!HU000004485T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 004 485 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 06 783825 (22) A bejelentés napja: 2006. 06. 02. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20060783825 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1888980 A1 2006. 12. 07. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1888980 B1 2008. 08. 20. (51) Int. Cl.: F24J 2/34 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 06130006 PCT/NL 06/000276 (30) Elsõbbségi adatok: 1029168 2005. 06. 02. NL (72) Feltaláló: SCHAAP, Antonius, Bernardus, NL-1222 LN Hilversum (NL) (73) Jogosult: Econcern NV, 3526 KL Utrecht (NL) (74) Képviselõ: Szabó Zsolt, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (54) Napkollektor integrált hõtárolóval (57) Kivonat A jelen találmány integrált hõtárolóval (ICS) rendelkezõ napkollektorhoz kapcsolódik, ahol az átlátszó fedõlemez (3) és involúciós tükör (6) között víz tárolására szolgáló tárolótartály (5) van elhelyezve, továbbá ahol a tárolótartály (5) fényelnyelõ lamellával (17) van ellátva. A találmány szerinti ICS az alsó végzõdésnél (8) a tárolótartály (5) külsõ szélének közelében fényelnyelõ lamellát (17) tartalmazó lamellarendszerrel (9) van ellátva, ahol a fényelnyelõ lamella (17) a tárolótartály (5) hosszanti irányában legalább 10 cm hosszúságú, továbbá a lamellarendszer (9) úgy van kialakítva, hogy az ICS alsó végzõdése (8) nagymértékben árnyékolt, melynek eredményeként a sugárzási és a légáramlás miatti veszteségek korlátozásra kerülnek. Ennélfogva a lamellarendszer (9) kettõs funkcióval bír. HU 004 485 T2 A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 4 lap ábra) 1. ábra Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1 HU 004 485 T2 2 A jelen találmány tárgya fenéklemezzel és átlátszó fedõlemezzel rendelkezõ házat tartalmazó napkollektor integrált hõtárolóval, ahol a házban az átlátszó fedõlemez és egy involúciós tükör között víz tárolására szolgáló tárolótartály van elhelyezve, amely tárolótartálynak fénysugárzás elnyelésére alkalmas fényelnyelõ lamellája van. Az ilyen típusú napkollektor, amelyre az ICS (integrált kollektortároló) megjelölés használatos, a technika állásából, például az EP 0,743,495 számú iratból ismeretes. Az ilyen típusú napkollektornak hosszúkás háza van, amelyben hosszúkás tárolótartály van elhelyezve. A tárolótartály a napsugárzásból származó hõ elnyelésére van tervezve. A hõtermelés fokozása érdekében a tárolótartály alatt egy, az átlátszó fedõlemez irányába nézõ, a tárolótartály számára az alulról érkezõ sugárzás összegyûjtését és elnyelését szintén lehetõvé tevõ involúciós tükör van elrendezve. Az ismert napkollektor a hõtermelés fokozása érdekében a tükörrel szemközti oldalán és mindkét végén egy, a tárolótartály hosszában terjedõ lamellát is tartalmaz. Ezen típusú napkollektorral a tárolótartályban lévõ víz felmelegíthetõ és különbözõ célokra, gyakran háztartási célokra használható. Különösen alkalmas fürdésre, zuhanyozásra, mosogatásra és ezekhez hasonló tevékenységek végzésére. A gyakorlatban az EP 0,743,495 számú irat szerinti ICS rendszer tárolótartályának átellenes végeire felszerelt lamellák 6 cm hosszúságúak. A tárolótartály hosszában húzódó és az involúciós tükörrel szemközt elhelyezett lamella magassága 5 cm. A lamellák fõ célja a hõtermelés növelése volt. A gyakorlatban a mérések azonban arra a meglepõ eredményre vezettek, hogy a lamellák hõveszteséget okoznak. Egy ICS tárolótartálynak képesnek kell lennie a vízellátó rendszerek változó nyomásértékeibõl származó magas nyomásokkal szembeni ellenállásra. Emiatt az ilyen típusú tárolótartályok elõnyösen kevésbé hosszúkás alakúak. Mivel azonban az ICS rendszernek a tartály és az involúciós tükör vetületei képezte fényelnyelõ felülete a tárolótartály átmérõjének növelésével lineárisan nõ és eközben a tárolótartály térfogata az átmérõ növelésével négyzetesen növekszik, a gyakorlatban az erõsen hosszúkás alakú tárolótartályok még használatban vannak. Ennek megfelelõen a jelen találmány célja egy beépített hõtárolóval rendelkezõ napkollektor (ICS) hõtermelésének a növelése. További cél egy, a technika állása szerinti ICS rendszerekhez képest nagyobb R dl átmérõ/hossz aránnyal rendelkezõ ICS megvalósítása a technika állása szerinti ICS rendszerek hõtermelésével hasonló hõtermelés mellett. Következésképpen a találmány szerinti napkollektorra az jellemzõ, hogy a tárolótartálynak alsó végzõdése és felsõ végzõdése van, az alsó végzõdés a tárolótartály külsõ szélének közelében a tárolótartályra irányuló hõátadáshoz méretezett lamellarendszerrel van ellátva, a lamellarendszer a tárolótartály hosszanti irányában legalább 10 cm hosszúságú longitudinális összetevõvel rendelkezõ fényelnyelõ lamellát tartalmaz, továbbá a lamellarendszer úgy van kialakítva, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 hogy azt egy, a tárolótartály alsó végzõdésénél lévõ, a tárolótartály középvonalán elhelyezkedõ pontból egy, a lamellarendszeren kívüli, az említett ponttal, mint középponttal rendelkezõ virtuális egységgömbre levetítve, a levetített [a lamellarendszerrel (9) árnyékolt] felület a virtuális egységgömb felületének legalább 25%¹át fedi. Ezzel elérjük, hogy a tárolótartály alsó végzõdése által kibocsátott sugárzásnak vagy a lamellarendszer által kibocsátott sugárzásnak a tárolótartály alsó végzõdése irányában való visszaverõdésre adott esetben akár további, a lamellarendszer belsejérõl való (adott esetben diffúz) visszaverõdés útján a lamellarendszer következtében nagyobb esélye legyen. A kibocsátott hõsugárzást a lamellarendszer újra elnyelheti, és ezáltal hozzájárulhat az ICS hõenergia-veszteségének a csökkenéséhez is. A lamella tárolótartály hosszirányában való nagyobb kiterjedése, illetve az adott esetben alkalmazható nagyobb sugarú tárolótartály miatt kialakult nagyobb felületû lamella a fényenergia nagyobb mértékû elnyelését eredményezi, és eközben a lamellarendszer a hõsugárzás ICS-bõl való elszökését megakadályozó sugárzásárnyékolóként is funkcionál. Az egy virtuális egységgömb felületének 25%¹a megjelölés azt fejezi ki, hogy ha egy, a tárolótartály alsó végzõdésénél lévõ és a tárolótartály középvonalán elhelyezkedõ pontból minden irányba egyeneseket húznánk, akkor azok 25%¹a keresztezné a lamellarendszert. A lamellarendszer például hengeres alakú. Szigorúan véve a involúciós megjelölés egy matematikailag precízen meghatározott görbére utal, azonban jelen találmány körébe bármilyen, a tárolótartályra fényt ejtõ, célszerûen konkáv, még célszerûbben pedig a fényt koncentráló alak beletartozik. Legcélszerûbb egy matematikai értelemben involúciós (evolvens) alak alkalmazása. A fényelnyelõ lamella tárolótartály hosszirányában tekintett hosszúsága célszerûen legalább 15 cm, ennél célszerûbben legalább 20 cm. Ez még több fény elnyelését, továbbá a tárolótartály átmérõje és hosszúsága közötti R dl arány (EP 0,743,495 számú irat gyakorlata szerinti) 0,15 értékrõl 0,20 fölé, ennél elõnyösebben pedig 0,25 vagy még annál is nagyobb értékekre való növelését teszi lehetõvé. Ennek egyik közvetett elõnyeként nagyobb szilárdságú (magasabb nyomásokkal szemben sokkal ellenállóbb) tárolótartályt, vagy szükség szerint egy, a korábbival azonos szilárdságú, azonban kisebb tömegûre tervezett és így költségcsökkenést elérve kialakított tárolótartályt nyerünk. A lamellarendszer egyik fontos kiviteli alak szerint a tárolótartálytól távolodva kúpos kialakítású. Ezáltal a tárolótartály alsó végzõdésének sokkal hatékonyabb árnyékolása valósítható meg, amely korlátozza a hõveszteségeket. Az áramlások (például légáramlás) okozta veszteségek is korlátozhatók. Ez utóbbi esetben elõnyös a lamellarendszert egy, a tartály középvonala fölött elhelyezkedõ és a tartály felsõ oldalától, illetve a tartály alsó végzõdésétõl a középvonal alá süllyedve húzódó lamellával felszerelni. Ilyen módon 2
1 HU 004 485 T2 2 az alsó végzõdés által felmelegített felszálló levegõ megállítható, és a hõelvezetés meggátolható. A célszerû kiviteli alakok egyikére az jellemzõ, hogy a lamellarendszer átlátszó fedõlemez-felõli oldalon lévõ lamellája a középvonallal nagyobb szöget zár be, mint az involúciós tükör felõli oldalon lévõ lamellája. Az involúciós tükör alakja nagyon egyszerû lehet elõnyösen anélkül, hogy ezáltal fényveszteség, vagy azzal együtt járó hõtermelés-csökkenés jelentkezne. A tekintett kiviteli alak esetében lehetõség van arra, hogy a lamellarendszer legalább egy része az involúciós tükör oldala mentén a tárolótartály középvonalával párhuzamosan fusson. Egy nagyon érdekes kiviteli alak értelmében a lamellarendszer hõvezetõ csövet tartalmaz, amely a fényelnyelõ lamellát a tárolótartállyal kapcsolja össze. Egy rendkívül elõnyös kiviteli alak szerint ezen csövet egy mindkét végével a tárolótartályba nyíló és eközben a fényelnyelõ lamellával hõcserélõ érintkezésben álló csõ képezi. A csõ elsõ vége a második végnél alacsonyabban helyezkedik el. Ezért amikor a fényelnyelõ lamella a csõben levõ vizet felmelegíti, a csõben áramlás indul meg, miáltal a tárolótartály alsó részében lévõ víz a csõben felmelegszik és útját a csõ második végén keresztül a tárolótartályban fejezi be. Ezen hatékony kiviteli alaknak köszönhetõen a tárolótartály átmérõje és hosszúsága közötti R dl arány jelentõsen megnövelhetõ, például 0,15-rõl (EP 0,743,495 számú irat szerinti kiviteli alak) 0,30¹ra vagy annál nagyobb értékre, például 0,35¹re vagy annál nagyobb, még célszerûbben 0,50¹re vagy annál nagyobb értékekre. Ezen áramlást a napsugárzás hiánya leállítja, ezzel a hõveszteséget korlátozza. A jelen találmány szerinti lamellarendszerrel minden egyéb típusú hõveszteség is kiküszöbölhetõ, amennyiben a hõcserélõ csõ, például a fenti csõ, a lamellarendszerben van elhelyezve. Egy lehetséges másik kiviteli alak szerint a hõvezetõ csövet egy hõcsõ ( heat-pipe ) képezi. Ezen hõcsõ használatával a lamellarendszertõl a tárolótartályig szintén hatékonyan szállítható hõ ugyanazokkal az elõnyökkel, amelyeket az elõzõekben a csöves kiviteli alak esetében ismertettünk. Egy lehetséges további elõnyös kiviteli alak esetében a lamellarendszer az elõbb említett pont, mint középpont körüli egységgömb virtuális felületének legalább 30%¹át, ennél elõnyösebben annak 35%¹át lefedi. Ezáltal a tárolótartály alsó végzõdésén keresztüli hõveszteség sokkal jobban megakadályozható. A jelen találmányt a következõkben rajz alapján ismertetjük, ahol az 1. ábrán a jelen találmány szerinti napkollektor látható felülnézetben, a 2. ábra az 1. ábra szerinti napkollektor II II metszete, a 3. ábra az 1. ábra szerinti napkollektor III III metszete, a 4. ábrán az 1. ábra szerinti napkollektor lamellarendszerrel ellátott tárolótartályát szemlélteti vázlatosan, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 az 5 7. ábrák a találmány szerinti napkollektor különbözõ kiviteli alakjainak 3. ábra szerinti metszeteit ábrázolják. Az 1. ábrán a jelen találmány szerinti 1 napkollektor látható felülnézetben. Az 1 napkollektornak alkalmas módon perspexbõl készült 3 fedõlemezt és 4 fenéklemezt tartalmazó 2 háza (2. és 3. ábra) van. A 2 házban 5 tárolótartály van elhelyezve. Mûködés közben ezen 5 tárolótartályt közvetlenül a napsugárzás melegíti, a sugárzás elnyelése hatékonyságának növelése céljából az 5 tárolótartály önmagában ismert (ábrán nem szemléltetett) elnyelõréteggel van bevonva. Az elnyelõréteget például egy spektrálisan szelektív, hõt csak kismértékben kisugárzó bevonat képezheti. Ilyen típusú bevonatot ismertet a DE 4433863 számú német közzétételi irat. A hõtermelés növelése érdekében az 1 napkollektor 6 tükörrel, célszerûen involúciós 6 tükörrel van ellátva. Ez a fényt összegyûjti és az 5 tárolótartályra tükrözi, beleértve az 5 tárolótartály alját is. A gyakorlatban az 1 napkollektor úgy kerül elhelyezésre, hogy az 5 tárolótartály rézsútos helyzetû legyen. Abban az esetben, ha az 1 napkollektor a talajon vagy egy lapos A tetõn vagy ezekhez hasonló egyéb helyen kerül elhelyezésre (3., 5 7. ábrák), 7 lábakkal (3. ábra) látjuk azt el. Az 1 napkollektor egyik végével egy kiemelkedésen, például egy alacsony falon is elhelyezhetõ. Az 1 napkollektor lakóház ferde tetõszerkezetén szintén elhelyezhetõ. Ha a találmány szerinti 1 napkollektort úgy rendezzük el, hogy az 5 tárolótartály rézsútos helyzetbe kerüljön, megnövelt hõtermelés érhetõ el. A nagyobb hõtermelés nem csupán a napsugárzás fokozottabb elnyelõdésének (trópusokon kívüli területeken), hanem az 5 tárolótartályban a kevésbé meleg vízrétegek felett képzõdõ meleg vízrétegek hatékonyabb kihasználásának eredményeként is jelentkezhet. Az 5 tárolótartály vízzel való feltöltéséhez és a víz kieresztéséhez 15 tápvezetékkel és 16 kiömlõvezetékkel van ellátva. Megjegyezzük, hogy a 16 kiömlõvezeték torkolata a 15 tápvezeték torkolatához képest magasabban helyezkedik el, és ennek eredményeként a rétegek kialakulása miatt a 16 kiömlõvezetéken keresztül viszonylag forró víz kerül elvezetésre. A jelen találmány értelmében az 5 tárolótartály elsõ 8 végzõdésénél az 5 tartályba irányuló hõátadás biztosítására tervezett 17 fényelnyelõ lamellát tartalmazó 9 lamellarendszerrel van ellátva. Mivel a gyakorlatban a hõtermelés növelése érdekében az 1 napkollektort rézsútos pozícióban szerelik fel, a tekintett elsõ 8 végzõdés játssza az alsó végzõdés szerepét. A 9 lamellarendszer 17 lamellájának az 5 tárolótartály hosszirányában mért hosszúsága legalább 10 cm, de célszerûen a 17 lamella ennél hosszabb. A 9 lamellarendszer 17 lamellája az 5 tárolótartály alsó végzõdését árnyékolja a sugárzással szemben. Így az 5 tárolótartály alsó végzõdésének sugárzásos hõvesztesége korlátozott mértékûvé válik, és ezzel egyidejûleg a hõtermelés növekszik. Ezáltal a 9 lamellarendszer 17 lamellája a találmány szerinti 1 napkollektor hõtermelésének növelésében kettõs szerepet tölt be. 3
1 HU 004 485 T2 2 A 4. ábráról látható, hogy az 5 tárolótartályon áthaladó középvonal és a tárolótartály elsõ 8 végzõdése meghatároznak egy, a 9 lamellarendszeren kívül elterülõ virtuális B gömb középpontjául szolgáló C pontot. Ha a 9 lamellarendszert ezen meghatározott pontból a virtuális B gömbre vetítjük, az a virtuális gömb felületének legalább 25%¹át fedi. Mivel az 5 tárolótartály elsõ 8 végzõdése által leadott hõsugárzás legnagyobb valószínûséggel a 9 lamellarendszer irányában kerül továbbításra, ezért a sugárzást a 9 lamellarendszer valószínûleg elnyeli és így az az 5 tartály irányába visszavezetõdik. Az 5 tárolótartály irányába a hõsugárzás diffúz (fényszórással járó) visszaszóródás útján is visszaverõdhet. Abban az esetben, ha a 9 lamellarendszer kúpos kialakítású (5 7. ábrák), a hõsugárzás az 5 tárolótartály elsõ 8 végzõdésének irányába nem diffúz visszaszóródás útján is visszaverõdhet. Elnézést kérünk a gépészmérnököktõl és a mûszaki rajzolóktól, de a 9 lamellarendszer elsõ 8 végzõdésétõl távolodó vonalat a végen elhagytuk annak érdekében, hogy nyilvánvalóvá váljék az itt bemutatott 9 lamellarendszerek ezen végükön nyitott kialakítása, habár azok a találmány értelmében, kívánság szerint, zárt kialakításúak is lehetnek. A hõtermelés növelése érdekében a találmány szerint a 9 lamellarendszer 10 hõcserélõ rendszerrel látható el. Egy nagyon könnyen megvalósítható kiviteli alak szerint (6. ábra) ez elsõ 12 csõvégzõdéssel és második 13 csõvégzõdéssel rendelkezõ 11 csövet tartalmaz. Ezen kiviteli alaknál nagyon fontos, hogy a második 13 csõvégzõdés az elsõ 12 csõvégzõdésnél magasabban helyezkedik el. Amikor a 9 lamellarendszer 17 lamellája felmelegszik, a 11 csõben található víz is felmelegszik és a második 13 csõvégzõdés közvetítésével konvekciós áramlás útján az 5 tárolótartályba jut. Az elsõ 12 csõvégzõdésen keresztül viszonylag hidegebb víz kerül betáplálásra a 11 csõbe. Amennyiben a 9 lamellarendszert elérõ hõsugárzás mennyisége nem kielégítõ, a 11 csövön keresztüli tekintett vízáramlás megáll és a hõveszteségeket elkerüljük. A 9 lamellarendszernek köszönhetõen a 11 csõ hõsugárzása nem feltétlenül vezet hõveszteséghez. Az 5 tárolótartályhoz csatlakoztatott és az 5 tárolótartályból a víz kiáramlását biztosító 11 csõ helyett egy, a 11 csõ kapcsán elmondott funkcióval bíró és ugyanazon elõnyökkel rendelkezõ 14 hõcsõ (7. ábra) szintén alkalmazható. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Napkollektor integrált hõtárolóval (5), ahol a napkollektornak (1) fenéklemezzel (4) és átlátszó fedõlemezzel (3) ellátott háza (2) van, ahol a házban (2) az átlátszó fedõlemez (3) és involúciós tükör (6) között víz tárolására szolgáló, fénysugárzás elnyelésére alkalmas fényelnyelõ lamellával (17) ellátott tárolótartály (5) van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy a tárolótartálynak (5) alsó végzõdése (8) és felsõ végzõdése van, az alsó végzõdés (8) a tárolótartály (5) külsõ szélének közelében a tárolótartályra (5) irányuló hõátadáshoz méretezett lamellarendszerrel (9) van ellátva, a lamellarendszer (9) a tárolótartály (5) hosszanti irányában legalább 10 cm hosszúságú longitudinális összetevõvel rendelkezõ fényelnyelõ lamellát (17) tartalmaz, továbbá a lamellarendszer (9) úgy van kialakítva, hogy azt egy, a tárolótartály (5) alsó végzõdésénél (8) lévõ, a tárolótartály (5) középvonalán elhelyezkedõ pontból (C) egy, a lamellarendszeren (9) kívüli, az említett ponttal (C), mint középponttal rendelkezõ virtuális egységgömbre (B) levetítve, a levetített [a lamellarendszerrel (9) árnyékolt] felület a virtuális egységgömb (B) felületének legalább 25%¹át fedi. 2. Az 1. igénypont szerinti napkollektor (1), amelynél a fényelnyelõ lamella (17) hosszúsága a tárolótartály (5) hosszirányában legalább 15 cm, ennél elõnyösebben legalább 20 cm. 3. Az 1. vagy a 2. igénypont szerinti napkollektor (1), amelynél a lamellarendszer (9) a tárolótartálytól (5) kúp alakban távolodó kialakítással rendelkezik. 4. A 3. igénypont szerinti napkollektor (1), amelynél a lamellarendszer (9) átlátszó fedõlemez (3) felõli oldalon lévõ lamellája (17) a középvonallal nagyobb szöget zár be, mint az involúciós tükör (6) felõli oldalon lévõ lamellája. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti napkollektor (1), amelynél a lamellarendszer (9) egy, a fényelnyelõ lamellát (17) a tárolótartállyal (5) összekapcsoló hõvezetõ csövet (10) foglal magában. 6. Az 5. igénypont szerinti napkollektor (1), ahol a hõcserélõ csõ (10) egy hõcsõ (14). 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti napkollektor (1), amelynél a lamellarendszer (9) a ponttal (C), mint középponttal rendelkezõ egységgömb (B) virtuális felületének legalább 30%¹át, ennél elõnyösebben legalább 35%¹át fedi. 4
HU 004 485 T2 Int. Cl.: F24J 2/34 5
HU 004 485 T2 Int. Cl.: F24J 2/34 6
HU 004 485 T2 Int. Cl.: F24J 2/34 7
HU 004 485 T2 Int. Cl.: F24J 2/34 Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest