FI67948C - Anordning vid dubbelverkande solfaongare - Google Patents

Description

[7^7] KUULUTUSjULKAISU - 8 (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 6/948 C /«ν Patentti myönnetty 10 C5 1905 Patent iscddelat (51) Kv.lk.*/lnt.Cl.‘ F 24 J 2/20 (21) P»tenttlhakemu* ~ Patentansökning 793096 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 05.10.79 { ^ (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 05.10.79

(41) Tullut julkiseksi — Bllvit offentlig qj gQ

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. — n.

Patent-och registerstyrelsen ' ’ Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad ^O.Ud.oi) (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 06.10.78 Ruotsi-Sverige(SE) 7810462-7 (71) Arne Lögdberg, Birger Jarlsgatan 117, S-113 56 Stockholm, Ruotsi-Sver i ge(SE) (72) Arne Lögdberg, Stockholm, Karl Hilding Brosenius, Stockholm,

Ruots i-Sver ige(SE) (74) Oy Kolster Ab (54) Kaksoisvaikutteisen aurinkoenergian keräilijän yhteydessä käytettävä laite - Anordning vid dubbeiverkande solfängare

Esillä oleva keksintö on ruotsalaisten patenttihakemusten 76/10916-4 ja 78/03420-4 mukaisten aurinkoenergian keräilylaitteiden parannus. Ensimmäisellä mainituista keksinnöistä on luonteenomaista pääasiassa, että vesi saatetaan virtaamaan ohuina vesisuihkuina painovoiman vaikutuksen alaisena jakottaisesti alas auringon kuumentamaa ja lasin peittämän ilmakerroksen sisäpuolelle sovitettua tummaksi maalattua levypintaa, absorptiolevyä pitkin ja tällöin välittömässä kosketuksessa lämpimän levypinnan kanssa ottamaan lämmön tästä. Toiselle keksinnölle on pääasiassa luonteenomaista, että absorptiolevyn päällä alasvirtaavat vesisuihkut saatetaan erityisillä jako- ja jarrutuselimillä toisaalta jakautumaan tasaisesti koko auringon kuumentamalle levypinnalle ja toisaalta niiden alasvirtausnopeutta jarrutetaan useita kertoja (putoa-misnopeus), niin että aikaansaadaan lisätty ja ajallisesti pidennetty kosketus veden ja levyn välille, joten jokaisen alasvirtausjakson aikana siirtyy suurempi lämpömäärä levystä veteen.

Molemmat mainitut keksinnöt yhdessä ovat pyrkineet saamaan aikaan oleellisesti halvemman ja yksinkertaisemman laitteen kiertävän veden kuumentamiseksi auringon avulla kuin tähän asti tunnetut aurinko- 2 67948 energian keräilijät, joissa käytetään vettä lämmönsiirtoväliaineena. Useimmat tunnetut viimeksi mainitun tyyppiset keräilijät muodostuvat suljetuista, tummaksi maalatuista putkijärjestelmistä, radiaattori-paneeleista tai sentapaisista, jotka on sovitettu lasilla peitettyjen ilmakerrosten sisäpuolelle ja joiden läpi virtaa jatkuvasti kierrä-tysvesi paineen alaisena (pumpunpaine), joka vesi ottaa tällöin lämpöä auringon kuumentamista pinnoista. Näiden suljettujen järjestelmien epäkohtana, jotka täytyy tehdä sekä veden pitäviksi että tiettyä vedenpainetta kestäviksi, on se, että niistä tulee suhteellisen kalliita ja painavia ja edelleen, että ne täytyy joko tyhjentää vedestä jääty-misyaaran vuoksi - mikä samoin aiheuttaa syöpymisongelmia - tai myös on käytettävä jäätymättömiä kierrätysnesteitä, mikä voi aiheuttaa muita häiriöitä. Jotkut tunnetut keräilijät on sen vuoksi tehty sen sijaan avonaisiksi järjestelmiksi, joissa vesi virtaa jatkuvasti alas auringon kuumentaman absorptiolevyn tiettyjä syvennettyjä osia pitkin, kun taas saman levyn muut koholla olevat osat pysyvät kuivina ja ottavat auringon lämpöä, joka sen jälkeen levyssä tapahtuvan johtumisen seurauksena siirtyy jatkuvasti alasvirtaavaan veteen. Nämä molemmat järjestelmät ovat kuitenkin huomattavasti monimutkaisempia kuin alussa mainittujen keksintöjen mukaiset.

Myös viimeksi mainittujen laitteiden yhteydessä on epäkohtana kuitenkin, että huomattavat osat tuodusta auringon lämmöstä menetetään hyödyttöminä lämpöhävioinä ulospäin. Hyötysuhde ts, lämmittämistarkoi-tuksiin tai sentapaisiin hyödynnetty lämpö prosentteina tuodusta lämpö-säteilyn kokonaisenergiasta jää sen vuoksi usein jonkin verran alhaisemmaksi kuin suljettujen järjestelmien yhteydessä, kuitenkin siten että mainittujen keksintöjen mukaiset laitteet ovat mittauksissa osoittaneet hyötysuhteita (n. 35-40 %), jotka ovat ainoastaan merkityksettömästä ja joskus ei lainkaan alittaneet kaupallisesti markkinoitujen suljettujen, mutta kalliimpien aurinkolämpöjärjestelmien julkaistut arvot.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on kuitenkin alussa mainittujen keksintöjen yhteydessä nyt mainitut epäkohdat voitu poistaa suuressa määrin ja hyötysuhdetta on voitu huomattavasti lisätä, tähänastisten mittausten mukaisesti aina hyvin korkeisiin arvoihin 70-75 % saakka.

Pääasiassa menetetään tiettyjä määriä hyödytöntä lämpöä alussa mainittujen keksintöjen yhteydessä kolmella tai neljällä eri tavalla:

Ensiksi höyrystyy osa vedestä, joka valuu alas kuumennettua absorptiolevyä pitkin, minkä jälkeen tämä vesihöyry lauhtuu nopeasti absorptiolevyn edessä olevalla lasikerroksella ja luovuttaa tälle ti 3 67948 lauhdelämmön. Tämä johtuu puolestaan lasikerroksen läpi (erityisesti jos tämä muodostuu yhdestä ainoasta lasipinnasta) nopeasti hukkalämpöä ulkopuolella olevaan ilmaan.

Jos absorptiolevyyn rajoittuva ja levyn ja lasikerroksen sisäänsä sulkema ilmakerros ei kokonaisuudessaan ole höyrytiiviisti rajoitettu ympäristöstä, poistuu toiseksi myös tietty määrä vesihöyryä höyryn ylipaineen vuoksi suoraan ympäristöön ympäröivissä kerroksissa olevien epätiiviyksien kautta, jolloin vesihöyryn näin poiskuljettama lämpö kokonaisuudessaan merkitsee lämpöhäviöitä, Sen vuoksi on erittäin tärkeätä, että absorptiolevyn ympärillä oleva ilmakerros on sovitettu mahdollisimman höyrytiiviisti. Kääntäen ei kuitenkaan höyryn ylipaineen pidä muodostua liian suureksi, koska myös se voi saada ei toivottuja epätiiviyksiä rajoittavissa kerroksissa tai näiden keskinäisissä liitoksissa. Jos äsken mainittu ilmakerros on varustettu pienehköllä aukolla, esim, kierrätysvettä tuovan putken tulevaa liitäntää varten, voidaan poistuva vesihöyry meneillään olevan auringon aikaansaaman kuumentamisen aikana helposti huomata paljaalla silmällä (lauhtuneena) höyrysuihkuna, joka poistuu kyseisen aukon läpi.

Kolmanneksi kuumentaa välillisesti absorptiolevyä peittävää lasikerrosta absorptiolevystä tuleva lämpö erityisesti lasikerroksen sisäsivulla (lähinnä levyä). Tätä lasikerroksen sisäsivuun varastoitua lämpöenergiaa ei käytetä hyväksi alasvirtaavan veden kuumentamiseen,

Vaan se poistuu ainakin osittain ympäristöön hyödyttöminä siirtymähä-viöinä lasipinnan läpi.

Lopuksi estää sumuna keräilijän lasin sisäsivulla lauhtuva vesihöyry tietyssä määrin tehokkaan auringonsäteilyn absorptiolevyä kohti.

Esillä oleva keksintö välttää kerralla hyvin oleellisesti alussa mainittujen laitteiden kaikki nyt mainitut epäkohdat ja lisää tällöin myös oleellisesti niiden hyötysuhdetta. Keksinnölle on pääasiassa tunnusomaista - tarkemmin määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa -, että osa ylös aurinkoenergian keräilijöihin tuodusta alasvirtaavasta vedestä saatetaan sisäsivulla jaksottaisesti huuhtelemaan, ts. virtaa 67948 maan alas kosketuksessa, myös absorptiolevyä peittävää lasikerrosta tällä alasvirtaavalla vedellä.

Tällä jaksottaisesti tapahtuvalla vesihuuhtelulla on joukko suotuisia vaikutuksia. Toisaalta se ottaa haltuunsa suhteellisen kuuman lauhdeveden, joka on muodostunut aurinkoenergian keräilylasin sisäsivulla ja siten myös lauhdevedessä vapautuneen höyrynmuodostuslämmön, Toisaalta se ottaa talteen suuren osan auringonsäteilyn kuumentamassa lasipinnassa olevasta lärapösisällöstä. Toisaalta lisääntyy lämmönsä-teily teho siten, että keräilylasin sisäsivu tulee jokaisen huuhtelun jälkeen likimain kirkkaaksi. Auringonsäteily absorptiolevyä kohti tulee silloin tehokkaammaksi ja levy kuumenee nopeammin. Toisaalta se vähentää syntyneen vesihöyryn ylipainetta ja vähentää siten myös hyödyttömiä höyrynyuotohäviöitä ulospäin.

Nyt on huomattava, että kyseisen vesihuuhtelun täytyy tapahtua edellä mainitun lasikerroksen sisäsivulla ja koska keräilijä sovitetaan normaalisti lasikerros jokseenkin kohtisuoraan auringon säteily-suuntaa vastaan, niin lasikerroksen sisäsivu tulee olemaan jokseenkin alaspäin käännettynä, ts. huonosti sopiva alustaksi huuhtelevaa vesi-virtaa varten. Kokeiden yhteydessä on kuitenkin tehty yllättävä ja odottamaton havainto, että huuhteluvesi voidaan tartuntavoimien vuoksi saattaa yhtenäisen vesikalvon muodossa virtaamaan kutakuinkin alaspäin käännetyn lasipinnan alasivua pitkin ja vaikka tätä kallistetaan voimakkaasti pystytasosta.

Tämä yllättävä havainto on puolestaan luonut tärkeän edellytyksen huuhteluveden teholla, jota edellä on periaatteellisesti selitetty .

Esillä oleva keksintö merkitsee tiettävästi aivan uutta periaatetta vettä lämpöä kantavana kierrätysväliaineena käyttäviä aurinkoenergian keräilijöitä varten, nimittäin koska kierrätysvesi ottaa auringon säteilemän lämmön kaksinkertaisesti, ts. sekä itse absorptiole-veystä että tätä levyä peittävästä lasikerroksesta. Keksinnön mukaista aurinkoenergian keräilylaitetta on sen vuoksi tässä nimitetty kaksois-vaikutteiseksi aurinkoenergian keräilijäksi, joka on tarkoitettu veden kantamaa lämpöä varten.

6 7 9 4 8

Keksinnön erästä suoritusesimerkkiä esitetään kuvioissa 1-13, jolloin kuvio 1 esittää pystykuvantona keksinnön mukaista aurinkoenergian keräilyelementtiä, kuvio 2 esittää pystyleikkausta kuvion 1 viivaa II-II pitkin, kuvio 3 esitää keräilyelementin poikkileikkausta kuvion 2 viivaa III-III pitkin, kuvio 4 esittää suuremmassa mittakaavassa keräilijän absorptio-levyn sivureunan taivutusta, kuvio 5 esittää saman sivureunan vaihtoehtoista taivutusleik- kausta, kuvio 6 esittää keräilijän absorptiolevyn yläreunan taivutusta, kuvio 7 esittää saman levyn alareunan taivutusta, kuvio 8 esittää laitetta alasvirtaavan veden tuomiseksi keräili jänyläosaan, kuvio 9 esittää erästä toista laitetta samaa tarkoitusta varten, kuvio 10 esittää vielä erästä laitetta mainittua tarkoitusta varten, kuvio 11 esittää sellaisen keräilyelementin pystyleikkausta, jossa ylimääräinen absorptiolevy on sovitettu pohjalevyn ja lasiker-roksen väliin, kuvio 12 esittää pientalon julkisivukuvantoa, jonka tiilikatolla on asennettu joukko keräilyelementtejä sekä kerrätysjärjestelmiä keräilijöiden läpi jaksottaisesti kertävää vettä varten ja kuvio 13 esittää kuvion 12 yksityiskohtaa sekä keräilijöiden ja kierrätysjärjestelmän asentamisen kaavamaista esitystä.

Kuvioissa 1-3 esitetään aurinkoenergian keräilyelementti, joka esitetään pystyasennossa kuviossa 1, pystyleikkauksena kuviossa 2 ja poikkileikkauksena kuviossa 3.

Kuvioissa 1-3 esitetty keräilyelementin suoritusmuoto on ensi sijaisesti tarkoitettu sovitettavaksi tavanomaisen, esim. tiilikatto-tyyppisen katon katonpäällysteen osaksi, mutta elementti voidaan sovittaa myös vapaasti esim. maahan puutarhassa tai muulla tavalla. Tavanomainen tiilikatto muodostuu alhaaltapäin lukien - kattotuolien lisäksi-kattolaudoista, aluspahveista, poikkirimoista, kattotiilien ruoteista ja 6 6794 8 kattotiilistä. Tässä keräilyelementti korvaa kattotiilien ruoteet ja kattotiilet ja se sovitetaan siten suoraan kattoluiskan suunnassa olevien katon poikkiruoteiden päälle. Uusissa taloissa säästetään siis sekä kattotiilen ruoteet että kattotiilet, mikä vastaa aika huomattavaa osaa keräilyelementin omista kustannuksista. Jo olemassa olevien talojen yhteydessä ei vaadita muita suurempia muutoksia kuin että kattotiilet ja kattotiilen ruoteet poistetaan, minkä jälkeen keräily-elementit yoidaan suoraan asettaa olemassa olevilla poikkirimoille.

Kuvioiden 1-3 aurinkoenergian keräilyelementti muodostuu pääasiassa samoista peruselementeistä kuin patenttihakemuksessa 76/10916^-4. Siten merkitsee viitenumero 1 auringonlämpöä absorboivaa tummaksi maalattua levyä, absortiolevyä, joka on edullisesti syöpymistä kestävää alumiinilevyä, numerolla 2 on merkitty ilmavälitila ja numerolla 3 yksinkertaista tai kaksinkertaista lasilevyä, joka yhdessä absortiolevyn kanssa ympäröi ilmavälitilaa 2. Absorptiolevy on edullisesti varustettu pystysuunnassa olevilla ylöstaivutetuilla sivureunoil-la 4, niin että muodostuu alaspäin ja sivulle päin tiivis mutta ylöspäin avonainen levyprofiili, jossa alasvirtaava vesi virtaa laatikko-profiilin pohjalevyn yli, ts. absorptiopinnan yli. Ylöstaivutetut sivu-reunat 4 muodostavat tuen yksinkertaista tai mahdollisesti kaksinkertaista lasilevyä 3 varten, joka muodostaa laatikkoprofiilin yläpinnan.

On havaittu edulliseksi kiinnittää lasikerros ylöstaivutettuihin levyn-reunoihin voimakkaan liimaavan mutta kosteutta kestävän aineen avulla tai erityistyyppisellä teipillä.

Kuviot 4-5 esittävät jonkin verran suuremmassa mittakaavassa ylöstaivutettujen levynreunojen paria erilaista poikkileikkausta. Kuvion 4 mukaisesti muodostetaan levynreuna 5, joka rajoittaa ja suojaa lasireunaa ja joka on sen vuoksi erityisen sopiva, kun keräilyelement-tiä käytetään itsenäisenä katonpeite-elementtinä tiilen asemesta. Kuvion 5 leikkauksella on etuna, että se on jonkin verran yksinkertaisempi ja vaatii vähemmän materiaalia eikä sitä paitsi varjosta absortiolevyn mitään osaa auringonsäteilyltä, mutta se suojaa sen sijaan huonommin lasipinnan reunoja.

il 7 67948

Absorptiolevy yarustetaan edullisesti ylhäältä ja alhaalta ylöspäin taivutetuilla poikkireunoilla 7-10 kuvioiden 6-7 mukaisesti. Yhdessä sivureunojen 4 sekä lasipinnan kanssa muodostaa absorptiolevy mahdollisimman tiiviisti suljetun laatikon.

Äbsorptiolevyn takasivulle eli alasivulle on sovitettu lämpöä eristävä kerros 11 mainittavien taaksepäin suuntautuvien lämpohäviöi-den estämiseksi auringon kuumentamasta absorptiolevystä. Tämän eristyksen edullisen suoritusmuodon mukaisesti se muodostui solumuovia olevista jäykistä levyistä, jotka on mahdollisesti yhdistetty mineraali-Villalevyjen kanssa ja jotka liimataan kiinni absortiolevyn takasivulle. Levyissä yhtyy suuri eristyskyky eristyslevyjen huomattavaan keveyteen jäykkyyden ohella.

Näin tehdyt aurinkoenergian keräilyelementit voidaan puolestaan tunnettujen keräilyelementbien yhteydessä sovittaa tavalliseen tapaan p\iukehyksiin,muoviprofiileihin tai sentapaisiin, jotka kehykset peitetään takasivulta puukuitulevyjä, alumiinilevyä tai sentapaista olevilla suojalevyillä, erittäin halvan mutta kuitenkin laadullisesti moitteettoman menetelmän mukaisesti, jota on ehdotettu keksinnön mukaisesti, jätetään sekä kehykset että takasuojalevyt pois. Sen sijaan sovitetaan muovikangas 12, kuvio 3, joka peittää eristyslevyjen 11 takasivun ja joka liittyy ylöstaivutettuihin äbsorptiolevyn reunoihin. Täten saadaan aikaan erittäin kevyt ja halpa mutta kuitenkin riittävän kestävä keräilyelementtien päällys. Tämä päällys yhdessä muodoltaan jäykkien keräilyelementtien kanssa on täysin riittävä elementtien päällysteeksi, jotka on sovitettava kattoelementeiksi esim. tiilikaton asemesta .

Aurinkoenergian keräilyelementit sovitetaan tällöin välittömästi katon pinnan kattoluiskan suunnassa kulkevia katon poikkirimoja vasten. Koska keräilyelementit sovitetaan sivusuunnassa tiiviisti vierekkäin, ei tarvita myöskään lämmöneristyssyistä tässä suunnassa mitään erillistä kehystä. Keräilyelementit muodostavat asentamisen jälkeen katon pinnalla sivusuunnassa yhtenäisen pinnan ilman varsinaisia lämmönhukkapin*-toja sivusuunnassa vertaa myös kuvio 12.

8 67948

Absorptiolevy, sen ylöstaivutetut reunat ja sen näihin reunoihin liimaamalla liitetty lasipeite muodostavat yhdessä käytännöllisesti ottaen ilmatiiviisti rajoitetun laatikon 13, kuvio 3, joka auringon kuumentaessa alasvirtaavaa vettä estää tehokkaasti syntyneen vesihöyryn tunkeutumisen mainittavassa määrin ympäristöön.

Mainitun laatikon pohja, absorptiolevy 1, varustetaan edullisesti poikittaisilla jako- ja jarrutuselimillä 14 ruotsalaisen patenttihakemuksen 78/03420-4 mukaisesti. Nämä elimet voidaan tehdä eri tavoin, mutta ne muotoillaan edullisesti kuvion 2 mukaisesti poikittain asetetuiksi taitetuiksi metallilevyiksi tai muovilevyiksi, jotka on liitetty pohjalevyyn (absorptiolevyyn) ja jotka yhdessä tämän kanssa muodostavat joukon poikittaisia, leikkaukseltaan edullisesti V-muotoisia lokeroita 15. Nämä lokerot keräävät tilapäisesti alasvirtaavan veden ja levittävät sen aurinkoenergian keräilyelementin leveydelle, mutta ne tyhjenevät sitten välittömästi alaspäin lokeroiden pohjiin sovitettujen reikien tai läpäisykanavien 16 kautta, katso kuvio 1 sekä kuviot 9 - 10.

Kuviossa 2 ja suuremmassa mittakaavassa kuviossa 9 esitetyssä muotoilussa on poikkilevyt 14 liitetty absorptiolevyyn niiteillä (jotka ovat edullisesti samoin kuin poikkilevyt myös alumiinia) tai mahdollisesti hitsaamalla, metalliliimauksella, liimauksella tai sentapaisesta. V-muotoisten lokeroiden pohjaan on tiheästi sovitettu pieniä reikiä 16 tai esim. sahanhammasmaisesti leikattuja - samoin tiheästi sovitettuja kapeita kanavia, jotka aivan absorptiolevyn läheisyydessä päästävät V-lokeroihin tilapäisesti kerätyn veden alaspäin absorptio-levyä pitkin. Sen sijaan että poikkilevyt 14 ovat varustetut tiiviisti sovitetuilla rei'illä tai kanavilla, ne voidaan liittää absorptiolevyyn siten, että muodostuu kapea vettä läpipäästävä rako absorptiolevyä pitkin .

Poikkilevyjen 14 vaikutuksesta jarrutetaan ylhäältäpäin alasvirtaavaa vettä tilapäisesti, kerätään V-lokeroihin 15 siten, että lokeroihin muodostuu jokseenkin vaakasuuntainen vedenpinta ja vesi jaetaan siten tasaisesti absorptiolevyn alapuolella olevan osan päälle.

9 67948

Kaikkien poikkilevyjen 14 yhteisvaikutukseksi tulee, että alasvirtaava vesi virtaa jarrutetulla putousnopeudella kuumennetun absoptioleyyn yli ja jakautuu samoin tasaisesti sen koko lämpöä luovuttavalle pinnalle. (Ilman poikkilevyjä 14 on olemassa vaara, että alasvirtaava vesi juoksee ahsortiolevyn yläreunasta alas keskittyneinä suurempina noroina, jotka koskettavat ainoastaan pienehköä osaa levyn kokonaispinnasta eivätkä sen vuoksi ota lämpöä enemmästä kuin saman levypinnan osasta).

Jos nyt vettä tuodaan jollakin tavalla jaksottaisesti aurinkoenergian keräilylaatikon 1-2-3-4 huipulle, kuviot 1-2, niin poikkilevyt 14 tai niiden mahdollinen vastine muodostavat kaksi sarjaa tilapäisesti vedellä täytettyjä lokeroita 15 ja vastaavasti 17, joista alasvirtaava vesi välittömästi virtaa edelleen alaspäin ja on silloin kosketuksessa absorptiolevyn ja vastaavasti lasikerroksen alasivun kanssa. Edellinen vesivirta ottaa lämmön auringon kuumentamasta absorptiolevystä, kun taas viimeksi mainittu vesivirta alussa kuvaillulla tavalla täysin yllättäen seuraa lasikerroksen 3 alasivua alaspäin, kunnes - samalla tavalla kuin absorptiolevyn läheisyydessä oleva vesivirta - mahdollisesti seuraavan alemmaksi sijoitettu jako- ja jarrutuslevy 14 kokoaa sen. Lasikerroksen alasivulla oleva vesivirtaus kerää puolestaan lasi-kerrokseen tarttuvan lämpimän lauhdeveden, ottaa lasikerroksen alasi-vuun varastoituneen auringonlämmön ja huuhtelee lasikerroksen puhtaaksi 1auhdeve s i sumus ta.

Viimeksi mainitun yesivirtauksen voidaan tällöin sanoa keräävän ja ottavan talteen suurehkon osan lämpöenergiasta, joka on mennyt hukkaan absorptiolevystä. Alasvirtaavaan veteen tulee siten lämpöä kahdelta taholta, osittain absorptiolevystä ja osittain lasikerrok-sesta. Tämän kaksinkertaisen lämmitystehon ansiosta yhdessä jaksottaisen veden alasvirtauksen kanssa ovat tämän keksinnön mukaiset aurinkoenergian keräilyelementit voineet saavuttaa hämmästyttävän korkean hyötysuhteensa.

Tämä on keksinnön mukaisesti saavutettu käyttämällä hyvin yksinkertaista aurinkoenergian keräilylaitetta. Tämä muodostuu suurin piirtein ainoastaan takasivulta eristetystä tasaisesta levystä, jossa on ylöspäin käännetyt reunat, mutta joka on varustettu joukoilla siihen liitettyjä poikkilevyjä ja yhdellä tähän levyyn kiinnitetyllä lasilevyllä. Laitteessa ei ole mitään monimutkaisia putkijärjestelmiä tai sentapaisia, eikä jäätymisvaaraa, ainoastaan absorptiolevyn ja lasi- 10 6 7 9 4 8 peitteen ajoittainen ruiskuttaminen alasvirtaavalla vedellä, jota tietyin aikavälein pumputaan keräilijöiden yläreunaan.

Tämän ruiskutuksen puhtaasti tekninen suorittaminen voi periaatteessa tapahtua monella eri tavalla. Periaatteellisesti yksinkertaisin tapa esitetään kuviossa 8 (vertaa myös kuvio 1), jonka mukaan vettä tuodaan keräilijän yläreunassa olevan poikittaisen putken 18 kautta. Putki 18 on varustettu kahdella rivillä tiheään sijoitettuja pieniä reikiä, joista alasvirtaava vesi ohjataan tietyn pumpunpaineen avulla absorptiolevylle 1 ja vastaavasti lasikerroksen 3 alasivulle.

Tämä yksinkertaistettu ratkaisu antaa kuitenkin tavallisesti jonkin verran epätasaisen veden jakautumisen ruiskutetuille pinnoille.

Alasvirtaayan veden tasaisempi jakautuminen sekä absorptiolevylle että lasipesitteelle saadaan aikaan kuvion 9 mukaisella laitteella, joka on esitetty myös kuviossa 2. Absorptiolevy on tässä tapauksessa yarustettu aikaisemmin mainituilla poikkilevyillä 14, jotka tiheään sijoitettujen reikien tai kanavien 16 avulla tai muulla tavalla ohjaavat alasvirtaavaa vettä välittömässä kosketuksessa absorptiolevyn ja vastaavasti lasikerroksen alasivun kanssa. Kahdella reikärivilla yarustettu tulojohto 18 ohjaa tällöin alasvirtaavan veden siten, että tilapäisesti muodostuu kaksi erillistä vesitaskua 15 ja 17 jokaisen jaksottaisesti tapahtuvan pumppuamistapahtuman yhteydessä. Näissä taskuissa oleva vesi juoksee kuitenkin välittömästi edelleen reikien tai kapeiden kanavien 16, 16a läpi absorptiolevyä ja vastaavasti lasikerroksen alasivua pitkin. Kuvion 2 mukaisesti kohtaa näin alasvirtaava vesi useita kertoja uusia poikkilevyjä 14, joissa uudelleen muodostuu vesitaskuja 15 ja 17, jotka vuorostaan tyhjennetään alaspäin. Täten alasvirtaavaa vettä toisaalta jarrutetaan jälleen aikaisemmin kuvaillulla tavalla putoamisnopeutta ajatellen, toisaalta vesi jakautuu jokaisesta poikkilevystä uudelleen tasaisesti sivusuunnassa sekä absorptiolevyn että lasikerroksen leveydelle.

Vielä eräs suoritusmuoto esitetään kuviossa 10. Tämän mukaisesti tuodaan alasvirtaava vesi tulojohdon 19 kautta, joka syöttää (ajoittaisen) vesitaskun 20 jonkin verran toisin muotoillun jakolevyn 21 yläpuolelle. Taskussa 20 oleva vesi juoksee osittain välittömästi alaspäin absorptiolevyä 1 pitkin samantyyppisten reikien tai kanavien 16 11 67948 lautta kuin aikaisemmin kuiyaltujen poikkileyyjen 14 yhteydessä, osittain jakolevyn 21 huipun yli, joka toimii tällöin ylivirtausreunana· Tästä syötetään alasvirtaava vesi edelleen lasikerroksen 3 alasivua pitkin vastaavalla tavalla kuin kuvion 9 mukaisesti.

Alasvirtaava vesi voidaan kuitenkin keksinnön ajatuksen puitteissa tuoda keräilijöille monella muulla tavalla kuin niillä, jotka tässä on esitetty esimerkkeinä. Muuttamalla pumppuamistehokkuutta ja jaksottaisesti tapahtuvien pumppuamistoimenpiteiden välisiä aikavälejä voidaan kaikissa tapauksissa vaihdella sekä alasvirtausmääriä että niiden jakautumista absortiolevyn ja lasikerroksen välillä aika laajoissa rajoissa ja soveltaa toivottaviin arvoihin.

Keräilijän alareunassa kootaan alasvirtaava vesi aurinkoenergian keräilylaatikon alemman reunaosan sopivan muotoilun avulla poisto-aukkoon, esim. viitenumerolla 22 merkittyyn kuvioissa 1-2. Tästä poistoaukosta johdetaan vesi sitten edelleen sopivia kokoomajohtoja pitkin sinänsä tunnetulla tavalla, esim. sillä tavalla joka on kuvailtu lähemmin ruotsalaisessa patenttihakemuksessa 76/10916-4. Tämän menetelmän mukaisesti kuljetetaan kuumennettu vesi useista aurinkoenergian keräilyelementeistä kokoomajohdon kautta omalla painollaan säiliöön, joka sisältää kyseisen rakennuksen lämmitysjärjestelmän yhteydessä olevan lämmönvaihtimen. Auringon kuumentama vesi kuumentaa lämmönvaihtimen ja lämmönvaihdin kuumentaa puolestaan rakennuksen lämmitysjärjestelmän tai lämpimän veden varausjärjestelmän kierrätysveden sinänsä tunnetulla tavalla. Lämmönvaihdinta ympäröivä auringon lämmittämä mutta lämmönvaihtimen jäähdyttämä vesi pumputaan sen jälkeen toisen kokooma-johdon kautta vuorostaan keräilijöiden yläreunaan, josta se uudelleen jaksottaisesti saatetaan virtaamaan alas eri keräilijöiden yli ja ne kuumentavat sen. Katso myös kuviot 12 - 13.

Yllä olevassa selityksessä on käsitelty lähemmin sitä suoritusmuotoa, jonka mukaisesti absorptiolevy on tehty yhdeksi ainoaksi yksinkertaiseksi levyksi, joka kuumenee välittömästi sen lasipeitteen läpi tulevan auringonsäteilyn vaikutuksesta. Tiettyjen olosuhteiden vallitessa voidaan kuitenkin keräilijän tehoa vielä lisätä sovittamalla mainitun absorptiolevyn ja lasipeitteen väliin tietyllä tavalla sovitettu ylimääräinen levy 23, kuvio 11. Levy 23 jakaa alkuperäisen laa-tikkokanavan (ilmakerroksen) 2 kahteen erilliseen osaan 2a ja 2b, jotka kuitenkin ovat keskenään ilmayhteydessä levyn 23 ylä- ja alareunassa 12 6 7 948 olevien ilmarakojen 24, 25 välityksellä kuyion n mukaisesti.

Auringon säteillessä tällä tavalla tehtyä auringonenergian keräilijää kohti kuumenee ensi sijaisesti välittömästi auringonsäteilylle alttiina oleva levy 23 sekä levyn 23 ja lasikerroksen välinen ilmakerros 2a. Aluksi ovat sitä vastoin takana oleva ilmakerros 2b ja levy 1 kylmät. Molempien ilmakerrosten välisen lämpötilaeron vuoksi alkaa tällöin ilmanvirtaus, jolloin kerroksessa 2a oleva ilma nousee ylöspäin ja kerroksessa 2h oleva ilma käskee alaspäin. Tämä johtaa vuorostaan pyörivään ilmankiertoon levyn 23 ympäri, joten levy 1 kuumenee vähitellen. Ilmankierto jatkuu itsestään ilman tuulettimien tai sentapaisten apua siihen saakka, että ilmakerros 2b on saavuttanut saman lämpötilan kuin kerros 2a, jolloin samanaikaisesti levy 1 on kuumentunut suhteellisen korkeaan lämpötilaan.

Nyt esitettyä ilmankiertoa voidaan voimistaa vielä jonkin verran siten, että levy 23 taivutetaan päistään siten, että aikaansaadaan yirtaviivan muotoiset väylät 24, 25 levyn 23 päiden ympäri.

Levyihin 23 ja 1 varastoitu lämpö voidaan sen jälkeen ajoit-taisesti ja jaksottaisesti siirtää kerrätysveteen siten, että sellaista vettä tuodaan periaatteellisesti samalla tavalla kuin aikaisemmin on selitetty ylös keräilijään ja sen jälkeen se saatetaan virtaamaan alas tässä tapauksessa molempien kuumennettujen levyjen 23 ja 1 yli ja vastaavasti lasikerroksen 3 alapuolella ja/tai ylimääräisen keräilyle-vyn 23 alapuolella. Tällä ratkaisulla voidaan edelleen lisätä aurinkoenergian keräilijän hyötysuhdetta.

Esillä’ olevan keksinnön mukaiset keräilijät ovat huomattavan 2 kevyitä. Normaalisti on kunkin keräilijän pinta-ala n. lm (esim, 2,0 x 0/5 m), ja sellainen keräilyelementti sisältää keksinnön 2 mukaisesti tavallisimmassa suoritusmuodossaan n. 1,2 m 1 mm vahvaa 2 2 alumiinilevyä, lm 3 mm vahvaa lasia ja 1 m 50 mm vahvaa solumuovia yhteenlasketun painon ollessa ainoastaan n. 13 kg keräilyelementtiä kohti. Raskaat komponentit, jotka tavallisesti sisältyvät tavanomaisiin keräilijöihin, kuten putki- tai radiaattorijärjestelmät, ympäröivät kehykset, takasuojalevyt, ynnä muut on esillä olevan keksinnön mukaisesti voitu jättää pois tai korvattu hyvin kevyillä materiaalipinnoilla. Keräilyelementtien keveydellä on merkitystä erityisesti, kun keräilijät asennetaan katonpäällysteen osaksi. Laitteen yhteydessä on kehitetty järjestelmä aurinkoenergiajärjestelmän asentamiseksi tavanomaiselle pientalon katolle, josta esitetään kaavamaisesti esimerkki

II

13 67948 kuvioissa 12 - 13. Keksinnön mukaiset keräilijät voidaan kuitenkin edullisesti asettaa myös· maantasoon, mutta komponenttien käsittelyyn liittyvät ongelmat tulevat silloin periaatteessa oleellisesti yksinkertaisemmiksi kuin katolle asentamisen yhteydessä.

Toisaalta on sinänsä toivottavaa, että auringon energian ke-räilyelementit voidaan jokseenkin mukavasti asentaa katonpäällysteeksi. Pääsyynä on, että katolle asentamiseen liittyy yleensä pienempi puiden ja muiden maaesteiden aiheuttama varjostuksen vaara, siis kääntäen suurin mahdollisuus esteettömään auringonsäteilyyn. Katolle asennettaessa keräilijät eivät ole tiellä, katolle asentaminen on yleensä ulkonäön kannalta suotuisa ja kustannuksia ajatellen säästävät keräily-elementit esim. tiilikaton yhteydessä tietyn kattotiilipinnan. Katolle asentamisen haittoja ovat suurempi epämukavuus, onnettomuusmahdollisuu-det asennustyön yhteydessä ja vaikeampi luoksepääseminen. Nämä epäkohdat on kuitenkin vältetty suuressa määrin keksinnön mukaisella laitteella ,

Kuvioiden 12 - 13 mukaisessa suoritusmuodossa sovitetaan edullisesti katonräystästä pitkin erityinen pääjohtoelementti 26. Elementti, joka voidaan tehdä laatikkoprofiiliksi ja yhdeksi tai kahdeksi toisiinsa yhdistetyksi pitkittäiskappaleeksi, voi muodostua alumiinipro-fiilista 27, katso kuvio 13a, joka on maalattu sisältä mustaksi ja joka voidaan peittää asennettavilla lasilevyillä 28. Näin muodostetun laatikkoprofiilin sisälle (joka voi olla varustettu lovilla ylhäältäpäin sisääntulevia putkiliitärtöjä varten) on sopivien tukien avulla asennettu kaksi suhteellisen paksua kokooma- eli pääjohtoa 29, 30, joista ainakin toinen on sovitettu sellaiseen kaltevuuteen, että keräilijöistä koottu alasvirtaava vesi voidaan omalla painollaan poistaa johdon kautta.

Laitteen mukaisten kokoomajohtojen ei tarvitse olla eristyskerroksella varustettuja. Sisäpuolelta mustaksi maalatut laatikkoprofii-lit 27, 28 kuumenevat nimittäin auringon säteillessä sisäpuolelta ainakin samaan lämpötilaan kuin keräilijät, minkä vuoksi laatikkoihin vedetyt kokoomajohdot ovat hyvin suojatut lämpöhäviöitä vastaan.

On huomattava, että laitteen mukaisesti sekä päätulojohto keräilyele-menttien että pääpaluujohto keräilyelementeistä ovat molemmat esitetyissä ja mainittuja johtoja varten yhteisissä laatikkoprofiileissa.

14 67948

Kun pääjohtoelementit 26 on asennettu, sovitetaan keräily-elementit järjestyksessä kattoluiskalle välittömästi pääjohtoelement-tien yläpuolelle. Kuvio 13 esittää tällöin edullista menetelmää.

Kevyet keräilyelementit asetetaan paikalleen kattoluiskan aikaisemmin sovitettujen poikkirimojen päälle eräänlaisina suurina kattoelement-teinä suoraan poikkirimoille. Kuvion 13 mukaisesti sovitetaan siten ensiksi keräilyelementti 31 paikalleen. Tämän jälkeen työnnetään Sivulta putkielementti 32 keräilijän toisessa sivussa olevan reiän 33 läpi. Kun putkielementti 32 on työnnetty lopulliseen sijaintiinsa, työnnetään seuraava keräilyelementti 34 ja putkiosa 35 tulee reiän 36 läpi. Sen jälkeen kun elementti 34 on työnnetty mahdollisimman lähelle elementtiä 31 vasten, ovat eri elementit saaneet keskinäisen sijoituksen, joka käy ilmi kuviosta 12. Vastaavalla tavalla jatketaan muiden keräilyelementtien kanssa.

Reiät 33 ja 36 (jotka tässä kuivaillun keräilijän suoritusmuodon mukaisesti on tehty alumiini-absorptiolevyn ylöstaivutettuihin reunoihin) varustetaan tiivistyslevyillä tai tiivisteillä, jotka mahdollistavat putkielementtien 32, 35 höyrytiiviin läpiviennin. Sellainen tiivistäminen on nimittäin toivottavaa sen estämiseksi, ettei sisällä keräilyelementeissä oleva auringonlämmön tuottama vesihöyry johda lämpöä ympäristöön sen tulematta hyödyksi.

Putkielementti 32, 35 (esim, alumiinia) on edullisesti varustettu T-kappaleella 37, johon on letkupuristimen avulla liitetty edullisesti taipuisaa muovijohtoa oleva johto 38 (joka samoin on sypymätön). Sen jälkeen kun eri elementit on saatu paikoilleen, liitetään letku-johto 38 yksinkertaisesti letkupuristimilla etukäteen sovitettuun T-haaraan 39. Vastaavalla tavalla liitetään pohjan tyhjennysjohdot 40,41 (edullisesti myös muovijohtoja) paluupääjohdon 29 T-haaroihin 42,43.

Kaikki liitäntäkytkennät voivat tämän suoritusmuodon mukaisesti tapahtua yksinkertaisina letkukytkentöinä ja hiihin päästään helposti käsiksi esim. tikapuilta.

Kaltevien kokoomajohtojen 29 ja 30 pohjapisteistä voidaan kuvion 12 mukaisesti vetää päällä olevat pystyjohdot 44,45, jotka johtavat lämpimään pohjatilaan sijoitettuun, pumpulla 47 varustettuun vesisäiliöön 46.

is 67948 Säiliö 46 sisältää pumppuamisen pysähdysjaksojen aikana järjestelmän koko vesisisällön, johon kaikki jäähtymiselle alttiina olevat johdot ym. tyhjentyvät automaattisesti pumpun pysähtyessä. Säiliöstä 46 kuljetetaan lämpö sen jälkeen sinänsä tunnetulla tavalla edelleen lämmönvaihtimen 48 ja lämpöjärjestelmän kierrätyspumpun 49 välityksellä sopivaan yesivarastoon 50.

Keskeisesti sovitettua pumppua 47, joka jaksottaisesti pumppuaa alasyirtaavan veden aurinkoenergian keräilijöiden yläreunaan, ohjaa edullisesti termostaatti, joka tuntee absorptiolevyn 1 lämpötilan.

Kun tämä on saavuttanut tietyn korkeuden, käynnistyy pumppu 47 ja kun levy 1 on jäähtynyt tietyn astemäärän, pysähtyy pumppu ja kiertokulku.

Absorptiolevyn voidaan myös ajatella olevan täysin tai osittain nk. aurinkokennojen peittämä - joista sähköenergia voidaan ottaa talteen. Aurinkokennot voidaan kiinnittää liimaamalla tai muuntyyppisellä kiinnityslaitteella absorptiolevylle ja sähköenergia voidaan siirtää nesteen kestävän sähköjohdon kautta keräilijästä paristoon tai muuhun sähkölaitteeseen.

Auringonsäteilyn vaikutuksesta muodostuu sähköenergiaa aurinkokennoissa. Kuitenkin muuttuu nykyään n. 80 % säteilevästä aurinkoenergiasta lämmöksi ja se kuumentaa tällöin aurinkokennot. Huuhtele-malla aurinkokennojen lasipintaan päin olevaa sivua, edullisesti jaksottaisesti, ja huuhtelemalla samanaikaisesti lasiruudun sisäsivua voidaan aurinkokennojen absorboima lämpöenergia ottaa talteen samalla tavalla kuin aikaisemmin on mainittu, jolloin voidaan saada sekä energiaa että kuumennettua nestettä esim. asunnon lämmittämistä varten. Hyötysuhde kasvaa tällöin oleellisesti.

Keksintöä ei ole rajoitettu piirustuksessa ja selityksessä esimerkkinä annettuihin suoritusmuotoihin, vaan se käsittää myös muut suoritusmuodot, jotka ovat keksinnön ajatuksen puitteissa.

Claims (9)

16 I: Patenttivaatimukset: 6 7948

1. Aurinkoenergian keräilijä, jossa on suljettu tila (2), jota rajoittavat auringonsäteiden suhteen läpinäkyvä elementti (3) ja aurxngon-energiaa absorboiva elementti (1), joka on välimatkan päässä läpinäkyvästä elementistä ja kääntyneenä tämän tilaan päin olevaa sisäsivua kohti, jolloin keräilijään on sovitettu kierrätysnesteen tuloaukko kierrätysnesteen tuomiseksi aurinkoenergiaa absorboivaan elementtiin ja lämmön vastaanottamiseksi tästä elementistä, tunnettu tilan (2) yläosaan sovitetusta syöttöelimes ta (18, 18, 21) nestevir-tauksen aikaansaamiseksi alaspäin läpinäkyvän elementin (3) sisäsivua pitkin, joka elementti (3) on sijoitettu sellaiseen kaltevaan asentoon vaakatasoon nähden, joka estää nestevirtaukseen kohdistuvia vetovoimia tulemaan suuremmiksi kuin nestevirran ja elementin sisäsivun väliset tartuntavoimat.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu siitä, että mainitut syöttö- ja jakeluelimet on muodostettu ruiskuelimistä nesteen ruiskuttamiseksi läpinäkyvän elementin (3) sisäsivua vasten.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu siitä, että ruiskuelimet on muodostettu rei'istä, jotka sijaitsevat syöttökanavassa (18), joka ulottuu tilan (2) poikki tämän yläosassa. k. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu ainakin yhdestä nestevirran virtaus-suuntaan nähden poikittain läpinäkyvän elementin (3) sisäsivua pitkin sovitetusta elementistä (14) nesteen jarruttamiseksi ja jakelemiseksi mainitussa poikittaisessa suunnassa, jossa elementissä on ulostulo-aukkoja (lfea), jotka sijaitsevat läpinäkyvän elementin (3) sisäsivun kohdalla.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu siitä, että jarrutus- ja jakeluelementti (14) on muotoiltu muodostamaan nesteellä täytetyn taskun (17), joka sijaitsee elementtiä pitkin.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu siitä, että mainittu syöttöelin (18, 19, 21) on sovitettu syöttämään nestettä aurinkoenergiaa absorboivan elementin (1) tilaan (2) päin olevalle sisäsivulle, niin että neste voi virrata alaspäin sisäsivua pitkin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen aurinkoenergian keräilijä, 67948 tunnettu siitä, että mainituissa syöttöelimissä on elementti (21), joka sijaitsee tilan (2) yläosassa ja joka on sovitettu muodostamaan nesteellä täytetyn taskun (20), jossa on ulostuloaukkoja (20) nestevirtauksen mandollistamiseksi aurinkoenergiaa absorboivan elementin (1) sisäsivua pitkin ja ulostuloaukkoja nestevirtauksen mahdollistamiseksi läpinäkyvän elementin (3) sisäsivua oithin.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu ainakin yhdestä nestevirran virtaussuuntaan nähden poikittain aurinkoenergiaa absorboivan elementin (1) sisäsivua pitkin sovitetusta elementistä (14) nesteen jarruttamiseksi ja jakelemiseksi mainitussa poikittaisessa suunnassa, jossa elementissä (14) on ulostuloaukkoja (16), jotka sijaitsevat aurinkoenergiaa absorboivan elementin (1) sisäsivun kohdalla. 0. uonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu siitä, että tila (2) on jaettu kahteen osatilaan (2a, 2b) läpinäkyvän elementin (3) sisäsivun ja aurinkoenergiaa absorboivan elementin (1) sisäsivun välisen aurinkoenergiaa ahsorboivan lisäelementin (23) avulla, jolloin mainitun lisä-elementin (23) ylä- ja alaosan kohdalla on osatilojen (2a, 2b) välisiä väyliä (24, 25) ja jolloin mainitut syöttöelimet (18, 19, 21) on sovitettu syöttämään nestettä niin, että se virtaa alaspäin mainittua lisäelementtiä (23) pitkin.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen aurinkoenergian keräilijä, tunnettu siitä, että mainittu syöttöelin (IS, 19, 21) on liitetty elimiin (*+7) nesteen jaksottaista syöttöä varten. ΤΓ 18 Patentkrav: 6 7948