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Dokumentenidentifikation DE202007002645U1 19.07.2007
Titel Reinwasser Solarkollektor mit dazugehörigen Solarsystem
Anmelder Scharrer, Jochen, 92318 Neumarkt, DE
DE-Aktenzeichen 202007002645
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 19.07.2007
Registration date 14.06.2007
Application date from patent application 23.02.2007
IPC-Hauptklasse F24J 2/04(2006.01)A, F, I, 20070223, B, H, DE

Beschreibung[de]
Stand der Technik: Glykol- Wassergemisch

Herkömmliche Solaranlagen sind mit einem Wasser- Glykolgemisch versehen um das Einfrieren des Kollektors im Winter zu verhindern. Nachteil bei diesen Systemen ist, dass zum einen (aufgrund des Mischungsverhältnisses) nicht gleich viel Energie aufgenommen werden kann wie bei reinem Wasser ohne Frostschutzgemisch, zum anderen besteht die Gefahr, dass sich bei Kollektorüberhitzung das Glykol- Wassergemsich trennt und so 2 getrennte Flüssigkeiten im Kollektor entstehen. Des Weiteren kann überhitztes Glykolgemisch im Solarkreislauf verkleben.

Die Röhrenkollektorkonstruktion verhindert das Leerlaufen des Kollektors bei Frostgefahr.

Diese Probleme werden mit dem in Schutzanspruch 1; 2 und 3 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Der Solarkreislauf bildet ein eigenständiges System mit Wärmetauscher, Regelung und Sicherheitseinrichtungen. Bei Übergabe der Energie an das Heizsystem sind meist mehrere Tauschervorgänge nötig. Bei jedem Tauschvorgang sind Verluste zu beklagen, bzw. muss die Einspeisetemperatur deutlich über der Systemtemperatur liegen. Gerade in den Wintermonaten erreichen die Kollektoren nicht ausreichend Temperaturdifferenz um die Speicher effektiv zu versorgen.

Diese Probleme werden mit dem in Schutzanspruch 4 aufgefüherten Merkmalen gelöst.

Bestehende Reinwassersolarsysteme:

Bei Drainbacksystemen wird die Solaranlage bei Frost- oder Überhitzungsgefahr in den Speicher entleert. Hierzu ist ein entsprechender technischer Aufwand erforderlich mit entsprechenden Regel- Pumpen und Umstellkomponenten. Zudem ist eine solare Heizungsunterstützung bei Außentemperaturen unter 3°C fraglich (Frostgefahr, der Kollektor wird entleert).

Bei geschlossenen Reinwassersystemen ist eine entsprechende, technisch aufwendige Regelung erforderlich, aus Sicherheitsgründen für die übrige Heizungsanlage wird auch hier das Solarsystem vom Heizungssystem getrennt. Hierfür sind somit wieder Tauscherverluste zu beklagen.

Bei beiden Systemen besteht erhebliche Frostschadengefahr wenn der Strom ausfällt, zumal die Kollektor- und Leitungskreise nicht entleert werden können. Die komplette Anlage kann Schaden nehmen.

Die Frostschutzprobleme werden mit dem Schutzanspruch 1; 2 und 3 gelöst. Das Überhitzungsproblem wird mit dem Schutzanspruch 5 gelöst. Bei ausreichendem Solarertrag wird das Kollektorsystem überhitzen. Ein vergrößertes Ausdehnungsgefäß in der Heizungsanlage sorgt für sicheren Betrieb.

Nachdem der Solarspeicher (z.B. Warmwasserentnahme) abgekühlt ist könnte die Solaranlage die überschüssige Energie wieder ins Heizsystem und Warmwassersystem einspeisen. Bei normalen Solarsystemen würde dies jedoch zur Sicherheitsabschaltung (Sicherheitstemperaturbegrenzung) am Energieerzeuger führen, da eventuell 200°C im Solarkreislauf herrschen und so hohe Temperaturen nicht ins Kesselsystem laufen dürfen. Bei dem verwendeten Vakuumkollektor würde die Solaranlage über Wochen wegen Überhitzung (geringer Energieverlust) blockiert sein. Das Mischsystem (8) sorgt dafür, dass ausreichend Rücklaufwasser aus dem Heizungsrücklauf mit dem Solarvorlauf gemischt wird. Das Mischsystem kann so auf jede zulässige Systemmaximaltemperatur eingestellt werden ohne eine Überhitzung sowie eventuelle Hitzeschäden an der Anlage zu verursachen. Heiße Kollektortemperaturen können somit abgebaut werden und der Kollektor kann auch bei hohen Temperaturen in das System einspeisen.

Figurenerklärung

1: Vakuum- Kollektorröhre: (auf gesondertem Blatt) zur Aufnahme der Sonnenenergie

1: Innenglasröhre deren Ende mit einem Glasgewinde (2) versehen ist

2: Glasgewinde zum Anschluß an den Kollektorsammler mittels Überwurfmutter

3: Außenglasröhre die mit der Innenröhre verschweißt wird. Zwischen der Innenröhre und der Außenröhre befindet sich das Vakuum.

2: Kollektorvorlauf- und Rücklaufsammler mit Zuluftleitung und Druckbehälter: ohne Innenleben mit starker Dämmung oder Vakuumdämmung gegen Wärmeverlust, zur Aufnahme der Kollektorröhre (1). Bei Stromausfall wird der Kollektor im Winter entleert. Bei abfallendem Druck im Kollektor öffnet das Federventil (4) im Kollektorsammler. Dadurch kann über die Leitung (6) Luft in den Kollektor strömen. Der Entleerungsvorgang kann durch einen Luftdruckbehälter (5) unterstützt werden.

3: Frostschutzventile: öffnen bei Stromausfall damit der Kollektor leer laufen kann und ein Einfrieren der Solaranlage verhindert wird.

4: Umstellventil: Stellt den Heizungsrücklauf auf Solarbetrieb um. Das Rücklaufwasser der Heizkreise wird nach Umstellung (7) durch den Kollektor geführt. Die Umstellung erfolgt bei Frostgefahr (Kollektor wird über Heizungsrücklaufwasser auf Mindesttemperatur erwärmt). Ist die Kollektortemperatur höher als die Heizungsrücklauftemperatur wird so der Heizungsrücklauf über den Kollektor erwärmt.

5: Überhitzungsschutz: Mischt dem Solarvorlauf ausreichend Rücklaufwasser bei um eine Systemüberhitzung zu verhindern (z.B. bei hohem Solarertrag im Sommer). Hierfür wird ein Festwertregler mit Mischventil (8) installiert, so kann die maximale Kollektorvorlauftemperatur gehalten werden.

Ziel:

Ziel der Erfindung ist es, einen Reinwasserkollektor mit Solarsystem zu bauen der diese Nachteile nicht aufweist und effektiv und sicher arbeitet.


Anspruch[de]
Vakuum- Solarkollektorröhren mit Doppelwandigen Vakuumdoppelglasröhren ohne Innenleben damit diese leer laufen können. Zur besseren Wärmeaufnahme ist die Innenröhre mit Absorbtionsbeschichtung versehen. dadurch gekennzeichnet, dass die innere Röhre (1) an den Enden einen Glasgewindeanschluss aufweist (2) um mit einer Überwurtmutter an die Sammler angeschlossen werden zu können. Die innere und äußere Röhre werden mittels Glasverschweißung (3) verbunden, zwischen ihnen befindet sich das Vakuum. Die Konstruktion ermöglicht ein völliges Leerlaufen der Röhren bei Stromausfall ohne Unterstützung einer Pumpe oder dg. da sich keine Rohrwindungen in der Röhre befinden. Ein Frostschutzgemisch ist daher nicht nötig. Zudem kann bei Einfriergefahr das Ventil (7) umgestellt werden. Über die Heizungsrücklaufleitung kann der Kollektor so mit gemäßigter Temperatur durchströmt und so vor Frost geschützt werden. Sammlerbalken zur Aufnahme der Kollektorröhren ohne Innenleben mit Dämmung dadurch gekennzeichnet, dass die Sammler über keinerlei Innenleben verfügen um das Leerlaufen bei Frostgefahr und Stromausfall zu ermöglichen. Ein federgetriebenes Großbelüftungsventil (4) (im Sammler eingebaut) öffnet bei abfallenden Druck im Kollektor. Die Entleerungsgeschwindigkeit kann durch Einsatz eines Pressluftbehälters (5) unterstützt werden. Sobald der Kollektor entleert wird, sorgt der ansonsten geringere Druck im Pressluftbehälter für das herausdrücken des Kollektorwassers. Dieser wird frostsicher im Haus installiert und ist mittels einer Zuluftleitung (6) mit dem oberen Sammler verbunden. Automatische feder- oder magnetbelastete Entleerungsventile dadurch gekennzeichnet, dass diese bei Stromausfall automatisch öffnen und die Entleerung des Kollektors ohne Pumpenbetrieb ermöglichen. Dadurch wird die Kollektorsicherung bei Frostgefahr und ausgefallener Stromversorgung möglich. Direkte Einspeisung vom Kollektor in den Rücklauf des Heizungssystems, keine Separaten Pumpengruppen, Wärmetauscher, Sicherheitseinrichtung oder Ausdehnungsgefäße, da das Solarsystem direkt in den Heizkreislauf eingebunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass das Heizungsrücklaufwasser bei Bedarf, über das Dreiwegeventil (7) direkt durch den Vakuumkollektor angehoben wird. So können auch geringste Solarerträge (auch bei diffuser Sonnenstrahlung) direkt und ohne Tauscherverluste zur Hausbeheizung genutzt werden. Bei Kollektorüberhitzung kann die Solarenergie genutzt werden ohne das eins Systemüberhitzung entsteht. Hierfür wird eine Festwertregelung (8) zur Beimischung von Rücklaufwasser installiert






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