NO143824B - I anordning for oppvarming av en vaeske ved hjelp av solenerg - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning

for oppvarming av en væske, fortrinnsvis vann, ved hjélp av solenergi der væsken oppvarmes ved at solstrålene belyser en flate med hvilken væsken står i kontakt.

I den senere tid er det presentert et flertall slike anordninger i forbindelse med oppvarming av vann i eneboliger hvor anordningen, en såkalt solfanger, er beregnet til å bli plassert på husets tak. Det oppvarmede vann er vanligvis beregnet til å bli lagret i en vanntank i selve huset.

En solfanger består ofte av en svart, matt flate mot hvilken solstrålene faller inn og et rørsystem inneholdende vann hvilket står i metallisk og dermed varmeledende kontakt med nevnte flate.

På nordlig beliggende steder, som f.eks. i Sverige,

er solens strålingsintensitet relativt lav i en stor del av året, og lavest på vinteren. Perioden med den lave strålingsintensitet faller sammen med den kaldere periode av året. Kjente anordninger er oftest utført som ovenfor nevnt, men

det er også kjent å konsentrere solstrålingen ad optisk vei for derved å forhøye det oppvarmede vanns temperatur. Dette er et ønskemål ettersom det er mer hensiktsmessig fra anvendelses-synspunkt å lagre vann av en slik temperatur at det kan anvendes som varmtvann, dvs. minst 60°C. I løpet av den kalde del av året kjøles solfangeren hvorved det med hittil kjente utførelser er vanskelig å oppnå nevnte vanntemperatur.

Det er imidlertid stor fare ved å konsentrere lyset med konvensjonelle linser eller speiler i og med at det vann som strømmer gjennom selfangeren og oppvarmes samtidig, kjøler denne. Hvis denne kjøling opphører på grunn av at vannet slutter å strømme gjennom solfangeren, kan denne skades på grunn av overoppheting. Endog brannfare for huset foreligger.

Det er således ønskelig å konsentrere solstrålene samtidig som en overoppheting av anordningen på grunn av en forstyrrelse i vannets sirkulasjon avhengig av f.eks. en feil på en pumpe, ikke skal være mulig.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning der solstrålene konsentreres samtidig som anordningen er av en slik beskaffenhet at den ikke kan overopphetes på grunn av en forstyrrelse i vannets sirkulasjon.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for oppvarming av vann ved hjelp av solenergi omfattende ett eller flere varmeopptagende organer med en øvre flate, fortrinnsvis av et metallisk materiale, hvilket organ er anordnet til å være væskeførende.

Den foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved at en eller flere linser er anordnet over nevnte organs øvre flate i en viss avstand fra nevnte organ, hvilke linser ut-gjøres av et skall inne i hvilket det forefinnes et lysbrytende medium som består av nevnte væske.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere i forbindelse med tegningen hvor

fig. 1 er et oversiktsriss av en anordning ifølge oppfinnelsen anordnet på en enebolig,

fig. 2 viser en del av anordningen ifølge fig. 1

sett fra siden,

fig. 3 viser en del av anordningen sett ovenfra,

fig. 4 viser et linse- og varmeopptagende organ til-hørende anordningen, sett i et snitt på tvers av linsens lengdeakse,

fig. 5 viser anordningens hus og varmeopptagende organ sett vinkelrett mot linsens lengdeakse.

Fig. 1 viser en anordning ifølge oppfinnelsen betegnet med henvisningstallet 1 plassert på taket til en enebolig 2. Dette omtales i det etterfølgende idet væsken forutsettes å bestå av vann. Ved anvendelse av anordningen 1 for oppvarming av vann til et hus 2 bygges huset med en hensiktsmessig takvinkel slik at anordningens normalretning er slik at maksimal solenergi treffer anordningen. Videre rettes anordningens normalretning mot syd.

I fig. 2-5 vises forskjellige snitt av et utførelses-eksempel av.en anordning ifølge oppfinnelsen.

Anordningen omfatter et -flertall linser 3 hvilke er anordnet parallelt med hverandre, se fig. 1-3- Videre omfatter anordningen varmeopptagende organer 4 hvilke ér forsynt med et væskeførende hulrom'13. De varmeopptagende organer kan f.eks. bestå av en kanal med et rektangulært tverrsnitt i hvilken kanal væsken, vannet føres frem. En øvre flate 5 hvilken er plan og plassert vinkelrett på den optiske akse til en linse 3 som tilhører organet 4, er hensiktsmessig svart og matt. Denne øvre flate 5 er tilpasset i størrelse slik at det mot den respektive linje innfallende lys etter lysbryting i linsen, kan opptas hovedsakelig helt på nevnte flate.

Nevnte organer 4 er anordnet parallelt- med hverandre og plassert på den ovenfor angitte måte i forhold til en til hvert organ 4 tilhørende linse 3-

Hver linse 3 har en langstrakt, hovedsaklig sylindrisk form hvis tverrsnitt 3' har en hovedsakelig oval form slik at parallelt lys betegnet med 6, som faller inn parallelt med sylinderens ovale tverrsnitts lille akse, hvilken utgjør linsens optiske akse, brytes til et smalt langstrakt område i en viss avstand fra sylinderen. Nevnte områdes størrelse stemmer overens hovedsakelig med størrelsen til organets 4 øvre flate 5»

Hver linse 3 utgjøres av et skall 7 hensiktsmessig

av en transparent plast. Endog andre transparente materialer kan selvsagt komme på tale. Linsens 3 ytre skall 7 danner et hulrom i linsen, hvilket hulrom er anordnet til å være væskeførende. For dette formål forefinnes en åpning 8 i linsen 3 for tilførsel av væske og en åpning 9 i linsen 3 for avtapping av væske. Nevnte væske, hvilken som ovenfor nevnt, her er eksemplifisert med vann, betegnes med henvisningstallet 10. Tilførselsåpning 8 resp.avtåppningsåpning 9 er hensiktsmessig plassert i linsens 2 respektive gavler 11,12 hvilke hensiktsmessig består av samme materiale som linsen 3 forøvrig. Som ovenfor nevnt utgjøres det lysbrytende medium i det av linsens 3 skall 7 dannede hulrom, av nevnte væske, f.eks. vann.

Dette innebærer at linsen 3 kun er .virksom som lysbrytende organ når linsen er fylt med vann. Linsen 3 taper sin lysbrytende virkning allerede ved en mindre volumminskning av vann i linsen i en slik grad at det varmeopptagende organs 4 øvre flate 5 treffes av en mindre lysmengde enn den som faller inn mot linsen. Således kommer ved en volumminskning av vann i linsen, nevnte øvre flate 5 til å anta en lavere temperatur enn om vannvolumet i linsen er det beregnede. Når linsen ikke inneholder noe vann, tilsvarer lysmengden som treffer nevnte øvre flate 5, lysmengden for solstråiing mot flaten 5. Ved anvendelse av linser for å bryte lyset til en mindre flate enn linsens flate, oppnås en økning av energitettheten hvorved en høyere vanntemperatur kan oppnås i det varmeopptagende organ 4. Den ønskede temperatur på vannet oppnås ved hjelp av en hensiktsmessig kombinasjon av linsens utformning, størrelse av det varmeopptagende organs 4 øvre flate 5 og vannstrømning gjennom nevnte organ. Imidlertid innebærer en lysbryting for å oppnå en høyere temperatur hos nevnte organ, en fare for overoppheting av organet i det tilfellet at en forstyrrelse eller opphør av vanntilførselen til organet skulle inntreffe.

I den hensikt at nevnte organ 4 skal kunne beskyttes mot overoppheting og dermed skader samt eliminere eventuell brannfare som følge av overopphetingen, for huset 2, står en av hver linses to åpninger i forbindelse med det væskeførende hulrom 3 i det varmeopptagende organ som tilhører de respektive linser slik at ved opphør eller minskning til en forutbestemt grad av vannmengden i organet 4, minsker vannmengden i linsen slik at dens lysbrytende effekt minsker.

Dette muliggjøres fortrinnsvis ved at et tilslutnings-rør 14 til linsens 3 tilførselsåpning 8 er knyttet til en pumpe 15 hvilken pumper inn kaldt vann i systemet. Videre er endog avtapnir.gsrøret 16 fra linsen 3 tilsluttet nevnte pumpe 15 på dennes sugeside slik at det fra linsens 3 avtappede kalde vann atter pumpes inn i systemet. Videre går et ytter-ligere rør 17 ut fra tilførselsrøret 14, gjennom hvilket ytter-ligere rør 17 vann pumpes inn i det varmeopptagende organ 4. Dette organ 4 er videre forsynt med et utløpsrør 18 gjennom hvilket oppvarmet vann strømmer til en oppsamlingstank for varmt vann, radiatorer etc. Kaldt vann tilføres systemet fra en kaldtvannsledning 27 hvilken er tilsluttet på pumpens 15 sugeside. Pilene i fig. 5 angir vannets strømningsretning.

Når en forstyrrelse eller et opphør av vanntilførselen fra kaldvannsledningen 27 skjer, kommer således det i linsen 3 værende vann til å bli pumpet delvis gjennom det varmeopptagende organ 4 og transporteres fra systemet via dettes utløps-rør'l8 hvorved vannvolumet i linsen minsker. Hvis pumpen 15 opphører å fungere, kommer vannet i' systemet til å bli sugd ut av dette på grunn av hevertvirkningen, gjennom utløpsrøret 18. Ved vannminskning i systemet erstattes vannvolumet av luft som' strømmer inn i systemet via en ventil 19 av hensiktsmessig kjent type plassert f.eks. ved tilførselsåpningen til hver linse 3.

Under den kalde del av året kan, blant annet når væsken i systemet består av vann, en viss oppvarming av det vann som forefinnes i linsen 3 være nødvendig for å forhindre frysing av det i linsen 3 forekommende vann. Denne oppvarming skjer ved at en del av det oppvarmede vann som strømmer i ut-løpsrøret 18 føres via en innstillbar strømningsventil 20 og et rør 21 til tilførselsrøret 14 til linsen 3. Ventilen 20 er av kjent hensiktsmessig type hvilken er anordnet til å bli på-virket av luftens utetemperatur slik at en hensiktsmessig temperatur på det vann som skal føres inn i linsen, oppnås.

Nevnte organ er hensiktsmessig utformet med et flertall indre vegger 22,23,24 mot hvilke vannet er beregnet å strømme i den hensikt å gjøre den varmeavledende flate i organet 4 så stor som mulig eller ønskelig. For dette formål er det kjent et flertall hensiktsmessige konstruktive løsninger.

Organene 4 er festet i en plate 25 hvilken er felles for hele anordningen. Fra platen 25 rager det opp støtteben 26 hvilke bærer'linsene 3- Støttebenene 26 er ved stedet for samvirkning med en linse 3 utformet etter linsens ytre kurvatur. Platen 25 kan hensiktsmessig anordnes dreibar med hensyn til dens normalretnings helling mot horisontalplanet, og den kan også selvsagt være dreibar med hensyn til sin normale retnings-vinkel mot syd. Imidlertid er den sistnevnte dreiningsmulighet ikke like hensiktsmessig } da de sylindriske langstrakte linser gir en strålekonsentrasjon hvis størrelse varierer relativt lite om lyset faller inn med en vinkel som noe overskrider eller underskrider 90° mot sylinderens lengdeakse, forutsatt at lyset er parallelt med linsens optiske plan. Linsens 3 ut-forming medfører således en stor fordel for energiutbyttet mellom innfallende energi i form av stråling og oppnådd strålingsenergi som treffer nevnte organ når anordningen er fast montert med linsene liggende i et horisontalplan.

Oppfinnelsen kan selvsagt også tilpasses til runde konvekse linser eller linser av en annen utformning, eller linsesystem.

Andre lysbrytende medier enn vann kan anvendes, f.eks. en vann-glykolblanding eller en vann-alkoholblanding. Herved utgjør organet 5, ledningene 16, 14,21 og pumpen 15 samt linsen 3 et sluttet system. Ledningen 27 anvendes herved kun for påfylling av systemet og ledningen 18 kun for avtapping av systemet. Hensiktsmessig plasseres et ekspansjons-kar i tilslutningen til ventilen 19.

Ved denne siste utførelses form er organene 5 utført som en varmeveksler der et system inneholder den sirkulerende væske 10 og et system inneholder f.eks.'vann. Varmeenergi overføres fra væsken 10 til et medium, f.eks. vann, som skal oppvarmes og deretter transporteres til en beholder for lagring av nevnte medium, radiatorer etc. Varmeveksleren kan være av hensiktsmessig kjent type.

Som ovenfor nevnt er linsene 3 resp. organene 4 plassert innbyrdes parallelle. Organene kan være innbyrdes parallellkoplet slik som antydet i fig. 2, men de kan også være seriekoplet. Imidlertid er det hensiktsmessig å ha organene 4 innbyrdes parallellkoplet. Hver og en av linsene bør være koplet til respektive organer slik som ovenfor be-skrevet, men kan også være koplet på annet hensiktsmessig vis.

Oppfinnelsen skal ikke anses begrenset til de ovenfor angitte eksempler, men kan varieres innen den av de etterfølgende patentkrav angitte ramme.

Claims (6)

1. Anordning Tor oppvarming av en væske, fortrinnsvis vann, ved hjelp av solenergi omfattende et eller flere varmeopptagende organer med en øvre flate, fortrinnsvis av et metallisk materiale, hvilke organer er anordnet til å være væskeførende, karakterisert ved at en eller flere linser (3) er anordnet over nevnte organers (4) øvre flate (4) i en viss avstand fra nevnte organer (4), hvilke linser (3) utgjøres av et skall (7) inne i hvilket det fore finnes et lysbrytende medium som består av nevnte væske (10).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hver linse (3) er anordnet til å være væskeførende idet det, forefinnes en åpning (8)for tilførsel av væske til linsen (3) og en åpning (9) for avtapping av væske fra linsen (3) i linsens skall (7).

3. Anordning, ifølge krav 2,. karakterisert ved at en av hver linses (3) to åpninger (8,9) står i forbindelse med et væskeførende hulrom (13) i det til den respektive linses (3) hørende varmeopptagende organ (4) slik at ved opphør eller minskning til en forutbestemt grad av vannmengden i organet (4), minsker vannmengden i linsen (3) slik at dens lysbrytende effekt nedsettes.

4. Anordning ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at hver linses (3) skall (7) utgjøres av en transparent plast.

5. Anordning ifølge krav 1,2,3,4 eller 5, karakterisert ved at hver linse (3) har en langstrakt, hovedsakelig sylindrisk form hvis tverrsnitt (3') har en hovedsakelig oval form slik at parallelt lys (6) som faller inn parallelt med sylinderens ovale tverrsnitts lille akse, hvilken utgjør linsens optiske akse, brytes til et smalt langstrakt område i en viss avstand fra sylinderen.

6. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at et flertall linser (3) er anordnet innbyrdes parallelle■og-at nevnte organer (4) er anordnet innbyrdes parallelle og at hvert organs (4) øvre flate (5) er plassert vinkelrett mot organets (4) tilhørende linses (3) optiske akse eller optiske plan.