DE2736456B1 - UEberwachungseinrichtung fuer mit Fluessigkeiten betriebene Solaranlagen - Google Patents

Description

• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Speichergefäß, das automatisch und in Abhängigkeit von der Temperatur füllbar und entleerbar ist. gelöst Die Vorteile der vorgeschlagenen Oberwachungseinrichtung bestehen zum einen in der Möglichkeit, normales Wasser als fast kostenloses Strömungsmittel zu benutzen und dieses auch in großen Heizungskreislaufen direkt weiterzuverwenden. Anderenfalls müßte das teuere Strömungsmittel im gesamten Kreislauf verwendet werden oder mit zustäzlichem Kostenaufwand ein weiterer Wärmeaustauscher zwischengeschaltet werden. Dies hätte aber einen Gradientenverlust zur Folge. was wiederum einem verminderten Wirkungsgrad der Solaranlage gleichkommt Zum anderen besteht ein weiterer Vorteil darin, daß eine mit der vorgeschlagenen Überwachungseinrichtung ausgerdstete Solaranlage völlig selbsttätig unter Vermeidung von Betriebsphasen arbeitet, in denen personeller Einsatz erforderlich ist Durch das automatische Wiedereinschalten ist das Ausnutzen der gesamten Bandbreite der möglichen Einsatztemperaturen für Solaranlagen ohne menschlichen Eingriff gegeben.
• Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung schließt oder unterbricht eine als doppelter Zweipunktregler wirkende Schalteinrichtung den Stromungsmittelkreislauf der Solaranlage, der mindestens aus einem Sonnenkollektor, einem Wärmetauscher und einer Stromungsmittelkreislaufleitung mit einer Umwälzpumpe besteht Einer oder mehrere Temperatur-Meßfuhler sind einstellbar auf eine untere Grenztemperatur nahe dem Gefrierpunkt des Strömungsmittels und auf eine obere Grenztemperatur nahe dem Siedepunkt des Strömungsmittels, bei deren Ober- oder Unterschreiten die Schalteinrichtung den Strömungsmittelkreislauf schließt oder unterbricht Das Speichergefäß ist so angeordnet, daß es bei Füllung der Anlage mit Strömungsmittel bis dicht unterhalb der Unterkante des Kollektors dann ebenfalls damit gefüllt ist Sein Rauminhalt entspricht mindestens demjenigen des nicht mit Strömungsmittel gefüllten oberen Teiles des Strömungsmittelkreislaufes Dieser obere Teil des Stromungsmittelkreislaufes ist mit Luft oder aus Korrosionsschutzgrunden mit einem inerten Gas wie z B. Stickstoff gefüllt Das Speichergefäß ist mittels zweier unten und oben einmündenden Verbindungsleitungen an den Strömungsmittelkreislauf angeschlossen und nach oben durch ein von der Schalteinrichtung steuerbares Absperrorgan zu verschließen.
• Am höchsten Punkt des Stromungsmittelkreislaufes ist ein Gassammelgefäß mit einem mit der Schalteinrichtung verbundenen Füllstandsanzeiger installiert Von diesem Gassammelgefäß führt eine Verbindungsleitung zu einem Kompressor und von dort über ein durch die Schalteinrichtung steuerbares Absperrorgan zum Speichergefäß.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt Anhand der Fig.1 wird die Erfindung mit einer grundsätzlichen schematischen Darstellung erklärt An dem besonders vorteilhaften Anlagebeispiel eines geschlossenen Strömungsmittelkreislaufes gemäß F i g. 2 wird die Erfindung nachfolgend ausführlich beschrieben. Die F i g. 3 und F i g. 4 zeigen Alternativbeispiele mit offenen bzw. zeitweise offenen Strömungsmittelkreisläufen.
• Die Fig 1 zeigt den Strömungsmittelkreislauf, der mindestens aus einem Kollektor 1, einem Wãrmetauscher 2 und der Strömungsmittelkreislauf-Leitung 3 mit einer Umwãlzpumpe 4 besteht Die Schalteinrichtung 5 arbeitet mit einem oder mehreren Thermostaten 6 und bewirkt mit gemäß F i g. 2 bis 4 unterschiedlichen, in den Patentansprüchen beschriebenen Anlageteilen das Sammeln bzw. Entleeren des Speichergefäßes 7 mit StrömungsmitteL Der Funktionsablauf von der Inbetriebnahme der Anlage an ist der folgende.
• Mittels des Füllventils 8 wird Strömungsmittel so lange eingefüllt, bis dieses den Strömungsmittelkreislauf bis dicht unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 anfüllt, was z B. durch Ausströmen des Strömungsmittels aus der Oberlaufleitung 9 mit dem Absperrorgan 10 angezeigt werden kann.
• Das Speichergefäß 7 ist mittels der Rohrleitungen 11, 12 mit dem Strömungsmittelkreislauf so verbunden, daß seine Oberkante unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 bzw. des Abzweiges der Oberlaufleitung 9 angeordnet ist Da das in der Rohrleitung 12 befindliche Absperrorgan 13 bei der Füllung geöffnet sein so4 ist auch das Speichergefäß 7 ganz mit Strömungsmittel gefüllt.
• Der obere Teil des Strömungsmittelkreislaufes, der mittels des Absperrorgans 14 von Hand entlüftet werden kann, enthält nach der Strõmungsmittel-Erstfüllung bis unterhalb der Unterkante des Kollektors 1 Luft Die Schalteinrichtung 5 steuert einerseits das Absperrorgan 13 und andererseits das Absperrorgan 15, das in der Leitung 16 sitzt, die das Gassammelgefäß 17 mit dem Speichergefäß 7 verbindet Für die nun beginnende, aus Korrosionsschutzgründen mit einem inerten Gas, wie zB. Stickstoff, vorzunehmende Erstfüllung des Speichergefäßes 7 sollen beide Absperrorgane 13, 15 geschlossen sein.
• Aus einem an das Absperrorgan 18 anzuschließenden Gasdruckbehälter 19 wird so lange Gas in das Speichergefäß 7 gefüllt, bis das auf diese Weise über die Leitung 11 aus dem Speichergefäß 7 herausgedrückte Strömungsmittel den Strömungsmittelkreislauf geschlossen hat Dies kann durch Kontrollmeldung des Füllstandanzeigers 20 an die Schalteinrichtung 5 mittels Meldeleuchte dort angezeigt werden. Mit dem ansteigenden Strömungsmittel wird der obere Teil des Stromungsmittelkreislaufes über das Absperrorgan 14 entlüftet und dieses nach Abschluß des Vorganges von Hand geschlossen.
• Wenn der oder die Thermostate 6 eine Strömungsmitteltemperatur messen, die zwischen dessen Gefrierpunkt und Siedepunkt liegt, hält die Schalteinrichtung 5 das Absperrorgan 13 unter Strom geschlossen, das Absperrorgan 15 stromlos geschlossen und schaltet bei Anzeige des oberen Strömungsmittelfüllstandes durch den Füllstandanzeiger 20 die Umwälzpumpe 4 ein. Die Solaranlage ist nunmehr betriebsbereit Unterschreitet die Stromungsmitteltemperatur die an dem oder den Thermostaten 6 eingestellte, nahe dem Gefrierpunkt liegende untere Grenztemperatur oder überschreitet sie die nahe dem Siedepunkt liegende obere Grenztemperatur, so unterbricht die Schalteinrichtung 5 die Stromzufuhr zu dem Absperrorgan 13 und öffnet dieses Dadurch strömt das in dem Speichergefäß 7 gespeicherte Gas über die Leitung 12 dem Auftrieb gehorchend in den oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes. Das daraus über die Leitung 11 verdrängte Strömungsmittel sammelt sich analog in dem Speichergefäß 7. Der Füllstandanzeiger 20 meldet diesen Vorgang der Schalteinrichtung 5, die die Umwälzpumpe 4 abschaltet Hat die Strömungsmitteltemperatur wieder einen innerhalb der Grenztemperaturen liegenden Wert erreicht, schießt die Schalteinrichtung 5 bei unterem Füllstand die Stromzufuhr zu dem Absperrorgan 13 und schließt dieses Ebenfalls schließt sie die Stromzufuhr zu dem Absperrorgan 15 und öffnet dieses damit und schaltet den Kompressor 21 ein. Dieser saugt nun das im oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes befindliche Gas ab und drückt es durch die Leitung 16 in das Speichergefäß 7. Dieser Vorgang bewirkt dann den schon bei der Gas-Erstfüllung beschriebenen Effekt Der Strömungsmittelkreislauf wird geschlossen und bei Erreichen des oberen Füllstandes der Kompressor 20 mittels Signal des Füllstandanzeigers 20 durch den Regler 5 ausgeschaltet Die Solaranlage ist nun wieder betriebsbereit

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Überwachungseinrichtung von mit Flüssigkeiten betriebenen Strõmungsmittelkreisläufen von Solaranlagen gegen Ueberdruck durch Dampfbildung oder Einfrieren, gekennzeichnet durch ein Speichergefäß (71 das automatisch und in Abhãngigkeit von der Temperatur füllbar und entleerbar ist 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine Schalteinrichtung (5) den Strömungsmittelkreislauf der Solaranlage, mindestens bestehend aus einem Sonnenkollektor (11 einem Wärmetauscher' (2) und einer Strömungsmittelkreislauf-leitung (3) mit einer Umwälzpunlpe (41 schließt oder unterbricht 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet. daß ein oder mehrere Thermostate (6) einstellbar sind auf eine untere Grenztemperatur nahe dem Gefrierpunkt des Strömungsmittels und auf eine obere Grenztemperatur nahe dem Siedepunkt des Strömungsmittels, bei deren Über- oder Unterschreitung die Schalteinrichtung (5) den Strömungsmittelkreislauf schließt oder unterbricht 4. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Oberkante des Speichergefußes (7) unterhalb der Unterkante des Kollektors (1) angeordnet ist und dadurch das Speichergefäß (7) bei Füllung der Anlage durch Strömungsmittel bis dicht unterhalb der Unterkante des Kollektors (1) ebenfalls damit gefüllt ist 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. daß das Speichergefäß (7) einen Rauminhalt aufweist, der mindestens demjenigen des nicht mit Strömungsmittel gefüllten oberen Teiles des Strömungsmittelkreislaufes entspricht 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet. daß der obere Teil des Strõmungsmittelkreislaufes mit Luft oder aus Korrosionsschutzgründen mit einem inerten Gas wie zB.

   Stickstoff gefuilt ist 7. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß das Speichergefäß (7) mittels Rohrleitungen (11,12) an den Strömungsmittelkreislauf angeschlossen und die Rohrleitung (12) durch ein durch die Schalteinrichtung (5) gesteuertes Absperrorgan (13) zu verschließen ist 8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß am hochsten Punkt des Stromungsmittelkreislaufes ein Gassammelgefäß (17) mit einem mit der Schalteinrichtung (5) verbundenen Füllstandanzeiger (20) installiert ist 9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet. daß ein Kompressor (21) dem Transport des im oberen Teil des Strömungsmittelkreislaufes befindlichen Gases in das Speichergefäß (7) dient 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß der Kompressor (21) mittels einer durch ein Absperrorgan (15) zu verschließenden Leitung (16) mit dem Gassammelgef{B (17) und dem Speichergefäß (7) verbunden ist 11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen mittels eines Absperrorgans (18) anschließbaren Gasdruckbehilter (191 der der Gas-Erstfüllung der Anlage mit einem inerten Gas zum Zwecke des Korrosionsschutzes dienen kann.

   12 Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasdruckbehãlter (22) mit einem Druckreduzierventil (23) in Verbindung mit einer Leitung (24) vorhanden ist die mit einem von der Schalteinrichtung (7) ansteuerbaren Absperrorgan (25) zu verschließen ist 13. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8 und 12, dadurch gekennzeichnet daß durch eine Offnung in der Oberseite des Gassammelgefäßes (17) eine Verbindung zur Umgebung gegeben ist die das Hinausdrücken des im oberen Teil des Strõmungsmittelkreislaufes befindlichen Gases bei der GasfAllung des Speichergefäßes (7) erlaubt 14. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Schalteinrichtung (5) ansteuerbares Absperrorgan (26) auf der Oberseite des Gassammelgefäßes (17) vorhanden ist.

   um so bei der Gasfüllung des Speichergefäßes (7) das Hinausdrucken des im oberen Teil des Strõmungsmittelkreislaufes befindlichen Gases zu erlauben 15. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet daß die Schalteinrichtung (5) mit dem Schließen und Unterbrechen des Strõmungsmittelkreislaufes auch die Umwãlzpumpe (4) ein-und ausschaltet Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Absicherung von mit Flüssigkeiten betriebenen Strömungsmittelkreisläufen von Solaranlagen gegen Überdruck durch Dampfbildung oder Einfrieren Flüssige Strömungsmittel in Kreisläufen von Solaranlagen dürfen einerseits nicht über ihren Siedepunkt hinaus erhitzt werden, da die Solaranlage durch den dabei entstehenden Überdruck zerstört würde. Andererseits darf auch der Gefrierpunkt des Strömungsmittels nicht überschritten werden, da dies ebenfalls die Zerstörung der Solaranlage zur Folge hätte.

   Ohlicherweise werden daher in Solaranlagen solche Flüssigkeiten verwendet, deren physikalische Eigenschaften diesen hohen Anforderungen genügen. So wird z B. sog. Thermoöl eingesetzt, das neben dem Nachteil des hohen Preises auch erhebliche technologische Probleme für die in den verschiedenen Anlageteilen verwendeten Materialien mit sich bringt Wasser kann mit teueren Frostschutzmitteln gegen Einfrieren bis zu Temperaturen von ca. -30"C geschützt werden, jedoch bleibt der Nachteil des relativ niedrigen Siedepunktes bestehen Es werden daher üblicherweise Überdmckventile eingesetzt. die den Stromungsmittelkreislauf bei Überschreiten eines einstellbaren rdruckes öffnen und die Anlage somit entleeren Nach Eintritt eines solchen Falles muß die Anlage von Hand wieder mit neuem Frostschutzmittel gefullt werden. Meist ergeben sich durch das Ausblasen des Strömungsmittels weitere Probleme wie Dampfbildung, Verbrühungsgefahr und Wasserschäden.

   Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Unzulänglichkeiten der bestehenden Vorrichtungen zu vermeiden und eine Überwachungseinrichtung der in Frage stehenden Art zu schaffen, um die mit Flüssigkeiten betriebenen Strõmungsmittelkreislãufe von Solaranlagen gegen Überdruck durch Dampibildung und Einfrieren zu schätzen.