HU229746B1 - Ötvözött alumíniumból készült napkollektor - Google Patents

Description

103359-11149 ER

ÖTVÖZÖTT ALUMÍNIUMBÓL KÉSZÜLT NAPKOLLEKTOR

A jelen találmány tárgya ötvözött alumíniumból készült napkollektor, amelynek alaplapból, keretből és fényáteresztö fedőlapból álló háza és a házban hőszigetelő rétegen elhelyezett, fűtőközeg járattal ellátott hőelnyelő eleme és a hőelnyelő elemhez kapcsolt csatlakozó csonkjai vannak.

A napkollektoroknak számtalan változata ismert. Ezek - a fentieknek megfelelően - fényáteresztő fedőlappal és alsó hőszigeteléssel ellátott házban elhelyezett hőelnyelő elemekből állnak, ahol a hőelnyelő elemek általában csövek.

Az ilyen kollektorok gyártásánál használnak műanyagot, használnak rezet, használnak acélt, sőt még alumíniumot is, de mindegyik termék jellemzője a fűtőközeg csőben való áramoltatása, ez legyen akár függőleges, akár vízszintes elhelyezésben. A hőfelvevő és hőátadó felület növelése érdekében a csőre sajtolt lemezbordát rögzítenek. Ennek a műszaki megoldásnak számtalan a hátránya.

Egyike ezeknek a hátrányos megoldásoknak, hogy két elemet építenek be, csövet és lemezt, ezek sokszor még anyagukban is különböznek egymástól. Az összeillesztésük, ahhoz, hogy jó hővezető képességet biztosítson, nagyon bonyolult, de mégsem tökéletes, ez csökkenti a hatékonyságot. Más esetben, mint például a rézcső az alumínium lemezzel, szintén hátrányos megoldás, mivel a két anyag között nedvesség hatására galvanikus hatás lép fel, korrózió képződik, létrehozva ezáltal egy hőszigetelő réteget, mely szintén csökkenti a hatásfokot.

Olyan kollektorok is ismertek, amelyekben a hőelnyelő elemek bordázattal ellátott lapok, ahol az egymásra helyezett bordák alkotják a fűtőközeg járatokat. Ilyen megoldásokat ismertet például a P9601194 sz. magyar szabadalmi bejelentés vagy az EP1455147 A2 sz. dokumentum.

Ezeknek, és a piacon fellelhető hasonlítható működési elven alapuló termékeknek, például a GB 1 492 916 sz. iratban ismertetett berendezésnek a hőelnye2 lö/höátadó felülete műanyagból van kialakítva. Ez - a termék a kis tömegétől eltekintve - számos hátrányt eredményez.

A műanyag rossz hővezető és ezen kívül anyaga viszonylag rövid idő alatt kifárad. Üzemeltetéskor ez a kifáradás - tekintettel a kitett hőnek és az erős napsugárzásnak - még inkább fokozódik.

A műanyag felületkezelése nagyon bonyolult, de mégsem időt álló, mivel a felvitt anyag egy idő után repedezni kezd és leválik, ugyanis a műanyag hő hatására nagy térfogatváltozást szenved el.

Ismertek olyan készülékek is, amelyeknél a hőelnyelő és a hőátadó felületek eloxált alumínium elemeken vannak kialakítva. Ilyen megoldást ismertet például az US 4,161,169 szabadalom. Ennél a megoldásnál azonban - hasonlóan például a GB 1 492 916 sz. szabadalomban leírt megoldásnál a hőátadó felület egy kis átmérőjű cső belső felülete, amely sokszorosan kisebb a hőelnyelő felületet alkotó szárnyak felületénél. Ezért az ilyen megoldások teljesítménye viszonylag kicsi, általában 500 W/m² alatt van.

Ugyancsak csökkenti az ismert berendezések hatásfokát a teljes kollektor nem kellő hőszigetelése és a kollektorok belsejében fellépő páralecsapódás.

A jelen találmánnyal ezért olyan napkollektor kialakítása a célunk, amely a fenti hátrányokat kiküszöböli: egyszerű felépítésű, olcsó és ugyanakkor hosszú távon megbízhatóan működik, korrózió nem lép fel, és a korábbiaknál hatékonyabban hasznosítja a napenergiát.

A kitűzött feladatot olyan napkollektorral oldottuk meg, amelynek alaplapból, keretből és fényáteresztő fedőlapból álló háza és a házban hőszigetelő rétegen elhelyezett, fűtőközeg járattal, valamint elosztó és gyűjtő járattal ellátott hőelnyelő eleme és a hőelnyelő elemhez kapcsolt fűtőközeg bevezető és kivezető csonkjai vannak, a hőelnyelő elem eloxált felületű ötvözött alumíniumból van kialakítva, közös síkban elrendezett profillemezei vannak, és mindegyikük egy - egy fűtőközeg járatot tartalmaz, a ház szétszedhető kialakítású és kerete eloxált felületű ötvözött alumínium profil, ahol a hőelnyelő elemnek lapos, nyújtott kialakítású fűtőközeg járatai vannak, amelyek magassága legfeljebb 4 mm, a házban páraelvonó vegyszer van elhelyezve, a hőszigetelő réteg és a hőelnyelő elem között hővisszaverő réteg van elhelyezve, továbbá a fedőlap legalább 92%-os fényáteresztő képességű szolár-üveg.

A profillemezek célszerűen egyetlen közös síkban vannak elrendezve.

A ház alaplapja célszerűen bordázattal merevített, ötvözött alumínium lemez, keretén és a hőelnyelő elemen a matt fekete eloxált réteg 10-18 mikron vastagságú tömör fémes oxidréteg.

A kollektor kis űrtartalma csekély áramló folyadékmennyiséget tesz lehetővé, ezért nagyobb hő gradienst és gyorsabb szabályozhatóságot biztosít, mely energia megtakarítást jelent a felhasználónak. A lapos, nyújtott fűtőközeg járatok hőátadó felülete alig kisebb, mint a hőelnyelő felület, arányuk kb. 1:2, szemben az ismert megoldások 1:4-1:6 felület arányával.

Az anyagok kiválasztásánál szintén a hatásfok növelése - mint a legfontosabb tényező - szerepelt oly módon is, hogy a kollektor tömege a lehető legkisebb maradhasson, megkönnyítve ezáltal a termék mozgathatóságát, szerelhetőségét.

Az előállított melegvíz felhasználható elsősorban használati melegvíz céljára, uszodák vizének melegítésére, de hasznosítható padló- illetve falfűtésre is, mivel egész évben működőképes, amennyiben a fűtőközegben megfelelő keverékarányú fagyállót használunk.

A gyártásnál célszerűen kiváló minőségű, környezetbarát anyagokat alkalmazunk, melyek minőségi kivitelezés esetén, természetes könnyedséggel simulnak a környezetbe, mindenben megfelelnek a kor követelményeinek és a Nemzetközi Energia Hivatal erre vonatkozó előírásainak.

A találmány szerinti megoldás egyik legfontosabb jellemzője - eltérve a hagyományos konstrukcióktól - az a tény, hogy a hőelnyelő felület csupán kevéssé kisebb, mint a hőátadó felület, ami rendkívüli hőteljesítményt biztosít a legnagyobb elérhető hatásfokkal. Nincs közvetítő elem a hőátadó felület és a fűtőközeg között, nincs galvanikus korrózió, mely szigetelne, nincs rossz összeillesztés, rossz préselés, mely mind hatásfokcsökkentő tényező.

A megoldásánál alkalmazott ötvözött alumínium anyag nagyon jó hővezető képességgel (235 W/m°C) rendelkezik, időt álló, korróziónak ellenálló, tömege kicsi (sűrűsége nem több mint 2,8 kg/dm³), könnyen megmunkálható, könnyen szerelhető, és viszonylag olcsó.

Az alkalmazott ötvözött alumínium lemez felületkezelése matt fekete elox, ami elektro-kémiai úton kerül felvitelre, tartósabbá téve annak felületét, ugyanis a felületen tömör 10-18 mikron fémes oxidréteg alakul ki. Ez a tömör réteg elektromos szigetelő hatásánál fogva kizárja a galvanikus korrózió lehetőségét, ugyanakkor esztétikus, hőszigetelése elenyésző, hatásfoka rendkívül jó, míg a hagyományos típusoknál korrózió védelmi kényszerből adódóan ez a bevonat

4-5 rétegben kerül felvitelre, ezért hőszigetelő réteget alkot, csökkenti a hőátadás! hatásfokot és növeli a költségeket.

A kollektor hatásfokát, illetve teljesítményét tovább növeli, hogy a házban páraelvonó vegyszer, a hőszigetelő réteg és a hőelnyelő elem között pedig hővisszaverő réteg van elhelyezve. Mindezek eredményeképpen a találmány szerinti napkollektor teljesítménye meghaladja a 750 W/m² értéket.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével mutatjuk be. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti napkollektor egy célszerű kiviteli alakjának felülnézete, a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott napkollektor 2-2 metszete, a

3. ábra az 1. ábrán bemutatott napkollektor 3-3 metszete, a

4. ábra a bordázott lemez egy részének metszete és az

5. ábra a találmány szerinti napkollektor egy másik célszerű kiviteli alakjának rész-metszete.

A találmány szerinti napkollektor fő elemét az 1 hőelnyelő elem alkotja. Ez az 1 -3. ábrákon bemutatott kiviteli alaknál két egymásra helyezett, bordázattal ellátott ötvözött alumínium lemezből van kialakítva. A 2 lemezek 0,8-3,0 mm vastagságú, hidegen hengerelt lemezek, amelyek az egyik lemezen kis mélységű, viszonylag széles bordázattal vannak ellátva. A bemutatott megoldásnál a 2 lemezek 1,2 mm vastagságú, félkemény AlMg 2,5 típusú ötvözetből vannak. A 2 lemezeken kialakított, egymással szembefekvö, a 4. ábrán látható 3 bordák képezik az 1 hőelnyelő elem 4 fűtőközeg járatait. Adott esetben a 4 fűtőközeg járatok kialakíthatók oly módon is, hogy a 3 bordák csak az egyik lemezen vannak. A 4 fűtőközeg járatok alul 5 elosztó, felül 6 gyűjtő járattal vannak összekötve. Ezek szintén a 2 lemezek (adott esetben csak az egyik lemez) kihajlításával vannak kialakítva. Ezeket a felszerelés során ajánlott vízszintes helyzetben rögzíteni. A 2 lemezek peremeik mentén célszerűen ragasztással vagy hegesztéssel vannak összekapcsolva (a bemutatott megoldásnál hegesztést alkalmaztunk). A járattérfogat állandósítására a 2 lemezek megfelelő távolságokban a 3 bordák mentén is rögzítve lehetnek.

A 4 fűtőközeg járatok méreteit célszerű úgy megválasztani, hogy az 1 höelnyelő elem űrtartalma 1-4 liter legyen. A függőleges járatok darabszáma általában 810, a kollektor felületének 70-80%-a, belső magasságuk előnyösen 1-5 mm. A bemutatott megoldásnál 9 db, 3 mm magasságú 4 fűtőközeg járatot alkalmaztunk.

Az 5 és 6 elosztó és gyűjtő járatok az 1 hőelnyelő elem felületének a 10-20%-a, belső keresztmetszet (folyadékáram) arány 75-80%, viszonyítva a teljes járatkeresztmetszethez.

A szerelés megkönnyítése céljából (átlós csatlakozás, jobbos-balos bekötési lehetőség) előnyös, ha alul és felül két-két 7, 8 csatlakozó csonk van kialakítva, amelyek közül a szereléskor kettőt dugóval kell lezárni. A 7 és 8 csatlakozó csonkok általában szabványos méretűek, külső menettel, hollandi anyával, klingerit alátét-tömítéssel és csatlakozó idommal vannak ellátva.

A napkollektor házát Z profilú ötvözött alumínium 9 keret és egy hidegen hengerelt, hosszirányban bordázattal merevített, ötvözött alumínium 10 alaplap alkotja. A ház célszerűen ESG prizmás, vasszegény, biztonsági edzett, minimum 92 %-os fényáteresztő képességű solar-üvegböl készült 11 fedőlappal van hermetikusan lezárva. Az üveg és az 1 hőelnyelő elem közé - a párásodás kivédésére - egy kis tartóban, a kereskedelemben forgalmazott 12 páraelvonó vegyszer kerül elhelyezésre.

Az 1 hőelnyelő elem alá, célszerűen hővisszaverő fóliával védett 13 hőszigetelés kerül, ennek anyaga előnyösen hungarocell.

Bizonyos esetekben, például ha a 2 lemezek tömített összekapcsolása nem bizonyul megbízhatónak, egy másik kiviteli alak alkalmazható. Ez a változat lényegében azonos az 1-3. ábrákon bemutatottal, ennél a megoldásnál azonban a bordázott 2 lemezek helyett 14 profillemezeket alkalmazunk, amelyekbe a 4 fűtőközeg járatok a préselés során eleve ki vannak alakítva, amint ez az 5. ábrán látható, ahol ennek a kiviteli alaknak a 3. ábrán bemutatott metszettel azonos rész metszetét mutatjuk be. A 14 profillemezek itt egy - egy 4 fűtőközeg járattal vannak ellátva, és az 1 hőelnyelő elemet a kívánt számú 14 profillemez alkotja. A 14 profillemezek egyetlen síkban, egymás mellett vannak elrendezve. A bemutatott kiviteli alaknál az egymás melletti 14 profillemezek peremeik mentén nincsenek összekapcsolva, mivel merevségük ezt nem teszi szükségessé, de adott esetben - például ponthegesztéssel - összekapcsolhatók. Olyan meg6 oldás is lehetséges, ahol az összes 4 fűtőközeg járat egyetlen 14 profillemezben van kialakítva.

A találmány szerinti napkollektorban minden elem, az ötvözött alumínium anyagából adódóan, nagyon jó hővezető képességgel rendelkezik, időt álló, tömege kicsi, könnyen megmunkálható és könnyen szerelhető fém.

Az 1 höelnyelő elemet alkotó 2 és 3 lemezek, valamint a ház 9 kerete matt fekete eloxált felülettel van kialakítva. A felületkezelés elektro-kémiai úton kerül felvitelre, tartósabbá téve annak felületét, ugyanis a felületen tömör 10-18 mikron fémes oxidréteg alakul ki, ami azon túlmenően, hogy a höelnyelő hatást növeli, elektromos szigetelő hatásánál fogva kizárja a galvanikus korrózió lehetőségét és esztétikus is.

A napkollektor kialakítása az alkalmazott Z profilú kerettel egyszerű, gyors és könnyű szerelhetőséget biztosít, ezért olcsón és könnyen telepíthető. Szerelhető tetőre, lapos tetőre, falra, ezenkívül felállítható állványra, védett szabadtéren is.

A hőigény nagyságrendjétől függően szerelhető egyedileg, illetve több napkollektor felhasználásával, mint párhuzamos kötésű napkollektor telep.

Alkalmazási területei lehetnek például kisebb és nagyobb családi házak, sorházak, többlakásos társasházak, szállodák, panziók, szabadtéri és fedett uszodák, kollégiumok, idősotthonok, orvosi rendelők, konyhák, vagy éttermek.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Napkollektor, amelynek alaplapból, keretből és fényáteresztő fedőlapból álló háza és a házban hőszigetelő rétegen elhelyezett, fűtőközeg járattal, valamint elosztó és gyűjtő járattal ellátott hőelnyelő eleme és a hőelnyelö elemhez kapcsolt fűtőközeg bevezető és kivezető csonkjai vannak, a hőelnyelő elem eloxált felületű ötvözött alumíniumból van kialakítva, közös síkban elrendezett profillemezei vannak, és mindegyikük egy - egy fűtőközeg járatot tartalmaz, a ház szétszedhető kialakítású és kerete eloxált felületű ötvözött alumínium profil, azzal jellemezve, hogy • a hőelnyelö elemnek (1) lapos keresztmetszetű fűtőközeg járatai (4) vannak, amelyek magassága legfeljebb 4 mm, • a házban páraelvonó vegyszer (12) van elhelyezve, • a hőszigetelő réteg (13) és a hőelnyelö elem (1) között hővisszaverő réteg van elhelyezve, és • a fedőlap legalább 92%-os fényáteresztő képességű szolár-üveg.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti napkollektor, azzal jellemezve, hogy a hőelnyelő elem profillemezei 0,8 - 3 mm vastagságúak és eloxált réteggel vannak bevonva.
3. 3. A 2. igénypont szerinti napkollektor, azzal jellemezve, hogy a ház keretén és a hőelnyelő elemen az eloxált réteg 10-18 mikron vastagságú, matt fekete, tömör fémes oxidréteg.