190217. lajstromszámú szabadalom • Sugárzó energiát hasznosító, hőcsöves folyadékmelegítő berendezés
1 .190217 2 A bejelentés tárgya : sugárzó energiát hasznosító hőcsöves folyadékmelegítő berendezés, amelynek összefüggő belsőterü sugárzás-kollektora, a melegítendő folyadékot tartalmazó, a sugárzás-kollektornál magasabban elhelyezett, célszerűen hőszigetelt tárolótartálya, ez utóbbiba nyúló fűtőcsöve, e fűtőcsövet a sugárzás-kollektorhoz csatlakoztató, célszerűen hőszigetelt összekötőcsöve és a sugárzáskollektort részben, vagy egészben kitöltő, a sugárzás melegétől elpárologni képes munkafolyadék töltete van. Ilyen, sugárzó energiát hasznosító hőcsöves folyadékmelegítő előnyösen használható például magashőmérsékletű sugárforrással rendelkező helyiségek, csarnokok (pl. kohók, öntödék) sugárzó hőjének hasznosítására, egyben ezen helyiségek hűtésére. Elsősorban azonban napenergiát hasznosító használati melegvíztermelő berendezésre gondolunk, amely segédenergia nélkül működve elsősorban lakókocsik, hétvégi házak, családi házak, kisebb üdülők önálló, vagy kiegészítő nyári használati melegvíztermelését szolgálja. Mind ez ideig a felsorolt létesítményekben zömmel más módon (elsősorban villamos energia közvetlen felhasználásával) oldották meg a nyári használati melegvíztermelést is. A legtakarékosabb felhasználás alapulvételével is nyáron, napi átlagban személyenként mintegy 50 liter 40 °C-os hőfokszintnek megfelelő melegvízigény merül fel. A fejenkénti melegvízadag természetesen függ a létesítmény komfortfokozatától, azaz a melegvízvételezési helyek számától. Ha a hazai meteorológiai viszonyoknak és szokásoknak megfelelő május eleje - szeptember vége időszakot vesszük figyelembe, egy 3 fő által használt családi ház melegvízellátásához felhasznált közvetlen villamos energia hőegyenértéke mintegy 1,4 GJ, amely a hazánkban átlagosan 4,46 GJ/m2 év napsugárzásból eredő energiahozammal fedezhető. E megújuló energiaforrás hasznosítása az elmúlt időszakban meg is indult. Az ismert megoldásoknál a melegítendő közeg (víz) vagy közvetlenül áramlik át a kollektoron, vagy egy, a kollektorban felmelegedő és egy folyadék-folyadék hőcserélőben (a melegítendő víznek történő hőátadás folytán) lehűlő közvetítő közeg cirkulál. A kollektor itt a sugárzás irányába nagy felülettel rendelkező hőszigetelt tartály, vagy csőjárat, amelynek összefüggő belső terét teljesen kitölti a melegítendő, vagy közvetítő folyadék. Ezeknél a megoldásoknál előfordulhat, hogy a víz nem melegszik, hanem hűl, ami ellen bonyolultabb automatikával kell védekezni. Ismeretes olyan megoldás is, amelynél a kollektor és hőcserélő közötti körben nem folyadék szállítja a hőt érzékelhető hő alakjában, hanem a folyadék a kollektorban hőt felvéve elpárolog, gőze a hőcserélőben kondenzálva leadja a latens hőként szállított hőt, a kondenzátum pedig gravitáció (ha a hőcserélő a kollektornál magasabb helyen van elhelyezve), vagy egy gyűjtőtartályból szivattyú segítségével jut vissza a kollektor aljára. E megoldásnál hideg kollektor esetében a kollektor nem hűti a hőcserélőt, mivel a hőcserélőben nincs elpárologtatható munkafolyadék. Ilyen megoldást alkalmaz Edward W. Bottum találmányaiban (US-PS 4,120,289; 4,203,422; 4,220,138), ahol a rendszer előnyeit részletesen ki is fejti (pl. alacsonyabb üzemhömérséklet, jobb hatásfok ; szivattyúzás esetében is csekély energiaszükséglet). A hőnek latens hő alakban történő szállítása a hőcsövek és hőszivornyák (gravitáció-segítette hőcsövek) jellegzetessége, Bottum megoldásai mégsem tekinthetők hőcsöveknek, mivel a folyadék visszatérítését külön folyadékvezetéken - legtöbb esetben szivattyúzással - valósítja meg, és a folyadéknak a kollektorfelületen történő elterítésére sem alkalmaz kapilláris rendszert. Összefüggő belső terű kollektorát majdnem teljesen kitölti a munkafolyadék, hogy az egész kollektorfelületre beeső hősugárzást hasznosítsa. A folyadékforrásakor azonban a gőz sok folyadékot ragad magával, ez teszi szükségessé a külön folyadék visszatérítő kört, és szivattyúzás esetén a teljesítmény csökkentésére a cseppleválasztót. Bottum megoldásainak további hátránya, hogy a kollektor működését biztonsági okokból le kell állítsa, ha a melegítendő közeg túlmelegedne (pl. a víz eléri forráspontját, ha a melegvizet nem használják el rendszeresen), és ehhez a folyadékkört elzáró szelepekre, a munkafolyadékot tároló tartályokra, hőérzékelőkre, stb. van szüksége, mindezek sok bizonytalanságot is m agával hozó csatlakozópontot is jelentenek. Ismeretesek olyan megoldások is, amelyeknél valóban hőcsövek (hőszivornyák) szállítják a hőt a kollektorból egy folyadék-folyadék hőcserélőbe, illegve tárolótartályba, ilyenek a 2 089 967 A egyesült királyságbeli, a 4 119 085 egyesült államokbeli és a 3 236 882 A 1 NSZK-beli szabadalmakban ismertetett megoldások. Mindhárom szabadalomban különálló hőcsövek sorát helyezik el egymással párhuzamosan a kollektor és hőcserélő között úgy, hogy e hőcsövek elpárologtató szakaszára alkalmazott különféle hőgyűjtőfelület-növelő bordázat alkotja az osztott (tehát nem összefüggő) belső terű kollektort, a hőcsövek kondenzáló szakasza pedig a hőcserélőt. Az itt alkalmazott diszkrét hőcsövek korkeresztmetszetűek, egyenesek, vagy csak kis mértékben hajlítottak (az idézett NSZK szabadalom egy kiviteli módjánál). E megoldások hátránya, hogy - a hasznos hőgyüjtő bordázat véges mérete (ez max. 5-10 cm a hőcsőtől) miatt - a kollektorban négyzetméterenként minimum 10 db hőcső elhelyezésére van szükség. A vákuumszigetelt csőburkolatú megoldásoknál (idézett USA és NSZK szabadalmak) ez nagy munkaráfordítást igényel, a kollektorlemezekkel összekötött megoldásnál (idézett angol szabadalom) pedig a hőcsövek szimultán lezárásánál követel bonyolult technológiát. Mindezeken túl túlfűtés esetére egyik megoldás sem biztosít. Jelen találmány célja az ismert megoldások fenti hátrányainak kiküszöbölése mellett a latens hő formában történő hőszállítás előnyeinek megtartása azáltal, hogy nagy (több négyzetméter) felületű kollektor esetében is olcsón kivitelezhető egyetlen, az eddig megszokott körkeresztmetszetű csőformától lényegesen eltérő geometriájú hőcsőre épít. A találmány szerinti, napenergiát hasznosító folyadékmelegítő azon a felismerésen alapul, hogy egy összefüggő belső terű napkollektor teljes belső tere kiképezhető egyetlen hőcső elpárologtató sza-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
