NL8300793A

NL8300793A - Zonnecollector.

Info

Publication number: NL8300793A
Application number: NL8300793A
Authority: NL
Original assignee: Studiecentrum Kernenergi
Priority date: 1982-03-17
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1983-10-17
Also published as: DE3309252C2; GB2117109A; GB8307326D0; LU84694A1; GB2117109B; DE3309252A1

Description

* * » * 1 VO 4652 Λ "Zonnecollector"

De uitvinding heeft betrekking op een zonnecollector die een absorbeerplaat bevat, welke absorbeerplaat aan ten minste een zijde van een licht-absorberende laag is voorzien, inwendig van' ten minste een doorstromingskanaal voor een warmte-5 overdrachtsfluïdum is voorzien en een inlaat en een uitlaat voor dit fluïdum bezit die door het doorstromingskanaal met elkaar in verbinding staan,welke zonnecollector tevens een behuizing bevat die de absorbeerplaat omgeeft, ten minste plaatselijk doorschijnend is en gevuld is met een thermisch 10 isolerend gas.

Een zonnecollector van deze soort is beschreven in FR-A-2 .343.208. Het thermisch isolerende gas in de behuizing bevindt zich evenwel op atmosferische druk.

Dit is ook het geval bij de zonnecollector volgens DE-A-2.610.370.

15 Een doel van de uitvinding is een zonnecollector j van het gedoelde type te verschaffen die een nog groter rendement bezit dan de hiervoor gedoelde bekende collectoren.

Tot dit doel is de behuizing met.een gas met een warmtegeleidingscoëfficiënt van hoogstens 0,015 W/m°C op 20 een lagere dan atmosferische druk gevuld.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding is de druk van het gas in de orde van 10 tot 100 millibar.

In een bij voorkeur toegepaste uitvoerings-vo rm van de uitvinding is de absorbeerplaat aan weerszijden 25 bekleed met een selectief absorberende laag, is de behuizing aan weerszijden ten minste plaatselijk van doorschijnend materiaal vervaardigd en bevindt zich aan weerszijden van de absorbeerplaat tussen deze plaat en de behuizing thermisch isolerend gas onder een lagere dan atmosferische 30 druk.

De hoger genoemde bekende zonnecollectoren werken enkelzijdig. De absorbeerplaat is aan één zijde afgedekt door isolerend materiaal en het thermisch isolerend gas 8300793 2 * ♦ * r * bevindt zich enkel aan de andere, van een warmte-isolerend laagje voorziene zijde. Uiteraard kan dank zij een dubbelzijdige werking,' de zonnecollector in het bijzijn van witte reflectoren of spiegelreflectoren onderworpen worden aan een 5 50 tot 80 % hogere belichting, in vergelijking met een enkel- zijdig werkendè collector, zowel bij diffuus licht als bij rechtstreekse instraling.

Zonnecollectoren met een dubbelzijdig werkende absorbeerplaat zijn op zichzelf bekend, onder meer uit 10 FR-A-2.357.832 (uitvoeringsvormen volgens de figuren 10 en 11). De collectoren zijn evenwel niet gevuld met een thermisch isolerend gas op gereduceerde druk, hetgeen noodzakelijk is opdat een dubbelzijdig werkende zonnecollector een hogere opbrengst zou hebben dan een enkelzijdig werkende.

Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit.de hier volgende beschrijving van eenfconnecollector volgens de uitvinding; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet; de verwijzingscijfers betreffen de hieraan toegevoegde 20 tekeningen.

Figuur 1 is een zijaanzicht van een zonnecollector volgen^Öe uitvinding.

Figuur 2 stelt een doorsnede voor volgens de lijn II-II uit figuur 1.

25 Figuur 3 is een vooraanzicht van de zonnecollector uit de vorige figuren maar op kleinere schaal en met gedeeltelijke wegsnijdingen getekend.

Figuur 4 stelt een doorsnede voor volgens de lijn IV- IV uit figuur 3, op grotere schaal getekend.

30 Figuur 5 stelt een doorsnede voor volgens de lijn V- V uit figuur 3, op dezelfde schaal als figuur 4 getekend.

In de verschillende figuren hebben dezelfde verwi jzingsci jfers betrekking op dezelfde elementen.

De zonnecollector volgens de figuren bestaat uit 8300793 * * 3 een absorbeerplaat 1 en een behuizing 2 daarvoor.

De behuizing 2 is in hoofdzaak gevormd door een rechthoekig kader 3 en twee platen 4 van gehard glas. Het kader 3 is gevormd door vier zacht stalen omega-vormige 5 profiellijsten die met hun opening naar buiten zijn gericht en in de hoeken aan elkaar zijn gelast. Met hun naar buiten gerichte, randen zijn deze profiellijsten tegenover de zijwanden van de platen 4 gelegen. Deze platen 4 zijn aan het kader 3 vastgelijrad op een luchtdichte manier door middel van 10 thiokol en siliconenrubber 5.

Deze behuizing 2 wordt verticaal opgesteld met haar langsrichting horizontaal boven een bodem,bij voorbeeld een dak. Deze bodem en dit dak zijn bij voorkeur bekleed met reflecterend materiaal en naast de zonnecollector kunnen op deze 15 bodem reflectoren opgesteld zijn oplat de zonnecollector zoveel mogelijk zonnelicht zou ontvangen. De behuizing 2 is aan de buitenzijde van de twee bovenste hoeken van haar kader 3 voorzien van twee vastgelaste beugels 6. Deze beugels 6 dienen voor het vastgrijpen van de collector bij zijn verplaatsing, 20 voor het aansluiten van de elektroden bij een elektrochemische behandeling van de in het kader 3 gemonteerde absorbeerplaat 1 tijdens de fabricage van de collector en voor de bevestiging van de collector^bij voorbeeld aan een verticale wand.

Op de binnenkant van het kader 3 zijn op verschillende 25 plaatsen steunen 7 vastgelast voor de absorbeerplaat 1. Deze steunen 7 zijn hoekijzers waarvan de hoekribbe loodrecht op de platen 4 staat. Met hun met deze ribbe evenwijdige randen zijn de hoekijzers 7 aan de binnenzijde van het kader 3 vastgelasty hun hoek is dus naar binnen gekeerd. Deze hoek 30 wordt gekruist door een gleuf 8 waarin een rand van de absorbeerplaat 1 past.

8300793 f .

• - 4 ___In de onderste horizontale profiellijst van het kader 3 zijn nog twee openingen 9 en 10 aangebracht voor respectievelijk een inlaat 11 en een uitlaat 12 van de absorbeerplaat __ 1.

5 Deze absorbeerplaat is een vlakke radiatorplaat van zacht staal of koper die aan.weerszijden bekleed is met een saLectief absorberende laag met hoge absorptiecoëfficiënt en kleine emissiviteit. De absorbeerplaat is gevormd door twee rechthoekige platen 13 die met hun randen 14 over gans de IQ omtrek aan elkaar zijn gelast. Tussen de langsranden 14 zijn in de platen 13 in de dwarsrichting lopende indrukkingen 15 aangebracht ter plaatse waarvan de platen 13 eveneens aan elkaar^ijn gelast. Op deze manier is in de aüssorbeerplaat 1 aan de bovenkant een invoerruimte 16 en aan de onderkant 15 een afvoerruimte 17 gevormd, welke ruimten 16 en 17 met elkaar in verbinding staan door kanalen 18 die tussen de indrukkingen 15 zijn’gevormd. Met de samengelaste randen 14 steekt de absorbeerplaat 1 in de steunen 7. Bij thermische uitzetting en inkrimping kan de plaat 1 met haar randen heen 20 en weer schuiven in de steunen 7. De inlaat 11 mondt j uit op de invoerruimte 16 en loopt, in de behuizing 2, langs de absorbeerplaat 1 opwaarts vanaf de opening 9. Ter plaatse van de opening 9 is de inlaat 11 van een aansluitstuk 19 voorzien voor een leiding van een zonneënergieinstallatie.

25 De uitlaat 12 strekt zich' uit tussen de afvoerruimte 17 en de opening lo en is ook ter plaatse van opening 10 van een aansluitstuk 19 voorzien voor het aansluiten van de uitlaat 12 aan de leiding van een zonneënergieinstallatie. De aansluitstukken 19 zijn aan het kader 3 gelast zo dat ze de hermetische afdichting 30 van de openingen 9 en 10 verzekeren. Ze worden gebruikt als elektrisch contact bij de hoger genoemde elektrochemische behandeling van de absorbeerplaat 1.

8300793 Λ » 5

De selectief absorberende laag waarmee de absor-beerplaat 1 is bekleed hangt af van het metaal waaruit de platen 13 zijn vervaardigd. Deze laag heeft bij voorkeur een absorptiecoëfficiënt die hoger is dan 0,9 en een emissi-5 viteit die lager is dan 0,1. Deze laag moet hittevast zijn tot temperaturen van ongeveer 300° C. De platen 13 kunnen : van staal zijn vervaardigden welk geval een geschikte absorberende bekleding is gevormd door een laag koper die een lichte scheikundige oxydatie tot zwart mat Cu20 heeft 10 ondergaan,door zink-chrornaat-oxyde op zink,of door chroom- oxyde op nikkel of op koper. De platen 13 kunnen van koper i zijn vervaardigd,in welk geval een geschikte absorberende laag een laag chroomoxyde of koperoxyde is.

De ruimte tussen de absorbeerplaat 1 en de behuizing 15 2 isêen volledig hermetisch gesloten ruimte. Deze ruimte is gevuld met een gas met een warmtegeleidingscoëfficiënt van hoogstens 0,015 W/meC op een druk die merkelijk lager is dan de atmosferische. De druk van het gas ligt bij voorbeeld tussen 10 en 100 millibar en is bij voorkeur ongeveer gelijk aan 20 millibar.

20 Geschikte gassen zijn : krypton, xenon, koolwaterstofverb indingen zoals C-H_, C..H en gechloreerde koolwaterstoffen zoals CHC1_, O o o L2 3

Freon en CC1,.

4

Om het vervormen en zelfs breken van de glazen platen 4 ingevolge de in de behuizing 2 heersende onderdruk te ver-25 mijden, worden deze platen 4 binnen het kader 3 door middel van afstandhouders 20 van elkaar gehouden.

Deze afstandhouders 20 zijn gevormd door een centraal lichaam dat vernauwend verwijdend is en door twee daaropkansluitende conische voeten die met hun grote ronde 30 basis tegen de binnenzijden van de glazen platen 4 aansluiten.

Met hun lichaam steken de afstandhouders 20 los door openingen 21 in de absorbeerplaat 1. Deze openingen 21 zijn ter plaatse van een indrukking 15 gelegen, welke indrukking ter plaatse van een opening 21 een weinig verbreed is. De openingen 21 8300793 « 6 4 ft geven bijgevolg niet uit op de binnenkant, dit is op de kanalen 18 van de absorbeerplaat 1. De openingen 21 en dus ook de afstandhouders 20 zijn volgens een vierkant rooster geplaatst.

Het aantal openingen 21 en de diameter van de basis van de 5 voeteij&an de afstandhouders 20 hangen af van de dikte van de glazen platen 4. De conische voeten van de afstandhouders 20 zijn vervaardigd van doorzichtig hittevast polymethylmetacry-laat of polycarbonaat of van glas. Het centrale lichaam ervan is van staal vervaardigd. De afstandhouders 20 worden op hun 10 plaats gehouden door de glazen platen 4 zelf die door de hogere druk aan de buitenzijde van de behuizing 2 naar elkaar worden geduwd.

De openingen 21 bezitten een diameter die groter is dan de doorsnede van het erdoor stekende gedeelte van de afstand-15 houders 20 en wel in zulke mate dat de afstandhouders 20 geen enkel contact hebben met de absorbeerplaat 1 en de absorbeerplaat 1 ook vrij kan uitzetten onder invloed van de temperatuurswijzigingen. Deze uitzetting kan vrij groot zijn, aangezien de temperatuur van de absorbeerplaat 1 ongeveer 300° C 20 kan bereiken bij maximale zonnestraling en zonder koeling van de plaat. Doordat de absorbeerplaat 1 met haar randen met eeïjéekere speling in de gleuven 8 van de steunen 7 steekt en dus ten opzichte van de steunen 7 een weinig verschuifbaar is beletten ook deze steunen 7 deze uitzetting niet.

25 De zonnecollector is geschikt voor de gebruikelijke warmteoverbrengingsfluida zoals water. In de invoerruimte 16 kaïjêen op de inlaat 11 aansluitende verdeelinrichting gemonteerd zijn. Doordat de zonnecollector verticaal wordt opgesteld en de absorbeerplaat 1 aan&eerszijden bekleed is met een absorberende 30 laag ontvangt hij zowel bij rechtstreekse bestraling als bij diffuus licht relatief veel zonneënergie. Deze hoeveelheid energie kan nog verhoogd wordepQoor de zonnecollector 8300793 tr h 7 * * % loodrecht op een witte reflector te plaatsen of reflectoren op de zonnecollector te richten.

Doordat de ruimte tussen de absorbeerplaat 1 en de behuizing 2 gevuld is met'gas met lage warmtegeleidings-5 coëfficiënt en onder lage druk en doordat de absorbeerplaat 1 nagenoeg geen contact heeft met de behuizing 2 is de warmteoverdracht tussen de absorbeerplaat 1 en de behuizing uiterst klein.Hierdoor is het rendement van de zonnecollector ook hoog bij hoge werkingstemperaturen. Zobedraagt bij het gebruik van 10 een zacht stalen absorbeerplaat die vernikkeld is en voorzien is van een laag chroomoxyde en die een absorptiecoëfficiënt bezit van 0,94 en een emissiviteit van 0,1 en bij een met CHCl^ op 20 millibar gevulde ruimte tussen de absorbeerplaat 1 en de behuizing 2,de warmteoverdrachtscoëfficiënt tussen de 2 15 absorbeerplaat 1 en de buitenlucht slechts 0,9 watt per m

V

behuizing en per 0 C, hetgeen overeenkomt met een totale 2 warmteverliescoëfficiënt van 2 watt per m absorbeerplaat en per ® C.

Het is vanzelfsprekend dat de zonnecollector evenwel 20 ook enkelzijdig kan worden gebruikt, bij voorbeeld op hellende daken.In een dergelijk geval kunnen de warmteverliezen worden verminderd door tussen de niet gebruikte zijden van de absorbeerplaat 1 en de ertegenover gelegen glazen plaat 4 aluminiumfolie en/of een glaswolmat te plaatsen.

25 De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm en binnen het raam van de octrooiaanvrage kunnen aan de beschreven uitvoeringsvorm vele veranderingen wordenkangebracht, onder meer wat betreft de vorm, de samenstelling, de schikking en het aantal van de onderdelen die 30 voophet verwezenlijken van de uitvinding worden gebruikt.

. j 8300793

Claims

1. Zonnecollector die een absorbeerplaat bevat,welke absorbeerplaat aan ten minste een zijde van een licht-absorberende laag is voorzien, inwendig van ten minste een doorstromingskanaal voor een warmteoverdrachtsfluidum is 5 voorzien en een inlaat en een uitlaat voor dit fluïdum bezit die door het doorstromingskanaal met elkaar in verbinding staan, welke zonnecollector tevens een behuizing bevat die de absorbeerplaat omgeeft, ten minste plaatselijk doorschijnend is en gevuld is met een thermisch isolerend gas, 10 met het kenmerk dat de behuizing met een gas met een warmte-geleidingscoëfficiënt van hoogstens 0,015 W/m°c op een lagere dan atmosferische druk is gevuld.

2. Zonnecollector volgens vorige conclusie, met het kenmerk dat de druk van het gas in de orde van 10'tot 15 100 millibar is.

3. Zonnecollector volgens vorige conclusie, met het kenmerk dat de druk van het gas in de orde van 20 millibar is.

4. Zonnecollector volgens een van de vorige conclu-20 sies, met het kenmerk dat de absorbeerplaat aan weerzijden bekleed is met een selectief absorberende laag, de behuizing aan weerzijden ten minste plaatselijk van doorschijnend materiaal is vervaardigd, en zich aan weerzijden van de absorbeerplaat, tussen deze plaat en de behuizing, 25 thermisch isolerend gas onder een lagere dan atmosferische druk bevindt.

5. Zonnecollector volgens vorige conclusie, met het kenmerk dat de behuizing een kader bevat, twee daarop gemonteerde naast elkaar gelegen doorschijnende platen die 30 samen met het kader een hermetisch gesloten ruimte bepalen, en afstandhouders die de twee doorschijnende platen op een afstand van elkaar houden, terwijl de absorbeerplaat van 8300793 * 9 volledig naast haar doors tr oming s k an aal gelegen openingen voor deze afstandhouders is voorzien, door welke openingen de afstand houders zich uitstrekken zonder enig contact met de absorbeerplaat. ! 5.

6. Zonnecollector volgens een van de vorige con clusies, met het kenmerk dat de absorberende laag een absorptiecoëfficiënt bezit die hoger is dan 0,9 en een I emissiviteit bezit die lager is dan 0,1.

7. Zonnecollector volgens vorige conclusie, met 10 het kenmerk dat de absorbeerplaat van staal is vervaardigd en de absorberende laag bestaat uit een van de volgende combinaties : koperoxyde op koper, zink-chromaat-oxyde op j zink, chroomoxyde op nikkel en chroomoxyde op koper. j

8. Zonnecollector volgens de conclusie 6, met 15 het kenmerk dat de absorbeerplaat van koper is vervaardigd en de absorberende laag een laag chroomoxyde of koperoxyde is.

9. Zonnecollector volgens een van de vorige conclusies, met het kenmerk dat de absorbeerplaat met mogelijkheid tot vrije thermische dilatatie in de behuizing gemonteerd is. 8300793