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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe der Wärme eines von der Sonne aufgeheizten Fluids, mit einem Flüssigkeitsbehälter (1), in dem sich Mittel für den Wärmeaustausch zwischen dem durch eine Leitung (3a, 3b) zugeführten Fluid und der Flüssigkeit im Behälter (1) befinden, und mit Mitteln zur Abgabe der in der Flüssigkeit gespeicherten Wärme für Gebrauchszwecke, gekennzeichnet durch mindestens zwei in verschiedenen Höhenabschnitten (1C, 1B, 1A) des Flüssigkeitsbehälters (1) übereinander angeordnete Wärmetauscher-Gruppen (SC, 6C; SB, 6B; SA, 6A) von welchen jede einen an die Fluidleitung (3a, 3b) über Ventile (C, B, A) angeschlossenen Heiz Wärmetauscher (SC; SB; SA) zum Erwärmen der Behälterflüssigkeit in dem betreffenden Höhenabschnitt und einen im Abstand oberhalb des Heiz-Wärmetauschers (SC; SB;
SA) angeordneten, mit Gebrauchswasser gespeisten Abgabe-Wärmetauscher (6C; 6B; 6A) für den Wärmeaustausch zwischen der Behälterflüssigkeit in dem Höhenabschnitt und dem Gebrauchswasser umfasst; und durch im Fluid einerseits und in jedem Höhenabschnitt im Flüssigkeitsbehälter (1) anderseits angeordnete Thermometer (S; P, Q, R), die als Messwertgeber mit einer Regeleinrichtung zum Steuern des Fluidstromes durch die einzelnen Heiz-Wärmetauscher (SC; SB; SA) mittels der Ventile (C; B; A) und einer in der Fluidleitung (3a, 3b) eingeschalteten Fluid-Umwälzpunpe (4) verbunden sind, um in der Flüssigkeit des Behälters (1) eine von unten nach oben ansteigende Temperatur aufrechtzuerhalten und das Gebrauchswasser jedes Abgabe-Wärmetauschers (6C; 6B; 6A) auf eine innerhalb des vom betreffenden Höhenabschnitt erfassten Temperaturbereichs liegende Temperatur zu erwärmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Flüssigkeitsbehälter (1) drei Wärmetauscher-Gruppen (SC, 6C; SB, 6B; SA, 6A) vorhanden sind und dass der in dem untersten Höhen abschnitt (1C) angeordnete erste Abgabe Wärmetauscher (6C) der untersten Gruppe zum Anschliessen eines Wärmeverbrauchers für Gebrauchswasser im Temperaturbereich unter 4.0-50 "C, der im mittleren Höhenabschnitt (1B) angeordnete zweite Abgabe-Wärmetauscher (6B) der mittleren Gruppe zum Anschliessen eines Wärmeverbrauchers für Gebrauchswasser im Temperaturbereich zwischen 40-S0 "C und 70-80 "C, und der im oberen Höhenabschnitt (1A) angeordnete dritte Abgabe-Wärmetauscher (6C) der oberen Gruppe zum Anschliessen eines Wärmeverbrauchers für Gebrauchswasser im Temperaturbereich über 70-80 <RTI
ID=1.7> "C vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (1) ein geschlossener, druckfester Behälter ist und in seinem oberen Bereich mindestens einen zusätzlichen Abgabe-Wärmetauscher (106A) enthält, welcher einen Teil eines Dampfkreislaufes bildet, der ein mit Dampf betriebenes Aggregat, insbesondere eine Dampfmaschine (M), enthält.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Flüssigkeitsbehälter (1) min destens ein Hilfs-Abgabe-Wärmetauscher (106B) zuoberst in einem der Höhenabschnitte (1C, 1B, 1A) angeordnet ist, wel cher Hilfs-Abgabe-Wärmetauscher (106B) einen Teil eines Hilfs-Flüssigkeitskreislaufes (106a, 106b) bildet, der eine Wärmepumpe (106) und einen Hilfs-Heiz-Wärmetauscher (105B) zum zusätzlichen Erwärmen des durch den Abgabe-Wärmetau scher (6B) im betreffenden Höhen abschnitt erwärmten Ge brauchswassers enthält.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Spei cherung und Abgabe der Wärme eines von der Sonne aufgeheizten Fluids, mit einem Flüssigkeitsbehälter, in dem sich Mit tel für den Wärmeaustausch zwischen dem durch eine Leitung zugeführten Fluid und der Flüssigkeit im Behälter befinden, und mit Mitteln zur Abgabe der in der Flüssigkeit gespeicherten Wärme für Gebrauchszwecke.
Bei der Sonnenwärmeaufnahme ergibt sich das Problem, dass die aufgenommene Wärme sowohl nach der Menge als auch nach dem Temperaturniveau des von der Sonne unmittelbar bestrahlten Fluids stark wechselt.
Bekannt sind Vorrichtungen der obenerwähnten Art, bei denen der Flüssigkeitsbehälter als Warmwasserbehälter in ein Warmwassersystem aufgenommen ist und selbst einen Teil dieses Systems bildet, das Steuermittel enthält, die das Wasser in diesem System auf Wärmeverbraucher mit voneinander verschiedenen Temperaturbereichen verteilen, je nach dem Temperaturniveau im Speicher. Bei diesen Vorrichtungen ist also der Flüssigkeitsbehälter tatsächlich der Warmwasserbereiter des Warmwassersystems und wird vom Wasser dieses Systems durchflossen, so dass sich die starken Schwankungen in der aufgenommenen Wärme praktisch voll auswirken und der Nutzeffekt entsprechend oft unbefriedigend ist.
Aufgabe der Erfindung war, eine Wärme speichernde und abgebende Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber den bekannten Vorrichtungen einen erhöhten Wärme-Nutzeffekt gewährleistet, wobei von der Einsicht ausgegangen wird, dass die in verschiedenen Flüssigkeits-Höhenbereichen eines Wärmespeichers herrschenden, mit der Höhe ansteigenden Temperaturen ohne allzuviel Vermischung im wesentlichen beibehalten werden können, wenn man die Flüssigkeit in dem Wärmespeicher nicht einer forcierten Zirkulation unterwirft und dafür sorgt, dass auch im Betrieb die mit zunehmender Höhe ansteigenden Temperaturen in den verschiedenen Höhenbereichen möglichst beibehalten werden.
Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe besteht in der im Anspruch 1 gekennzeichneten Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe der Wärme eines von der Sonne aufgeheizten Fluids.
Erfindungsgemäss enthält der Flüssigkeitsbehälter also in übereinanderliegenden Höhenabschnitten jeweils unten im betreffenden Abschnitt einen die Wärme zwischen dem aufgeheizten Fluid und der Flüssigkeit im Behälter austauschenden Heiz Wärmetauscher und oben in diesem Abschnitt einen die Wärme aus diesem Flüssigkeitsbereich an ein Wassersystem abgebenden Abgabe-Wärmetauscher. Die Ventile steuernde Regeleinrichtung sorgt dabei dafür, dass je nach dem Temperaturniveau der vom Fluid in Sonnenzellen aufgenommenen Wärme das Fluid auf die in den verschiedenen Höhenabschnitten des Flüssigkeitsbehälters vorhandenen Heiz-Wärmetauscher optimal verteilt wird, um die Temperaturen in den Höhenabschnitten aufrecht zu erhalten.
Vorteilhafte Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, auf der in einer einzigen Figur eine Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Auf der Zeichnung ist mit 1 allgemein ein Flüssigkeitsbehälter bezeichnet. Dieser ist im dargestellten Ausführungsbeispiel vom geschlossenen Typ und hat z.B. einen Inhalt von einigen Tausend Litern. Ein kuppelförmiger Oberteil la des Flüssigkeitsbehälters 1 trägt an seiner Oberseite ein Ventil D. Im Flüssigkeitsbehälter 1 sind mit 1C, 1B und 1A drei Höhenabschnitte angegeben.
Der Flüssigkeitsbehälter 1 ist praktisch ganz mit Flüssigkeit gefüllt. Die Flussigkeit im Behälter - der ein eigenes Flüssigkeitssystem bildet - soll eine verhältnismässig hohe spezifische Wärme haben. Ausser Wasser, gegebenenfalls mit darin gelösten Salzen, kommen auch andere dazu geeignete, an sich bekannte Flüssigkeiten in Betracht, wobei der Kostenaspekt selbstverständlich eine Rolle spielt.
Der Flüssigkeitsbehälter 1 ist mit einer in der Zeichnung
nicht dargestellten wärmeisolierenden Auskleidung versehen und im vorliegenden Fall gegen inneren Überdruck, der vom bei höheren Temperaturen der Flüssigkeit im Behälter gegebenenfalls entstandenen Dampf bzw. Dampfdruck herrührt, druckfest ausgebildet.
Im Flüssigkeitsbehälter 1 sind mit SC, 5B bzw. SA Heiz Wärmetauscher wiedergegeben, jeweils unten in einem der Höhenabschnitte 1C, 1B und 1A. In dieser Reihenfolge weisen diese Höhenabschnitte ansteigende Flüssigkeitstemperatur auf.
Die Heiz-Wärmetauscher SC, SB und SA sind an Leitungen 3a, 3b angeschlossen, die ein durch Sonnenbestrahlung aufgeheiztes Fluid zu diesen Heiz-Wärmetauschern und, nach der Wärmeabgabe durch die Wärmetauscher an die Flüssigkeit im Behälter 1, wieder zurück zu einer Batterie von Fluid-Aufheizrohren zurückführen, die in der Figur allgemein mit 2 angegeben ist. Diese Aufheizrohre gehören zu mehreren an sich bekannten Sonnenzellen, die Reflexionsflächen enthalten, von denen Sonnenstrahlen zu diesen Aufheizrohren derart reflektiert werden, dass sie das Fluid in den Aufheizrohren aufheizen.
In die Leitungen 3a, 3b sind noch eine Umlaufpumpe 4 und Ventile A, B und C eingeschaltet. Diese Ventile A, B, C sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, Dreiwegventile. Durch Pfeile Al, Bl und C1 ist jeweils die eine Durchflussrichtung der Ventile A, B bzw. C, bei entsprechender Stellung, angegeben, in welcher aus der Leitung 3a Fluid unmittelbar zu den jeweiligen Wärmetauschern SA, SB bzw. SC abgezweigt wird. Durch die Pfeile A2, Bz und C2 ist die andere Durchflussrichtung der Ventile A, B bzw. C angegeben, in welcher das aus der Speiseleitung 3a kommende Fluid nicht zum betreffenden Wärmetauscher SA, SB bzw.
SC abgezweigt wird, sondern statt dessen zum jeweils nächsten Ventil bzw. zur Rückflussleitung 3b weiterströmt und durch diese zur Batterie 2 zurückfliesst.
Zweck dieser Anordnung ist, dass von der durch die Speiseleitung 3a zugeführten, im Fluid gespeicherten Wärme über die genannten Heiz-Wärmetauscher SA, SB und So so viel wie möglich an die Behälter-Flüssigkeit in den jeweiligen Abschnitten 1A, 1B bzw. 1C abgegeben wird.
Die Flüssigkeitstemperatur in den Höhenabschnitten 1C,
1B und 1A des Flüssigkeitsbehälters liegt - in dieser Reihenfolge - im wesentlichen unterhalt 40-50 C, zwischen 40-50 C und 70-80 "C und oberhalb 80 "C.
In den Höhenabschnitten 1A, 1B und 1C des Flüssigkeitsbehälters 1 und in der Batterie Fluid-Aufheizrohre 2 sind Thermometer P, Q, R und S vorhanden, die zu einer nachstehend noch näher zu erläuternden Regeleinrichtung zur Steuerung der Dreiwegventile A, B und C sowie der Umlaufpumpe P gehören.
In jedem Höhenabschnitt 1A, 1B und 1C befindet sich jeweils oben ein Wärmetauscher 6A, 6B bzw. 6C, um die in der Flüssigkeit des Behälters gespeicherte Wärme jeweils an ein Wassersystem für Gebrauchswasser eines vorgegebenen Temperaturbereiches abzugeben. Die Wärmetauscher 6A, 6B und 6C werden im folgenden als Abgabe-Wärmetauscher bezeichnet.
Der oberste Abgabe-Wärmetauscher 6A wird von Wasser durchflossen, das über eine Zuführleistung 16a aus dem Wasserleitungsnetz kommt. Dieses Wasser soll auf eine Temperatur von mindestens 70 "C erhitzt werden, so dass ein über die Leistung 16b mit Wasser dieser hohen Temperatur versorgter Warmwasserbereiter 6a Heisswasser für Haushaltszwecke, wie z.B. für die Warmwasserleitung im Haushalt, in der Küche, für das Bad, die Dusche usw. über die Abflussleitung 6c liefern kann.
Der mittlere Abgabe-Wärmetauscher 6B gehört zu einem Wassersystem, das Gebrauchswasser in einem Temperaturbereich oberhalb 40 bis höchstens 80 führt und welches für Haushalts-, Büro- oder ähnliche Beheizungszwecke d.h. im allgemeinen für eine Zentralheizung, bestimmt ist. Der Heizkessel für dieses Zentralheizungssystem ist mit 6b bezeichnet.
Der unterste Abgabe-Wärmetauscher 6C gehört zu einem Wassersystem, das zum Beheizen eines Schwimmbades über die Leitung 36a, 36b bestimmt ist, wobei in der Zeichnung bei 6c lediglich die Anschlüsse der Leitungszweige 36a und 36b an das Schwimmbad angegeben sind.
Im Höhenabschnitt 1B des Flüssigkeitsbehälters 1-im vorliegenden Fall im mittleren Höhenabschnitt - befindet sich oberhalb des Abgabe-Wärmetauschers 6B noch ein Hilfs-Abgabe-Wärmetauscher 106B. Dieser gehört zu einem auf der Zeichnung mit strichlierten Linien wiedergegebenen Hilfsflüssigkeitssystem, das in wärmeaustauschender Verbindung mit dem genannten Zentralheizungskessel 6b steht, und zwar mittels eines zum genannten Hilfsflüssigkeitssystem gehörenden Hilfs-Heiz-Wärmetauschers 105B. Dieses Hilfsflüssigkeitssystem enthält ausserdem eine Wärmepumpe 106.
Der Zweck dieses Hilfsflüssigkeitssystems mit Wärmepumpe 106, den Leitungen 106a, 106b und den Wärmetauschern 106B und 105B ist, während Perioden und in den Fällen, wenn im Höhenabschnitt 1B des Flüssigkeitsbehälters ein für Zentralheizungszwecke nur ungenügendes Temperaturniveau erreicht wird, genug Wärme für das Zentralheizungssystem zur Verfügung zu bekommen, wobei jedoch wohl genügend Fluidum, jedoch auf einem niedrigeren als dem für die Zentralheizungsanlage erforderlichen Temperaturniveau zur Verfügung steht - in der Wärmepumpe - trotzdem einen Beitrag zu einem höheren Temperaturniveau des Wassers im Zentralheizungskessel zu liefern.
Auf das an sich bekannte Prinzip einer solchen Wärmepumpe, mit der in einem geschlossenen Kreislauf durch die in einer verhältnismässig grossen Flüssigkeitsmenge mit relativ niedrigem Temperaturniveau vorhandenen Wärme eine erheblich geringere Flüssigkeitsmenge auf ein erheblich höheres Temperaturniveau zu bringen ist, braucht hier nicht näher eingegangen zu werden. Es hängt selbstverständlich von den zum Anschaffen einer solchen Anlage verfügbaren Geldmitteln ab, ob man ein solches Hilfsflüssigkeitssystem vorsehen wird oder nicht.
Auf der Zeichnung ist oben im Flüssigkeitsbehälter 1, nämlich oberhalb des Abgabe-Wärmetauschers 6A für den Warmwasserbereiter 6a noch ein zusätzlicher Abgabe-Wärmetauscher 106A mit strichpunktierten Linien gezeigt. Über Leitungen 116a und 116b ist dieser zusätzliche Abgabe-Wärmetauscher 106A an eine Dampfmaschine M angeschlossen. Dies ist eine Möglichkeit, die anwendbar ist, wenn die Fluidtemperatur in der Batterie Fluid-Aufheizrohr 2 100 "C beträchtlich übersteigt, so dass über den zusätzlichen Abgabe-Wärmetauscher 106A dann Dampf an die Dampfmaschine M geliefert werden kann.
Der Flüssigkeitsbehälter 1 ist dabei selbstverständlich auf den im Innern infolge der auf ein hohes Temperaturniveau aufgeheizten Flüssigkeit auftretenden Überdruck zu berechnen und, soweit erforderlich, dagegen zu sichern.
Für die Weise, wie durch die Regeleinrichtung für den Durchfluss des in der Batterie Fluid-Aufheizrohre 2 von der Sonne erwärmten Fluids dieses Fluid über die Speiseleitung 3a mit Hilfe geeigneter Einstellungen der Dreiwegventile A, Bund C auf die Wärmetauscher SA, SB und SC verteilt wird, sei auf das nachfolgende Regelschema hingewiesen.
Für den Betrieb der genannten Regeleinrichtung ist weiter noch eine darin enthaltene photoelektrische Zelle 7 wichtig.
Diese registriert, wenn unmittelbare Sonnenbestrahlung der Reflektoren in der Batterie Fluid-Aufheizrohre 2 vorliegt oder aber wenn es Stunden ohne Sonne bzw. Stunden mit sehr wenig Sonnenschein gibt.
Im nachfolgenden Regelschema wird zwischen dem durch die photoelektrische Zelle 7 angegebenen Zustand, in dem es Sonne gibt, welche Periode mit der Zeit von 8 bis 15.30 Uhr angegeben ist, einerseits, und im wesentlichen Perioden ohne Sonne und den Perioden - bei im wesentlichen wolkenfreiem Himmel -zwischen etwa 15.30 Uhr nachmittags bis 8 Uhr am nächsten Tag, andererseits, unterschieden. Nach 15.30 Uhr nimmt die Kraft der Sonnenstrahlen rasch ab: es ist zweckmässig, dann auf die Aufnahme auf niedrigere Temperatur umzustellen, die schneller erreicht wird und weniger Ausstrahlungsverluste mit sich bringt.
Mit den Buchstaben P, Q, R und S sind im Regelschema nicht nur die Thermometer selbst gemeint, sondern auch die von diesen Thermometern angegebenen Temperaturen. So bedeutet z.B. P < 80 "C, dass das Thermometer P einen Wert angibt, der niedriger als 80 C liegt.
Ausser zur Steuerung der Dreiwegventile A, B und C sorgt die Regeleinrichtung auch für die Inbetriebsetzung der Umwälzpumpe 4, wie es in den zwei Spalten rechts im Schema angegeben ist.
So gilt z.B. für die unten in der zweiten Spalte des Regelschemas angegebenen Stellungen für die Dreiwegventile A, B und C, nämlich A2, B2 und Cl, dass die Umwälzpumpe wohl im Betrieb ist, wenn die in der Batterie Fluid-Aufheizrohre 2 bei S gemessene Fluidtemperatur grösser als R+ 10 C ist, jedoch ausser Betrieb ist, wenn diese Temperatur, gemessen mit dem Thermometer S, niederiger als R + 2 C ist.
Regelschema Photoelektrische Zelle (7) Fluidumwälzpumpe (4) Sonnenperiode: Perioden im Betrieb ausser Betrieb 8-15.30 Uhr ohne Sonne bei bei und von
15.30 -8 Uhr P < 800A1-B2-C2 - S > P+1O"C S < P+2"C p > 80 A2-B1 -C2 - > Q+ 10 "C S < Q+2 Q > SS A2-B2-C1 - S > R+100C S < P+2 C A2-B2-C1 A2 -B2- C1 S > R+ 10 "C S < R+2 C
Es wird klar sein, dass das vorbeschriebene, schematisch in der Zeichnung wiedergegebene Ausführungsbesipiel nur eine von vielen Möglichkeiten zur Realisierung der Erfindung ist und dass diesbezüglich im Rahmen der Erfindung verschiedene Variantenausführungsformen möglich sind.
Vor allem können auch die Grenzen der Temperaturbereiche in Abweichung von den vorstehend angegebenen Werten gewählt werden, und es können auch mehr Wärmetauscher-Gruppen mit entsprechend mehr Höhenabschnitten bzw. Temperaturbereichen vorgesehen werden, je nach den Anwendungsmöglichkeiten, die es für Wassersysteme mit differierenden Gebrauchswasser-Temperaturen gibt.
Die Verwendung der Vorrichtung, wie sie vorstehend für Boilerwasser, Zentralheizungswasser und Schwimmbadheizung genannt wurde, kommt wohl am häufigsten vor, und aus diesem Grunde basiert auch das Ausführungsbeispiel darauf.
Ferner ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen, Flüssigkeitstemperaturen, die oben im Behälter erheblich oberhalb der Siedetemperatur von Wasser liegen, auszunutzen. Wenn bei einer solchen Verwendung die Speicherflüssigkeit im Behälter statt Wasser eine Flüssigkeit mit erheblich höherer Siedetemperatur, z.B. Oel, ist, kann selbstverständlich der Behälter entsprechend weniger druckfest ausgebildet sein.
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PATENT CLAIMS
1. Device for storing and giving off the heat of a fluid heated by the sun, with a liquid container (1) in which there are means for heat exchange between the fluid supplied through a line (3a, 3b) and the liquid in the container (1) are located, and with means for releasing the heat stored in the liquid for purposes of use, characterized by at least two heat exchanger groups (SC, 6C; SB, 6B; SA) arranged one above the other in different height sections (1C, 1B, 1A) of the liquid container (1) , 6A), each of which has a heating heat exchanger (SC; SB; SA) connected to the fluid line (3a, 3b) via valves (C, B, A) for heating the container liquid in the relevant height section and one at a distance above the heating Heat exchanger (SC; SB;
SA) arranged, supply water supplied discharge heat exchanger (6C; 6B; 6A) for the heat exchange between the container liquid in the height section and the service water; and by thermometers (S; P, Q, R) arranged in the fluid on the one hand and in each height section in the liquid container (1), which act as measuring sensors with a control device for controlling the fluid flow through the individual heating-heat exchangers (SC; SB; SA) by means of the valves (C; B; A) and a fluid circulation pump (4) switched on in the fluid line (3a, 3b) in order to maintain a temperature rising from the bottom upwards in the liquid of the container (1) and the service water to heat each dispensing heat exchanger (6C; 6B; 6A) to a temperature within the temperature range covered by the relevant height section.
2. Device according to claim 1, characterized in that in the liquid container (1) three heat exchanger groups (SC, 6C; SB, 6B; SA, 6A) are present and that the first discharge arranged in the lowest height section (1C) Heat exchanger (6C) in the lowest group for connecting a heat consumer for service water in the temperature range below 4.0-50 "C, the second discharge heat exchanger (6B) in the middle group in the middle height section (1B) for connecting a heat consumer for service water in the temperature range between 40 -S0 "C and 70-80" C, and the third output heat exchanger (6C) in the upper group in the upper height section (1A) for connecting a heat consumer for service water in the temperature range above 70-80 <RTI
ID = 1.7> "C is provided.
3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid container (1) is a closed, pressure-resistant container and in its upper region contains at least one additional discharge heat exchanger (106A), which forms part of a steam circuit, the one with Steam-operated unit, in particular a steam engine (M), contains.
4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one auxiliary discharge heat exchanger (106B) is arranged at the top in one of the height sections (1C, 1B, 1A) in the liquid container (1), which auxiliary discharge Heat exchanger (106B) forms part of an auxiliary liquid circuit (106a, 106b), which section a heat pump (106) and an auxiliary heating heat exchanger (105B) for additional heating of the by the dispensing heat exchanger (6B) at the relevant height heated Ge used water contains.
The invention relates to a device for storing and emitting the heat of a sun-heated fluid, with a liquid container in which there are means for heat exchange between the fluid supplied through a line and the liquid in the container, and with means to release the heat stored in the liquid for use.
The problem arises with the absorption of solar heat that the absorbed heat changes strongly both according to the quantity and the temperature level of the fluid directly irradiated by the sun.
Devices of the above-mentioned type are known, in which the liquid container is accommodated as a hot water container in a hot water system and itself forms part of this system, which contains control means which distribute the water in this system to heat consumers with different temperature ranges, depending on the temperature level in the store . In these devices, the liquid container is actually the water heater of the hot water system and is flowed through by the water of this system, so that the strong fluctuations in the heat absorbed have a practically full effect and the efficiency is accordingly often unsatisfactory.
The object of the invention was to provide a heat-storing and emitting device of the type mentioned, which guarantees an increased thermal efficiency compared to the known devices, whereby it is assumed that the prevailing in different liquid height ranges of a heat accumulator with which Altitude rising temperatures can be essentially maintained without too much mixing if the liquid in the heat storage device is not subjected to forced circulation and ensures that the temperatures rising with increasing altitude are maintained in the various altitude ranges as far as possible.
The achievement of the object according to the invention consists in the device characterized in claim 1 for storing and emitting the heat of a fluid heated by the sun.
According to the invention, the liquid container thus contains, in superimposed vertical sections, a heat exchanger that exchanges the heat between the heated fluid and the liquid in the container, and a heat exchanger that gives off the heat from this liquid region to a water system. The control device controlling the valves ensures that, depending on the temperature level of the heat absorbed by the fluid in solar cells, the fluid is optimally distributed to the heating and heat exchangers present in the different height sections of the liquid container in order to maintain the temperatures in the height sections.
Advantageous developments of the subject matter of the invention are specified in the dependent claims.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, on which a device according to the invention is shown schematically in a single figure.
In the drawing, 1 generally denotes a liquid container. In the illustrated embodiment, this is of the closed type and has e.g. a content of a few thousand liters. A dome-shaped upper part la of the liquid container 1 carries a valve D on its upper side. In the liquid container 1, three height sections are indicated by 1C, 1B and 1A.
The liquid container 1 is practically completely filled with liquid. The liquid in the container - which forms its own liquid system - should have a relatively high specific heat. In addition to water, possibly with salts dissolved in it, other suitable liquids known per se are also suitable, the cost aspect of course playing a role.
The liquid container 1 is in the drawing
provided heat-insulating lining, not shown, and in the present case designed to be pressure-resistant against internal excess pressure, which results from the vapor or vapor pressure which may have arisen at higher temperatures of the liquid in the container.
In the liquid container 1, SC, 5B and SA heating heat exchangers are shown, each at the bottom in one of the height sections 1C, 1B and 1A. In this order, these height sections have increasing liquid temperature.
The heating-heat exchangers SC, SB and SA are connected to lines 3a, 3b which carry a fluid heated by solar radiation to these heating-heat exchangers and, after the heat has been given off by the heat exchangers to the liquid in container 1, back to a battery of fluid -Return heating pipes, which is generally indicated in the figure with 2. These heating tubes belong to several known solar cells that contain reflection surfaces, from which sun rays are reflected to these heating tubes in such a way that they heat up the fluid in the heating tubes.
A circulation pump 4 and valves A, B and C are also switched on in lines 3a, 3b. As can be seen from the drawing, these valves A, B, C are three-way valves. Arrows A1, B1 and C1 each indicate the one flow direction of the valves A, B and C, with the corresponding position, in which fluid is branched directly from the line 3a to the respective heat exchangers SA, SB and SC. Arrows A2, Bz and C2 indicate the other flow direction of valves A, B and C, in which the fluid coming from feed line 3a does not reach the relevant heat exchanger SA, SB or
SC is branched off, but instead flows on to the next valve or the return line 3b and flows back through this to the battery 2.
The purpose of this arrangement is that as much as possible of the heat supplied through the feed line 3a and stored in the fluid is given off to the container liquid in the respective sections 1A, 1B and 1C via the said heat and heat exchangers SA, SB and .
The liquid temperature in the height sections 1C,
1B and 1A of the liquid container are - in this order - essentially maintenance 40-50 C, between 40-50 C and 70-80 "C and above 80" C.
In the height sections 1A, 1B and 1C of the liquid container 1 and in the battery fluid heating tubes 2 there are thermometers P, Q, R and S, which lead to a control device for controlling the three-way valves A, B and C and the Circulation pump P belong.
In each height section 1A, 1B and 1C there is a heat exchanger 6A, 6B and 6C at the top in order to deliver the heat stored in the liquid of the container to a water system for service water of a predetermined temperature range. The heat exchangers 6A, 6B and 6C are hereinafter referred to as the discharge heat exchangers.
The uppermost discharge heat exchanger 6A is flowed through by water, which comes from the water supply network via a feed power 16a. This water should be heated to a temperature of at least 70 "C, so that a water heater 6a supplied with water of this high temperature via the power 16b hot water for household purposes, such as for hot water supply in the household, in the kitchen, for the bathroom, the Shower etc. can deliver via the drain line 6c.
The middle discharge heat exchanger 6B belongs to a water system which carries service water in a temperature range above 40 to a maximum of 80 and which is used for household, office or similar heating purposes, i.e. generally for central heating. The boiler for this central heating system is labeled 6b.
The lowermost discharge heat exchanger 6C belongs to a water system which is intended for heating a swimming pool via line 36a, 36b, only the connections of line branches 36a and 36b to the swimming pool being indicated at 6c in the drawing.
In the height section 1B of the liquid container 1 — in the present case in the middle height section — there is still an auxiliary discharge heat exchanger 106B above the discharge heat exchanger 6B. This belongs to an auxiliary liquid system shown in dashed lines, which is in heat-exchanging connection with said central heating boiler 6b, namely by means of an auxiliary heating and heat exchanger 105B belonging to said auxiliary liquid system. This auxiliary liquid system also contains a heat pump 106.
The purpose of this auxiliary liquid system with heat pump 106, lines 106a, 106b and heat exchangers 106B and 105B is to provide enough heat for the central heating system during periods and in cases when an insufficient temperature level for central heating purposes is reached in the height section 1B of the liquid container to get, but there is enough fluid, but at a lower than the temperature level required for the central heating system - in the heat pump - to make a contribution to a higher temperature level of the water in the central heating boiler.
The principle of such a heat pump, known per se, with which a considerably smaller amount of liquid can be brought to a considerably higher temperature level in a closed circuit by means of the heat present in a relatively large amount of liquid with a relatively low temperature level need not be discussed here in more detail. It will of course depend on the funds available to purchase such a system whether or not such an auxiliary fluid system will be provided.
In the drawing, an additional discharge heat exchanger 106A with dash-dotted lines is shown at the top in the liquid container 1, namely above the discharge heat exchanger 6A for the water heater 6a. This additional output heat exchanger 106A is connected to a steam engine M via lines 116a and 116b. This is a possibility that is applicable when the fluid temperature in the battery fluid heating tube 2 exceeds 2 100 "C, so that steam can then be supplied to the steam engine M via the additional discharge heat exchanger 106A.
The liquid container 1 is, of course, to be calculated based on the excess pressure occurring as a result of the liquid being heated to a high temperature level and, if necessary, secured against it.
For the way this fluid is distributed to the heat exchangers SA, SB and SC via the feed line 3a with the aid of suitable settings of the three-way valves A, collar C by the control device for the flow of the fluid heated by the sun in the battery fluid heating tubes 2 , reference is made to the following control scheme.
A photoelectric cell 7 contained therein is also important for the operation of said control device.
This registers when there is direct solar radiation from the reflectors in the battery fluid heating tubes 2 or when there are hours without sun or hours with very little sunshine.
In the following control scheme, on the one hand, between the state indicated by the photoelectric cell 7, in which there is sun, which period is specified from 8 a.m. to 3.30 p.m., and essentially periods without sun and the periods - with an essentially cloudless sky -Differentiated between about 3:30 p.m. and 8:00 a.m. the next day After 3:30 p.m. the strength of the sun's rays decreases rapidly: it is advisable to switch to a lower temperature, which is achieved more quickly and results in less radiation loss.
The letters P, Q, R and S in the control diagram refer not only to the thermometers themselves, but also to the temperatures indicated by these thermometers. For example, P <80 "C that the thermometer P indicates a value that is lower than 80 C.
In addition to controlling the three-way valves A, B and C, the control device also ensures that the circulation pump 4 is started up, as indicated in the two columns on the right in the diagram.
For example, for the positions given below in the second column of the control scheme for the three-way valves A, B and C, namely A2, B2 and Cl, that the circulation pump is probably in operation if the fluid temperature in the battery fluid heating pipes 2 at S is greater than R + 10 C is, but is out of operation if this temperature, measured with the thermometer S, is lower than R + 2 C.
Control scheme photoelectric cell (7) fluid circulation pump (4) solar period: periods in operation out of service 8 am-3.30pm without sun at and from
3.30 p.m.-8 a.m. P <800A1-B2-C2 - S> P + 1O "CS <P + 2" C p> 80 A2-B1 -C2 -> Q + 10 "CS <Q + 2 Q> SS A2-B2- C1 - S> R + 100C S <P + 2 C A2-B2-C1 A2 -B2- C1 S> R + 10 "CS <R + 2 C
It will be clear that the exemplary embodiment described above, which is shown schematically in the drawing, is only one of many possibilities for realizing the invention and that various variant embodiments are possible in this regard within the scope of the invention.
Above all, the limits of the temperature ranges can be selected in deviation from the values given above, and more heat exchanger groups with correspondingly more height sections or temperature ranges can also be provided, depending on the possible uses for water systems with different service water temperatures gives.
The use of the device as mentioned above for boiler water, central heating water and swimming pool heating is probably the most common, and for this reason the exemplary embodiment is based on it.
Furthermore, it is provided in the described embodiment to utilize liquid temperatures which are above the boiling point of water at the top of the container. If with such use the storage liquid in the container instead of water is a liquid with a considerably higher boiling temperature, e.g. Oil is, of course, the container can be made less pressure resistant.