DE102006001566B3

DE102006001566B3 - Thermosiphon-Solarspeicher

Info

Publication number: DE102006001566B3
Application number: DE102006001566A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.rer.nat. Meißner
Original assignee: Paradigma Energie und Umwelttechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Ritter Energie und Umwelttechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2026-01-13

Abstract

Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie mit einem äußeren Speichertank (1), der in seinem untersten Bereich eine Vielzahl von runden Öffnungen aufweist, durch welche doppelwandige Dewar-Solar-Vakuumröhren mit ihrem offenen Ende in kleinstmöglichem horizontalen Abstand voneinander ragen (2), so dass das sich in den Vakuumröhren erwärmende Speichermedium von unten in den äußeren Speichertank gelangt und diesen erwärmt. In diesem äußeren Speichertank (1) befindet sich ein innerer Speichertank (3), der mit Trinkwasser gefüllt und mit Anschlussleitungen, unten zum Zufluss von frischem und oben zur Entnahme, versehen ist und der den äußeren Speichertank soweit ausfüllt, dass er vom Speichermedium weitgehend umspült ist. An einer vom äußeren Speichertank nicht vollständig eingeschlossenen Seite des inneren Speichertanks können speichertypische Aggregate wie Anschlüsse, Leitvorrichtungen, Flansche, Korrosionschutzanoden, Hülsen für Fühler, Thermometer und Thermostate u.a. einfach und revisionsfähig angebracht werden. Der innere Speichertank (3) ist als Drucktank ausgelegt, um ortsüblichen Leitungsdrücken standzuhalten, während der äußere Speichertank kein Drucktank ist. Zwischen den Speichertanks besteht entweder ein konstanter Wandabstand oder der Spalt zwischen den Speichertanks ist an den Stellen, wo die Vakuumröhren den äußeren Speichertank durchdringen, am breitesten. Der äußere Speichertank ist mit einem Ausdehnungsgefäß (4) und der innere Speichertank ...

Description

Thermosiphonspeicher mit Sonnenkollektoren zählen zu den einfachsten und am weitesten verbreiteten Solarsystemen. Ihr größter Vorteil besteht in ihrer relativen Einfachheit und in der von elektrischer Zusatzenergie unabhängigen Betriebsweise. Es gibt sie in vielen Ausführungen. Ihre Gemeinsamkeit besteht darin, dass ein Sonnenkollektor an einen Speichertank, der höher als er selbst angeordnet ist, seine Wärme über eine Schwerkraftzirkulation abgibt. Die Sonnenkollektoren sind entweder separat über Rohre an den Speichertank anzuschließen (z. B. US 4599994 ) oder in diesen integriert (z. B. WO 89/02569 A1). Eine spezielle Ausführung verwendet Dewar-Vakuumröhren zur solaren Wärmegewinnung. Das sind doppelwandige Glasrohre. Das Innenrohr ist einseitig offen und ansonsten vollständig vom Außenrohr eingekapselt. Wie bei einem Dewar-Thermosgefäß herrscht im Zwischenraum zwischen den Glasröhren Vakuum. Die Außenseite der Innenröhre trägt eine Absorberschicht. Die Dewar-Vakuumröhren werden mit ihrem offenen Ende schräg von unten in liegende Tanks gesteckt und gegen den Tank abgedichtet. Sie füllen sich mit Speicherflüssigkeit, sobald der Speichertank gefüllt wird. Wenn sie die Sonnenwärme absorbiert haben, erwärmt diese das Wasser in den Röhren, das dann in den kälteren Speichertank hineinzirkuliert. Auf diese Weise bilden der Röhren-Sonnenkollektor und der Speichertank eine untrennbare Einheit. Um die wirksame Absorberfläche des Röhren-Sonnenkollektors zu verbessern, können die Vakuumröhren mit Spiegeln ausgestattet werden, so dass auch die zwischen den Röhren einfallende Sonnenstrahlung immer auf den Absorber gelenkt wird ( DE 102 00 042 A1 ).

Der Vorteil dieser Dewar-Vakuumröhren-Thermosiphonspeicher besteht unter anderem in ihrer einfachen Bauweise, einem sehr hohen Wirkungsgrad der Solarenergienutzung und geringen Wärmeverlusten. Ihr größter Nachteil besteht darin, dass sie keinen großen Druck aushalten und deshalb nicht ohne weiteres an ein Trinkwasser-Leitungsnetz angeschlossen werden können. Um diesen Nachteil zu beheben verwendet man anstelle von offenen Dewar-Vakuumröhren z. B. Heat-pipe-Röhren. Bei diesen ist das Ende nicht offen, sondern mit einem kleinen metallischen Wärmetauscher versehen, durch den die Sonnenwärme in den Speichertank gelangt (z. B. JP60103251 , JP59153072 ).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Thermosiponspeicher zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und bei dem eine Durchmischung von Trinkwasser und dem Wärmeträger aus den Röhrenkollektoren ausgeschlossen ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Dewar-Vakuumröhren-Thermosiphonspeicher mit einem Druckspeichertank (3), der von den Dewar-Vakuumröhren (2) nicht direkt beheizt wird. Der Druckspeichertank befindet sich vielmehr innerhalb des eigentlichen Dewar-Vakuumröhren-Thermosiphonspeichers (1) wie oben beschrieben und wird von diesem über seine Oberfläche beheizt. Je mehr von dem Inhalt des Dewar-Vakuumröhren-Thermosiphonspeichers durch den inneren Druckspeichertank verdrängt wird, umso mehr kommt dieses Zweispeichersystem den hervorragenden Eigenschaften der bekannten einfachen Dewar-Vakuumröhren- Thermosiphonspeicher nahe. Da der Spalt zwischen den Speichertanks an der Stelle, wo die Dewar-Vakuumröhren in den äußeren Speichertank eintreten, konstruktiv bedingt eine Mindestbreite aufweisen muss; die größer ist als zur Zirkulation und zum Wärmetausch an der inneren Behälterwand notwendig ist, ist es vorteilhaft, wenn der Spalt dort am breitesten ist. Das wird bei zylindrischen Speichertanks z. B. durch eine exzentrische Anordnung beider Tanks gewährleistet.
Vorteilhaft ist auch die Ausführung, bei welcher der äußere Speichertank den inneren auf einer Seite nicht einschließt, sondern frei lässt, um an dieser Seite des inneren Speichertanks verschiedene speichertypische Aggregate wie Anschlüsse, Leitvorrichtungen, Flansche, Korrosionschutzanoden, Hülsen für Fühler, Thermometer und Thermostate u. a. einfach und revisionsfähig anbringen zu können, was anderenfalls sehr aufwändig wäre. Damit die sich bei Erwärmung ausdehnenden Flüssigkeiten die Speichertanks nicht beschädigen können, wird der äußere Speichertank mit einem offenen Ausdehnungsgefäß (4) oder einem geschlossenen Ausdehnungsgefäß und einem Sicherheitsventil und der innere Speichertank mindestens mit einem Sicherheitsventil (5) ausgestattet.
Vorteilhaft ist auch die Ausführung, bei welcher die Dewar-Solar-Vakuumröhren nicht in einem kleinstmöglichen Abstand voneinander angeordnet und dafür mit Spiegeln (6) ausgestattet werden, welche auch die Sonnenenergie, die nicht direkt auf die Röhren, sondern zwischen diese eingestrahlt wird, immer auf die Wärmeabsorberschicht der nächstliegenden Dewar-Solar-Vakuumröhre reflektieren. Damit kann der Nutzungsgrad der Sonnenenergie erhöht werden, obwohl bedeutend weniger Dewar-Solar-Vakuumröhren benötigt werden.
Zur Vermeidung von Kaltwasserdurchschlägen ist es vorteilhaft, wenn der Zufluss in den inneren Speichertank horizontal durch ein perforiertes Rohr (7) über nahezu die ganze Länge des Speichers nach unten verteilt wird. Da es sich um „liegende" Speichertanks mit geringer Höhe und meistens deutlich größerer Länge als Höhe handelt, kann die Kaltwasserverteilung das Temperaturschichtverhalten bei der Entladung des Speichers erheblich verbessern. Die Perforierung der Kaltwasserverteilung erfolgt vorteilhaft ungleichmäßig, damit das Einströmen gleichmäßig erfolgen kann.
Zur effektiven Wärmespeicherung ist der äußere Speichertank allseitig von einer Wärmedämmung (8) eingeschlossen.

Claims

Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie mit einem äußeren Speichertank (1), der mit einem ersten Speichermedium wie Wasser oder Frostschutzmittel gefüllt ist, wobei sich in diesem äußeren Speichertank (1) ein innerer Speichertank (3) befindet, der mit einem zweiten Speichermedium wie zum Beispiel Trinkwasser oder Brauchwasser gefüllt und mit Anschlussleitungen, unten zum Zufluss von frischem und oben zur Entnahme von erwärmtem zweiten Speichermedium, versehen ist und vom ersten Speichermedium weitgehend umspült wird und der als Drucktank ausgelegt ist, um ortsüblichen Leitungsdrücken standzuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem ersten Speichermedium gefüllte äußere Speichertank (1) in seinem untersten Bereich eine Vielzahl von horizontal in einer Linie angeordneten runden Öffnungen mit Ringdichtungen in kleinstmöglichen Abstand voneinander aufweist, durch welche doppelwandige Dewar-Solar-Vakuumröhren (2) mit ihrem offenen Ende in den Behälter ragen und dadurch ebenfalls mit dem ersten Speichermedium gefüllt sind, welches bei der solarer Erwärmung in den Vakuumröhren von unten in den Speicher zirkuliert und diesen dabei erwärmt,
Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der äußere als auch der innere Speichertank eine zylindrische Form besitzen und wenigstens der Innentank nach innen oder nach außen gewölbte Zylinderenden aufweist, wobei zwischen den Zylinderenden entweder ein konstanter Wandabstand besteht oder der Spalt zwischen den Speichertanks an den Stellen, wo die Vakuumröhren den äußeren Speichertank durchdringen, am breitesten ist.
Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Speichertank den inneren auf einer Seite nicht oder nicht vollständig einschließt, sondern diese Seite wenigstens soweit frei lässt, dass in dem nicht eingeschlossenen Bereich des inneren Speichertanks speichertypische Aggregate wie Anschlüsse, Leitvorrichtungen, Flansche, Korrosionschutzanoden, Hülsen für Fühler, Thermometer und Thermostate u. a. einfach und revisionsfähig angebracht werden können.
Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Speichertank mit einem Ausdehnungsgefäß (4) und der innere Speichertank mit einem Ausdehnungsgefäß oder einem Sicherheitsventil (5) ausgestattet ist, damit die sich bei Erwärmung ausdehnenden Speichermedien die Speichertanks nicht beschädigen können.
Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dewar-Solar-Vakuumröhren nicht in einem kleinstmöglichen Abstand voneinander angeordnet sind und dafür mit Spiegeln (6) ausgestattet werden, welche auch die Sonnenenergie, die nicht direkt auf die Röhren, sondern zwi schen diese eingestrahlt wird, immer auf die Wärmeabsorberschicht der nächstliegenden Dewar-Solar-Vakuumröhre reflektieren.
Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufluss in den inneren Speichertank horizontal durch ein perforiertes Rohr (7) über nahezu die ganze Länge des Speichers nach unten verteilt wird.
Wasserspeichervorrichtung zur Erwärmung durch Sonnenenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Speichertank allseitig von einer Wärmedämmung (8) eingeschlossen ist.