NL194925C - Zonnecollector. - Google Patents

Description

1 194925

Zonnecollector

De uitvinding heeft betrekking op zonnecollector voor het door middel van zonnestraling verwarmen van water, waarbij de zonnecollector is voorzien van ten minste één buitenmantel te noemen buitenbuis en ten 5 minste één, zich in de buitenmantel uitstrekkende binnenmantel te noemen binnenbuis, waarbij de ringvormige ruimte die wordt begrensd door de buitenmantel en de binnenmantel is afgesloten en ten dele is gevuld met warmtetransportmedium en overigens is geëvacueerd, waarbij het warmtetransportmedium bij het transporteren van warmte een fase-overgang vloeibaar-gasvormig en een fase-overgang gasvormig· vloeibaar ondergaat, waarbij een binnenzijde van de buitenmantel althans ten dele is voorzien van een 10 capillair werkzame structuur, waarbij de buitenmantel is ingericht voor het ontvangen van zonnewarmte en voor het afgeven van warmte aan het warmtetransportmedium, zodat het warmtetransportmedium verdampt, waarbij de binnenmantel is ingericht voor het opnemen van warmte van het warmtetransportmedium, onder andere doordat, in gebruik, het warmtetransportmedium op de binnenmantel condenseert, waarbij de binnenmantel zich uitstrekt over in hoofdzaak de gehele lengte van de buitenmantel.

15 Een dergelijke zonnecollector is bekend uit het Amerikaanse octrooi US-4.320.246. Bij deze bekende zonnecollector stroomt door de binnenbuizen een koelmedium waarvan de daarin opgenomen warmte kan worden gebruikt voor een te verwarmen proces. De bekende inrichting is niet bestemd voor het verwarmen van sanitairwater en wanneer de bekende inrichting daarvoor zou worden toegepast, zou in elk geval gebruik moeten worden gemaakt van een apart voorraadvat voor het daarin opslaan van een voorraad 20 sanitairwater.

Het gebruik van een apart voorraadvat voor opslag van sanitairwater heeft onder andere tot bezwaar dat een pomp en regelmiddelen aanwezig moeten zijn om het in het voorraadvat aanwezige water periodiek door de zonnecollector te voeren teneinde het op de gewenste temperatuur te houden. Een dergelijke regeling en pomp zijn vanzelfsprekend aan slijtage onderhevig, hetgeen de bedrijfszekerheid van de 25 bekende zonnecollector in negatieve zin beïnvloedt wanneer deze in combinatie met een voorraadvat wordt toegepast

De uitvinding beoogt een zonnecollector zonder de nadelen van de in de Amerikaanse publicatie beschreven zonnecollector, welke zonnecollector met minimale montage inspanningen kan worden geplaatst en een minimale ruimte inneemt.

30 De zonnecollector van het in de aanhef beschrevèn type wordt hiertoe volgens de uitvinding gekenmerkt doordat is voorzien in een voorraadvat gevormd door de binnenmantel, waartoe deze een niimte omsluit van een daartoe geschikt volume, waaruit het water in de vorm van tapwater ontnomen kan worden onder invloed van de natuurlijke druk in het systeem.

Als gevolg van het vacuüm dat heerst in de ruimte tussen de binnenmantel en de buitenmantel, zal de 35 voorraad gebruiksmedium in de binnenbuis nauwelijks kunnen afkoelen. Wanneer de temperatuur van het gebruiksmedium In de binnenmantel relatief laag is en bovendien voldoende warmte wordt ingestraald door de zon, zal het warmtetransportmedium aan de binnenzijde van de buitenbuis verdampen en wederom condenseren op de binnenmantel onder afgifte van warmte aan het gebruiksmedium. Verrassenderwijs wordt derhalve dezelfde ruimte gebruikt als isolatie voor het gebruiksmedium en als warmte-40 overdrachtruimte voor de toevoer van warmte aan het gebruiksmedium. Met de zonnecollector volgens de uitvinding wordt bovendien een minimaal ruimtebeslag veroorzaakt en is het aantal te verrichten montage-handelingen bij plaatsing van de zonnecollector eveneens minimaal.

Opgemerkt zij dat uit de Nederlandse octrooiaanvrage de 82.02713 een zonnecollector bekend is die is gebaseerd op het principe van de heat-pipe. De bekende zonnecollector omvat twee evenwijdig asm elkaar, 45 schuin omhoog opgestelde holle leidingen die bij de respectieve boven- en onderuiteinden met elkaar zijn verbonden, waarbij zich in de aldus gevormde gesloten ruimte onderin een hoeveelheid van een vloeistof-bevindt. Een eerste van de genoemde leidingen is ingericht voor het ontvangen vein zonnestraling, waardoor de vloeistof verdampt, welke damp in de genoemde eerste leiding omhoog beweegt om de tweede leiding te bereiken. De tweede leiding is thermisch gekoppeld met een voorraadvat voor water. De vloeistofdamp in 50 de tweede leiding condenseert tegen de wand daarvan en stroomt langs deze wand omlaag om de hoeveelheid vloeistof onderin de eerste leiding weer aan te vullen zodat de beschreven cyclus zich kan herhalen.

Een nadeel van dit bekende zonne-energiesysteem is, dat de leidingen schuin omhoog opgesteld moeten worden. Een consequentie hiervan is, dat bij huizen met een plat dak dit bekende zonne-energiesysteem 55 niet geïntegreerd in het dak toepasbaar is, maar vanwege de schuine plaatsing een zeer opvallende verandering van de uiterlijke configuratie van het huis veroorzaakt. Een verdere consequentie is, at op plaatsen met een hoge zonnestand, dat wil zeggen plaatsen die vanwege hun ligging ten opzichte van de 194925 2 evenaar in principe bijzonder geschikt zijn voor toepassing van zonne-energie vanwege een gemiddeld vrij hoog aanbod van zonne-energie, de bekende zonnecollector niet in een ideale oriëntatie ten opzichte van de zon, dat wil zeggen horizontaal, kan worden opgesteld. Bovendien is voor een goede werking van dit systeem een zekere minimumlengte van de leidingen nodig, waardoor een zekere minimale verticale 5 plaatsruimte is vereist.

Een ander nadeel van dit bekende zonne-energiesysteem is, dat bij afwezigheid van zonnestraling een tegengestelde werking mogelijk is door verdamping van vloeistof in de thermisch met het voorraadvat gekoppelde tweede leiding. Om dit probleem tegen te gaan, beschrijft genoemde publicatie middelen zoals een aantal geschikt georiënteerde ribben, of op de vloeistof in de tweede leiding drijvende bollen, waarbij 10 dan weer onderin de tweede leiding een voorziening aangebracht moet zijn om te voorkomen dat deze bollen in de eerste leiding geraken.

Een algemeen nadeel van dit bekende zonne-energiesysteem is, dat dit betrekkelijk veel ruimte vergt, betrekkelijk ingewikkeld van constructie en daardoor duur is, en een betrekkelijk laag rendement heeft, waardoor de terugverdientijd van de voor installatie van een dergelijk bekend zonne-energiesysteem 15 benodigde kosten betrekkelijk lang is, vaak langer dan 10 jaar.

Verdere aspecten, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen nader verduidelijkt worden door de hiernavolgende beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen van de zonnecollector volgens de uitvinding, onder verwijzing naar de tekening. Hierin toont respectievelijk tonen: 20 figuur 1 een schematische dwarsdoorsnede van een zonnecollectoreenheid; figuur 2A-B schematische langsdoorsneden van een gedeelte van de in figuur 1 getoonde zonnecollectoreenheid in verschillende mogelijke bedrijfsoriêntaties; figuur 2A-C uitvergrote schematische gedeeltelijke langsdoorsneden van de in figuur 1 genoemde zonnecollectoreenheid; 25 figuur 4 schematisch een eenvoudig voorbeeld van een afstandhouder tussen de buitenmantel en de binnenmantel in de in figuur 1 getoonde zonnecollectoreenheid; figuur 5 schematisch een praktische uitvoering van een zonnecollector; figuur 6 schematisch een stromingsketen van de in figuur 4 getoonde uitvoering; figuur 7 schematisch verschillende mogelijke uitvoeringsvormen van een zonnecollector, geïntegreerd in 30 de structuur van een huis; en figuur 8 schematisch een rendementsverhogende inrichting voor een zonnecollector.

Figuur 1 toont schematisch een dwarsdoorsnede van een voorkeursuitvoeringsvorm van een zonnecollectoreenheid 30. Deze omvat een binnenmantel 31 en een om de binnenmantel 31 opgestelde buitenmantel 32. 35 Bij voorkeur, en zoals weergeven in figuur 1, hebben de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32 de vorm van cilindervormige buizen. Hoewel de zonnecollectoreenheid 30 bij voorkeur in een horizontale oriëntatie wordt toegepast, zoals geïllustreerd in figuur 1 en figuur 2A, kan deze ook hellend of zelfs verticaal worden toegepast, zoals geïllustreerd in figuur 2B.

Voorts is in de figuren 2A en 2B weergegeven, dat de uiteinden van de binnenmantel 31 en de 40 buitenmantel 32 zijn afgesloten door wandgedeelten 33, 35 respectievelijk 34, 36, waardoor tussen de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32 een afgesloten ruimte 37 is gedefinieerd, waarin zich een geringe hoeveelheid warmtetransportmedium 38 in vloeibare toestand bevindt. Zoals in figuur 1 is weergegeven, kunnen de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32 in de vorm van cilindervormige buizen concentrisch zijn opgesteld, terwijl het ook mogelijk is, met name in het geval dat de zonnecollectoreenheid 30 bestemd is 45 om in een horizontale oriëntatie te worden toegepast zoals geïllustreerd in figuur 2A, dat de hartlijn van de binnenmantel 31 zich hoger bevindt dan de hartlijn van de buitenmantel 32, om aldus aan de onderzijde van de ruimte 37 ruimte te verschaffen voor het vloeibare warmtetransportmedium 38.

Voor een optimale werking verdient het aanbeveling dat het warmtetransportmedium 38 zo zuiver mogelijk is, dat wil zeggen zo min mogelijk verontreinigingen bevat, en dat de afgesloten ruimte 37 50 overigens in hoofdzaak slechts gevuld is met damp van het warmtetransportmedium 38, zodat zich in de afgesloten ruimte 37 slechts de vloeistof- en dampfase van het warmtetransportmedium 38 bevindt. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de ruimte 37 voor, dan wel na aanbrengen van warmtetransportmedium 38 te evacueren, zoals voor een deskundige duidelijk zal zijn.

De binnenwand van de buitenmantel 32 is althans ten dele, maar bij voorkeur over het gehele oppervlak 55 daarvan, voorzien van een capillair werkzame structuur 39. Met de term ’’capillair werkzame structuur" wordt een structuur bedoeld van de binnenwand van de buitenmantel 32 zelf en/of van een in thermisch contact met de buitenmantel 32 aangebrachte laag of orgaan, die in staat is om door capillaire werking het 3 194925 vloeibare warmtetransportmedium 38 over een zekere hoogte langs de buitenmantel 32 omhoog te transporteren teneinde het vloeibare warmtetransportmedium 38 te verdelen over de binnenwand van de buitenmantel 32. In het algemeen kan gesteld worden, dat een betere capillaire werking een beter rendement van de zonnecollectoreenheid 30 betekent. Een dergelijke structuur 39 kan bijvoorbeeld worden 5 verschaft door een zekere ruwheid van of een groevenpatroon in het binnenoppervlak van de buitenmantel 32, of door een poreuze laag zoals bijvoorbeeld een keramische of een gesinterde laag, of door een orgaan van glasvezel, kunststofvezel of natuurlijke vezel zoals bijvoorbeeld katoen. In een voorkeursuitvoering wordt de capillair werkzame structuur 39 verschaft door een orgaan van metaalgaas, aangezien dit relatief eenvoudig en goedkoop vervaardigbaar en tegen de binnenwand van de buitenmantel bevestigbaar is, 10 terwijl een dergelijk orgaan een goede warmteoverdracht kan verschaffen.

Bij wijze van voorbeeld is het mogelijk gebleken om met een door metaalgaas gevormde capillair werkzame structuur 39 water over een afstand van 2 meter omhoog te zuigen.

, In de binnenmantel 31 bevindt zich een te verwarmen medium (gebruiksmedium) 40 in de vorm van vloeibaar tapwater.

15 De buitenmantel 32 is geschikt voor het absorberen van zichtbaar en ultraviolet licht In een eenvoudige uitvoeringsvorm is de buitenmantel 32 zwart geschilderd. Om warmteverlies ten gevolge van straling door de temperatuurverhoging van de buitenmantel 32 tegen te gaan, is de buitenmantel 32 bij voorkeur voorzien van een spectraal selectieve laag die een relatief grote absorptiecoëfficiënt heeft voor zichtbaar en ultraviolet licht en een relatief kleine emissiecoëfficiënt voor infrarood licht. Een voorbeeld van een dergelijke 20 laag is een laag van nikkeloxide.

De buitenmantel 32 is bij voorkeur vervaardigd van een goed warmtegeleidend materiaal zoals koper of aluminium. De dikte dient geschikt te zijn om weerstand te bieden aan het verschil tussen de in de ruimte 37 heersende druk en de aan de buitenzijde van de buitenmantel 32 heersende druk. Een dikte in het gebied van 0,5-2 mm is een geschikte waarde met betrekking tot de sterkte, de warmteoverdracht en de 25 kostprijs. Desgewenst kan de buitenmantel 32 zijn voorzien van verstevigingsmiddelen, bijvoorbeeld radiaal verlopende verdikkingen of inwendig aangebrachte steunorganen, en/of de buitenmantel 32 kan ter versteviging volgens een geschikt patroon zijn gegolfd.

Door de opwarming van de buitenmantel 32 wordt ook het in de capillair werkzame structuur 39 opgezogen vloeibare warmteoverdrachtsmedium 38 verwarmd, waardoor dit althans ten dele overgaat in de 30 dampfase zodat ter plaatse van de buitenmantel 32 de dampdruk van het warmteoverdrachtsmedium 38 stijgt. Tengevolge van deze gestegen dampdruk vindt, zoals is aangeduid door de pijl 51', een transport plaats van warmteoverdrachtsmediumdamp 38 van de buitenmantel 32 naar de koelere binnenmantel 31, alwaar de damp kan condenseren en de daarbij vrijkomende energie (condensatiewarmte) via de binnenmantel 31 kan overdragen aan het te verwarmen medium 40 (heat-pipe-principe). De aldus gecondenseerde 35 damp vloeit langs de buitenwand van de binnenmantel 31 omlaag en druppelt weer terug naar de vloeistof-laag, zoals is aangeduid door de pijl 52', waarna de beschreven cyclus zich kan herhalen. Bij voorkeur is de buitenwand van de binnenmantel 31 ingericht om het terugvloeien van gecondenseerde damp te bevorderen, en deze heeft daartoe bij voorkeur een glad oppervlak.

Wanneer het medium 40 is opgewarmd tot een relatief hoge temperatuur, zal de warmteoverdracht van 40 het warmteoverdrachtsmedium 38 naar het medium 40 verminderen door een verminderde condensvorming op de binnenmantel 31. In het bijzonder zal, wanneer het medium 40 een temperatuur heeft bereikt die ongeveer gelijk is aan de kooktemperatuur van het warmteoverdrachtsmedium 38 bij de in de ruimte 37 heersende druk, vrijwel geen condensvorming meer plaatsvinden op de binnenmantel 31, en zal nog slechts in geringe mate warmteoverdracht van de buitenmantel 32 naar de binnenmantel 31 plaatsvinden middels 45 convectie en straling. Aldus biedt de zonnecollectoreenheid 30 op effectieve wijze een intrinsieke bescherming tegen oververhitting van het gebruiksmedium 40.

In de situatie dat de buitenmantel 32 geen warmte ontvangt van de warmtebron, zal de verdamping van het warmteoverdrachtsmedium 38 bij de buitenmantel 32 zijn verminderd, zodat het bovengenoemde proces slechts in verminderde mate optreedt of zelfs tot stilstand is gekomen. Door het ontbreken van warmte-50 toevoer heeft de buitenmantel 32 dan een temperatuur die vergelijkbaar is met de omgevingstemperatuur, en die in het algemeen lager zal zijn dan de temperatuur van de binnenmantel 31. Door het ontbreken van contact tussen de binnenmantel 31 en de voorraad van vloeibaar warmteoverdrachtsmedium 38 is het echter niet mogelijk dat het bovenbeschreven proces in omgekeerde richting plaatsvindt, dat wil zeggen het is niet mogelijk dat warmteoverdrachtsmedium 38 uit de genoemde voorraad de relatief warme binnen* 55 mantel 31 bereikt, daar verdampt, en op de relatief koude buitenmantel 32 condenseert, waardoor een warmtetransport van het gebruiksmedium 40 naar buiten zou optreden.

Bovendien zal afkoelen van de binnenmantel 31 ten gevolge van convectie en/of warmtebegeleiding niet 194925 4 of slechts in zeer geringe mate plaatsvinden. Weliswaar zal zich in de capillair werkzame structuur 39 een zekere hoeveelheid vloeibaar warmteoverdrachtsmedium 38 bevinden, maar door de relatief lage temperatuur van de buitenmantel 32 is de dampdruk van het warmteoverdrachtsmedium 38 in de ruimte 37 tussen de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32 zeer gering, zodat de ruimte 37 derhalve een werking heeft die 5 vergelijkbaar is met die van een vacuümisolator tussen de relatief warme binnenmantel 31 en de relatief koude buitenmantel 32.

Voorts zijn de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32 slechts bij gebruiksmediumtoevoer- en afvoer-aansluitingen van de binnenmantel met elkaar verbonden, zoals verder zal worden verduidelijkt, zodat slechts een zeer gering warmtelek aanwezig is.

10 Afkoelen ten gevolge van straling van de binnenmantel 31 en het zich daarin bevindende gebruiks-medium 40 kan worden tegengegaan door de binnenmantel 31 te voorzien van een buitenwand met een zeer lage emissiecoëfficiënt. In een uitvoeringsvorm is de binnenmantel 31 vervaardigd van een metaal, en is de buitenwand glad, bij voorkeur gepolijst en/of geëtst, uitgevoerd.

Desgewenst kan afkoelen van de binnenmantel 31 ten gevolge van straling verder worden tegengegaan 15 door tussen de buitenmantel 32 en de binnenmantel 31 te voorzien in stralingreflecterende middelen. Deze stralingreflecterende middelen kunnen een om de binnenmantel 31 aangebracht, voor damp van warmteoverdrachtsmedium 38 doorlaatbaar, warmtestralingsreftectiescherm 41 omvatten. Het is ook mogelijk de binnenwand van de buitenmantel 32 reflecterend uit te voeren.

Als warmteoverdrachtsmedium 38 wordt bij voorkeur een niet-agressieve stof gekozen die bij de 20 bedrijfstemperatuur van de binnenmantel 31 vloeibaar is, teneinde te verzekeren dat damp vein het warmteoverdrachtsmedium 38 op de binnenmantel 31 kan condenseren om de bij deze fase-overgang vrijkomende energie over te dragen aan de binnenmantel 31. Voorts verdient het de voorkeur, dat bij de bedrijfstemperatuur van de buitenmantel 32 in de situatie dat geen warmte wordt ontvangen van de warmtebron, de dampdruk van het warmteoverdrachtsmedium 38 zo laag mogelijk is, teneinde warmte-25 verlies tengevolge van convectie en warmtegeleiding zo veel mogelijk tegen te gaan, dat wil zeggen teneinde zo goed mogelijk de bovenbeschreven vacuümisolatie te verschaffen.

Bij voorkeur is het warmteoverdrachtsmedium 38 zuiver water. Enerzijds heeft water in voldoende mate de bovengenoemde eigenschappen, anderzijds heeft de keus van water als warmteoverdrachtsmedium 38 het voordeel dat, in het onverhoopte geval dat zich een lek voordoet in de binnenmantel 31, voorkomen 30 wordt dat het drinkwater in het drinkwaterleidingnet in aanraking komt met een "vreemde” stof.

Het warmteverlies tengevolge van convectie en warmtegeleiding kan verder worden tegengegaan door voor het warmteoverdrachtsmedium 38 een stof te kiezen waarvan de damp een lage warmtegeleidings-coëfficiënt heeft, bij voorkeur lager dan water, zoals een CFK of C^H^.

Bij voorkeur is de binnenmantel 31 van de zonnecollectoreenheid 30 vervaardigd van koper, en is de 35 buitenwand van de binnenmantel 31 bij voorkeur glad gepolijst en/of geëtst, terwijl het warmteoverdrachtsmedium 38 bij voorkeur zuiver water is. Deze uitvoeringsvorm combineert de voordelen, dat koper een in het algemeen toelaatbaar geacht materiaal is voor contact met drinkwater, dat koper zeer geschikt is als condensatiemateriaal voor water, en dat glad gepolijst en/of geëtst koper een zeer lage emissiecoëfficiënt heeft.

40 Het zal duidelijk zijn, dat de binnenmantel 31 van de zonnecollectoreenheid 30 voorzien moet zijn van een ingangsaansluiting voor het inlaten van het gebruiksmedium 40 en van een uitgangsaansluiting voor het afvoeren van het gebruiksmedium 40. Figuur 3A toont op een uitvergrote langsdoorsnede van een zonnecollectoreenheid 30, waarbij meer gedetailleerd een aansluiting 50 voor de binnenmantel 31 is getoond. In figuur 3A is slechts één aansluiting 50 getoond, omdat de constructie van de ingangsaansluiting 45 identiek kan zijn aan de constructie van de uitgangsaansluiting. \

In het weergegeven voorbeeld is de aansluiting 50 uitgevoerd als een radiaal gerichte buis die is geleid door respectieve openingen in de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32. Het zal echter duidelijk zijn, dat ook een axiaal door de eindvlakken 33 en 34 van de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32 reikende buis 50 voldoet. Bij een uiteinde 51 is de buis 50 verbonden met de binnenmantel 31 op een dusdanige wijze, 50 dat de gevormde verbinding enerzijds dicht is voor gebruiksmedium 40 en anderzijds dicht is voor warmteoverdrachtsmedium 38. Bij een van het uiteinde 51 verwijderd gedeelte 52 is de buis 50 verbonden met de buitenmantel 32 op een dusdanige wijze, dat de gevormde verbinding dicht is voor warmteoverdrachtsmedium 38. Afhankelijk van de toegepaste materialen zijn lassen solderen of lijmen geschikte verbindingswijzen.

55 De ingangs- en uitgangsaansluitingen 50 hebben, behalve de bovengenoemde primaire functie ten behoeve van toevoer en afvoer van gebruiksmedium 40 naar en van de binnenmantel 31, tevens de functie om de binnenmantel 31 binnen de buitenmantel 32 op zijn plaats te houden. Desgewenst kan op één of 5 194925 meerdere plaatsen tussen de aansluitingen 50 zijn voorzien in een aparte afstandshouder om doorzakken van de binnenmantel 31 ten opzichte van de buitenmantel te voorkomen. Figuur 4 toont een eenvoudig voorbeeld van een dergelijke afstandhouder 80, die de vorm heeft van een in de buitenmantel 32 passende gelijkzijdige driehoek met een uitsparing 81 waarvan de vorm overeenkomt met die van de binnenmantel 31.

5 Slechts via de ingangs- en uitgangsaansluitingen 50 en de eventuele afstandshouders is er contact tussen de binnenmantel 31 en de buitenmantel 32, welk contact in principe de mogelijkheid van een thermisch contact biedt. Het door de eventuele afstandshouders verschafte thermisch contact is verwaarloosbaar, aangezien de afstandshouders gemaakt kunnen worden van een thermisch slecht geleidend materiaal, zoals een kunststof.

10 De. buis 50 is bijvoorbeeld vervaardigd van glas, gemetalliseerd kunststof of een niet-permeabele kunststof, of een metaal. Om het door een metalen buis 50 verschafte warmtelek te verminderen, kan de buis 50 zijn vervaardigd van een thermisch slecht geleidend metaal zoals roestvrij staal. Een andere manier om het door een metalen buis 50 verschafte warmtelek té verminderen, is het tussen de gedeelten 51 en 52 gelegen bulsgedeelte 53 te vergroten, bijvoorbeeld door de buis 50 te vormen met een axiaal buisgedeelte 15 54 met een zekere lengte, zoals getoond in figuur 3B, of door de buis 50 te vormen met een zich spiraalvormig om de binnenmantel 31 uitstrekkend buisgedeelte 55, zoals getoond in figuur 3C.

In een praktische toepassingssituatie kunnen meerdere zonnecollectoreenheden 30 in serie of parallel aan elkaar worden gekoppeld. Figuur 5 toont een dergelijke praktische toepassingssituatie van een zonne-energiesysteem 60 voor verwarming van tapwater, waarbij meerdere zonnecollectoreenheden 30 20 horizontaal zijn aangebracht op het oppervlak van een plat dak 101 van een huis 100 om te fungeren als zonnecollector van het zonne-energiesysteem 60. De zonnecollectoreenheden 30 zijn parallel aan elkaar gekoppeld, waarbij de respectieve ingangsaansluitingen zijn verbonden met een toevoerleiding 102, en waarbij de respectieve uitgangsaansluitingen zijn verbonden met een afvoerleiding 103. De afvoerteiding 103 is gekoppeld met ingangsaansluitingen van de warm water verbruikende apparaten in het huis 100, 25 zoals een kraan 104, en de toevoerleiding 102 is via een hoofdkraan 105 gekoppeld met het waterleidingnet 106. Schematisch is de stromingsketen weergegeven in figuur 6. Wanneer één van de warm water verbruikende apparaten, zoals de kraan 104, warm water verbruikt, wordt het via de afvoerleiding 103 uit de zonnecollectoreenheden 30 wegstromende water vla de toevoerleiding 102 aangevuld met koud water uit het waterleidingnet 106. Daarbij fungeren de binnenmantels 31 van de zonnecollectoreenheden 30 als 30 voorraadvat 131 voor warm water.

Het belangrijkste voordeel hiervan is, dat dit voorraadvat 131 vanwege de constructie van elke zonnecollectoreenheid 30 automatisch bijzonder goed is geïsoleerd zonder dat daarvoor extra isolerende middelen moeten worden verschaft.

Bij wijze van voorbeeld heeft in een praktijksituatie, waarin de binnenmantels 31 een lengte hebben van 35 6 m en een inwendige diameter van 10 cm, en waarbij vijf van dergelijke zonnecollectoreenheden 30 aanwezig zijn, een dergelijk voorraadvat 131 een inhoud van 235 liter. Desgewenst kan tussen het voorraadvat 131 en de warm water verbruikende apparaten 104 een hulpverwarmingsapparaat 107 zijn geschakeld om het door het voorraadvat geleverde warm water bij te warmen ingeval de temperatuur van het door het voorraadvat 131 geleverde water lager is dan de gewenste temperatuur. Een dergelijk 40 hulpverwarmingsapparaat 107 kan een conventioneel hulpverwarmingsapparaat zijn. Bij voorkeur echter is een dergelijk hulpverwarmingsapparaat van dezelfde constructie als de zonnecollectoreenheid 30, waarbij dan een conventionele warmtebron wordt toegepast, zoals een gasbrander 108 of een om de buitenmantel 32 of in de binnenmantel 31 aangebrachte elektrische verwarmingsspiraal.

In het geval voor toepassing als zonnecollector in noord-west Europa zijn geschikte diameters van de 45 mantels: 100 mm voor de binnenmantel 31 en 150 mm voor de buitenmantel 32.

In het specifieke geval dat de zonnecollectoreenheid wordt toegepast bij een zonne-energiesysteem voor huishoudelijk gebruik, kan, zoals in figuur 7 geïllustreerd, de zonnecollectoreenheid op een bijzonder flexibele wijze worden geïntegreerd in de structuur van het betreffende huis. De zonnecollectoreenheid kan worden geplaatst op het dak van het huis, waarbij zowel een hellend als een plat dak geschikt is, welke 50 laatstgenoemde situatie reeds in figuur 5 is geïllustreerd. De zonnecollectoreenheid kan echter ook worden geplaatst tegen een muur, zoals weergegeven bij 71. Voorts is het mogelijk dat slechts één enkele buis op een dusdanige wijze wordt aangebracht, bijvoorbeeld tegen een muur van het huis, dat deze buis tevens een decoratieve functie vervult, zoals weergegeven bij 72. Ook is het mogelijk dat de zonnecollectoreenheid tevens een constructieve functie vervult, bijvoorbeeld die van borstwering, zoals weergegeven bij 73.

55 Figuur 8 toont schematisch een rendementsverhogende inrichting 90 voor een zonnecollectoreenheid 30. De rendementsverhogende inrichting 90 omvat ten minste één, in het weergegeven voorbeeld twee reflecterende organen 91 en 92 die zijn geplaatst aan de van de zon af gerichte zijde van de

Claims (19)

194925 6 zonnecollectoreenheid 30, om zonlicht L dat de eenheid 30 passeert te reflecteren naar het zich in de schaduw bevindende gedeelte van de buitenmantel 32. Bij voorkeur, en zoals weergegeven in figuur 8, hebben de twee reflecterende organen 91 en 92 een parabolische vorm met een gemeenschappelijk brandpunt 93 dat, althans bij benadering, samenvalt met de hartlijn van de buitenmantel 32. 5

1. Zonnecollector voor het door middel van zonnestraling verwarmen van water, waarbij de zonnecollector 10 is voorzien van ten minste één buitenmantel te noemen buitenbuis en ten minste één, zich in de buitenmantel uitstrekkende binnenmantel te noemen binnenbuis, waarbij de ringvormige ruimte die wordt begrensd door de buitenmantel en de binnenmantel is afgesloten en ten dele is gevuld met warmtetransportmedium . en overigens is geëvacueerd, waarbij het warmtetransportmedium bij het transporteren van warmte een fase-overgang vloeibaar-gasvormig en een fase-overgang gasvormig-vloeibaar ondergaat, waarbij een 15 binnenzijde van de buitenmantel althans ten dele is voorzien van een capillair werkzame structuur, waarbij de buitenmantel is ingericht voor het ontvangen van zonnewarmte en voor het afgeven van warmte aan het warmtetransportmedium, zodat het warmtetransportmedium verdampt, waarbij de binnenmantel is ingericht voor het opnemen van warmte van het warmtetransportmedium, onder andere doordat, in gebruik, het warmtetransportmedium op de binnenmantel condenseert, waarbij de binnenmantel zich uitstrekt over in 20 hoofdzaak de gehele lengte van de buitenmantel, met het kenmerk, dat is voorzien in een voorraadvat gevormd door de binnenmantel, waartoe deze een ruimte omsluit van een daartoe geschikt volume, waaruit het water in de vorm van tapwater ontnomen kan worden onder invloed van de natuurlijke druk in het systeem.

2. Zonnecollector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de capillair werkzame structuur wordt verschaft 25 door een zekere ruwheid van of een groevenpatroon in het binnenoppervlak van de buitenmantel of door een orgaan van glasvezelgaas, kunststofvezelgaas of metaalgaas.

3. Zonnecollector volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de buitenmantel is voorzien van een spectraal selectieve laag die een relatief grote absorptiecoëfficiënt heeft voor zichtbaar en ultraviolet licht en een relatief kleine emissiecoëfficiênt voor infrarood licht

4. Zonnecollector volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de buitenwand van de binnenmantel is ingericht om het terugvloeien van gecondenseerde damp te bevorderen.

5. Zonnecollector volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de binnenmantel is voorzien van een buitenwand met een zeer lage emissiecoëfficiênt

6. Zonnecollector volgens ten minste één der voorgaande conclusies, gekenmerkt door tussen de 35 buitenmantel en de binnenmantel aanwezige stralingsreflecterende middelen.

7. Zonnecollector volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de stralingsreflecterende middelen een om de binnenmantel aangebracht, voor damp van warmteoverdrachtsmedium doorlaatbaar warmtestralings-reflectiescherm omvatten.

8. Zonnecollector volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de binnenwand van de buitenmantel 40 warmtestralingreflecterend is.

9. Zonnecollector volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat is voorzien in aansluitingen voor het naar de binnenmantel toevoeren en van de binnenmantel afvoeren van gebruiks-medium.

10. Zonnecollector volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat elke aansluiting een radiaal gerichte buis 45 omvat die reikt door respectieve openingen in de binnenmantel en de buitenmantel.

11. Zonnecollector volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat elke aansluiting een tussen de binnenmantel en de buitenmantel gelegen axiaal buisgedeelte omvat

12. Zonnecollector volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat elke aansluiting een tussen de binnenmantel en de buitenmantel gelegen, zich spiraalvormig om de binnenmantel uitstrekkend buisgedeelte 50 omvat.

13. Warmteoverdragende inrichting volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tussen de binnenmantel en de buitenmantel is voorzien in een afstandshouder om de binnenmantel ten opzichte van de buitenmantel op zijn plaats te houden.

14. Warmteoverdragende inrichting volgens ten minste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, 55 dat de buitenmantel is voorzien van verstevigingsorganen en/of een verstevigingsprofiel.

15. Zonnecollector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de binnenmantel van de ten minste ene warmteoverdragende inrichting is vervaardigd van koper, dat de buitenwand van de 7 194925 binnenmantel glad is uitgevoerd, en dat het warmteoverdrachtsmedium zuiver water is.

16. Zonnecollector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze tevens een decoratieve functie vervult

17. Zonnecollector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze tevens een 5 constructieve functie vervult

18. Zonnecollector volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze aan de van de zon af gerichte zijde is voorzien van ten minste één reflecterend orgaan voor het naar de zonnecollector reflecteren van de zonnecollector passerend zonlicht.

19. Zonnecollector volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het ten minste ene reflecterende orgaan de 10 vorm heeft van een gedeelte van een parabool met een brandpunt dat althans bij benadering samenvalt met de hartlijn van de buitenmantel van de warmteoverdragende inrichting. Hierbij 6 bladen tekening