SE510601C2

SE510601C2 - A solar energy collector

Info

Publication number: SE510601C2
Application number: SE9703787A
Authority: SE
Inventors: Gunnar Broems
Original assignee: Vattenfall Ab
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-06-07
Also published as: WO1999020955A1; AU9469798A; SE9703787D0; SE9703787L

Abstract

A solar-collecting assembly comprises a liquid tank built-in in a detached house and an at least partly solar ray transmitting outside wall shell which extends between a plane bottom part (18) and a top part (17). Furthermore, collectors (5) are arranged on the inside of the outside wall shell which collectors, like the shell, extend at an angle to the bottom part (18). More precisely, this inclination angle is within the range of 81-85 DEG with the purpose of bringing about maximum insolation and thereby optimum absorption of heat during seasons when the altitude of the sun is low.

Description

15 510 601 nade i tämligen begränsade eller flacka vinklar mot tillhörande 2 horisontella bottendelar. I de föredragna utföranden som exemp- lifieras i de tre förstnämnda publikationer varierar sålunda väggskalens lutningsvinkel relativt horisontalplanet i huvudsak inom området 30-60°, medan de halvsfäriska väggskalen enligt de båda sistnämnda publikationerna har större delen av sin yta vänd vertikalt uppåt. Att på detta sätt eftersträva ett maxi- malt värmeutbyte under perioder då solen står högt på himlen är i och för sig lovvärt i sådana tillämpningsfall då värmebehovet är stort under just sommarperioden, vilken på det norra halv- klotet generellt infaller under perioden maj-augusti (med maxi- mal solhöjd under juni-juli). I de allra flesta fall är emel- lertid husägares värmebehov icke störst under årets varmaste period utan fastmer under de kallare perioderna därav. Det praktiska resultatet blir därför alltför ofta att solfångar- aggregaten under den varma, solintensiva perioden producerar överskottsenergi som i avsaknad av lagringsmöjligheter icke över huvud taget låter sig tillgodogöras samtidigt som de under den kallare årstiden, då husägarnas värmebehov är betydligt större, endast ger ett mediokert energitillskott. 15 510 601 at rather limited or flat angles to the associated 2 horizontal bottom parts. In the preferred embodiments exemplified by lifieras in the first three publications thus varies the angle of inclination of the wall shell relative to the horizontal plane substantially in the range 30-60 °, while the hemispherical wall shells according to the both of the latter publications have most of their surface turn vertically upwards. To strive in this way for a maximum ground heat exchange during periods when the sun is high in the sky is per se commendable in such application cases when the heat demand is large during the summer period, which in the northern the globe generally falls during the period May-August (with maxi- mal sun height during June-July). In the vast majority of cases, However, homeowners' heating needs are not greatest during the hottest of the year period without firmer during the colder periods thereof. The the practical result is therefore too often that solar collectors the units produce during the hot, solar-intensive period excess energy which in the absence of storage facilities does not at all can be assimilated at the same time as those below the colder season, when homeowners' heat needs are significant larger, only provides a mediocre energy supplement.

Qppfinninqens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda brist hos tidigare kända solfångaraggregat och skapa ett förbättrat solfångaraggregat. Ett grundläggande syfte med upp- finningen är sålunda att skapa ett solfångaraggregat som i och för sig ger avkall på värmeupptagningen under årets allra var- maste period, men som i gengäld säkerställer optimal värmeupp- tagning under årets kallare perioder. Det är även ett syfte att skapa ett solfångaraggregat av statisk eller passiv typ som är konstruktivt enkelt och därmed billigt att tillverka. Aggrega- tet skall även ha en estetiskt tilltalande form med en för en given värmeupptagningsförmåga minimal basyta som gör det möj- ligt att uppställa aggregatet i ett fristående tillstånd i vil- ket detsamma varken stör omgivningen eller tar i anspråk stor underlagsyta.The objects and features of the invention The present invention aims at eliminating the above mentioned deficiency of previously known solar collector assemblies and create a improved solar collector unit. A basic purpose of the finding is thus to create a solar collector unit as in and alone gives up heat absorption during the year's very var- period, but which in turn ensures optimal heat taking during the colder periods of the year. It is also a purpose to create a solar collector unit of static or passive type that is constructively simple and thus cheap to manufacture. Aggrega- shall also have an aesthetically pleasing shape one by one given heat absorption capacity minimal base area which makes it possible it is possible to set up the unit in a stand-alone condition in the same does not disturb the environment or take up much space substrate surface.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet medelst de särdrag som är angivna i patentkravets 1 kän- 510 601 netecknande del. Fördelaktiga utföranden av uppfinningen är vi- dare definierade i de osjälvständiga kraven. 3 Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en perspektivvy av ett första utförande av solfångarag- gregatet enligt uppfinningen, Fig 2 en delvis genomskuren sidovy av samma aggregat, Fig 3 en planvy ovanifrán av aggregatet enligt fig 1 och 2, Fig 4 en planvy ovanifrán av ett alternativt utförande av agg- regatet enligt uppfinningen, Fig 5 en vertikal, partiell sektion genom aggregatet enligt fig 4, Fig 6 en horisontell, partiell sektion genom samma aggregat, Fig 7 en schematisk perspektivvy illustrerande hurusom aggre- gatet låter sig uppställas i anslutning till ett småhus, och, Fig 8 en schematisk illustration av i aggregatet ingående in- vändiga komponenter.According to the invention, at least the basics are achieved the purpose by means of the features set out in claim 1 of 510 601 net drawing part. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims. 3 Brief description of the accompanying drawings The drawings are: Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of a solar collector device; the assembly according to the invention, Fig. 2 is a partially sectioned side view of the same unit, Fig. 3 is a plan view from above of the assembly according to Figs. 1 and 2, Fig. 4 is a plan view from above of an alternative embodiment of the assembly. the rig according to the invention, Fig. 5 is a vertical, partial section through the assembly according to Fig. 4, Fig. 6 is a horizontal, partial section through the same assembly, Fig. 7 is a schematic perspective view illustrating how to the street can be set up next to a detached house, and, Fig. 8 is a schematic illustration of the components included in the unit. necessary components.

Detalierad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen På de olika ritningarna àskàdliggörs två olika huvudut- föranden av uppfinningen, nämligen ett utförande med generellt polygonal, enkannerligen fyrkantig tvärsnittsform enligt fig 1- 3, och ett utförande med cirkelrund tvärsnittsform enligt fig 4-6. Ehuru den yttre formen hos dessa aggregat skiljer sig åt inbegriper emellertid aggregaten i grunden samma typ av innan- mäte. Sålunda ingår i båda fallen (se fig 5, 6 och 8) en cent- ral vätsketank l med till- och frånledningar 2, 3 för tillför- sel av jämförelsevis kall vätska från en förbrukningsenhet till tanken respektive utmatning av uppvärmd vätska från tanken till förbrukningsenheten. På tankens utsida är anordnad en värmeiso- lering 4 utanpå vilken i sin tur finns ett antal kollektorer 5.Detailed description of preferred embodiments of the invention The different drawings illustrate two different main features. embodiments of the invention, namely an embodiment with general polygonal, unicornously square cross-sectional shape according to Fig. 1- 3, and an embodiment with a circular cross-sectional shape according to FIG 4-6. Although the external shape of these units differs however, the units basically involve the same type of interior measurement. Thus, in both cases (see Figs. 5, 6 and 8) a cent- liquid tank 1 with supply and discharge lines 2, 3 for supply sel of comparatively cold liquid from a consumption unit to the tank or discharge of heated liquid from the tank to the consumption unit. A thermal insulation is arranged on the outside of the tank. lering 4 on the outside of which in turn there are a number of collectors 5.

Dessa kollektorer 5 illustreras schematiskt i fig 8 i form av tre gallerliknande rörkonstruktioner vilka var för sig inbegri- per övre och undre samlingsrör 6, 7 mellan vilka sträcker sig ett antal upprätta delrör 8. De övre samlingsrören 6 är via grenledningar förbundna med en gemensam första matarledning 9.These collectors 5 are schematically illustrated in Fig. 8 in the form of three grid-like pipe constructions, each of which includes per upper and lower manifolds 6, 7 between which extend a number of upright sub-pipes 8. The upper manifolds 6 are via branch lines connected by a common first supply line 9.

På analogt sätt är de undre samlingsrören 7 förbundna med en W 510 601 4 De båda matarledningarna är i sin tur I det ett expan- andra matarledning 10. kopplade till en inuti tanken 1 anordnad värmeväxlare ll. visade vätskeledningssystemet ingår även en pump 12, sionskärl 13, en påfyllningsventil 14 samt en säkerhetsventil . Den elektromagnetiska strålning från solen som träffar del- rören 8 värmer på konventionellt sätt upp vätskan i dessa, var- efter den uppvärmda vätskan leds till värmeväxlaren 11 och från denna tillbaka till kollektorernas delrör via ledningen 10, varvid värmeväxlaren 11 i sin tur uppvärmer vätskan, vanligen vatten i tanken 1 i och för vidarebefordran till aktuell för- brukningsenhet.In an analogous manner, the lower manifolds 7 are connected to one another W 510 601 4 The two supply lines are in turn In it an expan- second supply line 10. connected to a heat exchanger ll arranged inside the tank 1. shown the fluid line system also includes a pump 12, sion vessel 13, a filling valve 14 and a safety valve . The electromagnetic radiation from the sun that hits the the tubes 8 heat the liquid in them in a conventional manner, each after the heated liquid is led to the heat exchanger 11 and off this back to the collectors' sub-pipes via the line 10, wherein the heat exchanger 11 in turn heats the liquid, usually water in tank 1 for the purpose of forwarding to the user unit.

Vätsketanken 1 är inbyggd i ett fristående hus med ett ytterväggsskal generellt betecknat 16 som vid utförandet enligt fig 1-3 inbegriper fyra upprätta väggar 16', 16", 16"2 16'”2 vilka sträcker sig mellan en överdel 17 och en väsentligen plan bottendel 18. väggskalet fyra hörnelement 19 vilka är av styv natur och kan I det visade, föredragna exemplet ingår i ytter- bilda bärande element i konstruktionen. I praktiken kan elemen- ten med fördel bestå av tvärsnittsvis vinkelformiga profiler, t ex av aluminium. Mellan varje par av hörnelement inbegriper skalet en förhållandevis tunn väggbildande skiva belägen på visst avstånd från värmeisoleringen 4 och de utanpå denna be- fintliga kollektorerna 5. Med andra ord bildas en spalt 20 mel- lan varje väggskiva och tillhörande kollektor. Tre av de fyra väggskivorna, nämligen skivorna 16', 16" och 16”'är förfärdi- gade av ett material som medger optimal genomsläppning av so- lens elektromagnetiska strålning. I praktiken föredras genom- synliga material, i synnerhet av typen akrylplast. Den fjärde väggskivan 16'"'kan däremot vara opak, varvid bakom denna skiva ej finns någon kollektor. I praktiken vänds denna vägg mot norr samtidigt som övriga väggar orienteras i de tre övriga väder- strecken.The liquid tank 1 is built into a detached house with one outer wall shell generally designated 16 as in the embodiment according to Figs. 1-3 include four upright walls 16 ', 16 ", 16" 2 16' "2 which extend between an upper part 17 and a substantially plane bottom part 18. wall shell four corner elements 19 which are of rigid nature and can The preferred example shown is included in the form load-bearing elements in the construction. In practice, elements may advantageously consist of cross-sectional angular profiles, eg of aluminum. Between each pair of corner elements includes the shell a relatively thin wall-forming disk located on certain distance from the thermal insulation 4 and those on the outside fine collectors 5. In other words, a gap of 20 lan each wall panel and associated collector. Three of the four the wall panels, namely the panels 16 ', 16 "and 16"' are prefabricated made of a material that allows optimal permeation of lens electromagnetic radiation. In practice, implementation visible materials, in particular of the acrylic plastic type. The fourth the wallboard 16 '"', on the other hand, may be opaque, with behind this board there is no collector. In practice, this wall faces north while the other walls are oriented in the three other weather lines.

Karaktäristiskt för det visade huset är att väggarna lu- tar i brant vinkel mot den horisontella bottendelen 18. För en- kelhets skull illustreras i fig 2 komplementvinkeln a till den vinkel som den enskilda väggskivan lutar mot bottendelen. I en- lighet med föreliggande uppfinning ligger denna vinkel a inom Med andra ord ligger väggskivans lutningsvinkel I detta sammanhang området 5-Qï gentemot bottendelen inom området 81-85°. b) V! 510 601 skall påpekas att kollektorerna 5 har formen av plana, av rör förfärdigade gallerverk, vilka är belägna i huvudsak parallellt med varje utanförliggande väggskiva. Det må här även påpekas att kollektorernas rör med fördel är svarta, varjämte värmeiso- leringens utsida kan vara ljusreflekterande.Characteristic of the house shown is that the walls at a steep angle to the horizontal bottom part 18. For single For the sake of simplicity, the complementary angle α to it is illustrated in Fig. 2 angle that the individual wall panel is inclined towards the bottom part. In a- In accordance with the present invention, this angle α is within In other words, the angle of inclination of the wallboard is In this context area 5-Qï towards the bottom part in the range 81-85 °. b) V! 510 601 it should be pointed out that the collectors 5 have the shape of flat, tubes prefabricated lattice works, which are located substantially in parallel with each external wall panel. It must also be pointed out here that the collectors' pipes are advantageously black, and that the thermal insulation the outside of the clay may be light-reflecting.

I och med att såväl väggskivorna som kollektorerna bil- dar en stor eller brant vinkel i förhållande till bottendelen kommer insolationen vid låga solhöjder att bli maximal, något som säkerställer optimal värmeupptagning i kollektorerna under årets kallare perioder.As both the wall panels and the collectors are a large or steep angle in relation to the bottom part the insulation at low sun heights will be maximum, slightly which ensures optimal heat absorption in the collectors below the colder periods of the year.

I praktiken kan aggregathuset ha en höjd inom området 1-1,5 meter och en basbredd utmed bottendelen inom området 0,9-1,3 meter, varvid vätsketanken inuti detsamma kan ges en volym inom området 0,5-1,0 ma. Överdelen 17 kan i praktiken med fördel ha formen av ett rörligt, t ex svängbart lock med ett visst djup. Detta gör det möjligt att härbärgera förekommande sekundärkomponenter, såsom pump, expansionskärl och ventiler i det av locket avgränsade utrymmet, varvid dessa komponenter blir enkelt åtkomliga.In practice, the unit housing can have a height within the area 1-1.5 meters and a base width along the bottom part within the area 0.9-1.3 meters, whereby the liquid tank inside the same can be given a volume in the range 0.5-1.0 ma. The upper part 17 can in practice with advantage has the shape of a movable, eg pivotable lid with one certain depth. This makes it possible to accommodate any secondary components, such as pumps, expansion vessels and valves in the space delimited by the lid, these components becomes easily accessible.

Det med stympat konisk grundform konstruerade utförandet enligt fig 4-6 skiljer sig från det i fig 1-3 visade utförandet huvudsakligen endast genom att det yttre väggskalet 21 utgörs av en sammanhängande, rotationssymmetrisk skiva, vilken till större delen utgörs av ett genomsynligt eller solgenomsläppande material. I fig 4 exemplifieras hurusom skivan utmed ca 270° bàglängd består av dylikt material, medan skivan i övrigt (90° bàglängd) kan bestå av opakt material. I detta fall är kollek- torn eller kollektorerna bâgformiga istället för plana.The design constructed with a truncated conical basic shape according to Figs. 4-6 differs from the embodiment shown in Figs. 1-3 mainly only by constituting the outer wall shell 21 of a continuous, rotationally symmetrical disc, which to the majority consists of a transparent or sun-transmitting material. Fig. 4 exemplifies how the disc along about 270 ° trunk length consists of such material, while the disc otherwise (90 ° trunk length) may consist of opaque material. In this case, the collective towers or collectors arcuate instead of flat.

I fig 7 antyds hurusom det uppfinningsenliga aggregatet låter sig uppställas på exempelvis en gräsmatta utanför ett t ex en villa eller sommarstuga, i vilket ingår en för- t ex ett tappvattensystem som kan försörjas med småhus, brukningsenhet, uppvärmt vatten från aggregatet. Det är givetvis möjligt att uppställa aggregatet även på annat sätt.Fig. 7 indicates how the assembly according to the invention can be set up on, for example, a lawn outside one such as a villa or summer cottage, which includes a for example, a tap water system that can be supplied with detached houses, utility unit, heated water from the unit. It is of course possible that set up the unit in another way as well.

Claims

10 20 25 510 601 6 Patent claims

Solar collector unit for the conversion of solar energy into heat in a liquid, comprising a liquid built into an independent housing (3) for cold and a tank (1) with supply and discharge lines (2, heated liquid, a thermal insulation arranged outside the tank) ), outer wall shell (16, 21) which is at least for the most part made of a material which transmits the electromagnetic radiation of the sun, and which extends between collectors flattened at a flat bottom part (18) and an upper part (17), wherein inside the shell are mounting (5) through which a liquid can pass during heating before it is introduced into the tank, and wherein at least parts of the outer wall shell (16, 21) together with the collectors (5) located inside it extend at an acute angle to the bottom part (18), angle is in the range 81-85 ° in order to achieve characterized by said maximum insolation and thus optimal heat absorption in said liquid during seasons when the sun height is low.

Solar collector assembly according to claim 1, characterized in that the outer wall shell (16) is cross-sectionally square and comprises four corner elements (19) and that at least three thin, sunbeam-transmitting wall panels (16 ', 16 ", 16") are present between pairs of these corner element.

3. A solar collector assembly according to claim 1, characterized in that the outer wall shell (21) has a rotationally symmetrical, truncated conical basic shape.