NO333508B1 - System for oppvarming av vaeske med solstraling - Google Patents

Abstract

Et system for oppvarming av væske med solstråling omfatter et antall solpanel (1, 2, 3, 4, 5), i det minste én tank for av oppvarmet væske og rør for sirkulering av væske mellom det respektive solpanel og den minst ene væsketank, idet væsken sirkulerer ved hjelp av termosifongvirkning. Det foreliggende system utmerker seg ved at i det minste to solpanel (1, 2) er forbundet med hverandre langs deres tilstøtende sidekanter (12, 14) og deres to ytre, frie sidekanter (13, 15) er plassert i et slikt innbyrdes forhold at et rom kan tildannes mellom solpanelene for opptak av den minst ene væsketank og sirkuleringsrørene.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system for oppvarming av væske med solstråling, omfattende minst ett solpanel, i det minste en tank for oppvarmet væske og rør for sirkulering av væske mellom det minst ene solpanel og den minst ene væsketank, idet væsken sirkulerer ved hjelp av termosifongvirkning.

Det finnes allerede mange systemer med bruk av ett eller flere solpanel for utnyttelse av solstråling til oppvarming av væske, så som vann til privat bruk. To ulike systemer av denne type vises i EP-patent nr. 0114005 og US-patent nr. 4685445.

I henhold til EP-patent nr. 0114005 er tanken for oppvarmet væske plassert i høyde over solpanelet og en pumpe sørger for sirkulering av væsken mellom disse. Videre brukes en særskilt innretning i form av et rørlegeme for korrekt orientering av væskestrømmen, plassert i strømningskretsen mellom solfanger og væsketank.

Systemet i henhold til US-patent nr. 4685445 skiller seg fra løsningen nevnt over ved bruk av termosifongvirking for sirkulering av oppvarmet væske. Derved kan bl.a. pumpen utelates og væsketanken plasseres i høyde med solpanelet. Forutsetningen for korrekt fluidstrømning er imidlertid at strømningskretsen har en helt spesiell utforming av rørene som forbinder solpanel og væsketank.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe til veie et system som har kompakt og effektiv oppbygning, og som har kortest mulig forløp av sirkuleringsrørene for væske og færrest mulig komponenter tilknyttet disse. Den baserer seg på den erkjennelse at sirkulasjon i et termosifongsystem oppnås gjennom svært små trykkforskjeller.

Dette hovedformål oppnås med et system av typen som er angitt innledningsvis, og som er kjennetegnet ved at sirkulasjonsrørene for væsken danner en del av en strømningskrets som omfatter strømningskanaler i det minst ene solpanelet og rør som frakter væske fra en øvre ende av solpanelet til den øvre enden av væsketanken og tilbake fra den nedre enden av væsketanken til den nedre enden av solpanelet, og at kretsen videre omfatter en ikke-forspent tilbakeslagsventil for styring av strømmen med oppvarmet væske fra det respektive solpanel, der ventilen er plassert i et parti av sirkuleringsrøret mellom øvre ende solpanelet og den minst ene væsketank, hvilken tilbakeslagsventil er avpasset for åpning og stengning ved en bestemt trykkforskjell i væskestrømmen fra solpanelet, og at tilbakeslagsventilen omfatter et ventilsete med en væskeåpning, et hovedsakelig horisontalt ventillegeme med en hovedsakelig flat underside, for åpning og stengning av væskeåpningen og en tapp for styring av bevegelsen til flottørlegemet og en spindel for å styre ventillegemets bevegelse.

Det har vist seg at et ventillegeme med en flat underside er av stor fordel. I stedet for at luft i systemet anses kun som en ulempe, vil små luftbobler som blir liggende på undersiden av den flate siden av ventillegemet bidra til å løfte ventillegemet så snart det oppstår en viss trykkforskjell. Luftboblene sørger for en sikker og bestemt løfting av ventillegemet til en helt åpen posisjon. Når ventilen er åpen forsvinner selvsagt luftboblene med væskestrømmen, men siden man da har fått åpnet ventilen helt, så vil den holdes åpen av væskestrømmen. Bidraget fra luftboblene hindrer også at ventillegemet blir stående å blafre i nesten lukket stilling.

Fordelaktige utførelses av oppfinnelsen oppnås ved de uselvstenige krav.

Innfangingen av solstråler kan økes ved anbringelse av et solpanel på de øvre endekanter av solpanelene som tildanner rommet for opptak av tank og sirkuleringsrør, og/eller to supplerende solpanel som hver for seg strekker seg utover fra og er forbundet med den frie sidekant av de respektive forbundne solpanel. Ved å la øvre ende av solpanelene som utgjør sideveggene i det tildannede rom, skråne nedover mot de forbundne sidekanter, vil mer av sollyset kunne passere over de midtre solpanel og falle inn mot de supplerende solpanel. Virkningsgraden av systemet kan økes ytterligere ved plassering av i det minste én reflektor for sollys direkte på og/eller i avstand fra det eller de angjeldende solpanel. Den minst ene væsketank i systemet har forutsetningsvis stor høyde i forhold til dens dimensjoner i tverrsnitt. Videre sikres korrekt strømning av oppvarmet væske fra det respektive solpanel ved hjelp av en tilbakeslagsventil som er plassert i et parti av sirkuleringsrøret mellom øvre ende av solpanelet og den minst ene væsketank, og som er avpasset for åpning og stengning ved et bestemt trykk i væskestrømmen fra solpanelet. Sirkuleringsrørene for væsken i systemet kan inngå i en strømningskrets som er åpen mot den respektive væsketank, og som består av væskekanaler i det respektive solpanel og et rør som henholdsvis leder væsken fra øvre ende av solpanelet til øvre ende av væsketanken og tilbake fra nedre ende av væsketanken til nedre ende av solpanelet. Derved tillates at oppvarmet vann og etterfyllingsvann henholdsvis tas fra og tilføres direkte i den minste ene væsketank. Alternativt kan sirkuleringsrørene for oppvarmet væske inngå en strømningskrets som er lukket mot den respektive væsketank, og som består av væskekanaler i det respektive solpanel og rørpartier som henholdsvis leder væsken fra øvre ende av solpanelet, gjennom den respektive væsketank og tilbake til nedre ende av solpanelet. I dette alternativ kan væsken i systemet fordelaktig være frostvæske, olje, sprit, etc. i stedet for vann.

Det er således den kombinerte bruk av flere solpanel som er satt sammen for å tildanne et rom for opptak av den minste ene væsketank og sirkuleringsrørene, i det minste en væsketank som har stor høyde i forhold til dens dimensjoner i tverrsnitt, og som er plassert nært opptil solpanelene, og bruk av en tilbakeslagsventil i det minste i det øvre parti av sirkuleringskretsen ved det respektive solpanel for å sikre at kun solpanel med ønsket temperatur på væsken avgir til væsketanken og således hindre at solpanel med for lav temperatur "stjeler" energi fra det aktive solpanel i systemet.

Utover dette skal som spesielle fordeler ved det foreliggende system kortfattet nevnes at det atmosfæriske trykk inne i den minst ene tank gir rask sirkulering og i tillegg stabil funksjon under lagringen av oppvarmet væske. Væsken som leveres har alltid høy temperatur, selv når systemet ikke er fulladet, og systemet er skalerbart ved tilpasning av størrelsen og formen på og/eller antallet solpanel. Dessuten er tilvirkningen rimelig, ettersom systemet har få komponenter og kort forløp av strømningskretsen for væske.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere med henvising til foretrukne utførelser

vist på de vedføyde tegninger, i hvilke:

fig. 1 viser skjematisk et sidehøyderiss av et system med flere solpanel i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser skjematisk et øvre enderiss av systemet vist på fig. 1,

fig. 3 viser skjematisk en annen utførelse av det foreliggende system supplert med en reflektor for sollys anbrakt direkte på solpanelet,

fig. 4 viser skjematisk et detaljutsnitt av en utførelse av en strømningskrets for sirkulering av væske mellom en tank og solpanelene i systemet vist på fig. 1,

fig. 5 viser skjematisk et detaljutsnitt av en annen utførelse av strømningskretsen,

fig. 6 viser høydesnitt av en tilbakeslagsventil avpasset for styring av væskestrømmen den respektive strømningskrets,

fig. 7 viser skjematisk et øvre enderiss av tilbakeslagsventilen vist på fig. 6,

fig. 8 viser skjematisk et høyderiss av en utførelse der systemet i henhold til oppfinnelsen er bygget inn i en husfasade, og

fig. 9 viser skjematisk et øvre enderiss av systemet vist på fig. 8.

Det foreliggende system for oppvarming av væske bruker konvensjonelle solpanel og sirkuleringen mellom solpanel og væsketank skjer med såkalt termosifongvirkning, dvs. uten anvendelse av pumpe. Selv om kun en tank for oppvarmet væske fra solpanelene vises på tegningene, vil det forstås at systemet ved behov kan omfatte flere enn denne ene tank. Systemet menes primært for bruk ved oppvarming av vann til privat formål i for eksempel småhusbebyggelse, så som villaer og hytter, svømmebasseng, etc. Videre kan systemet plasseres frittstående i omgivelsene eller på passende måte bygges inn i fasaden på selve huset. Under forhold med lite sollys kan jevn temperatur oppnås i systemet på forskjellige måter, for eksempel ved å ta i bruk strøm. Systemet kan også utstyres med varmepumpe på solpanelene for å få høyere temperatur på væsken, dvs. vannet.

Slik som vist på fig. 1, omfatter en foretrukket utførelse av systemet i henhold til oppfinnelsen to hovedsolpanel 1, 2, og tre supplerende solpanel 3, 4, 5. Hovedsolpanelene består altså av to stående solpanel som er forbundet med hverandre langs en av deres sidekanter 12,14. Samtidig er deres motsatte sidekanter 13,15 plassert i et slikt innbyrdes forhold at det tildannes et rom for opptak av en væsketank og en strømningskrets for væsken i systemet, bestående av særskilte rør eller rørpartier og væskekanaler i det respektive solpanel, slik som vist på fig. 4 og 5. Det ene supplerende solpanel 3 er plassert oppe på de øvre endekanter av hovedsolpanelene 1, 2, mens de to øvrige solpanel 4, strekker seg utover fra og er forbundet med hver sin frie sidekant av hovedsolpanelene 1,2.

De to stående hovedsolpanel 1, 2 er her satt med en vinkel på 90°, men denne vinkel kan selvsagt varieres. Bruk av flere stående hovedsolpanel er også mulig, for eksempel tre som er slik plassert at det fremre strekker seg parallelt med de supplerende solpanel 4, 5 og de to øvrige strekker seg bakover, enten i rett vinkel fra eller på skrå i forhold til det fremre stående solpanel. Alternativt kan hovedsolpanelene være buet, med to eller flere satt sammen for a tildanne et rom med delsirkulært tverrsnitt for opptak av væsketanken og sirkuleringsrørene.

Ved å la øvre kant av de to stående solpanel 1, 2 skråne fremover mot sidekantene 12, 14 som er forbundet med hverandre, vil mer av sollys falle inn mot de stående supplerende solpanel, slik at systemet blir mer effektivt. Effekten kan økes ytterligere ved anbringelse av én eller flere reflektorer for sollys i tilknytning til det foreliggende sys tem, dvs. med inntil 30 % per reflektor. Hver enkelt reflektor 16 kan plasseres direkte på det angjeldende solpanel, slik som vist på fig. 3, eller i passende avstand fra dette, for eksempel settes direkte på bakken (ikke vist). Reflektorene kan eventuelt være vendbare, slik at de på passende mate kan innstilles manuelt eller automatisk i forhold til varierende høyde og/eller stilling av solen. Et frittstående system kan fa øket effekt ved anbringelse av stående solpanel på baksiden av de supplerende solpanel 4, 5 og over åpningen i rommet for opptak av bl.a. væsketanken 6.

Tanken 6 for opptak av væsken som sirkulerer i det foreliggende system, er av stående type, med stor høyde i forhold til dens dimensjoner i tverrsnitt, og er

som allerede nevnt plassert i rommet tildannet bak de to stående hovedsolpanel 1, 2 som er forbundet med hverandre. Slik som vist på fig. 4, sirkulerer væsken i en strømningskrets som omfatter selve væsketanken 6, og som ellers består av væskekanaler 21 i det respektive stående hovedsolpanel 1, 2 og separate ror 7, 8 som henholdsvis leder væsken fra øvre ende av solpanelet til øvre ende av

væsketanken og tilbake fra nedre ende av væsketanken til nedre ende av solpanelet. Strømningskretsen for hvert enkelt av de stående supplerende solpanel 4, 5 vil ha tilsvarende oppbygning. Videre har det liggende supplerende solpanel 3 en strømningskrets som består av væskekanalene 21 i dette og separate rør 23, 24, 25 til og fra væsketanken 6. De ulike øvre rør 7, 23 og nedre rør 8, 24 kan føres hver for seg inn i og ut av væsketanken 6, eller eventuelt knyttes sammen for samlet inngang og utgang.

I den alternative utførelse vist på fig. 5 er strømningskretsen lukket mot væsketanken 6, og består av væskekanalene 21 i det respektive stående hovedsolpanel 1, 2 og rørpartier 9, 10, 11 som henholdsvis leder væsken fra øvre ende av solpanelet, gjennom væsketanken og tilbake til nedre ende av solpanelet, I denne utførelse fores strømningskretsen for det liggende hovedsolpanel 3 og de to supplerende solpanel 4, 5 på samme lukkede måte gjennom væsketanken 6. Væsken fra de ulike solpanel kan føres gjennom væsketanken 6 ved hjelp av ett felles eller flere vertikale rørpartier 10.

Utførelsen av strømningskretsen vist på fig. 4 er spesielt gunstig ved direkte

uttak av oppvarmet vann til forbruk fra og etterfylling av nytt vann i væsketanken 6. Dette hindrer imidlertid ikke at det kan benyttes en separat varmeveksler som er plassert i tilknytning til væsken i væsketanken, og som overfører varmeenergi til vann utenfor denne. Strømningskretsen vist på fig. 5 egner seg spesielt godt i

de tilfeller der oppvarmet vann ikke skal tas ut direkte fra væsketanken 6, men varmeenergi overføres videre ved hjelp av en varmeveksler 22 eller tilsvarende som er anbrakt på passende mate i denne. I slike tilfeller kan det anvendes en annen væske, så som frostvæske, olje, enn vann i systemet.

Korrekt styring av strømmen med oppvarmet væske i strømningskretsen sikres ved hjelp av en tilbakeslagsventil 17 som er plassert i hvert enkelt av det øvre rør 7, 23 eller rørparti 9 mellom det respektive solpanel 1, 2, 3, 4, 5 og væsketanken 6, slik at tilbakeslagsventilen 17 utgjør høyeste punkt i strømningskretsen. Tilbakeslagsventilen 17 er dessuten avpasset for åpning og stengning ved et bestemt trykk i væsken fra solpanelet. Dette innebærer at strømningskretsene vil åpnes og stenges i pulser, slik at det varmeste solpanel først kan tappes for varmeenergi. Følgelig vil tilbakeslagsventilen 17 i den respektive strømningskrets åpne og lukke seg vekselvis, etter hver som trykket stiger og faller til det aktuelle nivå. Hver enkelt tilbakeslagsventil 17 er utstyrt med et innebygget ekspansjonskammer 29 som har en passende lufteventil 30 for å slippe ut eventuelle luftblærer som ellers kunne stanse systemet. Tilbakeslagsventilen 17 kan eventuelt utstyres med et større separat ekspansjonskammer 32, se fig. 5. Ved behov kan sirkuleringskretsen i tillegg forsynes med ytterligere en tilbakeslagsventil 31 av passende type plassert ved de nedre rør 8, 24, 11 se fig. 4 og 5.

Ekspansjonskamrene 29, 32 tar således hånd om eventuell skumdannelse fra væsken i kretsen. Før driften settes i gang, fylles kretsen opp til et nivå, der væsken står over det øvre sirkuleringsrør, og deretter trykksettes systemet med luft. Eventuell komprimering av denne luften forhindrer at kretsen sprenges. Når tanken og kretsen er koblet sammen, kan det i tillegg monteres doble trykkventiler (ikke vist), slik at av systemet kan stenge ved et visst trykknivå. Etter en slik stengning må systemet på ny aktiveres og trykksettes.

Slik som vist på fig. 6 og 7 omfatter tilbakeslagsventilen 17 i tillegg til de deler som allerede er nevnt over, et ventilsete 18 med en midtre væskeåpning, et bevelig flottørlegeme 19 for åpning og stengning av væskeåpningen og en tapp 20 for styring av bevegelsen til flottørlegemet. Tappen 20 er, slik som vist på fig.

7, festet til ventilhuset ved hjelp av for eksempel tre staver. Flottørlegemet 19 har omvendt konusform. Derved hindres at tilbakeslagsventilen 17 åpner seg, når oppvarmet væske kommer fra "feil" retning. For å bevirke åpning og stengning av tilbakeslagsventilen 17 er flottørlegemet 19 innrettet for a reagere på en bestemt trykkforskjell i kretsen. Flottørlegemet må nærmere bestemt balanseres på en slik måte som gjør at det løftes opp fra og senkes ned mot ventilsetet 18, på grunn av trykkforskjellen som oppstar når temperaturen i væske endres i forhold til en gitt verdi. Dette innebærer at flottørlegemet 19 må dimensjoneres i forhold til endringen i væskens tetthet under den aktuelle temperaturendring enten oppover eller nedover. Hver enkelt krets kan, slik som skjematisk vist på fig. 5, også utstyres med en nedre enveisventil av samme type som den øvre enveisventil 17, unntatt ekspansjonskamrene og lufteventilen. Derved stilles det mindre krav til nøyaktig dimensjoneringen av flottørlegemet 19, ettersom det opprettes to forskjellige trykksoner i systemet. Aktuelle material for ventilhuset er messing, stål, akryl, kompositt, etc, for flottørventilen silikon, akryl, nylon, kompositt, etc. og for setet og styretappen messing, stål, etc.

Slik som skjematisk vist på fig. 8 og 9, kan det foreliggende solfangersystemet gjerne bygges inn i fasaden på et bolighus eller en annen bygning, sa som et fritidshus, etc. den viste utførelse består systemet av kun de to hovedsolpanel 1, 2 som er anbrakt ved hushjørnet, og som flukter med utsiden av husfasaden. Det vil imidlertid forstås at for eksempel solfangersystemet vist på fig. 1 like gjerne kan brakes, med de to supplerende stående solpanel 4, 5 plassert på et passende sted på en av husfasadene og i flukt med dens ytreside. I dette tilfellet vil de to stående hovedsolpanel 1, 2 og det liggende supplerende solpanel 3 strekke seg utover i forhold til husfasaden.

Claims (10)

1. System for oppvarming av væske med solstråling, omfattende minst ett solpanel (1, 2, 3, 4, 5), i det minste en tank (6) for oppvarmet væske og rør (7, 8; 9, 10, 11) for sirkulering av væske mellom det minst ene solpanel og den minst ene væsketank, idet væsken sirkulerer ved hjelp av termosifongvirkning,karakterisert vedat sirkulasjonsrørene for væsken danner en del av en strømningskrets som omfatter strømningskanaler i det minst ene solpanelet og rør som frakter væske fra en øvre ende av solpanelet til den øvre enden av væsketanken og tilbake fra den nedre enden av væsketanken til den nedre enden av solpanelet, og at kretsen videre omfatter en ikke-forspent tilbakeslagsventil (17) for styring av strømmen med oppvarmet væske fra det respektive solpanel, der ventilen er plassert i et parti av sirkuleringsrøret mellom øvre ende solpanelet og den minst ene væsketank, hvilken tilbakeslagsventil (17) er avpasset for åpning og stengning ved en bestemt trykkforskjell i væskestrømmen fra solpanelet, og at tilbakeslagsventilen (17) omfatter et ventilsete (18) med en væskeåpning, et hovedsakelig horisontalt ventillegeme (19) med en hovedsakelig flat underside, for åpning og stengning av væskeåpningen og en tapp (20) for styring av bevegelsen til flottørlegemet og en spindel for å styre ventillegemets bevegelse.

2. System ifølge krav 1, karakterisert vedat arealet til ventillegemets hovedsakelig flate underside er betydelig større enn tverrsnittet til sirkulasjonsrørene.

3. System ifølge krav 1, karakterisert vedat ventillegemet har større tetthet enn den oppvarmede væsken.

4. System ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert vedat i det minste to solpanel (1, 2) er forbundet med hverandre langs deres tilstøtende sidekanter (12, 14) og deres to ytre, frie sidekanter (13, 15) er plassert i et slikt innbyrdes forhold at et rom kan tildannes mellom solpanelene for opptak av den minst ene væsketank og sirkuleringsrørene,

5. System ifølge krav 4, karakterisert vedat øvre ende av solpanelene (1, 2) som utgjør sideveggene i det tildannede rom, skråner nedover mot de forbundne sidekanter (12, 14) og er tildekket ved hjelp av et solpanel (3) plassert oppå de forbundne solpanel.

6. System i følge krav 4 eller 5, karakterisert vedat et solpanel (4, 5) strekker seg utover fra og er forbundet med den frie sidekant (13,15) av de respektive forbundne solpanel (1, 2).

7. System ifølge hvilket som heist av de foranstående krav,karakterisert vedat i det minste en reflektor (16) for sollys er plassert direkte på og/eller i avstand fra det eller de angjeldende solpanel.

8. System ifølge hvilket som heist av de foranstående krav,karakterisert vedat den minst ene væsketank (6) har stor høyde i forhold til dens dimensjoner i tverrsnitt.

9. System ifølge hvilket som helst av de foranstående krav,karakterisert vedat sirkuleringsrørene for væsken inngår i en strømningskrets som er åpen mot den respektive væsketank, og som består av væskekanaler (21) i det respektive solpanel og roe (7, 8) som henholdsvis leder væsken fra øvre ende av solpanelet til øvre ende av væsketanken og tilbake fra nedre ende av væsketanken til nedre ende av solpanelet.

10. System ifølge hvilket som helst av de foranstående krav 1-9,karakterisert vedat sirkuleringsrørene for væsken inngår en strømningskrets som er lukket mot den respektive væsketank, og som består av væskekanaler (21) i det respektive solpanel og rørpartier (9, 10,11) som henholdsvis leder væsken fra øvre ende av solpanelet, gjennom den respektive væsketank og tilbake til nedre ende av solpanelet.