Entwicklung eines selbsttätig agierenden Entlüftungsventils

Einleitung

In solarthermischen Anlagen müssen für deren sichere und effiziente Funktion die durch Ausgasung aus dem Solarfluid anfallenden Gase regelmäßig aus dem System abgeleitet werden. Die Ableitung dieser Gase kann allerdings nur bei niedrigen Temperaturen erfolgen, da ab ca. 60°C eine kontinuierliche Ausgasung durch Verdampfung beginnt. Zur Ableitung der Gase kommen derzeit Kombinationen von Kugelhähnen und Schwimmerventilen oder Konstruktionen mit aufwendigen Membranen und entsprechend hohen Kosten zum Einsatz. Während des Betriebs der Anlage müssen die Kugelhahn-Schwimmerventil-Kombinationen geschlossen gehalten werden.

 

Projektvorhaben

Das neuartige Entlüftungsventil besteht aus einem Ventilgehäuse mit Einlassöffnung und Entlüftungsöffnung. Im Inneren des Ventilgehäuses befindet sich ein schwimmfähiger Ventilkörper aus hyperelastischem Kunststoff. Dieser ist mit Gas unter einem Innendruck p(T1) gefüllt und besitzt an seinen Stirnseiten eine gewölbte Gestalt. Unterhalb der Grenztemperatur (40°C) des Betriebsmediums befindet sich das Entlüftungsventil im geöffneten Zustand. Das aus dem Solarfluid abzuleitende Gas kann am Ventilkörper vorbeiströmen und an der Entlüftungsöffnung entweichen. Im Betrieb der solarthermischen Anlage steigt die Temperatur des Betriebsmediums aufgrund der absorbierten Wärmeenergie aus der Sonneneinstrahlung auf einen Wert T2 an. Dadurch erwärmt sich gleichzeitig der Ventilkörper und es kommt zur Ausdehnung des darin befindlichen Gases. Da sich das Gas durch die umgebende Hülle nicht ungehindert ausdehnen kann, steigt der Druck im Inneren des Ventilkörpers auf einen Wert p(T2) an. Aufgrund des ansteigenden Innendrucks kommt es ab einem kritischen Wert zu einer schlagartigen Formänderung des Ventilkörpers. Die zunächst nach innen gewölbten Stirnseiten werden schlagartig nach außen umgestülpt. Dadurch werden Einlass- und Entlüftungsöffnung des Ventils verschlossen und ein sicherer Betrieb der solarthermischen Anlage ist gewährleistet.

Das neuartige Ventil bietet folgende Vorteile:

  • Selbsttätiges Öffnen und Schließen bei vordefinierten Temperaturen
  • Zuverlässige automatische Entlüftung von Solarthermieanlagen
 
Schematischer Aufbau des EntlüftungsventilsTU Ilmenau
Abbildung: Schematischer Aufbau des Entlüftungsventils. links: geöffneter Zustand; rechts: geschlossener Zustand

Projektlaufzeit

04/2009 - 03/2010

 

Förderung

„Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages“