NL8901593A - Vacuum-zonnecollector. - Google Patents

Description

VACUÜM-ZONNECOLLECTOR

De uitvinding heeft betrekking op een vacuum-zonnecollector voorzien van een absorptieplaat met daarmee verbonden kanalen voor aan- respectievelijk afvoer van een warmtetransportmedium, en van een in hoofdzaak door een bovenafdekking en een onderafdekking gevormde behuizing voor het ten minste tussen de bovenafdekking en de absorptieplaat vormen van een evacueerbare ruimte.

Opgemerkt wordt dat deze kanalen ook in de vorm van een zogenaamde "heat pipe" kunnen worden uitgevoerd.

Een dergelijke vacuum-zonnecollector is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 4,186,723. Deze bekende vacuum-zonnecollector bevat een vlakke absorptieplaat, die in een, uit een bovenafdekking en een onderafdekking bestaande behuizing onder vacuum is opgenomen. Deze beide afdekkingen, die aan hun langsuiteinden aan elkaar zijn bevestigd, zijn zodanig in zowel longitudinale als transversale richting gebogen, dat deze afdekkingen in longitudinale richting zijn gevormd door sinusoïdale welvingen, terwijl in transversale richting pieken van deze welvingen zijn gekromd in de vorm van paraboloïden.

De aldus geconstrueerde bekende zonnecollector is in staat atmosferische drukken te weerstaan.

Een bezwaar van de bekende vacuum-zonnecollector is dat met name de bovenafdekking daarvan door de eerdergenoemde atmosferische druk een zogenaamde buigingslast moet weerstaan, hetgeen een behoorlijke materiaaldikte van deze bovenafdekking vereist. Bovendien geldt als nadeel van de bekende vacuum-zonnecollector dat de bovenafdekking een extra trekbelasting moet weerstaan door verschillen in uitzetting als gevolg van temperatuurveranderingen tussen de bovenafdekking enerzijds en de onderafdekking en de absorptieplaat anderz ij ds.

Het is het doel van de uitvinding een vacuum-zonnecollector te verschaffen, waarbij een geringe materiaaldikte van bijvoorbeeld de bovenafdekking mogelijk is en waarbij met name de bovenafdekking niet de eerdergenoemde extra belasting door verschillen in thermische uitzetting dient te weerstaan.

Hiertoe heeft een vacuum-zonnecollector van de in de aanhef vermelde soort volgens de uitvinding het kenmerk dat de bovenafdekking in hoofdzaak is gevormd door ten minste één, van buitenaf gezien hol gebogen plaat met een cirkelsegment-vormige dwarsdoorsnede. De ten minste ene van buitenaf gezien hol gebogen plaat correspondeert bij voorkeur nagenoeg met een cilindersegment of een bolsegment. Deze specifieke vorm van de bovenafdekking heeft tot gevolg dat de bovenafdekking nagenoeg geen buigingslast hoeft te weerstaan, zodat deze dunwandig kan worden uitgevoerd. Tevens wordt hierdoor bewerkstelligd dat de bovenafdekking uitstekend in staat is in lengterichting daarvan optredende uitzettingsverschillen als gevolg van temperatuurveranderingen op te vangen.

Onder lengterichting wordt in dit verband verstaan de richting langs het gebogen oppervlak van de bovenafdekking.

Een uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de absorptieplaat vrij kan uitzetten in een richting van de plaat loodrecht op een richting langs het gebogen oppervlak van de bovenafdekking. Dit heeft als voordeel dat de boven- en/of onderafdekking in deze richting van de plaat geen trekbelastingen ondergaat/ondergaan als gevolg van temperatuuruitzetting van de absorptieplaat.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de onderafdekking eveneens in hoofdzaak is gevormd door ten minste één, van buitenaf gezien hol gebogen plaat met een cirkelsegment-vormige dwarsdoorsnede. Ook deze ten minste ene van buitenaf gezien hol gebogen plaat correspondeert bij voorkeur nagenoeg met een cilindersegment of een bolsegment. Dit heeft met name als voordeel dat op de zonnecollector als geheel een symmetrisch krachtenevenwicht heerst.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de absorptieplaat zich in de behuizing bevindt en dat nagenoeg de gehele, door de behuizing begrensde binnenruimte evacueerbaar is.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de onderafdekking is gevormd door de absorptieplaat. Dit blijkt in de praktijk een zeer goedkope uitvoering te zijn, daar geen afzonderlijke onderafdekking noodzakelijk is.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de met de absorptieplaat verbonden kanalen met een opslagvat voor het warmtetransportmedium in verbinding staan.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de bovenafdekking in hoofdzaak is gevormd door ten minste twee, met elkaar verbonden, van buitenaf gezien hol gebogen platen, welke ieder corresponderen met een cilinder- of bolsegment en welke nagenoeg ter plaatse van verbindingspunten zijn ondersteund door een ondersteuningsrib. Doordat dan de ten minste twee platen holler gebogen (dat wil zeggen met een kleinere kromtestraal) kunnen worden uitgevoerd, zijn de hierin optredende trekkrachten kleiner, zodat een geringere materiaaldikte mogelijk is.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de onderafdekking eveneens in hoofdzaak is gevormd door ten minste twee, met elkaar verbonden, van buitenaf gezien hol gebogen platen, welke ieder corresponderen met een cilinder- of bolsegment en welke nagenoeg ter plaatse van verbindingspunten zijn ondersteund door een ondersteuningsrib.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat een plaat aanvankelijk buigslap is en pas onder invloed van atmosferische druk in bedrijfstoestand correspondeert met een cilinder- of bolsegment. Vóór bedrijf kan een dergelijke hol gebogen plaat bijvoorbeeld een parabolisch gebogen vorm hebben, doch in bedrijfstoestand - wanneer de atmosferische druk daarop rust - een met een cilinder- of bolsegment corresponderende vorm aannemen. Een dergelijke buigslappe plaat is bijvoorbeeld van een folie gemaakt.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de straal van een met het cilinder- of bolsegment corresponderende cilinder of bol kleiner is dan hetzij 5000 mm, hetzij 1000 mm, hetzij 250 mm.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de boven-en/of onderafdekking in hoofdzaak is vervaardigd uit al dan niet met vezel versterkte kunststof. Deze kunststof is bijvoorbeeld een thermohardende kunststof (bijvoorbeeld een polyester), doch bij voorkeur een thermoplastische kunststof.

Een verdere uitvoeringsvorm van een vacuum-zonnecollector volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de bovenen/ of onderafdekking in hoofdzaak is vervaardigd uit een laag vezels en een hierop met behulp van een hechtmiddel gehechte kunststof laag, waarbij hetzij een der lagen hetzij het hechtmiddel een geringe luchtdoorlaatbaarheid heeft. Deze geringe luchtdoorlaatbaarheid is van groot belang, daar de zonnecollector gedurende lange tijd onder vacuum moet kunnen opereren.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven figuren, waarbij

Figuren la en lb een zonnecollector volgens de uitvinding in langsdoorsnede respectievelijk in dwarsdoorsnede weergeven, waarbij de boven- en onderafdekking uit één, van buitenaf gezien hol gebogen plaat zijn gevormd;

Figuren 2a en 2b een zonnecollector volgens de uitvinding in langsdoorsnede respectievelijk in dwarsdoorsnede tonen, waarbij de boven- en onderafdekking uit drie, van buitenaf gezien hol gebogen platen zijn gevormd;

Figuren 2c en 2d het in figuur 2a met stippellijnen omkaderde deel van de zonnecollector weergeven, waarbij zijkanten van de zonnecollector een grotere respectievelijk kleinere hoogte hebben dan ondersteuningsribben;

Figuur 3 de zonnecollector van figuur 2a weergeeft met daaraan toegevoegd een geïntegreerd opslagvat;

Figuur 4a een zonnecollector volgens de uitvinding in langsdoornede toont, waarbij de onderafdekking is gevormd door de absorptieplaat en waarbij de bovenafdekking en de absorptieplaat uit drie, van buitenaf gezien hol gebogen platen zijn gevormd;

Figuur 4b een detail van de zonnecollector van figuur 4a weergeeft;

Figuur 5 de zonnecollector van figuur 4a toont met daaraan toegevoegd een geïntegreerd opslagvat;

Figuur 6 een detail van de zonnecollector van figuur 5 weergeeft;

Figuur 7 een segment van een bol toont, waarmee een van buitenaf hol gebogen plaat van een zonnecollector volgens de uitvinding kan corresponderen;

Figuur 8a een zonnecollector volgens de uitvinding zeer schematisch in perspectivisch aanzicht weergeeft, waarbij de van buitenaf hol gebogen platen elk corresponderen met het bolsegment volgens figuur 7;

Figuur 8b een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van de zonnecollector van figuur 8a zeer schematisch toont.

In de figuren la en lb onderscheidt men een absorptieplaat (1), geleidend verbonden met kanalen (2), die in verbinding staan met verzamelkanalen (3, 4) voor aan-respectievelijk afvoer van een transportmedium. Een transparante bovenafdekking (6) en onderafdekking (7) zijn gevormd uit één, van buitenaf gezien hol gebogen plaat, en zijn via zijkanten (5) met elkaar verbonden, waardoor een balancering van door de atmosferische druk opgewekte krachten, die op de afdekkingen (6, 7) werken, ontstaat. De van buitenaf gezien hol gebogen platen corresponderen met een cilindersegment, dat wil zeggen een segment met een dwarsdoorsnede in de vorm van een cirkeldeel. De zijkanten (5) kunnen, om warmteverlies te voorkomen, van een isolerend materiaal worden gemaakt en kunnen zonodig worden uitgevoerd, zoals weergegeven in figuur 6. De vormgeving van zijkanten (8) is aangepast aan de straal van de cilindervorm van de afdekkingen (6, 7) en kan bijvoorbeeld worden gemaakt door het vervormen van een in lengterichting doorgezaagde kunststof pijp. Doordat de absorptieplaat (1) in lengterichting wordt belast met in de boven- en onderafdekking (6, 7) optredende trekkrachten, dient deze absorptieplaat (1) bij voorkeur voldoende knikbestendig te zijn.

In de figuren 2a en 2b is een zonnecollector getoond corresponderend met die van de figuren la en lb, waarbij echter zowel de bovenafdekking (6) als de onderafdekking (7) zijn opgebouwd uit drie hol gebogen platen corresponderend met een cilindersegment. De hol gebogen platen worden ondersteund door ondersteuningsribben (9, 10), respectievelijk voor de boven- en de onderafdekking (6, 7). Deze ribben (9, 10) worden tegenover elkaar afgesteund op de absorptieplaat (1) en worden van een materiaal gemaakt met een lage warmtegeleidings-coëfficient. Zonodig kunnen in de absorptieplaat (1) plaatselijk sleuven worden aangebracht, waardoor de ribben (9, 10) tegen elkaar worden afgesteund.

De figuren 2c en 2d tonen het in figuur 2a met stippellijnen omkaderde deel van de daar weergegeven zonnecollector, waarbij de zijkant (5) een grotere respectievelijk kleinere hoogte heeft dan een ondersteuningsrib (9), zonder dat de kromtestraal van de afdekkingen (6, 7) daarbij verschilt.

In figuur 3 is dezelfde zonnecollector weergegeven als die in de figuren 2a en 2b, met dien verstande dat thans een geïntegreerd opslagvat (12) is toegevoegd, waarbij de verzamelkanalen (3, 4) met dit vat (12) zijn verbonden.

Als de absorptieplaat (1) warmer wordt dan de vloeistof in het opslagvat (12), zal door een zogenaamde thermo-syphonwerking een stroming optreden en het vat (12) worden verwarmd, uit dit vat (12) kan warmte worden onttrokken met behulp van een warmtewisselaar of met behulp van ribben aan de achterzijde, waarmee lucht wordt verwarmd.

In figuur 4a is een zonnecollector volgens de uitvinding weergegeven, waarbij de onderafdekking (7) is gevormd door de absorptieplaat (1), en waarbij zowel de bovenafdekking (6) als de absorptieplaat (1) uit drie, van buitenaf hol gebogen platen zijn gevormd, welke platen ieder wederom corresponderen met een cilindersegment. De drukkrachten als gevolg van atmosferische druk worden opgevangen door de ribben (9), terwijl de achterzijde is voorzien van ribben (11), die dienen om trekkrachten op te nemen en dus voldoende knikbestendig moeten zijn (zie figuur 4b). Deze ribben (11) bevorderen tevens de warmteoverdracht.

In figuur 5 is dezelfde zonnecollector getoond als die in figuur 4a, met dien verstande dat thans een geïntegreerd opslagvat (12) is toegevoegd.

In verband met de al eerdergenoemde uitzettingsverschillen ten gevolge van temperatuurveranderingen, dienen de afdekkingen bij voorkeur buigslap te zijn. Overeenkomstig de uitvinding zijn de boven- en onderafdekking (6, 7) dan vervaardigd uit een al dan niet met vezel versterkte kunststof. De eisen die worden gesteld, zijn: voldoende sterkte tegen trekbelasting, voldoende kruipbestendigheid en een geringe luchtdoorlatendheid. De bovenafdekking (6) dient bovendien transparant te zijn. De afdekking kan ook uit verschillende lagen worden opgebouwd, die op elkaar gelijmd worden. Bijvoorbeeld een mat van glasvezel of een andere transparante vezel kan gelijmd worden op een transparant materiaal of tussen twee lagen van transparant materiaal, zoals PPMA, PC, Teflon enz. Dit lijmproces zal bij voorkeur onder vacuum moeten plaatsvinden om insluitingen van lucht rondom de vezel te voorkomen. Wat betreft het terugdringen van de diffusiesnelheid kunnen één of meerdere lagen worden gemaakt van een materiaal met een grote weerstand tegen diffusie. Ook voor de substantie die als vulmiddel van de vezels wordt gebruikt, kan een samenstelling worden gekozen die een grote weerstand tegen diffusie van lucht geeft. Zonodig kan de transparante afdekking worden voorzien van een tranparante coating, die diffusie tegengaat. Het voorgaande geldt ook voor de onderafdekking (7), met dit verschil dat deze afdekking niet transparant hoeft te zijn. De onderafdekking kan ook aan de binnenzijde en/of aan de buitenzijde worden voorzien van een spiegelende laag, waarmee diffusie wordt tegengegaan en warmteverliezen aan de onderzijde worden verminderd.

De toelaatbare diffusiesnelheid is afhankelijk van de mate van onderdruk in de zonnecollector en het volume van de zonnecollector dat geëvacueerd is. Daarnaast kan er een aansluiting worden gemaakt, waarmee van tijd tot tijd de onderdruk weer op peil kan worden gebracht.

Figuur 7 geeft een segment van een bol weer, waarmee de van buitenaf hol gebogen platen van de bovenafdekking (6) van een zonnecollector overeenkomstig figuur 8a corresponderen. De met een bolsegment corresponderende hol gebogen platen van de bovenafdekking (6) uit figuur 8a zijn nagenoeg ter plaatse van (hoek)verbindingspunten ondersteund door ondersteuningsribben (13). Ter opvanging van langs randen van de bolsegment-vormige platen van de bovenafdekking (6) optredende verhoogde (trek)spanningen, is een netwerk (14) van bijvoorbeeld vezel versterkte strippen langs deze randen aangebracht.

Figuur 8b toont zeer schematisch een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van de zonnecollector van figuur 8a, waarbij tevens een absorptieplaat (1) en een kanaal (2) voor het transportmedium zijn weergegeven.

Claims (13)

1. Vacuum-zonnecollector voorzien van een absorptieplaat met daarmee verbonden kanalen voor aan- respectievelijk afvoer van een warmte-transportmedium, en van een in hoofdzaak door een bovenafdekking en een onderafdekking gevormde behuizing voor het ten minste tussen de bovenafdekking en de absorptieplaat vormen van een evacueerbare ruimte, met het kenmerk, dat de bovenafdekking in hoofdzaak is gevormd door ten minste één, van buitenaf gezien hol gebogen plaat met een cirkelsegment-vormige dwarsdoorsnede.

2. Vacuum-zonnecollector volgens conclusie 1, met het kenmerk. dat de absorptieplaat vrij kan uitzetten in een richting van de plaat loodrecht op een richting langs het gebogen oppervlak van de bovenafdekking.

3. Vacuum-zonnecollector volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de onderafdekking eveneens in hoofdzaak is gevormd door ten minste één, van buitenaf gezien hol gebogen plaat met een cirkelsegment-vormige dwarsdoorsnede.

4. Vacuum-zonnecollector volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de ten minste ene van buitenaf gezien hol gebogen plaat nagenoeg correspondeert met een cilindersegment of een bolsegment.

5. Vacuum-zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de absorptieplaat zich in de behuizing bevindt en dat nagenoeg de gehele, door de behuizing begrensde binnenruimte evacueerbaar is.

6. Vacuum-zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de onderafdekking is gevormd door de absorptieplaat.

7. Vacuum-zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de met de absorptieplaat verbonden kanalen met een opslagvat voor het warmtetransportmedium in verbinding staan.

8. Vacuum-zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bovenafdekking in hoofdzaak is gevormd door ten minste twee, met elkaar verbonden, van buitenaf gezien hol gebogen platen, welke ieder corresponderen met een cilinder- of bolsegment en welke nagenoeg ter plaatse van verbindingspunten zijn ondersteund door een ondersteuningsrib.

9. Vacuum-zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies onder verwijzing naar conclusie 3, met het kenmerk, dat de onderafdekking eveneens in hoofdzaak is gevormd door ten minste twee, met elkaar verbonden, van buitenaf gezien hol gebogen platen, welke ieder corresponderen met een cilinder- of bolsegment en welke nagenoeg ter plaatse van verbindingspunten zijn ondersteund door een ondersteuningsrib.

10. Vacuum-zonneco1lector volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een plaat aanvankelijk buigslap is en pas onder invloed van atmosferische druk in bedrijfstoestand correspondeert met een cilinder- of bolsegment.

11. Vacuum-zonnecollector volgens conclusie 9, met het kenmerk. dat de straal van een met het cilinder- of bolsegment corresponderende cilinder of bol kleiner is dan hetzij 5000 mm, hetzij 1000 mm, hetzij 250 mm.

12. Vacuum-zonnecollector volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de boven- en/of onderafdekking" in hoofdzaak is vervaardigd uit al dan niet met vezel versterkte kunststof.

13. Vacuum-zonnecollector volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de boven- en/of onderafdekking in hoofdzaak is vervaardigd uit een laag vezels en een hierop met behulp van een hechtmiddel gehechte kunststof laag, waarbij hetzij een der lagen hetzij het hechtmiddel een geringe luchtdoorlaatbaarheid heeft.