DE2809690A1

DE2809690A1 - Solar heating system with fluid reservoir - sepd. by diaphragm from atmosphere to permit internal pressure variation

Info

Publication number: DE2809690A1
Application number: DE19782809690
Authority: DE
Inventors: Helmut Zink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1978-03-07
Publication date: 1979-09-20

Abstract

A heating appts. utilising solar energy or the like comprises a storage vessel for the heat transporting fluid. The transporting fluid is sepd. by a diaphragm from the environment and the pressure acting on the diaphragm can be adjusted over a wide range, including atmospheric pressure. Pref. the diaphragm is gastight and separates the heat transfer fluid from a pressure chamber, which can be connected to a pressure generating source. A gas chamber inside the storage vessel may be connected to a U-tube constituting a liq. lock. The system can be adjusted to any desired operating pressure. This provides flexibility in operation and in emptying when there is a frost risk.

Description

"vorrichtung zum Hegizen, zur Nutzufl der Sonfleflenergie oder dgl.""device for hegizing, for utilizing the sonflefl energy or the like."

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Nutzung der Sonnenenergie ist der Vorratsbehälter tiefer als ein Plattensammler angeordnet, damit dieser bei Frostgefahr entleert werden kann. Mit dem Plattensammler ist ein einen positiven Druck aufweisendes, nach außen abgeschlossenes Gaspolster verbunden, um die thermische Expansion der in dem geschlossenen System befindlichen Flüssigkeit zu kompensieren. Das in der Gaskammer befindliche Gaspolster wirkt somit als Gasfeder. Die bekannte Vorrichtung braucht daher eine Sicherheitseinrichtung, z. B. in Form eines Überdruckventils, um einen die Vorrichtung schädigenden ueberdruck abzubauen. Die Vorrichtung muß hierbei dem höchsten hierin auftretenden Druck angepaßt werden, was verhältnismäßig aufwendig ist (DE-OS 26 05 519).In a known device for using solar energy is the storage container is placed lower than a record collector so that it can be used in case of frost can be emptied. With the plate collector a positive pressure, outwardly sealed gas cushion connected to the thermal expansion of the To compensate liquid located in the closed system. That in the Gas cushion located in the gas chamber thus acts as a gas spring. The known device therefore needs a safety device, e.g. B. in the form of a pressure relief valve, to reduce excess pressure that could damage the device. The device must in this case the highest pressure occurring here must be adapted, which is proportionate is expensive (DE-OS 26 05 519).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung mit einem beliebigen Druck betreiben zu können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst. Der in weiten Grenzen wählbare, in der Vorrichtung herrschende Druck kann ein Uberdruck, der Atmosphärendruck oder ein Unterdruck sein. Wenn mit Atmosphären-oder Unterdruck gearbeitet wird, so braucht die Vorrichtung keine besonderen Sicherheitseinrichtungen, und die gesamte Vorrichtung kann unter geringerem Aufwand hergestellt werden als bei darin vorhandenem ueberdruck. Es können dann auch handelsübliche Pumpen verwendet werden.The present invention is based on the object of the device to be able to operate with any pressure. This task is made possible by the characteristics solved in the characterizing part of claim 1 according to the invention. That within wide limits Selectable pressure prevailing in the device can be an overpressure, the atmospheric pressure or be a negative pressure. If with atmospheres or negative pressure the device does not need any special safety devices, and the entire device can be manufactured with less effort than if there is overpressure in it. Commercially available pumps can then also be used will.

Das Merkmal des Anspruches 2 verhindert ein Eindiffundieren von die Vorrichtung schädigendem Gas, insbesondere von Sauerstoff, wenn die Biegehaut auf ihrer Außenseite der Umgebungsluft ausgesetzt ist.The feature of claim 2 prevents diffusion of the Device damaging gas, especially oxygen, when the flexural skin is on its outside is exposed to the ambient air.

Die Merkmale des Anspruches 3 ermöglichen die Erzeugung eines beliebigen Druckes, insbesondere eines Unterdruckes, auf der von der Gaskammer abgewandten Seite der Biegehaut.The features of claim 3 allow the generation of any Pressure, in particular a negative pressure, on the remote from the gas chamber Side of the bent skin.

Die Merkmale des Anspruches 4 sind auf eine einfache Einrichtung gerichtet, die das Ubersteiaen eines bestimmten Druckes innerhalb der Vorrichtung verhindert.The features of claim 4 are directed to a simple device, which prevents a certain pressure from being exceeded within the device.

Die Merkmale des Anspruches 6 ermöglichen ein schnelles Füllen eines Plattensammlers einer Vorrichtung zur Nutzung der Sonnenenergie.The features of claim 6 allow a quick filling Record collector of a device for using solar energy.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. In dieser ist eine Vorrichtung zur Nutzung der Sonnenenergie als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.Further advantages emerge from the remaining claims and the description and the drawing. In this is a device for using solar energy shown schematically as an embodiment of the subject matter of the invention.

An einen schräg angeordneten Plattensammler 1 ist an seiner tiefsten Stelle eine Verbindungsleitung 2 und an seiner höchsten Stelle eine Verbindungsleitung 3 angeschlossen. In der Verbindungsleitung 2 befindet sich eine in Richtung zum Plattensammler 1 fördernde Pumpe 4.At an inclined plate collector 1 is at its deepest Place a connecting line 2 and at its highest point a connecting line 3 connected. In the connecting line 2 there is one in the direction of the Plate collector 1 conveying pump 4.

Ein Vorratsbehälter 5 für im Plattensammler 1 zu erwärmende Flüssigkeit, insbesondere Wasser, ist derart angeordnet, daß sich im Ruhezustand der Vorrichtung ein Flüssigkeitsspiegel 6 einstellt, der tiefer als der Plattensammler 1 liegt. Die Vorrichtung wird vorzugsweise so ausgebildet, daß der Flüssigkeitsspiegel 6 sich außerhalb der im Frostbereich liegenden Teile der Vorrichtung befindet und nur die im Ruhezustand leeren Teile der Vorrichtung im Frostbereich liegen.A storage container 5 for the liquid to be heated in the record collector 1, in particular water, is arranged so that in the Hibernation the device sets a liquid level 6 which is lower than the plate collector 1 lies. The device is preferably designed so that the liquid level 6 is located outside of the parts of the device lying in the frost area and only the parts of the device that are empty in the idle state are in the frost area.

An die Verbindungsleitung 3 ist eine in den unteren Bereich des Vorratsbehälters 5 führende Zweigleitung 7 angeschlossen, die mindestens mit ihrem im Vorratsbehälter 5 befindlichen Teil elastisch ausgebildet ist und deren oberhalb der Abzweigung liegendes Ende an einem Schwimmer derart angebracht ist, daß die Mündung immer unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 6 liegt. Die Verbindungsleitung 3 führt zur Oberseite eines Wärmetauschers 9, insbesondere Heizkörper. Zwischen der Abzweigstelle der Zweigleitung 7 und dem Wärmetauscher 9 ist eine in Richtung zu diesem Wärmetauscher fördernde Pumpe 10 vorgesehen. Der Wärmetauscher 9 ist an seinem Fuß mit dem Vorratsbehälter 5 an dessen Fuß über eine Verbindungsleitung 11 verbunden Im Bereich des Fußes des Vorratsbehälters 5 ist auch die Leitung 2 angeschlossen.At the connecting line 3 is one in the lower area of the storage container 5 leading branch line 7 connected, at least with their in the reservoir 5 located part is elastic and its above the junction lying end is attached to a float so that the mouth is always below of the liquid level 6 is located. The connecting line 3 leads to the top of a Heat exchanger 9, in particular radiators. Between the junction of the branch line 7 and the heat exchanger 9 is a promoting in the direction of this heat exchanger Pump 10 is provided. The heat exchanger 9 is at its foot with the reservoir 5 connected at its foot via a connecting line 11 In the area of the foot of the Reservoir 5, line 2 is also connected.

Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 6 befindet sich eine Gaskammer 12, die vorzugsweise mit einem inerten Gas, insbesondere Stickstoff, gefüllt ist. Die Gaskammer 12 hat auf ihrer Oberseite eine gasdichte, nachgiebige Biegehaut 13. Diese Biegehaut 13 trennt die Gaskammer 12 von einer Druckkammer 14, die über einen Anschlußtutzen 15 an eine nicht dargestellte Druckquelle, insbesondere Unterdruckquelle, angeschlossen oder wie beim Ausführungsbeispiel mit der Umgebungsluft verbunden sein kann Die gasdichte Biegehaut 13 ermöglicht einen Druckausgleich zwischen ihren beiden Seiten und verhindert ein Eindringen von Sauerstoff aus der Luft in die Gaskammer 12, welcher zum nachteiligen Rostet von aus Stahl bestehenden Teilen führt. Die Gaskammer 12 ist an ihrer Oberseite über eine Gasleitung 16 mit der Verbindungsleitung 3 verbunden Die Gasleitung 16 kann in die Verbindungsleitung 3 in Höhe der Gaskammer 12 münden. Eine solche Anordnung braucht eine etwas längere Entleerungszeit als wenn die Gasleitung 16, wie in der Zeichnung dargestellt, am höchsten Punkt in die Verbindungsleitung 3 mündet. Die Mündung der Gasleitung 16 in die Gaskammer 12 befindet sich unmittelbar unterhalb der Biegehaut 13.Above the liquid level 6 there is a gas chamber 12, which is preferably filled with an inert gas, in particular nitrogen. the Gas chamber 12 has a gas-tight, resilient flexural skin 13 on its upper side Bending shell 13 separates the gas chamber 12 from a pressure chamber 14, which has a connection piece 15 is connected to a pressure source (not shown), in particular a vacuum source or, as in the exemplary embodiment, can be connected to the ambient air gas-tight flexural skin 13 enables pressure equalization between its two sides and prevents oxygen from the air from entering the gas chamber 12, which leads to the disadvantageous rusting of parts made of steel. The gas chamber 12 is connected on its upper side via a gas line 16 to the connecting line 3 The gas line 16 can open into the connecting line 3 at the level of the gas chamber 12. Such an arrangement takes a slightly longer emptying time than if the gas line 16, as in the Drawing shown, at the highest point in the connecting line 3 opens. The mouth of the gas line 16 in the gas chamber 12 is located immediately below the flexural skin 13.

In dem Vorratsbehälter 5 befindet sich ein Flüssiqkeitsverschluß in Form eines U-Rohres 17, von dem ein Ende nach auRen geführt ist und dessen anderes Ende in der Gaskammer 12 mündet. Durch die Höhe des U-Rohres 17 ist der in der Vorrichtung erreichbare maximale Druck bestimmt. Das U-Rohr 17 dient als Sicherheitseinrichtung.In the reservoir 5 there is a liquid closure Form of a U-tube 17, one end of which is led outwards and the other end End in the gas chamber 12 opens. The height of the U-tube 17 is in the device achievable maximum pressure is determined. The U-tube 17 serves as a safety device.

Beim Anlaufen der Pumne 4 wird Flüssigkeit aus dem Vorratshehälter 5 in den Plattensammler 1 gefördert und gelangt bei stehender Pumpe 10 bzw. bei in die Verbindungsleitung 11 eingeschaltetem, geschlossenem, nicht dargestelltem Ventil nach dem Erw?.rrnen durch Sonneneinstrahlung im Plattensammler 1 über die Zweigleitung 7 ixi den Vorratsbehälter 5 im Bereich des darin dann der Flfissigkeitsentnahme entsprechend gesenktem Flüssigkeitsspiegel, da sich der Schwimmer 8 der jeweiligen Höhe des Flfissigkeitsspiegels entsprechend einstellen kann. Die Vorrichtung wird hierbei so aesteuert, daß die Pumpe 4 nur Flüssigkeit fördert, wenn im Plattensammler 1 die durch die Pumpe 4 geförderte Fliissiakeit i;her eine bestimmte Temperatur erwrmt wird.When the pump 4 starts up, liquid is released from the storage container 5 conveyed into the record collector 1 and arrives when the pump 10 or at in the connecting line 11 switched on, closed, not shown Valve after heating from solar radiation in the record collector 1 via the Branch line 7 ixi the reservoir 5 in the area of the liquid withdrawal therein correspondingly lowered liquid level, since the float 8 of the respective Can adjust the height of the liquid level accordingly. The device will in this case so aeststeu that the pump 4 only delivers liquid when in the plate collector 1 the liquid conveyed by the pump 4 is at a certain temperature is heated.

Wenn die Verbindungsleitunq 11 offen ist und gegebenenfalls die Pumpe 10 Flfissigkeit in Richtung zum Wärmetauscher 9 fördert, gelangt bei laufender Pumpe 4 Flfissigkeit unmittelhar von der Verbindungsleitung 3 in den Wärmetauscher 9 und von dort nach Abkiihlung zum Vorratsbehälter 5. Läuft die Pumpe 4 jedoch nicht, so wird von der oberen Seite der im Vorratsheh?lter 5 hefindlichen Flüssigkeit iiber die Zweigleitung 7 Flüssigkeit angesaugt und zum Wärmetauscher 9 gefördert.When the connecting line 11 is open and possibly the pump 10 promotes liquid in the direction of the heat exchanger 9, arrives when the pump is running 4 liquid directly from the connecting line 3 into the heat exchanger 9 and from there after cooling to the storage tank 5. If the pump 4 is not running, however, in this way, the liquid in the storage container 5 overflows from the upper side the branch line 7 sucked in liquid and conveyed to the heat exchanger 9.

Die Größe der Gaskammer 12 sowie die Art und die Gestalt der Biegehaut 13 werden so gewählt, daß sich das Volumen der Flüssigkeit der in der Vorrichtung jeweils herrschenden Temperatur entsprechend einstellen kann und daß in der Gaskammer 12 ein zum Füllen der frostgefährdeten Teile der Vorrichtung notwendige Menge an Gas vorhanden ist, wenn die Vorrichtung in den Ruhezustand irbergeht, damit die in der Vorrichtung befindliche Flfissi.gkeit kein Frostschutzmittel braucht. Die Gaskammer 12 hat also ein Volumen, das dem Volumen des Plattensammlers 1 und dem Teil der Verbindungsleitungen 2,3 entspricht, die frostfrei bleiben sollen. Bei der Bemessung der Gaskammer ist ferner die Wärmedehnung des Wärmetrngers und der in deXVorrichtung eingeschlossenen Luft zu bersicksichtigen, deren Volumen etwa 40 % des Gesamtvolumens beträgt.The size of the gas chamber 12 and the type and shape of the flexural skin 13 are chosen so that the volume of the liquid in the device corresponding to the prevailing temperature can adjust and that in the gas chamber 12 to fill the frost-prone parts of the device the necessary amount of gas is available when the device goes to sleep, so that the liquid in the device does not need antifreeze. The gas chamber 12 thus has a volume which is the volume of the plate collector 1 and corresponds to the part of the connecting lines 2, 3, which should remain frost-free. When dimensioning the gas chamber, the thermal expansion of the heat carrier and to take into account the air enclosed in the deX device, its volume approximately 40% of the total volume.

Der Vorratsbehälter 5 kann wie beim Ausführungsbeispiel unmittelbar an einen Wärmetauscher, z. B. in Form eines Heizkörpers, angeschlossen sein. Es ist auch möglich, in dem Vorratsbehälter einen Wärmetauscher unterzubringen, mit dem zu erwsrmende Flüssigkeit durch den Vorratsbehälter hindurchgeführt werden kann.The storage container 5 can, as in the exemplary embodiment, directly to a heat exchanger, e.g. B. in the form of a radiator connected. It is also possible to accommodate a heat exchanger in the storage tank, with the liquid to be heated can be passed through the storage container.

Die Gaskammer 12 kann vom Vorratsbehälter 5 getrennt sein. Es ist z. B. möglich, die Gaskammer 12 durch eine Gashlase zu ersetzen, die vorzugsweise mit der ohersten Stelle der Verbindungsleitung 3 verbunden ist.The gas chamber 12 can be separated from the storage container 5. It is z. B. possible to replace the gas chamber 12 with a gas tube, which is preferably is connected to the highest point of the connecting line 3.

Die Biegehaut kann in Form eines insbesondere aus Edelstahl hestehenden Metallbalges ausgebildet sein. Als Biegeelement kann eine gasdichte Verbundfolie, z. B. eine beidseitig mit einer thermoplastischen Schicht kaschierte Metallfolie, verwendet werden.The flexural skin can be in the form of a stainless steel in particular Metal bellows be formed. A gas-tight composite film, z. B. a metal foil laminated on both sides with a thermoplastic layer, be used.

In die Verbindungsleitung 3 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, ein Füllventil 18 in Form eines Dreiwegeventils eingeschaltet sein, mit dem die Verbindungsleitung 2 mittels einer daran angeschlossenen Zwischenleitung 19 mit der Verbindungsleitung 3 verbiadbar und die Verbindungsleitung 3 unterbrechhar ist oder mit dem die Verbindungsleitung 3 zu öffnen und die Zwischenleitung 19 zu schließen ist. In der erstgenannten Ventilstellung ist ein schnelles Füllen des Plattensammlers 1 mit Hilfe der Pumpe 4 möglich.In the connecting line 3, as shown in the drawing, a filling valve 18 be turned on in the form of a three-way valve with which the Connecting line 2 by means of an intermediate line 19 connected to it the connecting line 3 can be connected and the connecting line 3 is interruptible or with which the connecting line 3 is opened and the intermediate line 19 is closed is. In the first-mentioned valve position there is a fast filling of the record collector 1 possible with the help of pump 4.

In der Miindung der Gasleitung 16 in die Gaskammer 12 ist ein Ablaufhl-ch 20 für das geräuschlose Einfließen des Wärmetragers in die Gaskammer 12 vorgesehen. Es ist auch möglich, das Geräusch von in die Gaskammer einfließendem Wärmetreqer dadurch zu dämpfen, daß am Einfluß ein im wesentlichen lotrecht angeordneter Zylinder aus einem gasdurchlässiqen G.ewehefilz angeordnet wird, dem entlang der Wärmeträger fließt.In the mouth of the gas line 16 into the gas chamber 12 there is a drainage hole 20 provided for the noiseless flow of the heat transfer medium into the gas chamber 12. It is also possible to hear the sound of the heat exchanger flowing into the gas chamber to dampen that a substantially vertically arranged cylinder at the influence from a gas-permeable G.ewehefilz is arranged along the heat transfer medium flows.

Die anhand eines zur Nutzung der Sonnenenergie dienenden Ausffih rungsbeispieles beschriehene Erfindung kann ganz allgemein bei einer Heizung angewandt werden, um z. B. bei einem Ausdehnungsgefäß zu verhindern, daß über die mit der Außenluft verbundene Oberfläche des Wärmeträgers Sauerstoff in die Heizvorrichtung eindringt und Korrosion verursacht. Wegen der Anordnung der Biegehaut kann die Vorrichtung ohne ueberdruck arbeiten.The exemplary embodiment using solar energy The invention described can be applied very generally to a heater z. B. to prevent an expansion tank from being connected to the outside air Surface of the heat carrier oxygen penetrates the heater and corrosion caused. Because of the arrangement of the flexural skin, the device can be used without overpressure work.

Claims

A n p r ü c h e device for heating, for the use of solar energy Or the like., With a storage container for the heat transfer medium of the one in the storage container is exposed to the prevailing pressure, thereby g e k e n n n z e i c h n e t R that the Heat transfer medium is separated from the environment by a flexible skin (13) and that on the bending hat can have any pressure within wide limits, including atmospheric pressure is to be made effective

2. Apparatus according to claim 1D characterized g e k e n n z e i c h -n e t that the flexural skin (13) is gas-tight

3. Device according to claim 1, thereby g e k e n n n z e i c h -n e t that the flexible skin (13) the storage container (5) from a pressure chamber (14), to which a certain pressure generating Pressure source can be connected

4. Device according to one of the preceding claims0 as a result, there is a gas chamber (12) in the storage container (5) a liquid seal in the form of a U-tube (17) is connected

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is h n e t that the gas chamber (12) is part of a single storage container (5) is.

6. Device according to one of the preceding claims, each with one a record collector with the storage container and the storage container with the record collector connecting connecting line, thereby g e k e n n n z e i.c h n e t that in the Connecting line (3) leading from the record collector (1) to the storage container (5) a three-way valve (18) is switched on, with which a connection with the other Connecting line (2) silver an intermediate line (19) or a connection between the record collector and the storage container can be produced via their connecting line is.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that g e k e n n n e i c h n e t that in the storage tank (2) at the inlet for the heat transfer medium a device (20) attenuating the noise of inflowing heat transfer medium is provided is.