NL8006717A - Zonnecollector. - Google Patents

Description

«- « PHN 9916 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Zonnecollector

De uitvinding heeft betrekking op een zonnecollector met een plaatvormige absorber welke tenminste aan een zijde is voorzien van een zwarte laag voor het selectief absorberen van opvallende zonnewarmte, welke absorberplaat in wamteuitwisseling is met het verdamperdeel 5 van een warmtepijp die met zijn condensordeel in wamteuitwisseling met een te verwarmen medium kan worden gebracht, waarbij het verdamperdeel en de absorberplaat zijn angeven door een geëvacueerde transparante omhulling.

Een zonnecollector van de hiervoor aangeduide soort is bij-10 voorbeeld bekend uit US-PS 4 119 085. Bij dit soort zonnecollectoren is het van belang dat het op het absorberoppervlak vallende licht met een zo groot mogelijk rendement in warmte wordt omgezet en dat zo weinig mogelijk van de gevangen warmte weer wordt afgestraald. Teneinde dit te bevorderen is de absorberplaat voorzien van een zwarte laag, die de 15 warmte selectief absorbeert. Deze laag kan bijvoorbeeld gevormd zijn uit kobaltsulfide en heeft een absorptiecoëfficiëntö<^ 0,9 en een emissiecoëfficient £ ^ 0,3.

De opgevangen warmte wordt via een warmtepijp getransporteerd naar een medium in een vervolgsysteem bijv. een waterboiler of ruimte-2o verwarmingssysteem. De temperatuur en druk in dit systeem mogen een bepaalde maximale waarde niet overschrijden. Als beveiliging tegen het overschrijden van deze maximale condensortemperatuur is het bekend cm door de keuze van het soort en de hoeveelheid van het warmtetransport-medium in de warmtepijp het warmtetransport bij een bepaalde temperatuur 25 te onderbreken.

Bij toepassing van sommige media in de warmtepijp is evenwel geen gebruik te maken van dit effect omdat de kritische temperatuur van het medium in kwestie hoger is dan de toelaatbare maximale temperatuur, en ook bij de maximum werktenperatuur nog slechts weinig vloeistof in 30 de dampfase is overgegaan.

De uitvinding beoogt een zonnecollector te verschaffen, waarbij bij toepassing van een medium met een kritische temperatuur hoger dan de maximale toelaatbare temperatuur toch het warmtetransport middels 8006717 * ' FHN 9916 2 de warmtepijp automatisch wordt onderbroken bij het bereiken van een te hoge temperatuur.

De zonnecollector volgens de uitvinding vertoont het kenmerk, dat een binnen de omhulling gelegen deel van de warmtepijp vrij ligt 5 van de absorberplaat en dat deel in warmteuitwisselend contact is met een of meer lagen die per lengteëenheid van de warmtepijp een zelfde absorberend vermogen en een groter stralingsverlies vertonen dan de absorberplaat.

Bij .de zonnecollector volgens de uitvinding is de absorber-10 plaat aan zijn naar de zon gekeerde zijde voorzien van een zwarte laag die de zonnewarmte selectief absorbeert, zulke lagen kunnen bijv. zijn gevormd door nikkel- of kqperoxide of kobaltsulfide. Het absorptievermogen van zulk een laag is hoog 0,9 terwijl de stralingsverlie- zen laag zijn £ ^ 0,3. De andere zijde van de absorberplaat is niet 15 zwart en heeft dus slechts geringe stralingsverliezen.

Een deel van de warmtepijp is nu in warmtecontact met een of meer lagen welke een zelfde absorberend vermogen hebben dan de absorberplaat maar die tevens een groter stralingsverlies vertonen dan de absorber.

20 Nu is het zo dat het stralingsverlies van een laag toeneemt met 4 T . Dit betekent dat bij lagere temperaturen het verschil in stralingsverlies tussen de absorber en de genoemde lagen gering zal zijn. In dat terrperatuurgebied zal de temperatuur van het vrij liggend warmtepijpdeel slechts weinig afwijken van die van de rest van het verdamperdeel van de 25 warmtepijp en zal in ieder geval de condensor een lagere temperatuur vertonen. Er zal dus warmte naar de condensor worden getransporteerd.

Bij het. stijgen van de temperatuur zullen de stralingsverliezen van het vrijliggende deel sneller stijgen dan die van de rest van de verdamper.

30 Bij de normale bedrijfstemperatuur zullen de stralingsverliezen van het vrij liggende deel de goede werking van de zonnecollector niet of nauwelijks beïnvloeden. Stijgt de temperatuur boven de normale bedrijfstemperatuur dan zullen de stralingsverliezen van het vrijliggende deel zeer snel toenemen zodat reeds een situatie wordt bereikt waarin 35 alle opgevangen warmte via het vrij liggende verdamperdeel veer wordt afgestraald. Verdere temperatuurstijging zal dan niet meer optreden.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de zonnecollector volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat het van de absorberplaat vrij liggende 8006717 * ......... ' ' ' ....... - · --- —-.....—........ .· .- . ......... ........ ... .......... .. -......... . ¢.. y, o PHN 9916 3 deel van de warmtepijp is gevormd door het van de condensor gekeerde einde van de warmtepijp.

Bij deze uitvoering zal in de situatie dat de stralingsver-liezen van het vrijliggende deel groot gaan worden een deel van het 5 medium in de warmtepijp in het vrijliggende einde condenseren waarna dit condensaat geen gelegenheid heeft cm weer opnieuw aan de warrnte-transportcyclus deel te nemen. Teneinde het gewenste stralingsverlies te verkrijgen kan het genoemde verdamperdeel geheel bedekt zijn met een zwarte niet selectief absorberende laag. Een niet selectief absor-10 berende laag heeft dezelfde absorptiecoëfficiënt als de absorberplaat dus 00,9 maar ook de emissiecoëfficient ligt in de orde grootte van £, ^ 0,9.

Dit betekent dus voor het vrijliggende deel groter stralings-verliezen vooral bij hogere temperaturen. Bij een verdere gunstige 15 uitvoeringsvorm is het van de condensor afgekeerde einde van de warmtepijp voorzien van een verdere plaat met aan tenminste één zijde een zwarte laag met evengoed absorptievermogen als de absorberplaat en welke plaat verder grotere stralingsverliezen heeft dan de absorberplaat.

Dit laatste kan worden bereikt door de verdere plaat een- of 20 tweezijdig te voorzien van een zwarte laag net groter emissievermogen dan de absorptieplaat.

Ook is het mogelijk de verdere plaat aan zijn van de absorptie-zijde gekeerde kantte vcazisn van afstralingsoppervlak vergrotende vlakken.

25 Teneinde te voorkomen dat door warmtegeleiding te veel warmte van de absorberplaat naar het vrijliggende deel stroomt is bij een verdere uitvoeringsvorm tussen het verdere deel en de rest van de warmtepijp een warmteweerstand aangebracht. Deze thermische weerstand kan zijn gevormd door een pijpdeel met geringere diameter.

30 Aan de hand van de tekening zal de uitvinding nader worden toe gelicht.

Figuur 1 toont schematisch een zonnecollector;

Figuren 2,3, en 4 tonen van een deel van de zonnecollector volgens figuur 1 een drietal mogelijke uitvoeringsvormen in zijaanzicht; 35 Figuren 5 en 6 tonen schematisch elk een deel van een zonne collector in aanzicht.

In figuur 1 is met het verwijzingscijfer 1 een warmtepijp aangeduid. Deze warmtepijp omvat een condensordeel 2 en een verdamper- 8006717 β ΡΗΝ 9916 4 deel 3. De warmtepijp is zoals gebruikelijk gevuld met een via een verdarnpingscondensatiecyslus warmteoverdragend medium, bijvoorbeeld water.

Op het verdanperdeel 3 is een absorberplaat 4 aangebracht, 5 welke aan zijn absorberkant is voorzien van een zwarte laag die de invallende zonnewarmte selectief absorbeert d.w.z. een groot absorptievermogen (QL β· 0,9) en tegelijk lage stralingsverliezen( £ 0,3).

Een deel 5 van de warmtepijp ligt vrij van de absorberplaat 4. Op dit deel 5 is een verdere plaat 6 aangebracht.

10 Het verdanperdeel 3, absorberplaat 4, deel 5 en plaat 6 zijn omgeven door een transparante omhulling 7 waarin een onderdruk heerst.

De werking van deze zonnecollector is als volgt. De op de absorberplaat 4 invallende zonnestralen worden door de daarop aanwezige zwarte laag met een hoog rendement omgezet in warmte. Daar de emissie-15 coëfficiënt van de zwarte laag gering is zal de temperatuur van de absorberplaat snel stijgen tot een temperatuur, waarbij het werkmedium in de warmtepijp 1 gaat verdampen. Tegelijkertijd is ook de temperatuur van de plaat 6, die tenminste aan de zijde van de invallende straling is voorzien van een zwarte laag met een zelfde absorptievermogen per 20 lengteeenheid van de warmtepijp als de absorberplaat, opgelopen tot de verdampingstemperatuur van het werkmedium.

Het verdampte werkmedium stroomt nu naar de koudere condensor 2 welke met zijn koel vinnen in warmteuitwisseling is met een te verwarmen medium.

25 Tot zover werkt de zonnecollector practisch op dezelfde manier als de bekende collector.

Wanneer nu cm een of andere reden de condensor 2 zijn warmte niet meer afstaan kan afstaan gaat de temperatuur oplopen en dreigt een bepaalde toelaatbare temperatuur te overschrijden. Om dit tegen te gaan 30 is nu volgens de uitvinding er voor gezorgd dat de plaat 6 grotere stralingsverliezen heeft dan de absorberplaat 4.

Dit kan op verschillende manieren worden bereikt.

In figuur 2 is in aanzicht een uitvoering van de plaat 6 weergegeven die dezelfde doorsnede heeft als de absorberplaat 4. De plaat 6 35 kan bij deze uitvoering hogere stralingsverliezen hebben door: a. de bovenzijde te voorzien van een zwarte niet selectief absor berende laag. Het absorptievermogen is daarbij gelijk aan die van absorberplaat 4 terwijl de stralingsverliezen in opwaartse richting veel gro- 8006717 PHN 9916 5 ter zijn dan die van absorberplaat 4.

b. de bovenzijde en de onderzijde beide voorzien van een niet selectief absorberende laag.

c. Ook is het inogelijk cm beide zijden te voorzien van een zwarte 5 selectieve laag. De bovenzijde is dan volkomen vergelijkbaar met de absorberplaat maar de onderzijde heeft dan grotere stralingsverliezen.

d. Een verdere mogelijkheid is om zoals in figuren 3 en 4 schematisch is aangegeven de plaat 6 aan de schaduwzijde te voorzien van oppervlakte vergrotende delen 8, welke aan de absorptie niet meedoen 10 maar wel warmte af stralen.

Zoals bekend nemen stralingsverliezen van oppervlakken even-4 redig met T toe. Dit betekent dat bij de gekozen bedrijfstemperatuur ' van de collector de stralingsverliezen van de plaat 6 betrekkelijk gering kunnen zijn. Loopt nu cm een of andere reden de temperatuur van 15 condensor 2 en dus van de hele warmtepijp op dan gaan de stralingsverliezen van plaat 6 met sprongen cmhoog. Dit betekent dat de warmte nu in steeds geringere mate naar condensor 2 en in toenemende mate naar de plaat 6 wordt getransporteerd. Hierbij condenseert het werkmedium in het deel 5 van de warmtepijp en aangezien dit het laagste deel is, 20 blijft het condensaat daar, neemt niet langer aan de warmtetransport-cyclus deel en na verloop van tijd is alle medium daar geconcentreerd waarna warmtetransport van absorberplaat 4 naar de condensor 2 geheel uitgeschakeld is, Op deze betrekkelijk eenvoudige wijze wordt een automatische beveiliging van de condensor tegenover verhitting verkregen.

25 In de uitvoering volgens figuur 1 is het deel 5 van de warmte pijp voorzien van een plaat 6 echter kan het onder omstandigheden ook reeds voldoende zijn cm het deel 5 zelf van een niet selectief zwarte laag te voorzien. Bij te hoog opgelopen temperatuur zal deze laag ervoor zorgen dat de stralingsverliezen van dit deel van de warmtepijp 30 zo groot worden dat de werking van de zonnecollector wordt onderbroken en al het werkmedium zich in dat deel 5 verzamelt.

Onder omstandigheden kan de hiervoor beschreven werking van het deel 5 van de warmtepijp te veel worden beïnvloed door warmtegelei-ding door de wand van de warmtepijp. Teneinde dit tegen te gaan, kan 35 een thermische weerstand tussen deel 5 en de rest van de verdamper 3 worden aangebracht. Deze thermische weerstand kan bijvoorbeeld een vorm hebben als in figuur 6 is aangegeven namelijk een warmtepijpdeel 9 van geringere diameter dan de rest.

8006717

Claims (7)

1. 2. Zonnecollector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het van de absorberplaat vrij liggende deel van de warmtepijp is gevormd 15 door het van de condensor afgekeerde einde van de pijp.
2. 3. Zonnecollector volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het betreffende deel geheel is bedekt met een zwarte niet selectief absorberende materiaallaag.
3. 4. Zonnecollector volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het 20 van de condensor afgekeerde einde van de warmtepijp is voorzien van een verdere plaat met aan tenminste de ene zijde een zwarte laag met even goed absorptievermogen als de absorberplaat en welke plaat verder grotere stralingsverliezen heeft dan de absorberplaat.
4. 5. Zonnecollector volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de 25 verdere plaat een- of tweezijdig is voorzien van een zwarte laag met groter emissievermogen dan de absorberplaat.
5. 6. Zonnecollector volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de verdere plaat aan zijn van de absorptiezijde afgékeerde zijde is voorzien van stralingsoppervlak vergrotende vlakken.
6. 7. Zonnecollector volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het genoemde deel van de warmtepijp via een thermische weerstand is verbonden met de rest van de pijp.
7. 8. Zonnecollector volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de thermische weerstand is gevormd door een pijpdeel van geringere dia-35 meter. 8006717 '