Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor zur Durchlauferwärmung von flüssigem Medium, der dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Leitung für das Medium vorgesehen ist, und dass diese mäanderförmig ausgebildet ist, um pro Flächeneinheit eine lange Durchlaufstrecke für das Medium zu bilden sowie eine Verwendung des Sonnenkollektors in einer häuslichen Warmwasservorsorgungsanlage.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Grundriss eines Sonnenkollektors,
Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie II-II durch den Sonnenkollektor entsprechend Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Verwendung des Sonnenkollektors gemäss Fig. 1 in einer häuslichen Warmwasserversorgungsanlage.
Der Sonnenkollektor umfasst, wie Fig. 1 und 2 zeigen, eine Leitung 1, die in einer Vielzahl von regelmässigen Mäanderbogen in einer Ebene, in einer Reflektorwaniie 2 liegt. Die Krümmungsradien der Mäanderbogen sind so gewählt, dass zueinander parallele Leitungsschleifenschenkel 3 mit Abstand voneinander verlaufen.
Die Leitung 1 weist eine Einlauföffnung 5 und eine Auslauföffnung 7 auf, die beide, in unmittelbarer Nähe voneinander, durch eine der Wannenwände 9 in diese hinein respektiv aus dieser hinausführen. Die durch den Mäander bestimmte Dichte des Leitungsrasters in der Wanne 2 ist durch einen gegenseitigen Minimalabstand der Leitungsstücke bestimmt, der dazwischen eine genügende Luftzirkulation gewährleistet.
Die Kollektorwanne 2 umfasst ein hohles Bodenstück 11 und vier Hohlprofilseitenelemente 9, welche senkrecht auf dem Bodenstück 11 rahmenartig angeordnet sind. Die Wanne 2 aus dem Bodenstück 11 und den Seitenelementen 9 kann beispielsweise aus Stahlblech gefertigt sein, wobei die einzelnen Elemente beispielsweise verlötet werden. Die Wanne 2 des Sonnenkollektors wird mit ihrem Bodenstück 11 an einer sonnenexponierten Fläche, beispielsweise ein Dach 13, befestigt. Auf der Wanneninnenseite ist das Bodenstück 11 mit einer Wärmeisolationsplatte 15 ausgekleidet, worauf die Leitungsmäander der Kollektorleitung 1 angeordnet sind. Gegen oben ist die Wanne durch zwei Plexiglas -Platten 17 abgeschlossen, die beispielsweise mit Haltebolzen (nicht dargestellt) vom Bodenstück 11 her gestützt und gehaltert werden.
Die Kollektorleitung 1 ist beispielsweise aus Kupfer gefertigt und vorzugsweise von lichtabsorbierender Farbe, beispielsweise schwarz. Die lichtausgesetzte Oberfläche der Isolationsplatte 15 auf der die Kollektorleitung 1 aufliegt, kann zur zusätzlichen Aufwärmung ebenfalls schwarz ausgebildet sein.
Eine andere Möglichkeit, die Isolationsplatte 15 auszubilden, ist die, dass ihre der Sonne ausgesetzte Oberseite entsprechend dem Radius des Röhrenquerschnitts koaxial mit den Röhrenschenkeln durch konkave Zylinderflächen profiliert und mit einer reflektierenden Oberfläche versehen ist, um das Licht von unten auf die Kollektorleitung 1 zu reflektieren. Ist die Isolationsplatte so ausgebildet, so wird die Kollektorleitung 1, beispielsweise mit Distanzbolzen von der Isolationsplatte auf Distanz gehalten.
Innerhalb der Kollektorwanne 2 herrscht lediglich eine durch Konvektion bedingte Luftzirkulation, da Luftbewegungen von aussen durch die Plexiglas -Platten 17 und die Wanne 2 abgehalten werden. Die Ausbildung der Wanne 2 als Hohlkörper sichert zudem eine gute Isolation des Wanneninnenraumes gegen den Aussenraum, so dass durch Luftzug bedingte Abkühlung der Aussenwände des Kollektors sich nur wenig auf dessen Innenraum auswirken. Zur Verbesserung der Isolation ist es möglich, die Hohlräume der Wannenseitenelemente 9 und des Bodenstückes 11 zusätzlich mit Isolationsmaterial auszukleiden.
Die Isolationsplatte 15 sowie das hohl ausgebildete Bodenstück 11, isolieren den Wanneninnenraum und damit die Kollektorleitung 1 vor allem gegen die Auflagefläche des Kollektors, beispielsweise gegen das Dach 13 hin. Somit wird ein flüssiges Medium, welches durch die Einlassöffnung 5 in die Kollektorleitung 1 eingepumpt wird, entsprechend seiner Durchflussgeschwindigkeit und der Schleifenzahl der Leitung 1, eine entsprechende Durchflusszeit durch die Kollektorwanne benötigen, bis es den Kollektor durch die Auslassöffnung 7 wieder verlässt. Bei konstanter Sonneneinstrahlung wird somit die Erwärmung von der Durchlaufgeschwindigkeit abhängen und kann somit durch deren Einstellung beispielsweise mittels einer Umwälzpumpe reguliert werden.
In Fig. 3 ist schematisch eine Verwendung des Sonnenkollektors in einer häuslichen Warmwasserversorgungsanlage entsprechend den Fig. 1 und 2 dargestellt. Ein Sonnenkollektor 20 weist eine Zu- und eine Abflussleitung 23 resp. 25 auf, welche einen geschlossenen Kreislauf über eine Heizschlange 27 und eine Umwälzpumpe 29 bilden. Die Heizschlange 27 befindet sich in einem Wärmeaustauschgefäss 31, durch dessen Wandung die Leitungen 25 und 23 ein- resp. austreten. Das Wärmeaustauschgefäss 31 ist mit Gebrauchswasser gefüllt, welches durch eine Zuführleitung 33 zugeführt wird und durch eine Abflussleitung 35 zur Benutzung bezogen werden kann.
Eine Steuereinheit 27 steuert die Umwälzpumpe 29 an sowie eine elektrische Heizung 39 im Austauschgefäss 31 und wird durch elektrische Signale eines Temperaturvorwahlschalters 41, eines Temperaturfühlers 43 in der Rücklaufleitung 25 des Sonnenkollektors 20 sowie eines Temperaturfühlers 45 am Wärmeaustauschgefäss 31 angesteuert.
Die Funktionsweise ist folgende: Mit dem Temperaturvorwahlschalter 41 kann eine Solltemperatur des Gebrauchswassers eingestellt werden. Durch Öffnen irgendeines Hahnens (nicht dargestellt) zum Gebrauch von warmem Wasser wird durch die Wasserströmung in der Leitung 35 ein Strömungsschalter 38 angeregt, welcher über die Steuereinheit 37 die Umwälzpumpe 29 in Betrieb setzt. Erreicht das durch die Umwälzpumpe 29 umgewälzte Sonnenkollektormedium, beispielsweise eine Wasserglycolmischung, nicht eine der Gebrauchswasser-Solltemperatur entsprechende Temperatur, so kann angenommen werden, dass die Sonnenenergie nicht ausreichen wird, die Gebrauchswassertemperatur auf den gewünschten Wert zu erhöhen.
Durch Registrierung der Temperatur des Sonnenkollektormediums durch den Temperaturfühler 43 wird daraufhin durch die Steuereinheit 37 die elektrische Heizung 39 in Betrieb gesetzt, um dem Gebrauchswasser im Austauschgefäss 31 die fehlende Wärme zuzuführen.
Hat das Gebrauchswasser im Wärmeaustauschgefäss 31 die mit dem Vorwahlschalter 41 vorgewählte Temperatur erreicht, was durch den Temperaturfühler 45 festgestellt wird, so wird die elektrische Heizung 39 wieder abgestellt, oder zumindest gedrosselt, da dann lediglich noch das über die Zuführleitung 33 zufliessende Wasser aufgeheizt werden muss. Der Strömungsschalter 38, der die ganze Steuerung in Betrieb setzt, verhindert, dass bei Nichtgebrauch von Warmwasser, dieses im Wärmeaustauschgefäss 31 unnötig aufgeheizt wird.
Es ist auch ohne weiteres möglich, die Gebrauchswassertemperatur und die Solltemperatur des Sonnenkollektormediums vorzugeben. Durch die Kombination des Sonnenkollektors mit einer elektrischen Heizung wird ein Wasseraufheizen mit äusserst gutem Wirkungsgrad umwälzfreundlich, das heisst ohne Benützung eines Ölofens, sichergestellt. Es versteht sich von selbst, dass, um maximale Flexibilität zu gewährleisten, auch ein Ölofen vorgeschaltet werden kann, der je nach Wetterverhältnissen in die Leitung 33 eingeschaltet oder überbrückt werden kann.
The present invention relates to a solar collector for continuous heating of liquid medium, which is characterized in that at least one line is provided for the medium, and that this is designed in a meandering shape in order to form a long flow path for the medium per unit area and use of the solar collector in a domestic hot water supply system.
The invention will then be explained using the drawing, for example.
Show it:
1 shows a floor plan of a solar collector,
FIG. 2 shows a section along the line II-II through the solar collector according to FIG. 1,
3 shows a schematic representation of a use of the solar collector according to FIG. 1 in a domestic hot water supply system.
As shown in FIGS. 1 and 2, the solar collector comprises a line 1 which lies in a plurality of regular meandering bends in a plane in a reflector wall 2. The radii of curvature of the meander arcs are selected such that line loop legs 3 parallel to one another run at a distance from one another.
The line 1 has an inlet opening 5 and an outlet opening 7, both of which, in close proximity to one another, lead through one of the tub walls 9 into and out of the latter, respectively. The density of the line grid in the trough 2, which is determined by the meander, is determined by a mutual minimum distance between the line pieces, which ensures sufficient air circulation between them.
The collector trough 2 comprises a hollow bottom piece 11 and four hollow profile side elements 9, which are arranged vertically on the bottom piece 11 like a frame. The trough 2 from the bottom piece 11 and the side elements 9 can be made of sheet steel, for example, the individual elements being soldered, for example. The trough 2 of the solar collector is attached with its base 11 to a surface exposed to the sun, for example a roof 13. On the inside of the tub, the bottom piece 11 is lined with a thermal insulation plate 15, on which the meandering lines of the collector line 1 are arranged. Towards the top, the tub is closed off by two Plexiglas plates 17, which are supported and held in place by the base piece 11, for example with retaining bolts (not shown).
The collector line 1 is made of copper, for example, and is preferably of a light-absorbing color, for example black. The exposed surface of the insulation plate 15, on which the collector line 1 rests, can also be made black for additional heating.
Another possibility of forming the insulation plate 15 is that its upper side, which is exposed to the sun, is profiled coaxially with the tube legs by concave cylindrical surfaces and provided with a reflective surface in order to reflect the light from below onto the collector line 1, corresponding to the radius of the tube cross-section . If the insulation plate is designed in this way, the collector line 1 is kept at a distance from the insulation plate, for example with spacer bolts.
Inside the collector trough 2 there is only air circulation caused by convection, since air movements from the outside are prevented by the Plexiglas plates 17 and the trough 2. The formation of the tub 2 as a hollow body also ensures good insulation of the tub interior from the exterior, so that the cooling of the exterior walls of the collector caused by drafts has little effect on its interior. To improve the insulation, it is possible to additionally line the cavities of the tub side elements 9 and of the base piece 11 with insulation material.
The insulation plate 15 and the hollow bottom piece 11 isolate the tub interior and thus the collector line 1, especially against the contact surface of the collector, for example against the roof 13. Thus, a liquid medium that is pumped into the collector line 1 through the inlet opening 5, depending on its flow rate and the number of loops in the line 1, will require a corresponding flow time through the collector trough until it leaves the collector again through the outlet opening 7. With constant solar irradiation, the heating will therefore depend on the throughput speed and can thus be regulated by setting it, for example by means of a circulating pump.
In Fig. 3 a use of the solar collector is shown schematically in a domestic hot water supply system according to FIGS. 1 and 2. A solar collector 20 has an inlet and an outlet line 23, respectively. 25, which form a closed circuit via a heating coil 27 and a circulation pump 29. The heating coil 27 is located in a heat exchange vessel 31, through the wall of which the lines 25 and 23, respectively. step out. The heat exchange vessel 31 is filled with service water, which is supplied through a supply line 33 and can be obtained for use through a drainage line 35.
A control unit 27 controls the circulation pump 29 and an electrical heater 39 in the exchange vessel 31 and is controlled by electrical signals from a temperature preselector switch 41, a temperature sensor 43 in the return line 25 of the solar collector 20 and a temperature sensor 45 on the heat exchange vessel 31.
The mode of operation is as follows: The temperature preselector switch 41 can be used to set a target temperature for the service water. By opening any tap (not shown) to use warm water, a flow switch 38 is excited by the water flow in the line 35, which via the control unit 37 puts the circulation pump 29 into operation. If the solar collector medium circulated by the circulating pump 29, for example a water / glycol mixture, does not reach a temperature corresponding to the nominal service water temperature, it can be assumed that the solar energy will not be sufficient to increase the service water temperature to the desired value.
By registering the temperature of the solar collector medium by the temperature sensor 43, the electric heater 39 is then put into operation by the control unit 37 in order to supply the missing heat to the service water in the exchange vessel 31.
If the service water in the heat exchange vessel 31 has reached the temperature preselected with the preselection switch 41, which is determined by the temperature sensor 45, the electric heater 39 is switched off again, or at least throttled, since then only the water flowing in via the supply line 33 has to be heated . The flow switch 38, which puts the entire control system into operation, prevents hot water from being unnecessarily heated in the heat exchange vessel 31 when it is not used.
It is also easily possible to specify the service water temperature and the target temperature of the solar collector medium. The combination of the solar collector with an electric heater ensures that the water is heated with an extremely high degree of efficiency in a circulation-friendly manner, i.e. without using an oil stove. It goes without saying that, in order to ensure maximum flexibility, an oil furnace can also be connected upstream, which can be switched into line 33 or bridged depending on the weather conditions.