198243. lajstromszámú szabadalom • Sík napkollektor többfokozatú lefedéssel
1 HU 198243 B 2 A találmány tárgya sík napkollektor többfokozatú lefedéssel, amely több kollektorrészmezöből van felépítve. A napenergia hasznosításénak alapvető követelménye a gazdaságosság, a rövid megtérülési idő, amelyek fő befolyásoló tényezői a beruházási költség (B) és a napenergia hasznosítás révén kapott megtakarítás (M). Ismert és belátható tény, hogy a gazdaságosság az M/B viszony növelése esetén javul, ami a megtérülési idő csökkenésében is lemérhető. A gazdaságos rendszerkonstrukció esélyeit minden olyan módszer javítja, amelynek alkalmazása esetén az M növekszik és/vagy a B csökken. A napenergia aktiv hó hasznosítására szolgáló szoláris rendszerek egyik meghatározóan fontos eleme az energiaátalakító szerepét betöltő sik napkollektor. A sik napkollektor n hatásfoka a beeső napsugárzás energiájából a munkakőzegbe ténylegesen bejutó részhányadot fejezi ki. A két érték különbségét V veszteségnek szokás minősíteni. A gazdaságosságot befolyásoló egyik tényező, az M megtakarítás annál nagyobb, minél nagyobb a kollektor r\ hatásfoka, minél kisebb a kollektor V vesztesége. Ismert tény, hogy a kollektor vesztesége a sugárzás elnyelő (abszorber) elem környezet feletti ún. -aT túlhómérsékletének növelésével növekszik. Az abszorber hőveszteségét átlátszó lefedések pl. üveg, fólia révén lehet csökkenteni, ha a aT túlhőmérséklet nagy, azaz a szoláris rendszer munkaközegét számottevő mértékben kell a kollektorban növelni (pl. a környezeti hőmérséklet fölé legalább 10 “fiel). A lefedés ismert hatásai: a beeső sugárzás egy részét visszaveri, ami hátrányos a napenergia-gyűjtésre, ugyanakkor az abszorber környezet felé történő hőátadását ill. a hőveszteséget csökkenti. Ezen hatások következtében kis aT túlhőmérséklet (pl. aT < 10 °K) esetén a lefedés nélküli kollektor hatásfoka jobb, mint az egyrétegű vagy kétrétegű lefedésű kollektoré, mivel ebben a hőmérséklet tartományban a kollektor energia mérlegében a beeső sugárzás teljes elnyelése nagyobb hatású, mint az abszorber hővesztesége. A aT túlhőmérséklet növelésével előbb az egyrétegű, majd a kétrétegű lefedésű kollektorok hatásfoka válik jobbá, a lefedetlen ill. egyrétegű lefedésű kollektorok hatásfokánál. Az 1. ábrán a jellegzetes hatásfok görbéket tüntettük fel, az a jelű görbe lefedetlen, a b jelű görbe egyrétegű és a c jelű görbe kétrétegű lefedéssel készített kollektorok esetén mutatja a hatásfok változását a aT túlhőmérséklet függvényében. A kollektor felépítését vázlatosan a diagram mellé rajzolt la. ábra mutatja. A kollektorok általában 1 lefedésből, 2 abszorberből és 3 hőszigetelésből vannak felépítve, de léteznek lefedés nélküli kollektorok is. A gazdaságosság szempontjai tehát az alacsony aT túlhömérsékletek tartományában a lefedés nélküli, a közepes aT túlhőmérsékletek tartományban az egyrétegű lefedésű, ennél magasabb aT túlhömérsékletek tartományéban pedig a kétrétegű, esetleg többrétegű lefedésű kollektorok alkalmazását helyezik előtérbe. A gazdaságosság másik befolyásoló tényezője a B beruházási költség, amely a lefedések számának növelésével általában nő: legolcsóbb a lefedetlen, legdrágább a többrétegű lefedésű kollektor. Fentiek értelmében tehát nem indokolt, sót hátrányos kis aT túlhőmérséklet esetén lefedett kollektorokat alkalmazni. Jól tükrözi ezt a tényt a megtérülési idő meghatározó tényezőjének az M/B viszonynak az alakulása a aT túlhőmérséklet függvényében, amit a 2. ábrán ábrázoltunk. Ha nagyhömérsékletű munkaközeget akarunk nyerni hideg közegből, akkor a felmelegedés első szakaszában a lefedés nélküli kollektor, majd a felmelegedés előrehaladtával az egyrétegű, majd a kétrétegű lefedésű kollektor alkalmazása indokolt. A jelenlegi gyakorlatban a kollektormezőket. azonos rétegszámú lefedéssel alakítjuk ki, azaz egyfokozatú lefedésű kollektorokat használnak. Ismeretesek egyrétegű vagy kétrétegű lefedésű, ill. lefedés nélküli kollektor mezők. Ilyer megoldások találhatók a kővetkező irodaim' helyeken: John Duffie-William Beckmann: Solar engineering of thermal process (John Wiley, 1980, USA; 197-250 old.) és Peter Lunde: Solar thermal engineering (John Wiley and Son, 1980, USA; 122-207 old.). Ezek az irodalmi helyek egyrétegű vagy kétrétegű lefedésű kollektormezók szerkezeti kialakításét 'smertetik. A találmány feladata olyan napkollektor létesítése, amely mind hatásfok, mind gazdaságosság szempontjából előnyösebb az ismerteknél. Ezt a feladatot a találmány értelmében azáltal oldjuk meg, hogy a kollektormezöknek a munkaközeg áramlási irányában növekvő rétegszámú lefedése van és a kollektorrészmezők hossza a munkakőzeg áramlási irányában a kollektor ismert tartós idejű hatásossági diagramjából meghatározott M/B viszony és aT túlhőmérséklet függvények metszéspontjaiból adódó aT túlhőmérséklet értékekhez tartozó, ismert módon meghatározott hosszértékek által adott hossz. Célszerűen a különböző rétegszámú lefedéssel létesített kollektorrészmezők egymás után vagy egymás mellett vannak elrendezve. A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük, amelyek a találmány szerinti napkollektor példakénti kiviteli alakját tüntetik fel. Az 1. ábra a hatásfok változását mutatja a aT túlhőmérséklet függvényében. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
