NL7811627A - Zonnecollector. - Google Patents

Description

«»

V

φ Ν.Ο, 26.95®

Nederlandse Centrale Organisatie voor Toegepast- Natuurwetenschappelijk Onderzoek, te 's-Gravenhage.

Zonnecollector

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een zonnecollector, bestemd om onder een vaste hoek te worden opgesteld, bestaande uit een rechthoekige ondiepe bak, uit een glasplaat of dergelijke, die vacuumdicht verbonden is met de bovenranden van de opstaande wanden van de bak, waarbij in de bak onderdruk in 5 stand wordt gehouden, uit tenminste één absorptieplaat, voorzien van kanalen voor het doorvoeren van een te verwarmen medium, welke plaat of platen evenwijdig met de bodem van de bak en met de glasplaat of dergelijke is of zijn opgesteld, uit een invoer en een uitvoer voor het te verwarmen medium door de wanden van de bak en 10 aansluitend op de kanalen, uit steunorganen tussen de bodem van de bak en de glasplaat of dergelijke en uit reflecterende middelen die zich tenminste tussen de bak en de naar de bodem toegekeerde zijde van de absorptieplaat of -platen bevinden.

Een dergelijke zonnecollector is bekend uit het Duitse Offen- 15 legungsschrift 2.618.467· Bij deze bekende zonnecollector is één zich over vrijwel het g?hele oppervlak van de zonnecollector uitstrekkende absorptieplaat aanwezig. In deze absorptieplaat bevinden zich openingen, waardoor de steunorganen zich uitstrekken, die verhinderen, dat de glasplaat of dergelijke naar binnen wordt 20 gedrukt, daar in de zonnecollector een ohderdruk heerst, om warmteverlies door convectie zoveel mogelijk tegen te gaan.

De naar de bodem van de bak toegekeerde zijde van de absorptieplaat en de bodem zelf zijn voorzien van een goed reflecterende laag. De bedoeling daarvan is om stralingsverliezen en restcon- 25 vectie tussen de collectorplaat en bodem van de bak te verhinderen.

Daar de absorptieplaat echter de bodem geheel afdekt, kunnen de op de glasplaat of dergelijke vallende zonnestralen de achterzijde van de absorptieplaat niet bereiken, zodat deze niet werkzaam is.

781 1 6 27 2 i~

De uitvinding beoogt een zonnecollector te verschaffen, waarbij een nuttiger gebruik wordt gemaakt van de absorptieplaat of f -platen, zodat het rendement van de zonnecollector groter wordt en een hogere temperatuur bereikt wordt. Yerder wordt beoogd een zonnecollector te verschaffen, die reageert op de het meest voor- 5 komende invalsrichtingen van de zon. Zonnecollectoren die de zon als het ware volgen zijn op zich wel bekend, maar dan in de vorm van cilindrische zonnecollectoren, die steeds bijgesteld moeten worden, naarmate de invalsrichting van de zon zich wijzigt. Het zal duidelijk zijn, dat dit in de praktijk teveel nadelen oplevert. 10

De uitvinding beoogt dan ook een zogenaamde platte zonnecollector te verschaffen, die de eenvoud heeft van bekende platte zonnecollectoren, maar die deze eenvoud kombineert met de voordelen van draaibare cilindervormige zonnecollectoren.

De zonnecollector volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, 15 doordat de reflecterende middelen worden gevormd door een aantal aangrenzende goten uit reflecterend materiaal, waarvan de bodems evenwijdig zijn met de bodem van de bak en waarvan de opstaande wanden reiken tot aan de glasplaat of dergelijke, doordat in iedere goot een absorptieplaat is opgesteld en de kanalen van 20 alle absorptieplaten met elkaar zijn verbonden, doordat iedere absorptieplaat een zodanige breedte heeft ten opzichte van de breedte van iedere goot, dat aan beide langsranden van de plaat een spleet wordt gevormd, en doordat de opstaande wanden en de bodem van iedere goot zodanig verlopen, dat praktisch alle inval- 25 lende zonnestralen direkt of gereflecteerd op het voorvlak of het achtervlak van de absorptieplaat vallen.

De zonnecollector volgens de uitvinding wordt zodanig vast opgesteld, dat de hartlijnen van de goten verlopen in de oost-westrichting. Door de vorm van de goten, waarvan de opstaande 30 wanden in de richting van de zon divergeren, worden praktisch alle zonnestralen opgevangen, die gedurende de dag op de zonnecollector vallen. Er wordt dus rekening gehouden met de invalshoek van de zonnestralen, die zich wijzigt gedurende de dag. Er wordt ook rekening gehouden met de wijziging van de invalshoek in de verschillende 35 781 1 6 27 ♦ seizoenen. Gedurende tenminste 8 uur per etmaal worden echter alle zonnestralen gevangen.

Boor de speciale vorm van de goten en de spleten langs de absorptieplaten wordt bereikt, dat er praktisch geen zonnestralen verloren gaan. 5

Bij voorkeur is iedere goot gevormd uit plaatmateriaal met een sterk glanzend binnenoppervlak, bijvoorbeeld hoog-glanzend aluminium. Op deze wijze kannen de goten voor een redelijke prijs en met normale bewerkingsinrichtingen gevormd worden. »

Bij voorkeur heeft iedere goot vlakke opstaande wanden, die 10 vanaf de glasplaat of dergelijke convergeren en een hoek maken met de glasplaat die ligt tussen 650 en 80°, bij voorkeur tussen 70° en 75° en doordat de bodem van iedere goot bestaat uit twee op de zijwanden aansluitende vlakke delen, die in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de glasplaat of dergelijke en die een breedte 15 hebben, die in hoofdzaak gelijk is aan de breedte van iedere spleet tussen de opstaande wanden van de goot en de langsranden van de absorptieplaat en uit een middendeel bestaande uit twee onder een hoek op elkaar aansluitende platte delen, welke delen in hoofdzaak loodrecht staan op de opstaande wanden van de goot. 20

Boor de genoemde hoeken van de opstaande wanden van iedere goot worden alle zonnestralen die dwars op de hartlijnen van de goten een hoekverschil hebben van maximaal 50°, d.w.z. 50° naar beide zijden, gevangen in de goot.

Naarmate de toepassingsplaats van de zonnecollectoren volgens 25 de uitvinding verder verwijderd is van de evenaar, worden de zonnecollectoren onder een steilere hoek ten opzichte van het horizontale vlak opgesteld.

Boor kombinatie van de spiegelwerking en onderdruk van de zonnecollector volgens de uitvinding verkrijgen de absorptieplaten 30 een veel hogere temperatuur, dan bij de bekende zonnecollectoren.

Boor de loodrechte hoek tussen de middendelen van de bodem van iedere goot en de opstaande wanden van iedere goot wordt iedere zonnestraal, die via de opstaande wanden lanès de langsranden van de absorptieplaat op de middendelen valt, onder dezelfde hoek gere- 35 781 1 6 27 ' f * flecteerd en geabsorbeerd door de achterzijde van de absorptie-plaat. Ook de direkt door de spleten vallende zonnestralen worden j gereflecteerd door de niet-hellende bodemdelen en worden eveneens gereflecteerd door de achterzijde van de absorptieplaat.

Opgemerkt wordt dat uit het Amerikaanse octrooischrift 5 3.923*381 een zonnecollector bekend is, waarbij eveneens een aantal goten van reflecterend materiaal naast elkaar zijn opgesteld.

Deze goten kunnen eventueel ook platte opstaande wanden hebben.

Een principiëel verschil met de zonnecollector volgens de uitvinding is echter, dat de goten volgens het Amerikaanse octrooi- 10 schrift aan de onderzijde open zijn en daar een kleinere breedte hebben dan de breedte aan de bovenzijde van de goten. Op deze wijze wordt getracht een concentratie te verkrijgen van de zonneenergie die in de goot valt. Ook deze zonnecollector wordt in de oost-westrichting opgesteld en ook hierbij wordt getracht zoveel moge- 15 lijk rekening te houden met de seizoenverschillen in de zonnestand.

Bij deze bekende zonnecollector worden de reflecterende goten echter niet benut om de. zonneenergie op beide zijden van een collector-plaat te doen schijnen. Yerder wordt deze zonnecollector niet vast opgesteld. 20

De uitvinding zal thans aan de hand van de tekening nader worden toegelicht, waarin: fig. 1 is een schematisch-perspektivisch aanzicht van de zonnecollector volgens de uitvinding, waaruit een hoek is weggesneden voor de duidelijkheid; 25 fig. 2 toont een schematische doorsnede door een goot en door een absorptieplaat, waarin het verloop is getoond vaiy&it een bepaalde richting in de. joot vallende zonnestralen; fig. 3 is een bovenaanzicht van de zonnecollector volgens de uitvinding: 30 fig. 4 is een doorsnede over de lijn IY-IY van fig. 3» en fig. 5 is een doorsnede over de lijn V-Y van fig. 3*

In de figuren is de bak van de zonnecollector aangegeven met 1 en de glasruit of dergelijke met 2. De verbinding tussen de langs-randen van de glasruit 2 en de bovenranden van de opstaande wanden 35 781 1 6 27 5 , van de bak 1 heeft op vacuumdichte wijze plaats en zal verderop worden beschreven.

In de bak 1 zijn een aantal evenwijdig aan elkaar verlopende en aangrenzende goten 3 opgesteld, waarvan althans het binnenopper-vlak voorzien is van een reflecterend oppervlak. Bij voorkeur 5 wordt hiervoor hoog-glanzend aluminiumplaat gebruikt.

In iedere goot 3 is een langwerpige absorptieplaat 4 opgesteld, die spectraal-selectief is.

De konstruktieve opbouw van de zonnecollector volgens de uitvinding blijkt uit de figuren 3> 4 en 5· Ih iedere absorptieplaat -|o 4 zijn twee in langsrichting verlopende kanalen 5 opgenomen, welke kanalen op uit het Duitse Offenlegungsschrift 2.618.467 tekende wijze in de absorptieplaat. kunnen zijn gevormd.

De twee kanalen 5 van iedere goot zijn aan beide einden door dwarsbuizen met elkaar verbonden, waarbij de kanalen van de aan- 15 grenzende goten 3 in serie zijn geschakeld, zoals blijkt uit fig.

3· Er is een invoer 6 aanwezig in de eerste goot en een uitvoer 7 in de laatste goot. De twee kanalen 5 van iedere goot 3 worden dus parallel doorstroomd door een te verwarmen medium, bijvoorbeeld water. Dit water wordt dus in koude toestand ingevoerd in de in- 20 voer 6 en doorstroomt dan alle kanalen 5» totdat het water via de uitvoer 7 de zonnecollector met een hogere temperatuur verlaat.

Zoals blijkt uit fig. 1, 4 en 5 ligt iedere absorptieplaat 4 ongeveer halverwege tussen de bodem van de bak 1 en de glasplaat 2 of dergelijke. 25

Iedere goot 3 bestaat uit twee opstaande wanden 3a en uit een bodem, gevormd uit twee delen 3b grenzend aan de delen 3a en twee middendelen 3c, die onder een hoek in het midden van de goot 3 op elkaar aansluiten. De delen 3c staan loodrecht op de opstaande wanden 3a, zoals blijkt uit fig. 2. De delen 3b verlopen even- 30 wijdig met de bodem van de bak 1.

Tussen de eindranden van iedere absorptieplaat 4 en de opstaande wanden 3a van iedere goot bevindt zich een spleet 8. Deze spleten strekken zich dus over vrijwel de gehele lengte van iedere goot uit. De absorptieplaat 4 wordt dus zodanig ondersteund in 35 781 1 6 27 Γ 6 iedere goot 3 dat deze spleten in hoofdzaak aanwezig zijn. De ondersteuning vindt dan ook hij voorkeur alleen plaats aan de ^ einden van de absorptieplaat 4» eventueel nog in het midden.

De breedte van deze spleten 8 komt in hoofdzaak overeen met de breedte van de delen 3b, welke tegen de bodem van de bak 1 5 worden geplaatst. Op deze wijze wordt bereikt, dat vrijwel alle zonnestralen de absorptieplaat 4 bereiken, hetzij doordat zij direkt op de bovenzijde van de absorptieplaat terechtkomen, danwel gereflecteerd via de opstaande zijwanden 3a, of dat zij eveneens via reflectie de achterzijde van de absorptieplaat bereiken. 10

De zonnestralen zijn in fig. 2 aangegeven met 9· Het is zonder meer duidelijk dat ook wanneer de zon vanaf een andere richting binnenva.t, hetzelfde effekt wordt bereikt.

Dit is een groot voordeel van de zonnecollector volgens de uitvinding, omdat op deze wijze het bestraalde oppervlak van de 15 absorptieplaat groter is dan het oppervlak van het glas boven de goot.

Bij voorkeur worden de opstaande wanden 3a- onder een hoek ^ van + 72° opgesteld. Het zal echter duidelijk zijn, dat ook enigszins hiervan afwijkende hoeken nog een goed resultaat geven. De 20 grenzen liggen tussen 65° en 80°. Op deze wijze wordt bereikt, dat wanneer de goten in de oost-westrichting worden opgesteld, zoals op zich bekend is, vrijwel alle op een dag schijnende zonnestralen nuttig worden gebruikt. Ook wordt nog rekening gehouden met de seizoenafwijkingen van de zon. Zonder dat de zonnecollector ver- 25 stelbaar behoeft te zijn om de zon te volgen, zoals het geval is bij het Amerikaanse octrooischrift 3·923·381, wordt bereikt, dat de zonnecollector met een goed rendement werkt.

Op bekende wijze wordt in de zonnecollector een onderdruk opgewekt van bijvoorbeeld + 40 Torr. Ook kan de ruimte binnen de 30 zonnecollector worden gevuld met een zwaarder gas, dat bij eenzelfde vacuum een lager warmtegeleidingsvermogen heeft. Als voorbeeld kan genoemd worden freon. Weliswaar wordt hierdoor de warmteoverdracht door convectie iets groter, doch dit kan gecompenseerd worden door een grotere onderdruk toe te passen, bijvoor- 35 78 1 1 6 27 7 beeld van + 30 Torr.

Het toepassen van onderdruk in de zonnecollector betekent, dat deze hierdoor goed moet zijn afgedicht, waardoor ook geen condens kan optreden. De zonnecollector heeft dan ook een langere levensduur. 5

De aanwezigheid van onderdruk en/of een ander gas dan lucht in de zonnecollector vereist een goede vacuumdichte afdichting.

Deze blijkt vooral uit fig. 5·

De opstaande wanden van de bak zijn voorzien van een flens-rand 1a. 10

Tussen de glasplaat 2, hier een dubbele glasplaat, en de flens-rand 1a bevindt zich een metaalprofiel 11 met boven en onder een kitlaag, bijvoorbeeld butylrubber. Aan de buitenzijde van het profiel 11 bevindt zich een rand kit 12. Om het geheel is een klemrand 13 geplaatst. Hierdoor wordt een zeer goede afdichting 15 verkregen.

Indien gewenst, kan in de zonnecollector een droogmiddel zoals silicacel of zeoliet worden aangebracht, dat bijvoorbeeld kan worden aangebracht in het profiel 11, dat daartoe aan de binnen zijde openingen bevat. De levensduur van de zonnecollector wordt 20 hierdoor verlengd.

Om implosie van de zonnecollector wegens de onderdruk te voorkomen, is het nodig de bij voorkeur uit versterkt glas bestaande glasplaat 2 of dergelijke te ondersteunen. Dit kan volgens de uitvinding zeer geschikt gebeuren door in langsrichting tussen twee 25 aangrenzende goten lopende steunorganen 10, die op geschikte wijze kunnen bestaan uit rechtlijnige profielen, bijvoorbeeld aluminium-profielen.

De invoer 6 en de uitvoer 7 voor de te verwarmen vloeistof is volgens de uitvinding uitgevoerd als een metalen balg 14, die 30 vacuumdicht verbonden is met de bodem van de bak 1 en vacuumdicht verbonden is met de toevoerpijp 15, die aansluit op de kanalen 5·

De toevoerpijp 15 wordt dus door de balg 14 heen gevoerd. Het voordeel van de balg is, dat op deze wijze een flexibele verbinding ontstaat, die bovendien vacuumdicht is en die warmteisolerend is, 35 78 1 1 6 27

Claims (11)

1. Zonnecollector, bestemd om onder een vaste hoek te worden opgesteld, bestaande uit een rechthoekige ondiepe bak, uit een glasplaat of dergelijke, die vacuumdicht verbonden is met de bovenranden van de opstaande wanden van de bak, waarbij in de bak -jq onderdruk instand wordt gehouden, uit tenminste één absorptieplaat, voorzien van kanalen voor het doorvoeren van een te verwarmen medium, welke plaat of platen evenwijdig met de bodem van de bak en met de glasplaat of dergelijke is of zijn opgesteld, uit een invoer en een uitvoer voor het te verwarmen medium door de wanden 15 van de bak en aansluitend op de kanalen, uit steunorganen tussen de bodem van de bak en de glasplaat of dergelijke en uit reflecterende middelen die zich tenminste tussen de bak en de naar de bodem toegekeerde zijde van de absorptieplaat of -platen bevinden, met het kenmerk, dat de reflecterende middelen 20 worden gevormd door een aantal aangrenzende goten uit reflecterend materiaal, waarvan de bodems evenwijdig zijn met de bodem van de bak en waarvan de opstaande wanden reiken tot aan de glasplaat of dergelijke, dat in iedere goot een absorptieplaat is opgesteld en de kanalen van alle absorptieplaten met elkaar zijn verbonden, 25 dat iedere absorptieplaat een zodanige breëdte heeft ten opzichte van de breedte van iedere goot, dat aan beide langsranden van de plaat een spleet wordt gevormd en dat de opstaande wanden en de bodem van iedere goot zodanig verlopen, dat praktisch alle invallende zonnestralen direkt of gereflecteerd op het voorvlak of het 30 achtervlak van de absorptieplaat vallen.

2. Zonnecollector volgens conclusie 1, met het ken merk, dat iedere goot is gevormd uit plaatmateriaal met een sterk glanzend binnenoppervlak, bijvoorbeeld hoog glanzend alu-miniumplaat. 35 78 1 1 6 27 ' 9 * *

3· Zonnecollector volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk , dat iedere goot vlakke opstaande wanden heeft, die vanaf de glasplaat of dergelijke convergeren en een hoek maken met de glasplaat die ligt tussen 65° en 80°, hij voorkeur tussen 70° en 75° en dat de bodem van iedere goot bestaat uit twee op de 5 zijwanden aansluitende vlakke delen, die in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de glasplaat of dergelijke en die een breedte hebben, die in hoofdzaak gelijk is aan de breedte van iedere spleet tussen de opstaande wanden van de goot en de langsranden van de absorptie-plaat en uit een middendeel bestaande uit twee onder een hoek 10 op elkaar aansluitende platte delen, welke delen in hoofdzaak loodrecht staan op de opstaande wanden van de goot.

4. Zonnecollector volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk , dat ieder steunorgaan tussen de bodem van de bak en de glasplaat of dergelijke wordt gevormd door een recht profiel, 15 dat ongeveer dezelfde lengte heeft als de goten en steeds tussen twee aangrenzende goten is opgesteld.

5. Zonnecollector volgens conclusie 1, 2, 3 of 4» met het kenmerk, dat iedere absorptieplaat tenminste één kanaal voor het te verwarmen medium bevat en de kanalen van aan- 20 grenzende absorptieplaten in serie verlopen tussen de invoer en de uitvoer.

6. Zonnecollector volgens conclusie 1, 2, 3» 4 of 5j met het k en merk, dat iedere absorptieplaat tenminste twee kanalen voor het te verwarmen medium bevat en die aan de einden 25 van iedere goot met elkaar zijn verbonden.

7. Zonnecollector volgens één of meer der voorafgaande con clusies, met het kenmerk, dat de invoer en de uitvoer van het te verwarmen medium door de wanden van de bak en eventueel door een goot is gevoerd via een uit metaal bestaande flexi- 30 bele balg, waarvan één einde vacuumdicht verbonden is met de bo- dem(s) en het andere einde vacuumdicht verbonden is met het kanaal of de kanalen.

8. Zonnecollector volgens één of meer der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verbinding tussen 35 78 1 1 6 27 i glasplaat of dergelijke en bak wordt gevormd door meerdere lagen kit en door een klemlijst die grijpt om een flensrand van de bak . * en de randen van de glasplaat of dergelijke.

9. Zonnecollector volgens conclusie 9> met het kenmerk, dat tussen glasplaat en flensrand een laag kit, dan een 5 metalen profiel en dan weer een laag kit is aangebracht.

10. Zonnecollector volgens conclusie 8 of 9( 1 e t het kenmerk , dat aan de buitenzijde van het profiel een verdere kitlaag is aangebracht.

11. Zonnecollector volgens conclusie 8,9 of 10, met 10 het kenmerk, dat een droogmiddel is aangebracht in het metalen profiel, dat daartoe aan de binnenzijde voorzien is van openingen. 78 1 1 6 27