BE1017825A3 - Zonneboiler. - Google Patents

Abstract

Zonneboiler bestaande uit een boiler met een warmtewisselaar die is aangesloten op een zonnecollector in een kring waarin een warmtetransportmedium door middel van een pomp wordt rondgepompt, daardoor gekenmerkt dat het warmtetransportmedium een olie is.

Description

Zonneboiler.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een zonneboiler.

Het is bekend dat zonneboilers bestaan uit een boiler waarin zich een warmtewisselaar bevindt en dat deze warmtewisselaar wordt aangesloten op een zonnecollector in een kring waarin een warmte transportmiddel wordt rondgepompt.

Als warmtetransportmiddel maakt men in de bekende installaties gebruik van water of een mengsel van water en glycol.

Door de warmte van de zon kan de temperatuur van het water in de collector zeer hoog worden, zodat stoomvorming kan optreden.

De bekende zonneboilers zijn daarom voorzien van een gesloten expansievat om de uitzetting van de vloeistof op te vangen.

In de bekende installaties moet verder een regeling worden voorzien voor het geval er geen warmte wordt af genomen. In dat geval zal het water of mengsel van water en glycol immers naar de boiler vloeien.

Het gebruik van water of een mengsel van water en glycol als warmtetransportmiddel in een zonneboiler brengt heel wat nadelen en beperkingen met zich mee.

Een nadeel is dat in gebieden waar vorst kan optreden, het gebruik van zuiver water als warmtetransportmiddel uitgesloten is, aangezien het water zal bevriezen en de leidingen hierdoor kunnen barsten, zodat men in dergelijke gebieden verplicht is steeds glycol toe te voegen.

Een ander nadeel is dat eventuele lekken in de kring vaak niet worden opgemerkt of moeilijk te detecteren zijn doordat de lek zodanig klein is dat het gelekte water vlug verdampt. Hierdoor kan de installatie op termijn stilvallen of beschadigd raken.

Nog een ander nadeel is dat de leidingen in boilers met water of een water-glycolmengsel als warmtetransportmiddel worden aangetast door corrosie zodat de circulatie van het water of van het mengsel bemoeilijkt wordt en zelfs verstopt raakt met de bekende nadelige gevolgen vandien.

Bovendien kan de gevormde aanslag zich in de kring verspreiden of ophopen of draaiende delen, zoals deze van een pomp, beschadigen.

Dergelijke installaties moeten steeds voorzien zijn van een gesloten expansievat dat het nadeel heeft vrij omvangrijk te zijn en dat het hierin aanwezige membraan slechts een beperkte levensduur heeft waarna het membraan of het expansievat dienen vervangen te worden. De slijtage van dit membraan kan een uitval van het systeem veroorzaken.

Nog een nadeel is dat bij zonnig weer, de installatie van een dergelijke zonneboiler gevaarlijk kan zijn.

Bij de eerste vulling kan de temperatuur van het water in de zonnecollector zeer snel oplopen waardoor het water tot stoom verdampt. Het risico op het oplopen van brandwonden is dan ook reëel.

Hieraan kan worden verholpen door bij de plaatsing de panelen van de zonnecollector af te dekken met een ondoorzichtig materiaal. Dit geeft extra werk waardoor de installatie langer zal duren. Bovendien kan de zonnecollector zich op een moeilijk bereikbare plaats bevinden, wat eveneens veiligheidsrisico's met zich meebrengt.

Nog een bijkomend nadeel is dat sommige zonneboilers enkel kunnen functioneren indien de zonnecollector op een hoger niveau is geplaatst dan de boiler aangezien deze zonneboilers van het leeglooptype zijn waarbij men het water of glycolmengsel steeds laat teruglopen in de boiler als de pomp stopt.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een zonneboiler bestaande uit een boiler met een warmtewisselaar die is aangesloten op een zonnecollector in een kring waarin een warmtetransportmedium wordt rondgepompt, waarbij het warmtetransportmedium olie is.

Een voordeel is dat de olie een veel lager stolpunt heeft waardoor de zonneboiler intrinsiek beveiligd is tegen bevriezing.

Nog een voordeel is dat de olie niet kan verdampen waardoor er geen extra regel- en beveiligingsmechanisme moet worden voorzien.

Een bijkomend voordeel is dat de lekken in de kring veel eenvoudiger op te sporen zijn waardoor een uitval van de installatie vermeden kan worden en de installatie dus veel betrouwbaarder functioneert.

Nog een ander voordeel van het gebruik van olie is dat olie de leidingen niet aantast.

Een ander voordeel is dat bij een zonneboiler met olie als warmtetransportmiddel een open expansievat kan worden voorzien, wat leidt tot een veel compacter systeem.

Bovendien is er geen membraan in een open expansievat. Een dergelijk expansievat vereist dan ook geen onderhoud, wat uiteraard de betrouwbaarheid van de zonneboiler ten goede komt.

Een ander bijkomend voordeel is dat de installatie van een dergelijke zonneboiler veel eenvoudiger en veiliger uit te voeren is.

Doordat de olie moeilijker kan verdampen, is er geen stoomvorming mogelijk en is de kans dat men brandwonden oploopt bij de installatie zeer klein.

Daarnaast hoeven de zonnecollectoren niet afgedekt te worden bij de installatie, wat een aanzienlijke tijdsbesparing met zich meebrengt en bovendien worden alle hiermee verbonden veiligheidsrisico's dan ook geëlimineerd.

Een ander voordeel is dat de positie van de zonnecollector zich op eender welk niveau kan bevinden ten opzichte van de positie van de boiler waardoor de architect een grotere vrijheid heeft bij het ontwerpen van een woning en de installatie doorgaans ook vlotter kan verlopen, aangezien men over meer mogelijkheden beschikt om de boiler of de zonnecollector te plaatsen.

Bovendien biedt een dergelijke installatie ook het voordeel dat de installatie bij hogere temperaturen in bedrijf kan blijven vermits er geen stoomvorming kan optreden.

Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm bestaat de zonnecollector uit vacuümbuizen die voor een spiegel zijn gemonteerd.

Een voordeel is dat op deze manier de warmteverliezen naar de buitenlucht tot een minimum worden beperkt waardoor het rendement van de installatie zeer hoog is.

Bij voorkeur worden de vacuümbuizen naadloos uitgevoerd.

Een voordeel van een zonneboiler met dergelijke vacuümbuizen bestaat erin dat de levensduur veel hoger is.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een zonneboiler volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een zonneboiler volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 schematisch een doorsnede volgens lijn II-II in figuur 1 van de zonnecollector weergeeft; Figuur 3 een detail weergeeft van het gebied dat door F3 aangeduid is in figuur 2.

In figuur 1 is schematisch een zonneboiler 1 weergegeven bestaande uit een boiler 2 die via leidingen 3 in een kring 4 verbonden is met een zonnecollector 5.

De boiler 2 is voorzien van een toevoerleiding 6 waarlangs koud leidingwater in de boiler 2 vloeit en een afvoerleiding 7 waarlangs het opgewarmde water kan wegvloeien.

In de boiler 2 is er een warmtewisselaar 8 voorzien die op bekende wijze is uitgevoerd in de vorm van een buizenstelsel 9 of een spiraal of dergelijke.

De boiler 2 en de zonnecollector 5 zijn in een gesloten kring 4 geplaatst waarin een pomp 10 is voorzien die de olie kan rondpompen in de kring 4 en een anti-terugslagklep 11 die een circulatie van de olie slechts in één richting toelaat.

Deze kring 4 in de boiler 2 en in de zonnecollector 5 zijn volgens de uitvinding tijdens het gebruik bestendig gevuld met olie.

De kring 4 is verder voorzien van een open expansievat 12, met andere woorden een expansievat zonder membraan waarvan de inhoud in verbinding staat met de open lucht.

Daarnaast kan de boiler 2 voorzien zijn van een bijkomende warmtewisselaar 13 die via leidingen 14 verbonden is met een externe verwarmingsbron 15.

De voornoemde zonnecollector 5 is, zoals meer in detail is weergegeven in figuur 2, in dit geval opgebouwd uit vacuümbuizen 16 die voor een diffuse spiegel 17 zijn gemonteerd.

Bij voorkeur worden deze vacuümbuizen 16 voor een diffuse spiegel 17 geplaatst, zodat de hoeveelheid opgevangen zonlicht dat tussen de buizen valt, wordt gemaximaliseerd, en zijn de buizen naadloos uitgevoerd.

Zoals weergegeven in figuur 3 is de vacuümbuis 16 een holle buis waarin een buis 18 met een kleinere diameter is voorzien waar doorheen de olie stroomt en daartoe met haar uiteinden is aangesloten op de voornoemde leidingen 3 van de oliekring 4.

Deze zonnecollector 5 wordt meestal op het dak van een gebouw geplaatst, boven het niveau van de boiler 2, maar kan, dankzij de uitvinding, in principe overal geplaatst worden dus ook onder het niveau van de boiler 2.

De olie die in de zonneboiler 1 wordt rondgepompt, dient bij voorkeur zodanig gekozen te worden dat er tijdens het gebruik geen gevaar is van bevriezing of van oververhitting.

De olie heeft daartoe bij voorkeur een stolpunt dat lager is dan -15°C, eventueel zelfs lager dan -25°C, liever nog lager dan -50°C.

De olie dient bestand te zijn tegen temperaturen van meer dan 200°C, bij voorkeur meer dan 300°C, liever nog meer dan 400°C.

Verder bedraagt de zeifontbrandingstemperatuur en/of het vlampunt van de olie minstens 300°C en bedraagt het beginkookpunt van de olie minstens 300°C.

De olie heeft een viscositeit die bij voorkeur kleiner is dan 16 mm2/s bij 40°C.

Bovendien is de olie bij voorkeur milieuvriendelijk en niet schadelijk voor de gezondheid.

Een voorbeeld van een dergelijke olie die voor toepassing in een zonneboiler 1 geschikt is, is olie van het type Transcal F® van BP® Lubricants.

De werking van de zonneboiler 1 is zeer eenvoudig en als volgt.

Het licht van de zon 19 valt in op de buizen of wordt via de spiegel 17 gereflecteerd naar de buis 18 in de vacuümbuizen 16 van de collector 5.

De opgewarmde olie stroomt via leiding 20 naar de warmtewisselaar 8 in de boiler 2.

In deze warmtewisselaar 8 zal de warme olie de opgenomen warmte afgeven aan het aanwezige water in de boiler 2 via de wand van de warmtewisselaar 8.

Hierdoor stijgt de temperatuur van het leidingwater dat zich in de boiler 2 bevindt.

De olie zal, na afgifte van zijn warmte in de warmtewisselaar 8, door de pomp 10 via leiding 21 opnieuw naar de zonnecollector 5 worden gepompt.

Wanneer het leidingwater in de boiler 2 niet voldoende kan worden opgewarmd door gebrek aan zonlicht, zal een extra verwarmingselement 15 kunnen worden ingeschakeld dat via een tweede warmtewisselaar 13 verbonden is met de boiler 2.

Dankzij de eigenschappen van de olie kan de kring 4 permanent opgevuld blijven en dient de kring 4 dus ook niet geledigd te worden in situaties bij vriestemperaturen of bij extreem hoge zonneschijn.

Dit brengt met zich mee dat de boiler 2 zich niet noodzakelijk onder het niveau van de zonnecollector 5 dient te bevinden.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een zonneboiler volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (13)

1. Zonneboiler (1) bestaande uit een boiler (2) met een warmtewisselaar (8) die is aangesloten op een zonnecollector (5) in een kring (4) waarin een warmtetransportmedium door middel van een pomp (10) wordt rondgepompt, daardoor gekenmerkt dat het warmtetransportmedium een olie is.

2. Zonneboiler (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de olie bestand is tegen temperaturen van meer dan 200°C, bij voorkeur meer dan 300°C, liever nog meer dan 400°C.

3. Zonneboiler (1) volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de zeifontbrandingstemperatuur en/of het vlampunt van de olie minstens 300°C bedraagt.

4. Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de viscositeit van de olie lager is dan 16 mm2/s bij 40°C.

5. Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de olie bestand is tegen bevriezing tot -15°C, liever nog tot -25°C, liever nog tot -35°C, liever nog tot -50°C.

6. Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de olie niet milieuschadelijk is en niet schadelijk is voor de gezondheid.

7. Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het kookpunt van de olie hoger is dan 300°C.

8. Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de olie van het type Transcal F® van BP Lubricants® is.

9. Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat in de kring (4) een open expansievat (12) is opgenomen.

10. Zonneboiler (1) volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat het open expansievat (12) zich op eenzelfde of onder het niveau van de collector (5) kan bevinden.

11. Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de collector (5) bestaat uit vacuümbuizen (16) welke voor een diffuse spiegel (17) zijn gemonteerd.

12. Zonneboiler (1) volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de vacuümbuizen (16) zonder naden zijn uitgevoerd.

13.- Zonneboiler (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de kring (4) bestendig gevuld is met olie.