190217. lajstromszámú szabadalom • Sugárzó energiát hasznosító, hőcsöves folyadékmelegítő berendezés
1 190217 2 munkafolyadék forráspontján éri el a légköri nyomást, ez alatt annál alacsonyabb. Ha a kollektort a napsugárzás éri, az elnyelt hő nem képes felmelegíteni a kollektort, mert a legkisebb felmelegedésre a 13 munkafolyadék párologni kezd, a gőznyomás átmenetileg megnő a kollektorban, ez gőzáramlást okoz a 12 fütőcső irányába, itt is megnőne a nyomás, de a hidegebb környezet miatt a gőz kondenzál, leadja rejtett hőjét a környező melegítendő folyadéknak, majd a lejtős csőrendszeren a kondenzátum visszafolyik. A rendszerben uralkodó gőznyomást, ezzel a kollektor hőmérsékletét is mindig a melegítendő folyadék hőmérséklete fogja meghatározni. A napkollektorok 2. sz. ábrán bemutatott ismert jelleggörbéje szerint, ha a kollektor üzemhőmérséklete a környezetétől csak kicsit tér el, nagy a szállított hőteljesítmény, míg ha az üzemhőmérséklet magas, a szállított teljesítmény kicsi. A maximálisan szállítható hőteljesítményt a beeső sugárzás intenzitásán kívül elsősorban a rendszer geometriája, a maximális hőmérsékletet pedig elsősorban a kollektor hőszigetelése szabja meg. Nagy előnye a hőcsöves rendszernek, hogy munkahőmérsékletét, ezzel a hőtárolóba szállított hőteljesítményt a melegítendő folyadék határozza meg, így víz esetében a rendszer méretezhető oly módon, hogy nem okozza a 9 tárolótartály túlfűtését, azaz a víz felforrását; a biztonságot kielégítően szolgálja egy egyszerű túlnyomásbiztosító lefúvószelep a víztér tetején. Az 1. ábra szerinti rendszer említett biztonságra méretezése azonban hátrányos az alacsonyabb hőmérsékletű működéskor, illetve ha a melegítendő folyadék nem víz. E hátrányt küszöböli ki a 3. ábrán bemutatott kiviteli alak. E változatnál a 12 fütőcső (vagy annak egy ága) túlnyúlik a 9 tárolótartályon a környező levegőbe. A rendszer belső terébe ennél a kiviteli alaknál nemcsak a 13 munkafolyadékot töltjük, hanem vftechn.norm. liter] semleges gázt is, afaiit a melegítendő folyadék Tk[K] kívánt hőmérsékletéhez tartozó p[MPa] munkafolyadék gőznyomásból és a 14 túlnyúló fütöcsőszakasz belső V[l] térfogatából a v. 0,098 ■ Tk egyenlettel számítunk ki. A rendszer működése most a következő. Azonos hőmérsékletű hideg állapotban a gőz és gáz egyformán tölti ki a belső tér 13 munkafolyadék által el nem foglalt részét. Ha a kollektor melegszik, a párolgás erősödik, az áramló gőzök a gázt a 12 fűtőcsőben egyre hátrább szorítják, miközben nő a rendszer hőmérséklete és nyomása. Ha a gőz és gáz határfelülete eléri a 9 tárolótartály belsejében a 12 fütőcsövet, a gőz a hideg felületen kondenzál, viszszafolyik és a határfelület stabilizálódna, ám a kondenzáló folyadék latens hője fűti a melegítendő folyadékot. így tovább nő a hőmérséklet, és a gőzgáz határfelület egyre hátrább szorul, ugyanakkor egyre nő az effektiv hőátadó felület a melegítendő folyadék felé. A melegítendő folyadék kívánt (biztonságos) Tk [K] hőmérsékletén a gőz-gáz határfelület éppen a 9 tárolótartály 5 hőszigetelésének külsejénél van, az összenyomott gáz pedig még éppen ejzárja a 14 túlnyúló szakasz bordázatát, amely így nem visz ki hőt a rendszerből. További hőszállításból eredő melegedésnél a gőz-gáz határfelület tovább tolódik, felszabadítva a 14 túlnyúló szakasz bordázatát, amely a feleslegesen szállított hőt a környezetbe továbbítja. Ha csökken a hőbetáplálás (felhő, naplemente), csökken az üzemi nyomás is, a gáz kitágul, a gáz-gőz határfelület visszatolódik a 9 tárolótartályba, és ismét elzáródik a 14 túlnyúló szakasz bordázata, nem szökik több hő a rendszerből. Fentieket röviden úgy mondhatjuk, hogy hőcsövünk úgynevezett VVHC (változó vezetőképességü hőcső - angol: Variable Conductance Heat Pipe = VCHP) módjára stabilizálja a kívánt hőmérsékletet A találmány szerinti folyadékmelegítőben a hőszállítás egyik legfontosabb korlátja az úgynevezett kisodrási korlát, ami azt a már említett jelenséget fedi, hogy a rendszer leghidegebb pontja felé nagy sebességgel áramló gőz a visszafolyó kondenzátumból folyadékot szakít ki és sodor vissza a kondenzálás helyére, ezzel nemcsak folyadékhiányt okoz a sugárzáskollektorban, hanem a felesleges kondenzátum elárasztja a 12 fütőcsövet, vagy annak egy részét, gátolva így a hőátadást a melegítendő folyadék felé. A kisodrás jelensége ellen többféle módon védekezhetünk, amelyeket most aszerint csoportosítunk, hogy a kollektor, illetve annak 2 csőjárata a 8 összekötő, vagy a 12 fütőcső terében hatásos. A 2 csőjáratokban fellépő kisodrást előnyösen csökkenti a járatok keresztmetszetének növelése. En tek egyik előnyös módja, ha a járatok nem kör keresztmetszetüek, hanem lapítottak, szélesebb oldalukkal a napsugárzás felé. Ilyen járatok állíthatók elő például két alumíniumlemez összehengerléséval, amikor is a járatok leendő helyét formaleválasztó bevonattal látják el, majd a két lemez közé nagynyomású közeget pl. olajat sajtolva a kollektor: felfújják. Az ezzel a módszerrel előállított csőjáratok előnye, hogy a járatok tetszésszerinti alakúak és elrendezésűek lehetnek, hogy a járatok a két lemez 15 érintkezési helyei mentén kapilláris hatás jelentkezik, továbbá, hogy a lemezek összehengerlése előtt a leendő járatok helyén könnyen alakítható ki más rendszerű (pl. érdesítéssel létrehozott) 7 kapilláris rendszer. Fgy ilyen csöjáratváltoztatot mutat a 4. ábra, amelyen látható, hogy a járatok a függőleges irányban megtört vonalvezetésűek, de vízszintes irányban viszonylag keveset térnek ki, a járatok felfelé tágulnak. Az ábrán 16 a 2 csőjáratának kivezetése, ahol a 8 összekötőcsőhöz csatlakozik, míg a járatok között sok helyen 17 összeköttetés van kialakítva. Az ilyen járatkialakítású kollektor a megtört vonalvezetés folytán az áramló gőzt többszöri ütközéses irányváltoztatásra készteti, amivel nő cseppleválasztó hatása, a vízszintes kitérések csekély volta viszont biztosítja, hogy a visszatérő folyadékra ható gravitációs erőkomponens nagy és csökkenti a kisodrást. A lefelé szűkülő járatok a folyadéktöltés szükséges mennyiségét csökkentik. A s ^k helyen kialakított 17 járatok közötti összeköt etés az egyenletes folyadékelterítés, a kis áram5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
