NL1030094C2

NL1030094C2 - Zonnecollector met geïntegreerde warmteopslag III.

Info

Publication number: NL1030094C2
Application number: NL1030094A
Authority: NL
Inventors: Antonius Bernardus Schaap; Iwan Jules Van Bochove
Original assignee: Econcern B V
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2007-04-04
Also published as: CN101273237A; ATE449293T1; WO2007040389A1; EP1931925B1; AU2006297981A1; DE602006010582D1; US20080308092A1; IL190128A0; RU2008117414A; ES2336368T3; EP1931925A1; EP1931925B8; JP2009510385A

Description

Zonnecollector met geïntegreerde warmteopslag III

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een zonnecollector met geïntegreerde warmteopslag, welke zonnecollector een behui-5 zing omvat welke een bodemplaat en een transparante overkapping omvat, waarbij in de behuizing tussen een evolvente spiegel en de transparante overkapping een voorraadvat voor opslag van water is aangebracht, de zonnecollector is ingericht voor plaatsing onder een hoek met de horizontaal zodanig dat het voorraadvat een hoger gelegen 10 en een lager gelegen uiteinde heeft, en waarbij tussen het voorraadvat en de transparante overkapping een warmteverliezen verminderende afscherming is voorzien.

Een dergelijke zonnecollector is in het vak bekend, ook onder de afkorting ICS. Een dergelijke zonnecollector heeft een langwerpige 15 vorm, waarin zich een langwerpig voorraadvat bevindt. Dat voorraadvat is ingericht om zonnewarmte te absorberen. De geabsorbeerde warmte verwarmt in het voorraadvat aanwezig medium, veelal water. Voor het vergroten van de warmte-opbrengst is onder het voorraadvat een naar de transparante overkapping gekeerde evolvente spiegel geplaatst, 20 waarmee het voorraadvat ook vanaf de onderzijde lichtstraling kan ontvangen en absorberen. Met een dergelijke zonnecollector kan water in het voorraadvat worden opgewarmd, dat vervolgens voor uiteenlopende doeleinden, meestal huishoudelijke doeleinden kan worden gebruikt. Hierbij kan in het bijzonder worden gedacht aan warm water voor ba-25 den, douchen, afwassen en dergelijke. Een ICS met afscherming is bekend uit EP0743495 (gepubliceerd in 1996). De bekende afscherming heeft de vorm van een huls uit transparant materiaal, dat bijvoorbeeld uit een Teflon-achtig materiaal bestaat.

Ondanks dat al jaren wordt gepoogd zonne-energie meer ingang 30 te doen vinden, wordt in de meeste gevallen warm water nog steeds verkregen door gebruik van hoogwaardige energiedragers zoals gas en elektriciteit. Gebruik van dergelijke hoogwaardige energiedragers voor het opwekken van laagwaardige energie is feitelijk zonde. Aan deze situatie liggen voor een belangrijk deel financiële overwegingen 35 ten grondslag. Öm meer ingang te kunnen vinden, moet zonne-energie derhalve economisch beter met conventionele energiedragers kunnen concurreren. Een ander belangrijk punt is dat de beschikbaarheid van warm water groot moet zijn, en sterk onafhankelijk van het tijdstip 1030094 2 waarop warm water wordt getapt. Het gebruik van de afscherming draagt daar in hoge mate aan bij.

In overeenstemming hiermee is het een doel van de onderhavige uitvinding om een zonnecollector met geïntegreerde warmteopslag te 5 verschaffen, met een verhoogde opbrengst en verbeterde prestaties ten aanzien van het tijdstip waarop het warme water wordt gebruikt.

Hiertoe wordt de zonnecollector volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de afscherming aan het hoger gelegen uiteinde tussen het voorraadvat en de transparante overkapping is geplaatst, en de 10 afscherming ten minste een deel van het hoger gelegen uiteinde van het voorraadvat beslaat zodanig dat aan het hoger gelegen uiteinde convectie tussen het voorraadvat en de transparante overkapping wordt geremd, en de afscherming ten minste een deel van het lager gelegen uiteinde vrij laat, waarbij 20 tot 60% van het volume van het voor-15 raadvat door de afscherming wordt omvat.

Door af te zien van afscherming over een deel, in het bijzonder het onderste deel, van het voorraadvat, blijkt een hogere warmteopbrengst te kunnen worden gerealiseerd. De materiaalkosten zijn in vergelijking met een volledige afscherming verlaagd. Ondanks 20 de verminderde grootte van de afscherming, blijkt dat, geholpen door de verhoogde warmteopbrengst, de warmteverliezen (in het bijzonder zoals die 's nachts optreden), niet ten koste gaan van goede prestaties ten aanzien van het aftappen. Dat wil zeggen, ook 's ochtends is voldoende water met toereikende temperatuur beschikbaar.

25 De term "evolvent" duidt strikt genomen op een wiskundig pre cies gedefinieerde kromme, maar omvat binnen het kader van de onderhavige uitvinding elke licht op het voorraadvat reflecterende vorm, en bij voorkeur een concave vorm, met meer voorkeur een licht-concentrerende vorm, en met de meeste voorkeur een wiskundig bepaalde 30 evolvente vorm.

AU 530 878 (gepubliceerd in 1983) beschrijft een zonnecollector, niet van het ICS type, met een afscherming van een mantel-vormig leidingsysteem binnen de behuizing.

Een voorkeursuitvoering wordt hierdoor gekenmerkt dat de af-35 scherming over ten minste een deel van het oppervlak ervan optisch transparant is.

Aldus kan het ter plaatse invallende licht weliswaar als gevolg van reflectie tegen de afscherming niet volledig maar toch voor een 1030094 | 3 zeer groot deel worden benut voor het verwarmen van het water in het voorraadvat.

In een dergelijk geval geniet het niettemin de voorkeur wanneer een deel van de afscherming optisch opaak is, zodanig dat 2 tot 5% 5 van het hoogst gelegen volume van het voorraadvat door het optisch opake deel wordt omvat.

Dit draagt ertoe bij dat oververhitting van het water wordt vermeden.

Een belangrijke voorkeursuitvoering wordt hierdoor gekenmerkt 10 dat een imaginair vlak door de hartlijn van het voorraadvat, welk vlak parallel ten opzichte van het vlak van de evolvente spiegel staat, de afscherming in een zich nabij de transparante overkapping gelegen deel en een nabij de evolvente spiegel gelegen deel verdeelt, waarbij het door het eerste genoemde deel omsloten volume van het 15 voorraadvat ten minste 15% groter is dan dat van het laatst genoemde deel.

Aldus wordt warmteverlies door convectie aan de bovenzijde van het vat tegengegaan, terwijl lichtverlies door reflectie tegen de afscherming wordt vermeden. Gevonden is dat aldus een verhoogde op-20 brengst kan worden bereikt, met minder materiaal verbruik voor de afscherming. Dankzij de afscherming blijft de inhoud van het voorraadvat langer op temperatuur, zodat ook 's ochtends voldoende en/of vaker voldoende warm water beschikbaar is, danwel wordt de noodzaak van na-verwarming beperkt.

25 Een voorkeursuitvoering wordt hierdoor gekenmerkt dat het eerst genoemde deel ten minste 30% en met meer voorkeur ten minste 50% meer volume omvat dan het tweede deel.

Met voordeel wordt deze uitvoeringsvorm gekenmerkt doordat de afscherming een onderrand heeft die in hoofdzaak horizontaal ver-30 loopt, dat wil zeggen met een hoek van ten hoogste 10’ ten opzichte van de horizontaal.

Aldus wordt doelmatig lucht ingevangen. Met andere woorden: warmteverlies door convectie wordt vergaand beperkt.

Bij voorkeur is de afscherming gevormd uit polycarbonaat.

35 Polycarbonaat is goed vormbaar, heeft gunstige optische door laatbaarheid en in het bijzonder een goede warmtebestendigheid.

De onderhavige uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin 1030094 _ 4 fig. 1 een bovenaanzicht op een zonnecollector volgens de uitvinding voorstelt; fig. 2 een doorsnede door de zonnecollector van fig. 1 voorstelt langs lijn II-II; 5 fig. 3 een doorsnede door de zonnecollector van fig. 1 voor stelt langs lijn III-III; en fig. 4 een doorsnede voorstelt overeenkomstig fig. 3 van een voorkeursuitvoering van de zonnecollector volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een bovenaanzicht weergegeven van een zonnecollec-10 tor 1 volgens de uitvinding. De zonnecollector 1 omvat een behuizing 2 welke een transparante overkapping 3, welke geschikt uit perspex is j vervaardigd, en een bodemplaat 4 (fig. 2 en 3) omvat. Binnen de be- j huizing 2 bevindt zich een voorraadvat 5. Dit voorraadvat 5 wordt, | tijdens bedrijf, direct opgewarmd door zonnestraling, en is voor het j 15 efficiënt absorberen daarvan voorzien van een absorberende laag (niet j nader aangegeven), zoals op zichzelf bekend is. De absorberende laag j is bijvoorbeeld een spectraal-gevoelige coating, die weinig warmte- j straling uitzendt. Een dergelijke coating is bekend uit DE4433863. j

Voor het verhogen van de warmte-opbrengst omvat de zonnecollector 1 j 20 ook een spiegel 6, bij voorkeur een wiskundig evolvente spiegel 6. j

Deze concentreert licht en reflecteert dat op het voorraadvat 5, ook aan de onderzijde daarvan. Voor het toevoeren van (koud) water is een toevoerleiding 10 voorzien welke in het laagste deel van het voorraadvat 5 uitmondt. Voor het afvoeren van (warm) water is een afvoer-25 leiding 11 voorzien, welke een inlaatopening bezit in het hoger gelegen uiteinde van het voorraadvat 5. Tot zover is de hier beschreven zonnecollector bekend uit de stand van de techniek.

In overeenstemming met de onderhavige uitvinding is een afscherming 7 voorzien aan het hoger gelegen uiteinde, tussen het voor-30 raadvat 5 en de transparante overkapping 3. Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm bestaat de afscherming uit isolatiemateriaal, zoals glaswol, steenwol enz. Isolatiemateriaal is met name bruikbaar in die landen waar op zich veel stralingsenergie beschikbaar is (bijv. Spanje), maar waar de nachtelijke uitstraling leidt tot te grote daling 35 van de watertemperatuur. Verder wordt met een afscherming 7 in de vorm van isolatiemateriaal de kans op oververhitting van de bovenste laag water in het voorraadvat 5 verkleind, aangezien het door het 1030094 5 isolatiemateriaal omsloten volume water voor wat betreft de temperatuur meer homogeen zal zijn.

Voor een optimale benutting van het zonnecollector-oppervlak geniet het echter de voorkeur wanneer de afscherming optisch transpa-5 rant is.

Volgens de uitvinding beslaat de afscherming 7 ten minste een deel van het hoger gelegen uiteinde van het voorraadvat 5 zodanig dat aan het hoger gelegen uiteinde convectie tussen het voorraadvat en de transparante overkapping 3 wordt geremd. Wezenlijk is dat de afscher-10 ming 7 ten minste een deel van het. lager gelegen uiteinde van het voorraadvat 5 vrij laat, waardoor licht dankzij het vrijgelaten deel het voorraadvat 5 ongehinderd kan bereiken. In vergelijking met de bekende zonnecollector waarbij het voorraadvat 5 in wezen volledig door de afscherming wordt omsloten, is er bij de onderhavige uitvin-15 ding minder verlies van licht, wordt warmteverlies doelmatig tegengegaan juist daar waar het voorraadvat 5 het heetst is en dus het meeste warmte verliest - wat juist het water is dat door de gebruiker zal worden gebruikt - en is er een materiaalbesparing aangezien de afscherming 7 kleiner is. In de in fig. 1 en 3 weergegeven uitvoerings- 20 vorm beslaat de afscherming 7 de helft van het voorraadvat, en wordt, met andere woorden, 50% van het volume van het voorraadvat 5 door de afscherming 7 omvat. Wanneer in de onderhavige aanvraag in samenhang met de term "afdekking" wordt gesproken over het omsluiten van een volume van het voorraadvat dan wordt de open onderzijde van de af-25 scheming gezien als een begrenzend vlak van het inhoudsvolume van de afdekking. Dat deel van het volume van het voorraadvat dat zich binnen het door de aldus gedefinieerde afscherming bevindt is het volume dat door de afscherming wordt omvat.

De zonnecollector 1 volgens de uitvinding zal zodanig worden 30 geplaatst dat het voorraadvat 5 onder een hoek staat. Voor plaatsing op de grond, of op een plat dak of dergelijke (fig. 3), zal de zonnecollector 1 van poten 8, 9 of dergelijke zijn voorzien. Ook is het mogelijk de zonnecollector 1 met een uiteinde op een verhoging te plaatsen, zoals een muurtje. De zonnecollector 1 kan ook op een hel-35 lend dak van een woning worden geplaatst.

Door plaatsing van de zonnecollector 1 volgens de uitvinding zodanig dat het voorraadvat 5 onder een hoek staat, wordt, zoals op zich bekend, een verhoogd rendement bereikt. Dit niet alleen door een 1030094 6 betere invang van zonnestraling (in gebieden buiten de tropen), maar ook doordat doelmatiger gebruik gemaakt wordt van de laagvorming van warm water op minder warm water. Dit kan echter, in geval van een optisch transparante afscherming volgens de uitvinding, tot het pro-5 bleem leiden dat aan het hoog-geplaatste uiteinde van het voorraadvat 5 het water zou kunnen gaan koken. Volgens een voorkeursuitvoering is daarom een deel 12 van de afscherming 7 optisch opaak zodanig dat 2 tot 5% van het hoogst gelegen volume van het voorraadvat 5 door het optisch opake deel 7 wordt omvat.

10 In figuur 4 is een voorkeursuitvoeringvorm van de zonnecollec tor volgens de uitvinding weergegeven. Een imaginair vlak 13 door de hartlijn van het voorraadvat 5, verdeelt de afscherming 7 in een bovenste deel 7a en een onderste deel 7b, waarbij het volume van door het bovenste deel 7a omsloten deel van het voorraadvat 5 groter is 15 dan dat van het onderste deel 7b. Het bovenste deel 7a houdt de lucht gevangen, die anders via convectie de overkapping 3 zou bereiken en daar warmte aan de omgeving af zou staan. Met voordeel is de onderrand 14 van de afscherming 7 in hoofdzaak horizontaal, dat wil zeggen met een hoek van ten hoogste ±30', bij voorkeur ten hoogste ±20' en 20 met de meeste voorkeur ten hoogste ±10' ten opzichte van de horizontaal na plaatsing van de zonnecollector.

1030094

Claims

1. Zonnecollector met geïntegreerde warmteopslag, welke zonnecollec-5 tor een behuizing omvat welke een bodemplaat en een transparante overkapping omvat, waarbij in de behuizing tussen een evolvente spiegel en de transparante overkapping een voorraadvat voor opslag van water is aangebracht, de zonnecollector is ingericht voor plaatsing onder een hoek met de horizontaal zodanig dat het voorraadvat een ho-10 ger gelegen en een lager gelegen uiteinde heeft, en waarbij tussen het voorraadvat en de transparante overkapping een warmteverliezen verminderende afscherming is voorzien, met het kenmerk, dat de afscherming aan het hoger gelegen uiteinde tussen het voorraadvat en de transparante overkapping is geplaatst, en de afscherming ten minste 15 een deel van het hoger gelegen uiteinde van het voorraadvat beslaat zodanig dat aan het hoger gelegen uiteinde convectie tussen het voorraadvat en de transparante overkapping wordt geremd, en de afscherming ten minste een deel van het lager gelegen uiteinde vrij laat, waarbij 20 tot 60% van het volume van het voorraadvat door de af-20 scherming wordt omvat.

2. Zonnecollector volgens conclusie 1, waarbij de afscherming over ten minste een deel van het oppervlak ervan optisch transparant is.

3. Zonnecollector volgens conclusie 2, waarbij een deel van de afscherming optisch opaak is, zodanig dat 2 tot 5% van het hoogst gelegen volume van het voorraadvat door het optisch opake deel wordt omvat .

4. Zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat een imaginair vlak door de hartlijn van het voorraadvat, welk vlak parallel ten opzichte van het vlak van de evolvente spiegel staat, de afscherming in een zich nabij de transparante overkapping gelegen deel en een nabij de evolvente spiegel gelegen deel verdeelt, 35 waarbij het door het eerste genoemde deel omsloten volume van het voorraadvat ten minste 15% groter is dan dat van het laatst genoemde deel. 1030094

5. Zonnecollector volgens conclusie 4, waarbij het eerst genoemde deel ten minste 30% en met meer voorkeur ten minste 50% meer volume omvat dan het tweede deel.

6. Zonnecollector volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de afscherming een onderrand heeft die in hoofdzaak horizontaal verloopt, dat wil zeggen met een hoek van ten hoogste 10" ten opzichte van de horizontaal.

7. Zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat de afscherming is gevormd uit polycarbonaat. 1030094