CZ281326B6 - Průtokové zařízení pro solární ohřev vody - Google Patents

Abstract

Průtokové zařízení pro solární ohřev vody se zvýšenou odolností proti poškození při zamrznutí obsahuje alespoň jednu plochou dutinu (2), rozšiřující se ve směru průtoku vody a uspořádanou tak, že podélná osa dutiny (2) je ve směru průtoku vody odkloněna od vodorovné roviny tak, že odtok (4) vody z dutiny se nachází v její širší části a výše než přítok (3), a nad odtokem (4) vody je vzduchový polštář (5), vymezený stěnami horní části dutiny (2) a hladinou odtékající vody. ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukce průtokového zařízení pro solární ohřev vody teplem slunečního záření, které jsou zabezpečeny proti poškození způsobenému zamrznutím kapaliny v zimním období, nebo v nepříznivých geografických a klimatických podmínkách.

Dosavadní stav techniky

Solární ohřevné panely a kolektory které používají vodu jako ohřívanou kapalinu, jsou ohroženy poškozením mrazem, protože voda při přeměně v led zvyšuje přibližně lOx svůj objem a uvnitř hydraulických rozvodů vytváří velké tlaky, schopné porušit i vysoce pevné materiály. Pro odstranění tohoto nebezpečí se nejčastěji používá včasné vypouštění vody z průtokových panelů ještě před příchodem mrazů, což však může selhat při neočekávaných změnách teploty nebo vlivem chyby a opomenutí ze strany obsluhy.

Proto byly navrženy různé konstrukční prvky snižující, nebo odstraňující toto nebezpečí. US patent č. 4 368 724 vybavuje solární ohřevné panely detektorem mrazu, jehož elektrický signál může být využit například pro automatické aktivování odvodňovacích ventilů nebo čerpadel. Jiná, z technického hlediska dokonalejší řešení konstruují průtokový panel takovým způsobem, aby v něm mohla voda zamrznout bez nebezpečí jeho poškození. US patent č. 4 170 223 používá ke zhotovení vodou protékaného prostoru v solárním panelu tenkostěnné kovové nebo plastové membrány umožňující vydutím zvětšit vnitřní objem a kompenzovat tak objemovou expanzi ledu. Protože tato úprava sama o sobě nemůže zabránit roztržení panelu vlivem lineární dilatace ledu, je konstrukce doplněna na obvodu stlačitelnými pryžovými prvky kruhového nebo oválného tvaru, schopnými absorbovat délkové napětí vyvolané ledem. Způsob řešení podle US patentu 4 299 202, využívá kruhové pryžové knoflíky rozložené střídavě po celé ploše protékaného prostoru a vytvářející jakýsi labyrint stlačitelných prvků schopných kompenzovat délkové i objemové změny v ledu. Jiné řešení (francouzský patent 7 816 350) je založeno na vnitřním průřezu trubic ve tvaru neúplné osmičky pružně podepřené zvenku kovovými pruty, čímž se umožní délkové i objemové dilatace trubic při tvorbě ledu. Obdobné je i řešení podle francouzského patentu č. 2 456 915 používající duté stlačitelné hadice vložené v ose trubek jimiž protéká voda.

Nevýhodou známých řešení konstrukce průtokových solárních panelů odolných k poškozeni při zamrznutí vody je složitost, a tím nákladnost výroby a také skutečnost, že pryžové a deformací ohýbané dílce podléhají únavě materiálu a stárnutí, což omezuje jejich životnost, a tím i funkčnost celého kolektoru.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje uspořádání solárního průtokového zařízení, jehož podstata spočívá ve způsobu vytvarování vnitřních prostor jimiž proudí voda tak, že obsahuje ploché dutiny rozšiřující se ve směru průtoku ohřívané vody

-1CZ 281326 B6 a uspořádané tak, že podélná osa dutin je ve směru průtoku vody odkloněna od vodorovné roviny min. o 30’, čímž odtok vody z dutiny umístěný v širší části se nachází výše nez přítok vody a nad odtokem vody je vzduchový polštář vymezený stěnami horní části dutiny a hladinou odtékající vody.

Velikost vzduchového polštáře v takto uspořádaných dutinách průtokového panelu je do určité míry závislá na šikmosti sklonu panelu v jeho pracovní poloze. Maximální objem vzduchu se vytvoří při svislé poloze podélné osy dutiny. Postupným zmenšováním sklonu se objem bude snižovat a ve vodorovné poloze bude jeho velikost nulová a panel již nebude odolný při zamrznutí. Minimální sklon panelu v pracovní poloze, při němž je ještě zajištěna ochrana při zamrznutí je takový, kdy objem vzduchového polštáře je asi 15 % z objemu vody obsažené ve vnitřní dutině.

Solární panely s takto uspořádanými vnitřními prostorami protékanými ohřívanou vodou mají výhodu jednoduchého konstrukčního řešení velkého počtu jednotlivých tvarových a rozměrových variant, umožňujícího snadnou výrobu v průmyslovém měřítku, což se projeví v příznivých výrobních nákladech a nízké ceně. Pro svoji jednoduchost je tento princip dobře aplikovatelný v různých řešeních stavebních krytin spojujících funkci solárního kolektoru, střešní krytiny a tepelně izolujícího panelu. Teplosměnná plocha je tvořena elementárními buňkami, obsahujícími průtočné dutiny, sestavené dlaždicovítě tak, že se vzájemně překrývají.

Na rozdíl od dosud známých konstrukci toto průtokové solární zařízení neobsahuje pružné dílce jejichž stárnutí, nebo materiálová únava vlivem ohybových cyklů, by omezovala celkovou životnost. Ochranu proti poškození mrazem získají průtokové panely pouhou morfologií dutin jimiž protéká ohřívaná kapalina, proto je tento způsob vhodný pro sériovou výrobu z různých kovových, plastových i keramických materiálů za použití lisovacích nebo tvářících nástrojů.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález je v příkladném provedení na připojeném výkrese, kde na obr. 1 je vyznačen půdorys a na obr. 2 je příčný řez elementární buňkou solárního zařízení.

Příklad provedení vynálezu

Zařízení má teplosménné plochy, tvořené elementárními buňkami 1, z nichž každá obsahuje alespoň jednu průtočnou dutinu 2, rozšiřující se ve směru průtoku ohřívané vody, která v pracovní poloze je nakloněna vůči vodorovné rovině. Odtok 4 vody z dutiny

2. se nachází v širší části dutiny 2 a výše než přítok 3. vody. Nad odtokem 4. vody je vzduchový polštář 5., vymezený stěnami horní části dutiny 2 a hladinou odtékající vody.

Jak je zřejmé z nárysu i z bokorysného řezu, vnitřní dutina 2 se plynule rozšiřuje v obou na sebe kolmých rovinách a její příčný průřez se proto zvětšuje ve směru proudící kapaliny.

Pracovní poloha buněk 1. při umístění na objektu je šikmá (min asi 30’) vzhledem k vodorovné rovině. Buňky 1 jsou sestaveny

-2CZ 281326 B6 dlaždičovitě, takže se vzájemně překrývají.

Při vpouštění vody do průtočné dutiny 2, voda vtékající přítokem 3., ležícím ve spodní části dutiny 2., stoupá směrem k odtokovému otvoru 4 a vytlačuje přitom vzduch z průtokového panelu. Jakmile se hladina kapaliny zvedne až k hornímu okraji odtoku 4, uzavře se zbylý vzduch ve vrcholové části 5 dutiny 2 a samovolně se tak vytvoří stlačitelný vzduchový polštář 5 nad každou elementární buňkou 1 zařízení, zaplněnou ohřívanou vodou.

Vzduchový polštář 5 dovoluje expanzi ledu, doprovázející asi 10% zvětšení objemu při zamrznutí vody v solárním panelu a plynule se zvětšující průřez dutiny 2 umožňuje posun ledové hmoty směrem ke vzduchovému polštáři 5, takže se vyloučí nebezpečí destrukčních tlaků na stěny dutin 2 v solárním panelu, které jsou zaplaveny vodou.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Průtokové zařízení pro solární ohřev vody se zvýšenou odolností proti poškození při zmrznutí, vyznačující se tím, že obsahuje ploché dutiny (2), rozšiřující se ve směru průtoku ohřívané vody, kde podélná osa dutiny (2) je ve směru průtoku vody odkloněna od vodorovné roviny, takže odtok (4) vody z dutiny (2) se nachází v její širší části a výše než přítok (3) vody, a nad odtokem (4) vody je vzduchový polštář (5), vymezený stěnami horní části dutiny (2) a hladinou odtékající vody.
2. 2. Průtokové zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že odklonění dutin (2) vzhledem k vodorovné rovině je minimálně 30°, přičemž objem vzduchového polštáře (5) tvoří asi 15 % z celkového objemu dutiny (2).
3. 3. Zařízení podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že teplosměnná plocha je tvořena elementárními buňkami (1), z nichž každá obsahuje alespoň jednu dutinu (2) a kde buňky jsou sestaveny dlaždicovitě a navzájem se překrývají.