NL7808623A - Zonnewarmtecollector. - Google Patents

Description

* VO 5651

Patlico Rights N.V.

Willemstad, Curasao.

Zonnewarartecollector.

De uitvinding heeft betrekking op een zonnewarnrtecollector, in hoofdzaak bestaande uit een langwerpige, in dwarsdoorsnede algemeen halfrond, aan de concave zijde reflecterend vlak, met in de concaaf door dat vlak begrensde ruimte, tussen twee wanden van die collector 5 aan de collectoreinden, warmteïnvangvoorzieningen en met een, de zonnestralen doorlatende afdekking v66r de, tussen de vrijelangsranden van het reflecterende vlak gelegen invangopening naar dat reflecterende vlak.

Dergelijke collectoren zijn in diverse uitvoeringen bekend.

10 De warmteïnvangvoorzieningen bestaan vrijwel steeds uit een, door de zonnestralen te verwarmen, vloeistof-bevattende buis of buizenstelsel in het centrum van de, door het reflecterende vlak omvatte ruimte.

Dit in hoofdzaak halfronde, reflecterende vlak is dikwijls in dwarsdoorsnede paraboolvormig. In vele gevallen worden dergelijke collec-15 toren met de zonnestand mêê zwenkend beweegbaar opgesteld.

Doel van de uitvinding is een eenvoudige en daardoor rationeel te vervaardigen zonnewarmtecollector van de in de aanhef vermelde soort, die geen beweegbare delen heeft, vast, d.w.z. zonder bewegings-en aandrijfmechanisme kan worden opgesteld en, mede daardoor, praktisch 20 geen toezicht en onderhoud vergt, doch niettemin een naar verhouding zeer gunstig warmterendement levert.

Daartoe wordt een dergelijke zonnewarnrtecollector volgens ' de uitvinding nader gekenmerkt, doordat het reflecterende vlak, voor zover rond, althans grotendeels in dwarsdoorsnede half-cirkelvormig 25 is en de warmteïnvangvoorzieningen een platte gedaante hebben en zich uitstrekken over praktisch het gehele mediaanvlak van het reflecterende vlak, voorzover gelegen binnen de door dat reflecterende vlak concaaf begrensde ruimte. De binnen de concave holte vein het reflecterende 7808623 2 vlak gelegen ruimte wordt aldus derhalve door de platte warmte-invangvoorzieningen in het mediaanvlak in twee gelijke helften onderverdeeld.

De richtingen, volgens welke de invallende of "ingevangen" 5 zonnestralen het reflecterende vlak treffen, kunnen nLmmer een hoek met de waarde nul met de loodlijn op dat vlak op de invalplaats insluiten, zodat géén ingevangen stralen naar huiten kunnen worden teruggekaatst. Bovendien bereiken die ingevangen zonnestralen, welke niet rechtstreeks op de warmteïnvangvoorzieningen vallen, die voor-10 zieningen grotendeels reeds na êên enkele weerkaatsing, hetgeen ten goede komt aan de effectieve opwarming.

Met de uitgevonden collector worden voorts de zonnestralen over een zich over vrijwel l80° uitstrekkend richtingbereik ingevangen, d.w.z. dat ondanks de vaste opstelling effectieve invang van 15 zeer vroeg in de ochtend tot zeer laat in de namiddag gewaarborgd is.

Daarenboven treft gedurende de vroege ochtenduren en de late namiddaguren een belangrijk gedeelte van de ingevangen zonnestralen de warmte-invangvoorzieningen rechtstreeks en onder een met het oog op de opwarming gunstige hoek.

20 Om de'volgens het mediaanvlak opgestelde warmteïnvangvoor- zieningen zoveel mogelijk de volledige lengte te laten bestrijken van de volgens het mediaanvlak gerichte straal van de eerder genoemde, halve cirkel, kan dat reflecterende vlak in dwarsdoorsnede aan zijn beide langsranden iets verlengd zijn. De halve cirkel is dan dus aan 25 weerseinden, hetzij met een recht of met een cirkelboogvormig ver- lengstukje iets doorgetrokken. De op de opening of mond van de reflector aangebrachte afdekking kan dan vrij v66r de buitenste begrenzing van de warmteïnvangvoorzieningen passeren.

De in diepte^-richting vanuit de collectormond gemeten breedte 30 van de invangvoorzieningen - totaan het reflecterende vlak - bedraagt -dus bij benadering de helft van de, tussen de vrije langsranden van het reflecterende vlak gemeten breedte van de invangopening.

De volgens de uitvinding in het mediaanvlak opgestelde warmte-invangvoorzieningen voorkomen ook vrijwel volledig, dat stralen van 35 de ene helft naar de andere helft van het reflecterende vlak weerkaatst worden.

7808623 * 3 *

De uitgevonden collector is geschikt om vast te worden opgesteld.

Bij voorkeur geschiedt de opstelling met het mediaanvlak vertikaal geplaatst en op het Zuiden gericht. In dat geval is het het beste, dat men de collector met de langshartlijn schuin plaatst, al is desgewenst ook 5 een horizontaal of ook een vertikaal verloop van die hartlijn mogelijk.

Ook is opstelling van de uitgevonden collector mogelijk met de langshartlijn Oost-West gericht. In dat geval zal men de collector dan bij voorkeur met het door de invangopening bepaalde vlak schuin geplaatst opstellen. De uitgevonden collector leent zich aldus bijzonder goed voor 10 inbouw in resp. op zowel daken van allerlei helling als opgaande muren, enz. Steeds komen alle ingevangen zonnestralen rechtstreeks of na weerkaatsing terecht op de warmteïnvangvoorzieningen.

Bijzondere vermelding verdient dat ook het als diffuus licht binnenkomende zonlicht de vlakvormige warmteïnvangvoorzieningen met ver-15 hoogd rendement verwarmt, aangezien het over een breedte van ongeveer tweemaal de straal van het reflecterende vlak binnenvallende zonlicht door reflectie op de slechts half zo brede warmteïnvangvoorzieningen geconcentreerd wordt.

Volgens de uitvinding kunnen, wanneer - zoals op zichzelf 20 bekend - voor de warmteïnvangvoorzieningen van dergelijke collectoren vloeistof-bevattende buizen worden toegepast, deze colleetorbuizen worden gevormd door een aantal in de richting van het mediaanvlak nauw aan elkaar grenzende buizen. De richting van die buizen is dan bij voorkeur evenwijdig aan de collectorhartlijn, doch kan daar ook een hoek mee 25 maken of er dwars op staan.

Volgens de uitvinding kan, bij toepassing van dergelijke buizen, voorts ten minste iên van de vloeistofbuizen, die deel uitmaken van de warmteïnvangvoorzieningen, een ovale of platte dwarsprofielvorm hebben.

Een gunstige uitvoering volgens de uitvinding bestaat bij toe-30 passing van de vloeistofopwarmbuizen hierin, dat de warmteïnvangvoorzieningen worden gevormd door twee buizen van ovaal en/of plat buis-profiel van welke dwarsprofielen zich de lange hartlijnen - volgens het mediaanvlak van het reflecterende vlak - respectievelijk over ongeveer de diepste 30-k0% en ongeveer de overige 70-60$ van de straal 35 van de cirkelboog uitstrekken.

7808623 k

De het diepst in de concave collectorholte aangebrachte, platte buis met de in diepterichting geringste breedte, kan dan b.v. bestemd zijn voor het verkrijgen van hoge vloeistoftemperaturen, gedurende de uren van de dag met de meest intensieve straling, met name rond het 5 middaguur, terwijl de buitenste, in de genoemde diepterichting in dwars profiel bredere buis voor een lagere vloeistoftemperatuur gebruikt wordt. Zo kunnen dus twee vloeistofsystemen op verschillend hoge temperaturen verwarmd worden. Ook is het, door dienovereenkomstige schakeling, mogelijk, de buitenste, breedste buis als voorverwarmings-10 trap voor verdere verwarming in de, het diepst gelegen buis, te ge bruiken .

Om de temperatuur in de, het diepst gelegen buis, daarbij zo hoog mogelijk te kunnen laten oplopen, kan het voordelig zijn, die buis nog apart met een - bijvoorbeeld ronde - buis uit, zonlicht 15 doorlatend materiaal te omgeven. Desgewenst kan in die aparte buis vacuum getrokken zijn. Daardoor wordt ongewenste convectie, als gevolg van de verschillend hoge temperatuurniveaus in de collector-ruimte tegengegaan._

Het is ook mogelijk, de gehele inwendige collectorruimte, 20 begrensd door het concave, reflecterende vlak, de afdekking vöór de in gang en de eindwanden, onder vacuum te brengen.

In plaats van door buizen met op te -warmen vloeistof, kunnen, volgens de uitvinding, op voordeel biedende wijze, dank zij de vlakvormige opstelling van de warmteïnvangvoorzieningen in het 25 mediaanvlak, die voorzieningen, althans voor een deel, worden gevormd door een invangvlak, dat is uitgerust met of in hoofdzaak bestaat uit cellen ter directe opwekking van elektriciteit, zoals z.g. photovoltaic-cellen.

De zonnewarmtecollector volgens de uitvinding kan in elk 30 gewenst aantal op voor warmtelnvang geschikte oppervlakken worden in gebouwd en tot zonnewarmteinvanginstallaties worden samengevoegd.

De uitvinding zal thans, onder verwijzing naar de schematische tekening, nog nader worden toegelicht.

Fig. 1 is een dwarsdoorsnede van een zonnewarmtecollector volgens 35 de uitvinding; 7808623 5 .

It fig. 2 is een dwarsdoorsnede, op aanmerkelijk kleinere schaal, van een reeks van vier tot een batterij samengevoefde collectoren volgens fig. 1; fig. 3 laat, van opzij, de opstelling zien van een collector 5 volgens fig. 1 met vertikale langsdoorsnede d66r die collector op iets kleinere schaal, dan fig. 1; fig. ^ is een bij fig. 3 behorend vööraanzicht in de richting 17-17 in fig. 3; de figuren 5A-C laten, voor verschillende invalshoeken in de 10 collector, de loop van de stralen en hun weerkaatsing op het mediaan- vlak zien.

Overeenkomstig de tekening is met het verwijzingscijfer 1 algemeen een zonnewarmtecollector aangegeven met een concaaf, reflecterend vlak, dat uit een in dwarsdoorsnede halfcirkelvormig 15 gedeelte 2 met straal R en twee daaraan gevormde, in dwarsdoorsnede korte, rechte verlengstukken 3 aan de beide langsranden van het gedeelte 2 bestaat.

Het reflecterende vlak 2,3,3 wordt gevormd door een gebogen gepolijste aluminium plaat of aluminiumfoelie, welke via een isolatie-20 laag 40 is bevestigd op een steunvlak b, dat de bodem vormt van een omkasting van de collector.

Over de omkastingsopening, welke wordt begrensd door de eind-of langsranden van de bodem en van de beide kopwanden 5 van de omkasting, is een afdekplaat 7 uit de zonnestralen-doorlatend mate-25 riaal, in het onderhavige geval doorzichtig kunststofinateriaal, als deksel aangebracht. Dit deksel vormt aldus derhalve ook de afdichting voor de inwendige collectorruimte, begrensd door het reflecterende vlak 2,3,3 en twee eindvlakken 6, welke te zien zijn in de figuren 3 en b, en welke eveneens uit gepolijst aluminium-30 plaat- of -foeliemateriaal kunnen bestaan.

Met het verwijzingscijfer 8 is in de figuren 1-U een eerste en met 9 een tweede, in dwarsdoorsnede platte buis aangegeven. Deze buizen bevatten vloeistof, welke met de door de collector ingevangen zonnestralen verwarmd moet worden. Beide buizen zijn met de 35 langste afmeting van hun dwarsprofiel - hierna breedte te noemen - 7808623 6 volgens het denkbeeldige mediaanvlak M - dat de collector overlangs halveert - bevestigd in de collector.

De breedte van het profiel van de buis 8 reikt van dicht nabij de snijlijn van het mediaanvlak M met het cirkelronde gedeelte 2 5 van het reflecterende vlak tot ongeveer 30 è k0% van de straal R

en de breedte van het profiel van de buis 9 over de resterende 70-60$ van die straal R. Aldus wordt derhalve vrijwel het gehele gebied van het mediaanvlak M, voorzover zich dit in de eollector-ruimte uitstrekt, door de buizen 8 en 9 bestreken.

10 Bij het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld volgens de figuren 1*4 is de buis 8 nog omgeven door een, in dit geval in dwarsdoorsnede, ronde, buis 10 uit soortgelijk materiaal als de afdekplaat J.

De buizen 8 en 9 zijn, blijkens de figuren 3 en i+, aan hun ene einde voorbij het eindvlak 6, doch binnen de kopwand 5, via 15 dwarsspruiten 8’,9’, aangesloten op een, in de tekening niet-weergegeven vloeistofleidingsysteem. Döör dit systeem circuleert de vloeistof, welke in de collector wordt verwarmd en elders de, in de collector, ingevangen warmte door uitwisselmiddelen moet afgeven. Op details hiervan zal niet nader worden ingegaan. Op zichzelf betreft het 20 hierbij immers bekende uitvoeringen van installaties voor het dienst baar maken van in een vloeistofsysteem ingevangen zonnewarmte.

- Pig. 3 laat de schuine opstelling zien van de collector 1, in het onderhavige geval met de langshartlijn ongeveer onder een hoek van 55° met het horizontale vlak. in deze figuur is met het verwij-25 zingscijfer 11 nog een verbinding aangegeven tussen de buizen 8 en 9» omdat het hierbij een systeem betreft, waarbij de buizen 9 en 8 achtereenvolgens doorstroomd worden. Door de te verwarmen vloeistof in de buis 9 voor te verwarmen, kan vervolgens in de buis 8 een des te hoger temperatuurniveau worden bereikt. Overigens wordt 30 in dit verband nog verwezen naar de hieronder volgende toelichting bij de figuren 5A-C.

De buis 10 is in fig. 3 overzichtelijkshalve weggelaten.

Fig. 2 toont een viertal tot een batterij samengevoegde collecto— ren la-d. De afdekplaten 7a-c kunnen hier tot éên gemeenschappelijke 35 afdekplaat zijn verenigd. De diverse mediaanvlakken dragen hier de 7808623 7 verwij zingsletters Ma-Md.

Deze figuur laat ook de oriëntering zien met de openingen van de collectorruimten op het Zuiden gericht.

Zoals in fig. 1 voor één straal S de weerkaatsing volgens de 5 richting S' is aangegeven, is in de figuren 5A-5C voor verschillende tijdstippen van de dag met bijbehorende zonnestanden, bij vaste opstelling van de collector 1, het verloop van de invallende en weerkaatste stralen aangegeven. De warmteïnvangvoorzieningen zijn in deze figuren schematisch met het verwijzingscijfer l8 aangegeven.

10 Bij de pglen zijn resp. de verwijzingsletters met terug gekaatste stralen S^f en evenzo en ', alsmede en S^' aangegeven.

Het is duidelijk, dat alle ingevangen stralen hetzij rechtstreeks of anders uiteindelijk door grotendeels slechts enkelvou-15 dige terugkaatsing him weg naar de, volgens het mediaanvlak M

opgestelde warmteïnvangvoorzieningen vinden. De figuren 5A-5C laten zien, dat de ingevangen stralen, voorzover rechtstreeks op de warmteïnvangvoorzieningen vallend, grotendeels reeds na êên weerkaatsing, die warmteïnvangvoorzieningen treffen, terwijl 20 tevens elke terugkaatsing naar buiten effectief voorkomen wordt.

Uit nadere beschouwing van de figuren 5A-5C is het voorts ook duidelijk, dat in het diepste gedeelte de grootste concentratie en daardoor de meest intensieve verwarming zal optreden. Om die reden is bij het uitvoeringsvoorbeeld volgens de figuren 1-U een 25 tweetal buizen 8 en 9 toegepast voor verschillende verwarmings- niveaus.

Het zal duidelijk zijn, dat ten opzichte van het in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld allerlei varianten binnen het kader van de uitvinding mogelijk 30 zijn. Zo kan in het bijzonder ook het reflecterende vlak uit ander geschikt materiaal dan de genoemde aluminiummaterialen zijn vervaardigd.

78 0 8 6 2 3

Claims (6)

1. Zonnewarmtecollector, in hoofdzaak bestaande uit een langwerpig, in dwarsdoorsnede algemeen halfrond, aan de concave zijde reflecterend vlak, met in.de concaaf door dat vlak begrensde ruimte, tussen twee kopwanden van die collector aan de collectoreinden, warmteïnvang- 5 voorzieningen, en met een, de zonnestralen naar dat reflecterende vlak d66rlatende afdekking v66r de, tussen de vrije langsranden van het reflecterende vlak gelegen invangopening, met het kenmerk, dat het reflecterende vlak, voorzover rond, althans grotendeels in dwarsdoorsnede half-cirkelvormig is en de warmteïnvangvoorzieningen 10 een platte gedaante hebben en zich uitstrekken over praktisch het gehele mediaanvlak van dat reflecterende vlak, voorzover gelegen binnen de door dat reflecterende vlak concaaf begrensde ruimte.

2. Zonnewarmtecollector volgens conclusie 1, en met vloeistof-buisvormige warmteïnvangvoorzieningen, met het kenmerk, dat die 15 warmteïnvangvoorzieningen een aantal nauw aan elkaar grenzende vloeBtofbuizen omvatten.

3. Zonnewarmtecollector volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat tenminste êéman de vloeistofbuizen, die deel uitmaken van de warmte-invangvoorzieningen, een ovale of platte dwarsprofielvorm heeft.

20 Zonnewarmtecollector volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de warmteïnvangvoorzieningen worden gevormd door twee buizen van ovaal en/of plat dwarsprofiel, van welke dwarsprofielen zich de lange hartlijn - volgens het mediaanvlak van het reflecterende vlak -respectievelijk over ongeveer de diepste 30-U0$ en ongeveer over de 25 overige J0-60% van de straal van de cirkelboog uitstrekken.

5. Zonnewarmtecollector volgens ten minste êên der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste een van de platte of ovale buizen van de warmteïnvangvoorzieningen wordt omgeven· door een, zonnestralen doorlatende, in het bijzonder glazen of uit 30 licht-doorlatend plastic materiaal bestaande buis.

6. Zonnewarmtecollector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de warmteïnvangvoorzieningen althans voor een deel worden gevormd door een invangvlak, dat is uitgerust met, of in hoofdzaak bestaat uit cellen ter directe opwekking van elektriciteit,zoals photovoltaic-ceUen. 7808623