DE19938145A1

DE19938145A1 - Solar water heater of collector and container controls shutoff valve in feed or offtake line by water or air temperature in container or collector.

Info

Publication number: DE19938145A1
Application number: DE19938145A
Authority: DE
Inventors: Klaus Herrmann
Original assignee: DELPHIN CONSULTING GmbH
Current assignee: KOBER, WILLY, 89359 KOETZ, DE
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2001-02-22

Abstract

The shutoff valve (3) is operated by electrical or thermal energy produced or stored in the heater (5) and is arranged in the water container feedline (6) and controlled by the solar collector (1) temperature. In a variant, the valve (3) is sited in the offtake line (7) in which case an additional shutoff valve is placed in the feed line (6) and controlled by the temperature of the hot water in the container (2). It is also possible for the shutoff valve (3) in the feedline to be controlled by the air temperature in the collector (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Wasser, bspw. Brauchwasser, für eine Warmwasserver sorgung eines Hauses oder einer Wohnung, mit einem Strahlungskollektor und einem Wasserbehälter, wobei der über eine Zu- und eine Ablaufleitung mit dem Strahlungs kollektor verbundene Wasserbehälter nicht oder nur teilweise oberhalb des Strahlungskollektors angeordnet ist und die Zu- und/oder Abflußleitung mittels eines Absperrventiles zu unterbrechen ist.The invention relates to a device for heating of water, e.g. service water, for a hot water supply care of a house or apartment, with a Radiation collector and a water tank, the via an inlet and an outlet line with the radiation Collector-connected water tank not or only partially arranged above the radiation collector is and the inflow and / or outflow line by means of a Shutoff valve is to be interrupted.

Es handelt es sich bei einer derartigen Vorrichtung insbesondere um eine mit Naturumlauf arbeitende Vorrich tung. Sie kann als Gesamtvorrichtung beispielsweise auf dem Dach eines Hauses angeordnet werden, um mittels Sonnenenergie Warmwasser bereitzustellen.Such a device is involved especially about a device working with natural circulation tung. For example, it can be used as an overall device the roof of a house to be arranged by means of To provide solar energy for hot water.

Derartige Vorrichtungen sind auch bereits in verschiede nen Ausgestaltungen bekanntgeworden. Es wird beispiels weise auf die DE 44 28 251 A1 und das parallele europä ische Patent 696 713 B1 verwiesen. Darüber hinaus auch auf die DE 196 35 653 A1. Der Offenbarungsgehalt vorge nannter Druckschriften wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Anmeldung mit eingeschlos sen, auch zu dem Zwecke, Merkmale dieser Druckschriften in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.Such devices are already in various NEN configurations became known. For example refer to DE 44 28 251 A1 and the parallel europ referenced patent 696 713 B1. Beyond that too to DE 196 35 653 A1. The disclosure content featured is hereby fully referred to in the disclosure of the present application is included sen, also for the purpose, characteristics of these documents to include in claims of the present application.

Wenn auch diese Vorrichtungen sich bereits vielfach bewährt haben, so hat sich doch herausgestellt, daß nach Aufheizen des Wasserbehälters, etwa in der Nacht, wenn die Temperatur im Strahlungskollektor unterhalb der Temperatur des Warmwassers in dem Wasserbehälter gefallen ist, unerwünschte zusätzliche Entladungser scheinungen durch den kalten Strahlungskollektor auftre ten können. Dies mag beispielsweise durch eine uner wünschte Rückzirkulation geschehen. Jedenfalls dann, wenn (ein Teil des) der Strahlungskollektor sich höhen mäßig überlappend zu dem Warmwasserbehälter erstreckt. Aber auch noch durch Wärmeleitung in der Zu- bzw. Ablei tung.Even if these devices are already common have proven, it turned out that after heating up the water tank, e.g. at night, if the temperature in the radiation collector is below the temperature of the hot water in the water tank has fallen, unwanted additional discharge appearances from the cold radiation collector can. This may be due to an un wanted recirculation to happen. Anyway then if (part of) the radiation collector rises extends moderately overlapping to the hot water tank. But also by heat conduction in the feed or discharge tung.

Andererseits sollen derartige Vorrichtungen möglichst autark aufgestellt werden. D. h. komplizierte, insbeson dere auf Fremdenergie zurückgreifende Regelungen sollen möglichst nicht gegeben sein.On the other hand, such devices should be possible be set up independently. That is, complicated, in particular their regulations based on external energy should if possible not be given.

Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit der technischen Aufgabe, eine Vorrichtung zur Erwärmung von Wasser wie eingangs angegeben so auszugestalten und weiterzubilden, daß bei möglichst autarker Ausgestal tung unerwünschte Lade- bzw. Entladeerscheinungen nicht auftreten.Proceeding from this, the invention is concerned with the technical task of a device for heating of water as stated at the beginning and to further develop that with the most self-sufficient design possible not undesired charging or discharging phenomena occur.

Diese Aufgabe ist zunächst und im wesentlichen beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abge stellt ist, daß das Absperrventil mit elektrischer oder thermischer Energie arbeitet, die in der Vorrichtung erzeugt oder bereitgehalten ist. Erfindungsgemäß ist also ein Absperrventil in der Zu- bzw. Ablaufleitung vorgesehen, jedoch wird dieses Absperrventil nicht mit Energie versorgt, die außerhalb der Vorrichtung bereit gehalten werden muß. Entsprechend sind auch bei der Installation der Vorrichtung vor Ort hierzu keine elek trischen Anschlüsse erforderlich, die nicht bereits werksseitig bei der Herstellung entsprechender Module, ggf. vorgesehen und auch entsprechend verbunden sein können. This task is first and foremost Subject of claim 1 solved, being abge is that the shut-off valve with electrical or thermal energy works in the device generated or kept ready. According to the invention So a shut-off valve in the inlet and outlet line provided, but this shut-off valve is not included Power supplied outside the device ready must be kept. The same applies to the Installation of the device on site no elec electrical connections required, which are not already in the factory in the production of appropriate modules, possibly provided and also connected accordingly can.

Bezüglich solcher Absperrventile und ihrer Energiever sorgung ist die unterschiedlichste Ausgestaltung mög lich. Beispielsweise kann es sich um ein durch Bimetall wirkung arbeitendes Absperrventil handeln. Weiter kann in Abwandlung bekannter Thermostatventile bei Wärme sich ausdehnende Flüssigkeit vorgesehen sein, die hier das Thermostatventil schließt, wenn die Außentemperatur und damit die Temperatur der ausdehnungsfähigen Flüssig keit einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. Kon kret wird also das Kontraktionsverhalten, etwa über Unterdruck, einer solchen Flüssigkeit ausgenutzt. Dar über hinaus kann aber auch innerhalb der Vorrichtung eine Solarzelle integriert sein, welche einen Akkumula tor speist, der wiederum die für den Betrieb des Ab sperrventils erforderliche Energie bereitstellt. Das Absperrventil selbst ist bevorzugt temperaturgesteuert. Nämlich in einer Ausgestaltung durch die Temperatur des Strahlungskollektors, bei Anordnung des Absperrventils in der Zulaufleitung des Wasserbehälters. In gleicher Weise kann diese Temperatursteuerung aber auch vorgese hen sein, wenn das Absperrventil in der Ablaufleitung des Wasserbehälters angeordnet ist.Regarding such shut-off valves and their Energiever supply is possible in the most varied of configurations Lich. For example, it can be caused by bimetal act effective shut-off valve. Can continue in a modification of known thermostatic valves with heat expanding liquid may be provided here the thermostatic valve closes when the outside temperature and thus the temperature of the expandable liquid speed falls below a certain threshold. Con The contraction behavior, for example, becomes cretan Vacuum, such a liquid exploited. Dar in addition, however, can also within the device a solar cell can be integrated, which is an accumulator gate, which in turn is used for the operation of the Ab blocking valve provides the required energy. The The shut-off valve itself is preferably temperature-controlled. Namely in one embodiment by the temperature of the Radiation collector, when the shut-off valve is arranged in the inlet pipe of the water tank. In the same This temperature control can, however, also be provided hen if the shut-off valve in the drain line of the water tank is arranged.

In einer weiteren Ausgestaltung ist auch vorgesehen, daß, bevorzugt zusätzlich zu dem zunächst beschriebenen Absperrventil, ein durch die Temperatur des Wassers im Wasserbehälter gesteuertes Absperrventil vorgesehen ist. Dieses kann auch wieder in der Zulaufleitung des Wasserbehälters oder in der Ablaufleitung des Wasserbe hälters angeordnet sein. Durch ein solches Absperrven til läßt sich eine Überhitzung des Wassers in dem Was serbehälter vermeiden.In a further embodiment, it is also provided that that, preferably in addition to that described above Shut-off valve, one by the temperature of the water in the Shut-off valve controlled by a water tank is provided is. This can also be in the feed line of the Water tank or in the drain pipe of the water tank be arranged. Through such a shut-off valve til there is an overheating of the water in the what Avoid water containers.

Hinsichtlich der Temperatur des Strahlungskollektors kann diese zum einen in dem Kollektor selbst, d. h. als Oberflächentemperatur des Strahlungskollektors ermit telt sein, zum anderen aber auch als Lufttemperatur in einem Luftraum oberhalb des Kollektors und unterhalb einer Abdeckung des Stahlungskollektors.Regarding the temperature of the radiation collector can this on the one hand in the collector itself, d. H. as Surface temperature of the radiation collector be, but also as air temperature in an air space above the collector and below a cover of the steel collector.

Nachstehend ist die Erfindung des weiteren anhand der beigefügten Zeichnung, die jedoch lediglich Ausführungs beispiele darstellt, erläutert. Hierbei zeigt:The invention is further based on the following attached drawing, however, only execution represents examples, explained. Here shows:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrich tung mit einem Wasserbehälter und einem Strah lungskollektor, wobei der Wasserbehälter lie gend angeordnet ist und nur ein Absperrventil, in der Zulaufleitung des Wasserbehälters, vorgesehen ist; Fig. 1 is a schematic side view of a Vorrich device with a water tank and a radiation collector, wherein the water tank is arranged lying and only one shut-off valve is provided in the feed line of the water tank;

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei jedoch der Wasserbehälter stehend angeordnet ist und zusätzlich auch ein Absperrventil in der Ab laufleitung des Wasserbehälters angeordnet ist; Fig. 2 shows a device according to Figure 1, but the water tank is arranged upright and in addition a shut-off valve is arranged in the drain line from the water tank.

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei zwei Absperrventile hintereinander in der Ablauflei tung des Wasserbehälters angeordnet sind; Fig. 3 is a schematic, perspective view of a device according to Figure 1, wherein two shut-off valves are arranged one behind the other in the drainage device of the water tank.

Fig. 4 eine Einzelheit des Strahlungskollektor mit darin angeordnetem Temperaturfühler. Fig. 4 shows a detail of the radiation collector with a temperature sensor arranged therein.

Dargestellt und beschrieben ist, zunächst mit Bezug zu Fig. 1, eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 5 versehe ne Vorrichtung zur Erwärmung von Wasser mittels eines Strahlungskollektors 1 und einem zur Aufnahme des er wärmten Wassers dienenden Wasserbehälter 2. In dem Wasserbehälter 2 stellt sich eine Schichtung ein der art, daß erwärmtes Wasser 2' sich oben in dem Wasserbe hälter 2 ansammelt und im Vergleich dazu kühles Wasser 2" im unteren Bereich des Wasserbehälters 2.Shown and described, initially with reference to FIG. 1, a device provided with the overall reference number 5 for heating water by means of a radiation collector 1 and a water container 2 for receiving the heated water. In the water tank 2, is a lamination of an art that heated water 2 'accumulates at the top of the water tank with water container 2, and in comparison to cool water 2 "in the lower region of the water container. 2

Der Wasserbehälter 2 weist eine oben in dem Wasserbehäl ter 2 mündende Zulaufleitung 6 und eine unten aus dem Wasserbehälter 2 austretende Ablaufleitung 7 auf. Die Zulaufleitung 6 bzw. die Ablaufleitung 7 ist mit dem Strahlungskollektor 1, der zur Horizontalen geneigt angeordnet ist, in dessen oberen bzw. unteren Bereich verbunden.The water tank 2 has an inlet pipe 6 opening at the top in the water tank 2 and an outlet pipe 7 emerging from the water tank 2 below. The inlet line 6 or the outlet line 7 is connected to the radiation collector 1 , which is arranged inclined to the horizontal, in its upper or lower region.

Der Warmwasserbehälter 2 ist darüber hinaus mit einer thermischen Isolierung 8 umgeben.The hot water tank 2 is also surrounded by thermal insulation 8 .

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist weiter in der Zulaufleitung 6 zu dem Warmwasserbehälter 2 ein Absperr ventil 3 angeordnet. Das Absperrventil 3 ist thermisch über einen Fühler 9 gesteuert, der beim Ausführungsbei spiel die Oberflächentemperatur des Strahlungskollek tors 1 mißt. Bei Erreichen einer bestimmten, vorgebba ren Schwelltemperatur öffnet das Absperrventil 3, so daß der Naturumlauf zur Beladung des Wasserbehälters 2 sich einstellen kann. Wird diese Temperatur dann wieder unterschritten, schließt das Absperrventil 3, so daß der Naturumlauf unterbrochen ist.In the embodiment of FIG. 1, a shut-off valve 3 is further arranged in the feed line 6 to the hot water tank 2 . The shut-off valve 3 is thermally controlled by a sensor 9 , which measures the surface temperature of the radiation collector gate 1 in the embodiment. When a certain, vorgebba ren threshold temperature opens the shut-off valve 3 , so that the natural circulation for loading the water tank 2 can occur. If this temperature is then fallen below again, the shut-off valve 3 closes so that the natural circulation is interrupted.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 sind vergleichbare Verhältnisse gegeben wie bei der Ausführungsform der Fig. 1. Im Unterschied zu der Ausführungsform der Fig. 1 ist hier jedoch der Warmwasserbehälter 2 stehend angeordnet.In the embodiment of FIG. 2, conditions are comparable to those in the embodiment of FIG. 1. In contrast to the embodiment of FIG. 1, however, the hot water tank 2 is arranged upright here.

Darüber hinaus ist das Absperrventil 3 in der Ablauflei tung des Wasserbehälters 2 angeordnet. Im weiteren ist in der Zulaufleitung 6 des Wasserbehälters 2 ein weite res Absperrventil 4 angeordnet. Das Absperrventil 4 wird über einen Fühler 10 gesteuert, der die Temperatur im oberen Bereich, im Bereich des erwärmten Wassers 2', des Warmwasserbehälters 2 mißt. Selbst dann, wenn der Fühler 9 das Absperrventil 3 noch geöffnet hält, weil die Schwelltemperatur des Strahlungskollektors 1 noch überschritten ist, kann das Absperrventil 4 gleichwohl die Zulaufleitung 6 und damit den Naturumlauf insgesamt absperren, wenn das Warmwasser 2' eine solche Tempera tur erreicht hat, daß ein weiteres Aufladen des Spei chers nicht mehr erwünscht ist.In addition, the shut-off valve 3 is arranged in the outflow device of the water tank 2 . Furthermore, a wide shut-off valve 4 is arranged in the feed line 6 of the water tank 2 . The shut-off valve 4 is controlled by a sensor 10 , which measures the temperature in the upper region, in the region of the heated water 2 ', of the hot water tank 2 . Even if the sensor 9 keeps the shut-off valve 3 open because the threshold temperature of the radiation collector 1 is still exceeded, the shut-off valve 4 can nevertheless shut off the inlet line 6 and thus the natural circulation when the hot water 2 'has reached such a temperature that further charging of the memory is no longer desired.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3, welche zudem in perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 wiedergibt, ist im Unterschied zu den Ausfüh rungsformen der Fig. 1 und 2 zum einen, entsprechend Fig. 2, das Absperrventil, das durch die Temperatur des Strahlungskollektors gesteuert ist, in der Ablauflei tung 7 des Warmwasserbehälters 2 angeordnet und zum anderen das zweite Absperrventil 4, das in grundsätzli cher Übereinstimmung mit der Ausführungsform der Fig. 2 vorgesehen ist, gleichfalls in der Ablaufleitung 7 des Warmwasserbehälters 2 angeordnet. Zudem sind die Ab sperrventile 3 und 4 unmittelbar nebeneinander angeord net. Im weiteren ist der Temperaturfühler 9 für das Absperrventil 3 auch in einer oberen Sammelleitung 11 des Strahlungskollektors 1 angeordnet. Der Temperatur fühler 9 ist also unmittelbar mit der Temperatur des in die Zulaufleitung 6 einströmenden - in der Regel erwärm ten - Wassers beaufschlagt.In the embodiment of FIG. 3, which also shows a device according to FIG. 1 in perspective, in contrast to the embodiments of FIGS . 1 and 2, on the one hand, according to FIG. 2, the shut-off valve which is controlled by the temperature of the Radiation collector is controlled, arranged in the outflow device 7 of the hot water tank 2 and, on the other hand, the second shut-off valve 4 , which is provided in principle in accordance with the embodiment of FIG. 2, is also arranged in the outflow line 7 of the hot water tank 2 . In addition, the shut-off valves 3 and 4 are arranged directly next to each other. Furthermore, the temperature sensor 9 for the shut-off valve 3 is also arranged in an upper manifold 11 of the radiation collector 1 . The temperature sensor 9 is thus directly exposed to the temperature of the inflowing into the feed line 6 - usually warmed th - water.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist eine besondere Anordnung des Temperaturfühlers 9 in dem Strahlungskol lektur 1 wiedergegeben. Wie ersichtlich besteht der Strahlungskollektor 1 bei dieser Ausführungsform im einzelnen aus einer oberen transparenten Abdeckung 12, etwa einer Glasscheibe. Unterhalb der Glasscheibe ist der Absorber 13 angeordnet, wobei oberhalb des Absor bers 13 und unterhalb der transparenten Abdeckung 12 ein Luftraum 14 ausgebildet ist.In the embodiment of FIG. 4, a special arrangement of the temperature sensor 9 is shown in the radiation col 1 . As can be seen, the radiation collector 1 in this embodiment consists in particular of an upper transparent cover 12 , for example a glass pane. The absorber 13 is arranged below the glass pane, an air space 14 being formed above the absorber 13 and below the transparent cover 12 .

Unterhalb des Absorbers 13 ist darüber hinaus eine Isolationsschicht 15 angeordnet.An insulation layer 15 is also arranged below the absorber 13 .

Schließlich sind die transparente Abdeckung 12, der Temperaturfühler 9, der Absorber 13 und die Isolierung 15 in einem gemeinsamen Kollektorgehäuse 16 angeordnet und von diesem zusammengehalten.Finally, the transparent cover 12 , the temperature sensor 9 , the absorber 13 and the insulation 15 are arranged in a common collector housing 16 and held together by the latter.

Der Temperaturfühler 9 ist nun in dem Luftraum 14 ober halb des Absorbers 13 und unterhalb der transparenten Abdeckung 12 freikragend angeordnet.The temperature sensor 9 is now cantilevered in the air space 14 above half of the absorber 13 and below the transparent cover 12 .

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.All the features disclosed are essential to the invention. In the disclosure of the application is hereby also the Disclosure content of the associated / attached priori full documents (copy of the pre-registration) Lich included, also for the purpose of characteristics of this Documents in claims of the present registration with to record.

Claims

1. Device ( 1 ) for heating water ( 2 ', 2 ") with a radiation collector ( 1 ) and a Wasserbehäl ter ( 2 ), the via an inlet and an outlet line ( 6 , 7 ) with the radiation collector ( 1 ) What water container ( 2 ) connected above the radiation collector ( 1 ) and the inlet and / or outlet line ( 6 , 7 ) by means of a shut-off valve ( 3 , 4 ) is to be interrupted, characterized in that the shut-off valve ( 3 , 4th ) works with electrical or thermal energy which is generated or kept ready in the device ( 1 ).

2. Apparatus according to claim 1 or in particular since, characterized in that a shut-off valve ( 3 ) controlled by the temperature of the radiation collector ( 1 ) is arranged in the feed line ( 6 ) of the water tank ( 2 ).

3. Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the shut-off valve ( 3 ) in the Abflußlei device ( 7 ) of the water container ( 2 ) is arranged.

4. The device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that a controlled by the temperature of the hot water (2 ") in the water tank (2) shut-off valve (4) in the supply line (6) of the water tank (2 ) is arranged.

5. The device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that a by the temperature of the hot water (2 ') in the water tank (2) controlled shut-off valve (4) in the discharge line (7) of the water tank (2 ) is arranged.

6. The device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the shut-off valve ( 3 ) is controlled by the air temperature in the radiation collector ( 1 ).