeträger durch Schwerkraft zu. Entsprechend
dem Volumenverhältnis Flüssigkeit/Dampf und den Strömungswiderständen wird eine Rückleitung 12 mit geringem
Querschnitt gewählt. Bei Aussetzen der Dampfzufuhr wegen mangelnder Einstrahlung,, kondensiert der
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- 8 - Akte 8631
Restdampf im Ventildeckel 17 und das Zentralrohr 15
schließt wieder. Der Wärmeinhalt des Zentralrohres geht nicht verloren, er wärmt den kalten Speichertereich
geringfügig vor.
Notkühlung ist erforderlich, wenn bei thermisch vollständig
gefüllten Speichertank 14 weiterhin Solarenergie in den Kollektoren 10 absorbiert wird* In diesem
Fall entweichen Dampf blas en in' das Puff ervo lumen im oberen Bereich des Speichertanks 14- unter Anstieg
von Systemtemperatur und Druck. Das Sicherheitsventil 21 öffnet und läßt Dampf ab, dis die Sonneneinstrahlung
nachläßt oder Wärme entnommen wird. Anschließend muß !Flüssigkeit ergänzt werden» Grundsätzlich
sind die Kollektoren solange vor Überhitzung geschützt, wie Flüssigkeit im Speichertank 14
vorrätig ist. Bei üblichen Größenverhältnissen von Kollektorfeld und Speichertank reicht dieser Schutz
über mehrere Sonnentage, selbst wenn keine "Flüssigkeit ergänzt wird.
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Claims (3)
- 3Ü03688KESSEESCHWITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, 23. Januar 1980GESELLSCHAFT BT01 Fro/thMIT BESCHRÄNKTER HiI1TTOTG, 8631 MÖNCHEBTSolarkollektoranlage mit siedendem Wärmeträger wie Wasserdampf und geschichtetem SpeichertankPatentansprücheSolarkollektoranlage mit siedendem Wärmeträger wie Wasserdampf und geschichtetem Speichertank, der mit Zuleitung und Ableitung für den Wärmeträger versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Solarkollektoren (10) mit Hin- und Rückleitung (11, 12) mit der Unterseite (13) des belüftbaren Speichertanks (14) verbunden sind, wobei der Speichertank (14) über Kollektorniveau angeordnet ist, daß im Inneren des Speichertanks (14) ein wärmeisoliertes Zentralrohr (15) vorhanden ist, in dessen Unterseite die Hinleitung (11) mündet und dessen Oberseite mit einem aufschwimmbaren Ventildeckel (17) versehen ist, wobei das Zentralrohr sich von nahe der Unterseite (13) des Speichertanks (14) bis in den Bereich der Oberseite des Speichertanks (14) erstreckt und daß der kondensierte Wärmeträger zugleich Speichermedium ist.- 2 BAD ORIGINAL13003 4/0^:3.6 ;..- 2 - Akte 8631
- 2. Solarkollektor nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , daß an der Oberseite des Speichertanks (14) ein Puffergas einbringbar ist und daß dazu an der Oberseite über eine Verbindungsleitung (26) ein Gasbehälter (18) mit regelbarem Gasdruck anschließbar ist.
- 3. Solarkollektoranlage nach Anspruch 1 und/oder Anspruch2, dadurch gekennzeichnet , daß die Hinleitung (11) einen wesentlich größeren Querschnitt als die Bückleitung (12) aufweist.130034/0036
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803003688 DE3003688C2 (de) | 1980-02-01 | 1980-02-01 | Wärmespeicheranlage mit einem flüssigen Wärmeträger und einem Speichertank |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803003688 DE3003688C2 (de) | 1980-02-01 | 1980-02-01 | Wärmespeicheranlage mit einem flüssigen Wärmeträger und einem Speichertank |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3003688A1 true DE3003688A1 (de) | 1981-08-20 |
DE3003688C2 DE3003688C2 (de) | 1982-10-14 |
Family
ID=6093510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19803003688 Expired DE3003688C2 (de) | 1980-02-01 | 1980-02-01 | Wärmespeicheranlage mit einem flüssigen Wärmeträger und einem Speichertank |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3003688C2 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4221668A1 (de) * | 1992-07-02 | 1994-01-13 | Ulrich Dipl Ing Leibfried | Warmwasser-Schichtenspeicher mit fremdenergiefreiem Gegenstromwärmetauscher |
WO2010092311A1 (fr) | 2009-02-16 | 2010-08-19 | Association Pour La Recherche Et Le Developpement De Methodes Et Processus Industriels "Armines" | Systeme de distribution d'eau chaude comportant un ballon d'accumulation sous pression d'un gaz |
DE102010046985A1 (de) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Robert Bosch Gmbh | Speichereinrichtung für ein Heizsystem |
EP2489945A3 (de) * | 2011-02-18 | 2014-01-22 | Robert Laabmayr | Wärmespeicher |
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-
1980
- 1980-02-01 DE DE19803003688 patent/DE3003688C2/de not_active Expired
Patent Citations (1)
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