DE19931069A1 - Sonnenkollektor-Anlage ohne Frostschutzmittel im Kollektor u. Rohrsystem mit sich selbstanpassender Wärmeschichtung - Google Patents

Abstract

Es ist die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes, eine Sonnenkollektoranlage zum Erwärmen von Brauchwasser und zum Beheizen von Wohnräumen und Schwimmbädern zu schaffen, die nicht mit Frostschutzmitteln aufgefüllt ist und dennoch auch im Winter nicht entleert werden muß. Sie weist mindestens zwei Kollektorplatten auf, die untereinander nicht fest eingespannt, sondern mit Federn gespannt sind, wobei die Rohrverbindung von Kollektor und Speicher so ausgeführt ist, daß im Innern der Rohrleitung ein Kunststoffschlauch liegt, der durch das Volumen von in Frostperioden auftretendem Eis eingedrückt wird und das Platzen des Rohres dadurch verhindert, daß warme Luft im Restquerschnitt des Schlauches aufsteigt und somit das Eis durch die Kollektorwärme auftaut.

Description

Die im Stand der Technik allgemein bekannten wassergefüllten Sonnenkollektor­ anlagen werden, um ein Einfrieren und somit ein Zerstören der Anlage im Winter zu verhindern, mit Frostschutzmittel versehen. Eine andere Methode ist die Entleerung der gesamten Anlage vor Eintritt von Minustemperaturen. Beide Methoden sind entweder wenig umweltfreundlich (im Falle eines Lecks in der Anlage läuft das Frostschutzmittel direkt über das Dach des Gebäudes in den Abwasserkanal oder in den Boden) oder umständlich für den jeweiligen Benutzer.

Es ist daher die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes, eine Sonnenkollektor­ anlage zu schaffen, die nicht mit Frostschutzmitteln aufgefüllt und dennoch nicht entleert werden muß.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage wird durch die Maßnahmen nach Patentanspruch 2 erreicht.

Die Erfindung macht es somit möglich, eine Sonnenkollektoranlage ohne umweltschädliche Frostschutzmittel zu betreiben. Außerdem kann damit Wasser gespart werden, weil die Entleerung und somit auch die anschließend notwendige Wiederbefüllung entfällt. Die Standzeiten der Anlage werden daher verkürzt, denn selbst bei Minustemperaturen kann mit einer Leistung aus dem Kollektor gerechnet werden, wenn gleichzeitig die Sonne scheint.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Sonnenkollektoranlage an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die komplette Anlage,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Rohrsystem,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Plattenkollektor.

In Fig. 1 ist die Anlage allgemein mit einem Kollektor 1, einem Wärme­ tauscher 2, einem Rück- und einem Vorlauf 3 bzw. 4, einem Speicher 5, einem Steigrohr 6 sowie mit einem Kunststoffschlauch 7 und einem Verbindungsrohr 13 gezeigt.

Bei Frost friert das Wasser im Rohrsystem (Metallrohr 8) von außen nach innen und preßt dabei den Kunststoffschlauch 7 zusammen. Bei Erwärmung durch die Sonne steigt die Temperatur im Kollektor, der im Beispiel nach Fig. 3 als Plattenkollektor 15 mit zusammengeschraubten und an den Außenkanten verschweißten Blechplatten ausgebildet ist, in den das Wasser zirkuliert, und das Verbindungsrohr 13 wird dadurch ebenfalls erwärmt. Somit zirkuliert Warmluft im Schlauch und taut das sich im Rohr bildende Eis auf. Im Querschnitt nach Fig. 3 ist auch ersichtlich, daß der Plattenkollektor 15 eine Ausdehnungsmöglichkeit für das Eis aufweist, das sich beim Gefrieren des Wassers auch hier von außen nach innen bildet. Durch das Eis wird ein Druck auf das Innere des Kollektors ausgeübt (Ausbuchtung 16) und über eine Isolierung 12, die dafür sorgt, daß die Wärme vom Kollektor nicht an seiner Rückseite wieder abgegeben wird, auf den Mittelträger 14 weiter­ gegeben.

Der Plattenkollektor 15 wird dabei angehoben, er ist mit Hilfe von Federn 9 auf den Außenträgern 11 befestigt. Wenn das Eis schmilzt, wird die Ausbuchtung 16 durch das Eigengewicht des Kollektors 1, bestehend aus Glasabdeckung 10, Plattenkollektor 15 und Isolierung 12, zurückgedrückt.

Wenn die Kollektortemperatur höher ist als die Speichertemperatur, steigt das wärmere Wasser nach oben auf und bildet die oberste Schicht. Das Kaltwasser wird vom Speichergrund abgezogen, und nach und nach erwärmt sich das Wasser dann von oben nach unten, jedenfalls solange die Sonne scheint. Sobald jedoch die Kollektortemperatur niedriger wird als die obere Speichertemperatur, bleibt der Durchfluß stehen, d. h., obwohl der Speicher in seinem unteren Teil noch Wärme aufnehmen könnte, kann keine mehr zugeführt werden.

Im Ausführungsbeispiel weist das Steigrohr 6 des Vorlaufs 4 Löcher auf (Fig. 1). In ihm steigt das Wasser so lange auf, bis es auf eine wärmere Schicht trifft und sich durch die Löcher hindurch ausbreitet. Das Rohr ver­ hindert, daß das Warmwasser sich nicht schon früher in seinem unteren Bereich mischen kann, denn das spezifische Gewicht von Kaltwasser ist höher als das des Warmwassers. Somit schichtet sich Wasser von unten nach oben, solange keine Strömung das Wasser mischt. Die Mischtemperatur ist Kollektortemperatur minus Speichertemperatur, sie ist also stets tiefer als die Kollektortemperatur. Wenn die Kollektortemperatur bei ununter­ brochenem, intensivem Sonnenschein auf die Speichertemperatur steigen würde, wäre der eben geschilderte Effekt kompensiert, weil die Schwerkraft­ strömung zum Stillstand käme. Dieser Fall ist aber nicht realistisch, im Gegenteil, die Kollektortemperatur kann eher erheblich schwanken.

Durch das Steigrohr 6 wird die augenblickliche Kollektortemperatur in die Wärmeschichten des Wassers eingeleitet, die ihrer Temperatur entspricht. Hätte z. B. die Tagesmischtemperatur ohne dieses Steigrohr 40 Grad ereicht und der Kollektor würde nur < 40 Grad abgeben, käme die Schwer­ kraftzirkulation zum Erliegen und dem Speicher könnte gar keine Leistung mehr zugeführt werden. Mit dem Steigrohr schichtet sich, wie schon gesagt, die Temperatur, d. h., die oberste Schicht hat dann eine Temperatur von von 60 Grad, die unterste 20 Grad. Somit wäre es möglich, dem Speicher immer noch eine Leistung zuzufügen. Vorteilhaft steht auch eine höhere Temperatur im Speicher zur Verfügung.

Durch den Einbau von mehreren Wärmetauschern 2 - in verschiedenen Höhen - kann aus den einzelnen Schichten gezielt die entsprechende Temperatur entnommen werden, die zum Duschen (oberste Schicht mit höherer Temperatur) oder zum Betreiben einer Fußbodenheizung (untere Schicht) gewünscht wird. Das Wasser wird also nicht erst erwärmt, um dann mit kaltem Wasser wieder auf niedrige Temperatur gemischt zu werden. Es ist noch zu sagen, daß Kollektoren mit einem niedrigen Rücklauf den besten Wirkungsgrad haben.

Bezugszeichenliste

1

Kollektor

2

Wärmetauscher

3

Rücklauf

4

Vorlauf

5

Speicher

6

Steigrohr

7

Kunstoffschlauch

8

Metallrohr

9

Feder

10

Glasabdeckung

11

Aussenträger

12

Isolierung

13

Verbindungsrohr

14

Mittelträger

Claims (2)

1. Frostschutzmittel-freie, wassergefüllte Sonnenkollektoranlage zum Erwärmen von Brauchwasser und zum Beheizen von Wohnräumen und Schwimmbädern, mit mindestens zwei Kollektorplatten (Kollektor 1), die untereinander nicht fest eingespannt ausgebildet, sondern mit Federn (9) gespannt sind, wobei die Rohrverbindung von Kollektor (1) und Speicher (5) so ausgeführt ist, daß im Innern der Rohrleitung (Metallrohr 8) ein Kunststoffschlauch (7) liegt, der durch das Volumen von in Frostperioden auftretendem Eis eingedrückt wird und das Platzen des Rohres dadurch verhindert, daß warme Luft im Restquerschnitt des Schlauches (7) aufsteigt und somit das Eis durch Kollektorwärme auftaut.

2. Sonnenkollektoranlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorlauf (4) und Rücklauf (3) auf gleicher Höhe in die Anlage eingeführt werden und der Vorlauf im Speicherinnern in einem Steigrohr (6) senkrecht nach oben geführt wird, um die Temperaturschichtung des Wassers zu begünstigen, wobei das Steigrohr (6) Löcher aufweist und das darin befindliche Wasser die Kollektorwärme bündelt.