NL1004031C2

NL1004031C2 - Sun boiler for heating water by solar radiation and for storage of hot water

Info

Publication number: NL1004031C2
Application number: NL1004031A
Authority: NL
Inventors: Hendrikus Anthonius De Beijer
Original assignee: Solution Energy Systems B V
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-03-16

Abstract

A space (31) is enclosed by the inner cover (23) and the outer cover (24) in which a heat transport medium (32) is located. The heat transport medium is subsequently evacuated from the enclosed space. The outer cover receives solar heat and emits it to the heat transport medium (32). The inner cover receives heat from condensing steam from the heat transport medium and emits heat to the water to be heated in the storage space (22). The heat transport medium in transporting heat undergoes a fluid-gas phase transition and a gas-fluid phase transition. At least one segment (21) is installed in at least one ridge (11) of a roof and/or a side edge of a roof surface.

Description

Titel: ZonneboilerTitle: Solar water heater

De uitvinding heeft betrekking op een zonneboiler zoals beschreven in de aanhef van conclusie 1. Een dergelijke zonneboiler is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 90.02496.The invention relates to a solar water heater as described in the preamble of claim 1. Such a solar water heater is known from Dutch patent application 90.02496.

5 De werking van de bekende zonneboiler is gebaseerd op het warmtetransport-principe van een "heat-pipe": de buitenmantel ontvangt zonnestraling en stijgt daardoor in temperatuur, waardoor een vloeibaar warmtetransportmedium, dat bij voorkeur water is, wordt verdampt. De gevormde damp condenseert op de 10 koudere binnenmantel, waarbij de vrijkomende condensatiewarmte wordt overgedragen aan de binnenmantel en aan het zich in die binnenmantel bevindende water. De binnenmantel fungeert tevens als opslagruimte of voorraadvat van warm water. De ruimte tussen de binnenmantel en buitenmantel is geëvacueerd, en 15 bevat dus alleen de dampfase en de vloeistoffase van het warmtetransportmedium. Door dat vacuüm wordt een goede isolatie bereikt van het voorraadvat.The operation of the known solar water heater is based on the heat transport principle of a "heat pipe": the outer jacket receives solar radiation and thereby rises in temperature, so that a liquid heat transport medium, which is preferably water, is evaporated. The vapor formed condenses on the colder inner jacket, the condensation heat released being transferred to the inner jacket and to the water contained in that inner jacket. The inner jacket also functions as a storage space or storage vessel for warm water. The space between the inner jacket and outer jacket has been evacuated, and thus contains only the vapor phase and the liquid phase of the heat transport medium. This vacuum provides good insulation of the storage vessel.

Voor een meer gedetailleerde beschrijving van de werking van de zonneboiler wordt verwezen naar de tekst van genoemde 20 Nederlandse octrooiaanvrage 90.02496, waarvan de inhoud door referentie hierin geïncorporeerd wordt geacht.For a more detailed description of the operation of the solar water heater, reference is made to the text of said Dutch patent application 90.02496, the contents of which are deemed to be incorporated herein by reference.

Het gehele zonneboilersysteem kan worden gevormd door een veelvoud van segmenten, waarbij elk segment de bekende structuur heeft van een binnenmantel met daaromheen een buiten-25 mantel. Die afzonderlijke segmenten kunnen zijn opgesteld op geschikte posities voor het ontvangen van zonnestraling, en kunnen parallel en/of in serie met elkaar zijn gekoppeld voor het vormen van het gehele zonneboilersysteem. De genoemde Nederlandse octrooiaanvrage 90.02496 beschrijft bij voorbeeld 30 onder verwijzing naar figuur 6 aldaar, dat de segmenten horizontaal kunnen zijn aangebracht op het oppervlak van een plat dak van een huis. Ook noemt de genoemde Nederlandse f004031 2 octrooiaanvrage 90.02496, dat de segmenten kunnen zijn aangebracht op een hellend dak, of tegen een muur.The entire solar boiler system can be formed by a plurality of segments, each segment having the known structure of an inner jacket surrounded by an outer jacket. Those separate segments may be arranged at suitable positions for receiving solar radiation, and may be coupled in parallel and / or in series to form the entire solar boiler system. The said Dutch patent application 90.02496 describes, for example, with reference to figure 6 there, that the segments can be arranged horizontally on the surface of a flat roof of a house. The aforementioned Dutch patent application No. 00004031 2 also mentions that the segments can be arranged on a sloping roof or against a wall.

Hoewel de bekende zonneboiler goed voldoet, kan het plaatsen van een segment op het dak van een huis op bezwaren 5 stuiten. Oergelijke bezwaren kunnen van louter esthetische aard zijn: het kan zijn dat men de zichtbare aanwezigheid van een zonnecollector als storend ervaart. Maar de bezwaren kunnen ook vein praktische aard zijn: pp de plaats waar zich een segment van de zonneboiler bevindt, kan men niet 10 bijvoorbeeld een raam plaatsen. Voorts is men bij plaatsing op een schuin dak afhankelijk van de geografische oriëntatie van het huis: in Nederland zal een naar het zuiden gericht dakvlak veel meer zonlicht ontvangen dan een naar het noorden gericht dakvlak. Voorts is het verwarmend vermogen van de installatie 15 sterk afhankelijk van de momentane stand van de zon, dat wil zeggen de tijd van het jaar en het tijdstip van de dag.Although the well-known solar water heater suffices well, placing a segment on the roof of a house can encounter objections. Such objections can be of a purely aesthetic nature: it may be that the visible presence of a solar collector is perceived as disturbing. However, the objections can also be of a practical nature: it is not possible to place a window, for example, where a segment of the solar water heater is located. Furthermore, when placed on a sloping roof, one is dependent on the geographical orientation of the house: in the Netherlands, a south-facing roof surface will receive much more sunlight than a north-facing roof surface. Furthermore, the heating power of the installation 15 strongly depends on the current position of the sun, that is, the time of the year and the time of day.

De onderhavige uitvinding beoogt het bekende zonneboiler-systeem verder te verbeteren. Volgens de onderhavige uitvinding is daartoe ten minste één segment geplaatst op een 20 dakrand, zoals bij voorbeeld in de nok van een puntdak.The present invention aims to further improve the known solar water heating system. According to the present invention, at least one segment is placed for this purpose on a roof edge, such as for instance in the ridge of a pointed roof.

Verrassenderwijs is namelijk gebleken, dat bij plaatsing in de nok van een puntdak de oriëntatie van die nok ten opzichte van de zon geen althans weinig invloed heeft op het verwarmings-vermogen. Dit betekent enerzijds, dat de geografische 25 oriëntatie van het betreffende huis geen althans weinig invloed heeft op het verwarmingsvermogen, hetgeen onder meer van belang is bij toepassing in wijken waar meerdere huizen van hetzelfde type worden gebouwd, waarbij de oriëntaties van de verschillende huizen onderling kunnen verschillen. Een 30 belangrijk voordeel van de onderhavige uitvinding is dan, dat in al die huizen met eenzelfde systeem-ontwerp een vergelijkbaar verwarmingsvermogen wordt bereikt.Surprisingly, it has been found that when placed in the ridge of a pointed roof, the orientation of that ridge relative to the sun does not have at least little influence on the heating power. On the one hand, this means that the geographical orientation of the house in question does not have at least little influence on the heating power, which is important, inter alia, when used in neighborhoods where several houses of the same type are built, whereby the orientations of the different houses can mutually differences. An important advantage of the present invention is then that in all those houses with the same system design a comparable heating power is achieved.

Anderzijds wordt als voordeel bereikt, dat het verwarmingsvermogen gedurende de dag, en over het gehele jaar, 35 vrijwel gelijk blijft, althans dat variaties ten gevolge van veranderende zonnestand zijn verminderd.On the other hand, the advantage is achieved that the heating power during the day, and over the whole year, remains almost the same, at least that variations due to changing position of the sun are reduced.

1004031 31004031 3

Voorts wordt als voordeel bereikt, dat de positionering van de zonneboiler niet als beperkend op de gebruiksmogelijkheden van het huis worden ervaren, omdat het dak in grotere mate vrij kan blijven voor bijvoorbeeld het aanbrengen van 5 ramen.Furthermore, the advantage is achieved that the positioning of the solar water heater is not perceived as limiting the possibilities for use of the house, because the roof can remain free to a greater extent for, for example, installing 5 windows.

Vergelijkbare effecten kunnen worden bereikt bij huizen met een plat of licht hellend dak, of bij huizen met naar binnen hellende dakvlakken, door steeds ten minste één segment te plaatsen bij een dakrand.Similar effects can be achieved for houses with a flat or slightly sloping roof, or for houses with inwardly sloping roof surfaces, by always placing at least one segment at a roof edge.

10 Deze en andere aspecten, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen verduidelijkt worden door de hiernavolgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van een zonneboiler volgens de uitvinding, onder verwijzing naar de tekening, waarin: 15 figuur 1 schematisch een perspectiefaanzicht toont van een huis; en figuur 2 schematisch een dwarsdoorsnede toont van een nokconstructie.These and other aspects, features and advantages of the present invention will be elucidated by the following description of a preferred embodiment of a solar water heater according to the invention, with reference to the drawing, in which: figure 1 schematically shows a perspective view of a house; and figure 2 schematically shows a cross-section of a ridge construction.

Figuur 1 toont schematisch een perspectiefaanzicht van 20 een huis 1 met een dak 2. Het dak 2 omvat twee schuin geplaatste hoofd-dakvlakken 3 en 4, die elkaar ontmoeten in een horizontale nok 11. In de weergegeven uitvoeringsvorm omvat het dak 2 twee verdere dakvlakken 5 en 6. Het dakvlak 5 ontmoet de beide hoofd-dakvlakken 3 en 4 in schuine nokken 12 25 respectievelijk 13. Het dakvlak 6 ontmoet de beide hoofd-dakvlakken 3 en 4 in schuine nokken 14 respectievelijk 15.Figure 1 schematically shows a perspective view of a house 1 with a roof 2. The roof 2 comprises two obliquely placed main roof surfaces 3 and 4, which meet in a horizontal ridge 11. In the embodiment shown, the roof 2 comprises two further roof surfaces 5 and 6. The roof surface 5 meets the two main roof surfaces 3 and 4 in oblique projections 12 and 13, respectively. The roof surface 6 meets the two main roof surfaces 3 and 4 in oblique projections 14 and 15, respectively.

Volgens de onderhavige uitvinding is het huis 1 voorzien van een in zijn algemeenheid met het verwijzingscijfer 20 aangeduide zonneboiler voor het door middel van zonnestraling 30 verwarmen van water, alsmede voor het opslaan van verwarmd water. De zonneboiler 20 omvat ten minste één boilersegment 21 dat is geplaatst in de horizontale nok 11 van het dak 2, zoals meer gedetailleerd is getoond in figuur 2. Bij voorkeur omvat de zonneboiler 20 ook boilersegmenten die zijn opgesteld in de 35 schuine nokken 12, 13, 14, 15.According to the present invention, the housing 1 is provided with a solar water heater generally designated with reference numeral 20 for heating water by means of solar radiation, as well as for storing heated water. The solar boiler 20 comprises at least one boiler segment 21 which is placed in the horizontal ridge 11 of the roof 2, as shown in more detail in figure 2. Preferably, the solar boiler 20 also comprises boiler segments arranged in the oblique cams 12, 13 , 14, 15.

Het boilersegment 21 omvat een voorraadruimte 22 voor warm water, gedefinieerd door een in hoofdzaak cilinder- 1004031 4 vormige, buisvormige binnenmantel 23, die bij voorbeeld kan zin vervaardigd van koper. Om die binnenmantel 23 is een buitenmantel 24 aangebracht, die althans ten dele aan zijn binnenzijde is voorzien van een capillair werkzame structuur 5 25. Ook de buitenmantel 24 kan van koper zijn vervaardigd. Bij voorkeur is de buitenmantel 24 over zijn gehele binnenzijde voorzien van de capillair werkzame structuur 25, die kan zijn gedefinieerd door een patroon van groeven, of door een tegen de binnenwand van de buitenmantel 24 aangebracht gaas, bij 10 voorkeur een metaalgaas. De buitenmantel 24 is eveneens in hoofdzaak cilindervormig, en kan concentrisch met de binnenmantel 23 zijn opgesteld. Om de buitenmantel 24 is bij voorkeur, zoals weergegeven, een voor zonnestraling doorlaatbare schermbuis 26 aangebracht, bij voorbeeld van een transparante 15 kunststof.The boiler segment 21 comprises a storage space 22 for hot water, defined by a substantially cylinder-shaped tubular inner jacket 23, which may for example be made of copper. An outer jacket 24 is provided around said inner jacket 23, which is provided at least in part on its inside with a capillary-active structure. 25. The outer jacket 24 may also be made of copper. Preferably, the outer jacket 24 is provided over its entire inner side with the capillary-active structure 25, which can be defined by a pattern of grooves, or by a mesh fitted against the inner wall of the outer jacket 24, preferably a metal mesh. The outer jacket 24 is also substantially cylindrical in shape and may be arranged concentrically with the inner jacket 23. Preferably, as shown, a protective tube 26 permeable to the sun's rays is arranged around the outer jacket 24, for instance of a transparent plastic.

De schermbuis 26 wordt gedragen door de draagconstructie 27 van het dak. Voor een waterdichte aansluiting op de dakbedekking 28 is over de schermbuis 26 een eveneens transparant scherm 29 aangebracht met een in hoofdzaak Ω-vormige dwars-20 doorsnede.The screen tube 26 is supported by the roof support structure 27. For a watertight connection to the roof covering 28, an equally transparent screen 29 with a substantially Ω-shaped cross-section is arranged over the screen tube 26.

Tussen de binnenmantel 23 en de buitenmantel 24 bevindt zich een afgesloten ruimte 31, waarin zich alleen een hoeveelheid vloeibaar water 32 en waterdamp bevindt, voor het overige is die ruimte 31 geëvacueerd. Eventueel kan in plaats 25 van water een ander warmtetransportmedium worden toegepast, maar water heeft als voordeel dat dit in geval van een onverhoopte lekkage geen gevaar is voor het milieu. De hoeveelheid water 32 en de onderlinge positionering van de binnenmantel 23 en de buitenmantel 24 zijn zodanig gekozen, 30 dat de binnenmantel 23 geen contact maakt met het vloeibare water.Between the inner jacket 23 and the outer jacket 24 there is an enclosed space 31, in which there is only an amount of liquid water 32 and water vapor, otherwise that space 31 has been evacuated. Instead of water, a different heat transport medium can optionally be used, but water has the advantage that this is not a danger to the environment in the event of an unexpected leak. The amount of water 32 and the mutual positioning of the inner jacket 23 and the outer jacket 24 are chosen such that the inner jacket 23 does not contact the liquid water.

Wanneer de buitenmantel 24 zonnestraling ontvangt, zal de ontvangen energie worden benut om water 32 vanuit de vloeibare fase naar de gasfase te brengen. Hierbij verzekert de 35 capillaire laag 25, dat een groot deel van het oppervlak van de binnenwand van de buitenmantel 24 is bevochtigd. De ontstane damp zal condenseren op de binnenmantel 23, waarbij 1004031 5 de condensatiewarmte wordt overgedragen aan het water in de voorraadruimte. De ontstane vloeistoffase op de binnenmantel 23 zal terugdruppelen of vloeien naar het water 32.When the outer jacket 24 receives solar radiation, the received energy will be utilized to bring water 32 from the liquid phase to the gas phase. The capillary layer 25 hereby ensures that a large part of the surface of the inner wall of the outer jacket 24 is wetted. The vapor generated will condense on the inner jacket 23, the heat of condensation being transferred to the water in the storage space. The resulting liquid phase on the inner jacket 23 will either drip back or flow to the water 32.

Aangezien de constructie en de werking van het inwendige 5 van de zonneboiler 20 geen onderwerp vormt van de onderhavige uitvinding, en kennis daarvan voor een goed begrip van de onderhavige uitvinding niet nodig is voor een deskundige, zullen deze hier niet nader worden beschreven, volstaan wordt met te verwijzen naar de beschrijving in de genoemde 10 Nederlandse octrooiaanvrage 90.02496.Since the construction and operation of the interior of the solar water heater 20 is not the subject of the present invention, and knowledge of it is not necessary for a person skilled in the art to understand the present invention, these will not be further described here, it will suffice. with reference to the description in said Dutch patent application 90.02496.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat de beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding zoals gedefinieerd door de conclusies niet is beperkt tot de in de 15 tekeningen weergegeven en besproken uitvoeringsvormen, maar dat het mogelijk is de weergegeven uitvoeringsvormen van de zonneboiler volgens de uitvinding binnen het kader van de uitvindingsgedachte te veranderen of te modificeren.It will be apparent to a person skilled in the art that the scope of the present invention as defined by the claims is not limited to the embodiments shown and discussed in the drawings, but that it is possible to show the embodiments of the solar water heater according to the invention shown within the scope of the drawings. to change or modify the inventive idea.

Zo is het bijvoorbeeld mogelijk dat de dakconstructie van het 20 huis 1 zodanig is, dat geen horizontale nok 11 aanwezig is, maar alleen vier schuine nokken 12, 13, 14, 15. In een dakconstructie waar schuine nokken 12, 13, 14, 15 aanwezig zijn, kan binnen het kader van de uitvinding een segment 21 zijn aangebracht in ten minste één van die schuine nokken 12, 25 13, 14, 15.For example, it is possible that the roof construction of the house 1 is such that no horizontal projection 11 is present, but only four oblique projections 12, 13, 14, 15. In a roof construction where inclined projections 12, 13, 14, 15 within the scope of the invention, a segment 21 may be arranged in at least one of said oblique cams 12, 25, 13, 14, 15.

Ook is het bijvoorbeeld mogelijk dat het huis 1 een enkele dakplaat heeft, bijvoorbeeld in de vorm van een rechthoekig, horizontaal of hellend opgesteld vlak, welk rechthoekig vlak vier zijranden heeft. In dat geval kan binnen 30 het kader van de uitvinding een segment zijn aangebracht in ten minste één van die zijranden, bij voorkeur in alle zijranden danwel in de hoogste zijrand.It is also possible, for example, for the house 1 to have a single roof plate, for instance in the form of a rectangular, horizontal or inclined plane, which rectangular plane has four side edges. In that case, within the scope of the invention, a segment can be arranged in at least one of those side edges, preferably in all side edges or in the highest side edge.

Ook is het bijvoorbeeld mogelijk dat het huis meerdere naar binnen hellende dakvlakken heeft, zodat de snijlijn(en) 35 van die dakvlakken juist een laaggelegen lijn is voor afvoer van regenwater. In dat geval kan binnen het kader van de 1004031 6 uitvinding een segment zijn aangebracht in ten minste één van de hoger gelegen zijranden van een dakvlak.It is also possible, for example, that the house has several inwardly sloping roof surfaces, so that the cutting line (s) of said roof surfaces is precisely a low-lying line for rainwater drainage. In that case, within the scope of the 1004031 6 invention, a segment can be arranged in at least one of the higher side edges of a roof surface.

10040311004031

Claims

A solar boiler (20) for heating water by means of solar radiation, as well as for storing heated water, comprising at least one segment (21) comprising: a storage space (22) for hot water, defined by a main cylindrical, tubular inner jacket (23); an outer jacket (24) arranged around the inner jacket (23) and which is provided at least in part on its inside with a capillary-active structure (25); a space (31) enclosed by said inner sheath (23) and outer sheath (24) containing a heat transfer medium (32), said enclosure (31) having been evacuated after the heat transfer medium (32); the outer jacket (24) being adapted to receive solar heat and to deliver heat to the heat transfer medium (32), and the inner jacket (23) being adapted to receive heat of condensing vapor from the heat transfer medium and delivering heat to water to be heated into the storage space (22); wherein the heat transport medium (32) undergoes a phase transition liquid-gaseous and a phase transition gaseous-liquid during the transport of heat; characterized in that at least one segment (21) is arranged in at least one ridge (11, 12, 13, 14, 15) of a roof (2) and / or a side edge of a roof surface.

2. House (1), provided with a roof (2) with a horizontal ridge (11) and / or oblique ridges (12, 13, 14, 15), with at least one ridge (11, 12, 13, 14) , 15) of the roof (2) and / or at least one side edge of a roof surface, at least one segment (21) is arranged of a solar water heater (20) according to claim 1. 1004031