ITBO20080648A1 - Dispositivo a collettore solare - Google Patents

Description

DISPOSITIVO A COLLETTORE SOLARE

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione s'inquadra nel settore energetico e si riferisce ad un dispositivo a collettore solare, del tipo anche detto pannello solare termico, destinato a convertire l’energia elettromagnetica solare in energia termica ed a trasferire tale energia ad un liquido, preferibilmente acqua, per usi igienici, agricoli od industriali in ambito domestico, turistico, agricolo ed industriale.

Sono noti dispositivi collettori solari piani per il riscaldamento di acqua fino a temperature medio - basse, a esempio comprese tra il 40° ed i 90°, comprendenti serpentine di tubi metallici saldati a, o ricavati in, rispettive piastre metalliche una cui faccia, in genere annerita, à ̈ destinata ad essere esposta al sole per riscaldare, attraverso saldature o giunzioni, la serpentina e quindi l’acqua che la percorre. In genere i tubi e le piastre sono in rame od alluminio.

Uno svantaggio di tali dispositivi noti consiste nel fatto che sono molto costosi essendo realizzati con metalli pregiati e richiedendo molte e complesse fasi di produzione.

Altro svantaggio di detti dispositivi noti consiste nel fatto che possono essere soggetti a fenomeni di corrosione e di deposito di calcare.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di proporre un dispositivo a collettore solare che sia economico e facile da realizzare e da mantenere.

Altro scopo à ̈ di proporre un dispositivo pressoché privo di parti metalliche ed esente da corrosione.

Ulteriore scopo à ̈ di proporre un dispositivo facile da installare e resistente a condizioni ambientali anche molto severe e pressoché esente da fenomeni di deposito di calcare.

Altro scopo à ̈ di proporre un dispositivo in cui il riscaldamento del liquido avviene attraverso il solo elemento esposto al sole per una elevata efficienza anche utilizzando materiali non buoni conduttori di calore.

Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali:

- le figure 1 e 2 illustrano viste rispettivamente dall’alto e laterale del dispositivo a collettore solare oggetto della presente invenzione;

- la figura 3 illustra una vista in sezione secondo il piano III - III di figura 1;

- la figura 4 illustra una vista in sezione e parziale di una porzione de di figura 3; - la figura 5 illustra una vista dall’alto di un elemento assorbitore del dispositivo di figura 1;

- la figura 6 illustra una vista parziale ed ingrandita dell’elemento assorbitore sezionato secondo il piano VI - VI di figura 5;

- le figure 7 ed 8 illustrano viste in sezione, rispettivamente secondo i piani VII -VII e VIII - VIII di figura 5

- la figura 9 illustra una vista parziale ed ingrandita di una porzione di figura 7 - la figura 10 illustra una vista ingrandita di un particolare di figura 9.

Con riferimento alle figure da 1 a 10, con 1 viene indicato il dispositivo a collettore solare, oggetto della presente invenzione, provvisto di un elemento assorbitore 2 della luce solare comprendente un mezzo di assorbimento 3 approssimativamente piano ed avente il bordo perimetrico fissato a tenuta al bordo perimetrico di un mezzo a parete 4 approssimativamente piano e che forma con tale mezzo di assorbimento 3 una interposta intercapedine 5 percorsa da un flusso di liquido, ad esempio acqua, che entra in essa tramite un ingresso 6 ed esce da essa attraverso un’uscita 7 dell’elemento assorbitore 2.

Tali mezzi di assorbimento 3 ed a parete 4 sono preferibilmente realizzati in materiale plastico, ad esempio in PE ovvero in polietilene. Il materiale PE del mezzo di assorbimento 3 à ̈ preferibilmente dotato di una protezione contro i raggi solari ultravioletti UV ed à ̈ di colore nero, sia nello spettro visibile che in quello infrarosso, per un miglior assorbimento della radiazione solare.

In una condizione operativa in cui il mezzo di assorbimento 3 dell’elemento assorbitore 2 à ̈ esposto al sole ed in cui l’intercapedine 5 à ̈ alimentata attraverso l’ingresso 6 con il flusso di liquido, il mezzo di assorbimento 3 assorbe almeno parte della luce solare incidente convertendola in calore che cede al flusso di liquido che esce riscaldato dall’uscita 7. Quindi, l’elemento assorbitore 2 espleta entrambe le funzioni di conversione termica e di scambio termico.

Il mezzo di assorbimento 3 à ̈ provvisto di una protrusione perimetrale 8, ad esempio ottenuta per stampaggio di una lastra di PE, che ne forma tutto il perimetro e che presenta una porzione piana sfalsata rispetto al piano geometrico definito dal mezzo di assorbimento 3. Tale porzione piana à ̈ unita alla rimanete parte del mezzo di assorbimento 3 da una parete inclinata di raccordo.

La rimanete parte del mezzo di assorbimento 3, ovvero la sua parte interna alla parete di raccordo, à ̈ provvista di una pluralità di protrusioni superficiali 9 distribuite a schiera, ossia distribuite su tale parte interna come i nodi di un reticolo regolare. Tali protrusioni superficiali sono ricavate, ad esempio tramite stampaggio della lastra di PE, sulla superficie della porzione interna del mezzo di assorbimento 3 e sono preferibilmente di forma troncoconica con le basi minori disposte su un piano geometrico sul quale giace anche la porzione piana della protrusione perimetrale 8. Il piano geometrico di giacitura delle protrusioni superficiali 9 e della protrusione perimetrale 8 à ̈ parallelo al piano geometrico definito mezzo di assorbimento 3.

La porzione piana della protrusione perimetrale 8 e le basi minori delle protrusioni superficiali 9 del mezzo di assorbimento 3 sono inamovibilmente fissate, preferibilmente tramite termosaldatura ad esempio ultrasonica, rispettivamente alle superfici perimetrale ed interna di una faccia del mezzo a parete 4 bloccandolo ad una predeterminata distanza dalle porzioni piane del mezzo di assorbimento 3 e realizzando tra di essi l’intercapedine 5. Le aree termosaldate sono evidenziate in tratteggio in figura 5.

Ovviamente, in alternativa la protrusione perimetrale 8 e/o le protrusioni superficiali 9 possono essere ricavate nel mezzo a parete 4. In una ulteriore alternativa, Ã ̈ anche previsto che la protrusione perimetrale 8 e le protrusioni superficiali 9 siano stampate nel mezzo a parete 4 e che il mezzo di assorbimento 3 sia costituito da un lastra metallica piana fissata alle protrusioni perimetrale 8 e superficiali 9 ad esempio tramite incollaggio epossidico e/o mezzi meccanici e di tenuta idraulica.

Le protrusioni superficiali 9, oltre a determinare lo spessore dell’intercapedine, incrementano l’efficienza di riscaldamento del liquido perchà ̈, in cooperazione con le rispettive aree termosaldate, fungono da ponti termici permettendo la propagazione del calore dal mezzo di assorbimento 3 al mezzo a parete 4 e perchà ̈ aumentano la superficie del mezzo di assorbimento 3 a contatto con il liquido da scaldare.

Inoltre tali protrusioni superficiali 9, interrompendo la continuità dell’intercapedine 5, intercettano in tale intercapedine il flusso del liquido da riscaldare rendendolo vorticoso e caotico ed incrementando ulteriormente l’efficienza di riscaldamento del liquido.

L’elemento assorbitore 2, la protrusione perimetrale 8 del mezzo di assorbimento 3 ed il mezzo a parete 4 hanno la medesima forma rettangolare in pianta.

Il mezzo a parete 4 presenta in vicinanza di due lati contrapposti, rispettive sagomature, ad esempio di forma approssimativamente prismatica o semicilindrica con assi geometrici paralleli a detti lati, che realizzano canali d’ingresso 10 e d’uscita 11 del liquido.

L’entrata 6 e l’uscita 7 sono costituite da corrispondenti fori realizzati nelle pareti di estremità di tali canali 10, 11 mezzo a parete 4. I canali d’ingresso 10 e d’uscita 11 del liquido sfociano nell’intercapedine 5 tramite loro porzioni longitudinali a forma di fessure parallele agli assi geometrici dei canali stesi.

Come illustrato in figura 10, la superficie esterna ed esposta al sole del mezzo di assorbimento 3 presenta scanalature 26, rugosità, microsolchi o simili, ricavati per stampaggio, per fresatura o tramite abrasione, e destinati ad incrementare l’assorbimento della radiazione solare.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un mezzo a vasca 12, ad esempio realizzato per stampaggio di una lastra di ABS ovvero di acrilonitrile butadiene-stirene, provvisto di una sede perimetrale 13, ad esempio con sezione trasversale ad “L†ricavata all’esterno della corrispondente parete laterale del mezzo a vasca 12.

Il fondo del mezzo a vasca 12 à ̈ dotato di un alloggiamento 14, eventualmente provvisto di nervature longitudinali di irrigidimento, per un mezzo isolante termico 15, ad esempio di polistirolo espanso, schiuma plastica a cellula chiusa od in materiale isolante naturale o derivato. Il mezzo isolante termico 15 presenta una faccia riproducente la forma dell’alloggiamento 14 sul quale à ̈ adagiata e la faccia contrapposta riproducente la forma del mezzo a parete 4 dell’elemento assorbitore 2 che supporta nell’alloggiamento 14 stesso.

La sede perimetrale 13 alloggia una flangia 16 formata dai bordi perimetrici piani reciprocamente fissati del protrusione perimetrale 8 del mezzo di assorbimento 3 e del mezzo a parete 4 dell’elemento assorbitore 2.

Il dispositivo 1 comprende anche un mezzo a lastra trasparente 17, preferibilmente in vetro od in materiale vetroso, il cui bordo perimetrale à ̈ alloggiato in una fessura di un elemento di tenuta 18, preferibilmente in materiale impermeabile e resiliente, alloggiato nella sede perimetrale 13 del mezzo a vasca 12, a riscontro con la flangia 16 e con la parete esterna della sete perimetrale stessa.

L’elemento di tenuta 18 à ̈ serrato in tale sede 13 da mezzi di serraggio primi 19 e secondi 20, ciascuno riproducente la forma in pianta dell’elemento assorbitore 2 e preferibilmente realizzato in alluminio o sue leghe. I primi mezzi di serraggio 19 possono avere sezione trasversale ad “L†ed i secondi mezzi di serraggio 20 possono avere sezione trasversale ad “I†e sono interconnessi da mezzi a vite che agiscono, tramite mezzi di serraggio 19, 20 stessi, sulla parete esterna della sede 13 e sull’elemento di tenuta 18 per assicurare la tenuta tra il mezzo a lastra 17 ed il mezzo a vasca 12.

I primi mezzi di serraggio 19 presentano un attacco perimetrale 21, ad esempio consistente in una scanalatura realizzata con sottosquadro, per alloggiare scorrevolmente una testa di mezzi di installazione del dispositivo, ad esempio bulloni, e/o per mezzi di interconnessione tra dispositivi 1.

Ciascun ingresso 6 ed uscita 7 comprende un mezzo a nipplo 22 fissato a tenuta al corrispondente foro d’ingresso 6 o d’uscita 7 praticato nella parete del mezzo a parete 4 in corrispondenza di una estremità dei canali d’ingresso 10 o d’uscita 11 ed allineato ad un corrispondente foro 23 praticato nella parete del mezzo a vasca 12. Quest’ultimo foro 23 à ̈ impegnato da un mezzo di tenuta anulare 24 impermeabile e resiliente avente a riposo, ovvero in assenza di deformazioni indotte, un diametro esterno approssimativamente uguale a quello del foro 23 della parete del mezzo a vasca 12 e lunghezza superiore allo spessore di tale parete.

Il dispositivo 1 comprendere inoltre per ciascun mezzo a nipplo 22 almeno un mezzo di raccordo 25, preferibilmente modulare e/o intercambiabile per fornire un attacco adatto ai vari diametri e tipi di tubi per il liquido, avvitato al mezzo a nipplo 22. Tale avvitamento comprime il mezzo di tenuta anulare 24 interposto tra i mezzi a nipplo 22 e di raccordo 25 tra di essi e contro i bordi del foro 23 della parete del mezzo a vasca 12 sigillandoli in modo da impedire l’ingresso di acqua meteorica nel dispositivo.

In alternativa, l’invenzione prevede inoltre che il materiale del mezzo di assorbimento 3, di tipo plastico o resinoso, sia caricato con particelle o frammenti di materiale al elevata conducibilità termica.

Lo spessore delle pareti del dell’elemento assorbitore 2 la massima distanza tra le protrusioni superficiali 9 e le dimensioni della superficie delle loro basi minori, sono dimensionati in funzione della massima pressione del liquido da riscaldare, ad esempio di poco superiore a quella atmosferica negli impianti di tipo “Drain back†o compresa tra circa 3 e 5 bar negli impianti tradizionali pressurizzati.

Un possibile funzionamento del dispositivo prevede che esso possa essere associato all’impianto pressurizzato tradizionale od all’impianto di tipo “Drain back†, cioà ̈ di tipo che realizza un auto-svuotamento notturno. In quest’ultimo caso il liquido può essere semplice acqua senza antigelo ed anche non decalcificata perchà ̈ il materiale plastico PE delle pareti dell’intercapedine à ̈ pressoché esente da depositi calcarei. Un vantaggio della presente invenzione à ̈ di fornire un dispositivo a collettore solare che sia economico e facile da realizzare e da mantenere.

Altro vantaggio à ̈ di fornire un dispositivo pressoché privo di parti metalliche ed esente da corrosione.

Ulteriore vantaggio à ̈ di fornire un dispositivo facile da installare e resistente a condizioni ambientali anche molto severe e pressoché esente da fenomeni di deposito di calcare.

Altro vantaggio à ̈ di fornire un dispositivo in cui il riscaldamento del liquido avviene attraverso il solo elemento esposto al sole per un’elevata efficienza anche utilizzando materiali non buoni conduttori di calore.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo a collettore solare provvisto almeno di un elemento assorbitore (2) della luce solare caratterizzato dal fatto che l’elemento assorbitore (2) comprende un mezzo di assorbimento (3) approssimativamente piano ed avente il bordo perimetrico fissato a tenuta al bordo perimetrico di un mezzo a parete (4) approssimativamente piano e che forma con tale mezzo di assorbimento (3) una interposta intercapedine (5) percorsa da un flusso di liquido che entra in, ed esce da, essa tramite almeno un ingresso (6) ed un’uscita (7) dell’elemento assorbitore (2), almeno uno di tali mezzi di assorbimento (3) e a parete (4) essendo realizzato in materiale plastico; in una condizione operativa in cui il mezzo di assorbimento (3) dell’elemento assorbitore (2) à ̈ esposto al sole ed in cui l’intercapedine (5) à ̈ alimentata attraverso l’ingresso (6) con il flusso di liquido, il mezzo di assorbimento (3) assorbe almeno parte della luce solare incidente convertendola in calore che cede al flusso di liquido che esce riscaldato dall’uscita (7).
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il mezzo di assorbimento (3) à ̈ provvisto di una protrusione perimetrale (8) e di una schiera di protrusioni superficiali (9) ricavate sulla sua superficie ed inamovibilmente fissate rispettivamente al perimetro ed alla superficie del mezzo di assorbimento (3) bloccandolo ad una predeterminata distanza dalle porzioni piane del mezzo di assorbimento (3) e realizzando tra di essi l’intercapedine (5).
3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che l’elemento assorbitore (2), la protrusione perimetrale (8) del mezzo di assorbimento (3) ed il mezzo a parete (4) hanno la medesima forma rettangolare in pianta; le protrusioni superficiali (9) hanno forma approssimativamente troncoconica e sono distribuite come i nodi di un reticolo regolare.
4. 4) Dispositivo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che il mezzo a parete (4) presenta in vicinanza di due lati contrapposti, rispettive sagomature che realizzano canali d’ingresso (10) e d’uscita (11) nelle cui estremità sfociano rispettivamente l’entrata (6) e l’uscita (7) e lungo i quali sfocia l’intercapedine (5).
5. 5) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la superficie esterna ed esposta al sole del mezzo di assorbimento (3) presenta scanalature (26), rugosità, microsolchi o simili destinati ad incrementare l’assorbimento della radiazione solare.
6. 6) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un mezzo a vasca (12) provvisto di una sede perimetrale (13) ed il cui fondo à ̈ dotato di un alloggiamento (14) per un mezzo isolante termico (15) avente una faccia riproducente la forma dell’alloggiamento (14) stesso e la faccia contrapposta riproducente la forma del mezzo a parete (4) che supporta nell’alloggiamento (14) stesso; la sede perimetrale (13) essendo destinata ad alloggiare almeno una flangia (16) formata dai bordi perimetrici piani reciprocamente fissati del mezzo di assorbimento (3) e del mezzo a parete (4) dell’elemento assorbitore (2).
7. 7) Dispositivo secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto di comprendere un mezzo a lastra trasparente (17) il cui bordo perimetrale à ̈ alloggiato in una fessura di un elemento di tenuta (18) alloggiato nella sede perimetrale (13) del mezzo a vasca (12) e serrato in tale sede (13) da mezzi di serraggio primi (19) e secondi (20) interconnessi da mezzi a vite che agiscono sulla parete esterna della sede (13) e sull’elemento di tenuta (18) per assicurare la tenuta tra il mezzo a lastra (17) ed il mezzo a vasca (12).
8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che i primi mezzi di serraggio (19) presentano un attacco perimetrale (21) per mezzi di installazione del dispositivo e/o per mezzi di interconnessione tra dispositivi (1).
9. 9) Dispositivo secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto di comprendere, per ciascun ingresso (6) ed uscita (7), un mezzo a nipplo (22) fissato a tenuta al corrispondente foro d’ingresso (6) o d’uscita (7) praticato nella parete del mezzo a parete (4) in corrispondenza di una estremità dei canali d’ingresso (10) o d’uscita (11) ed allineato ad un corrispondente foro (23) praticato nella parete del mezzo a vasca (12) ed impegnato da un mezzo di tenuta anulare (24) resiliente, avente a riposo diametro esterno approssimativamente uguale a quello del foro (23) della parete del mezzo a vasca (12) e lunghezza superiore allo spessore di tale parete e di comprendere almeno un mezzo di raccordo (25), preferibilmente modulare intercambiabile, avvitato al mezzo a nipplo (22) comprimendo l’interposto mezzo di tenuta anulare (24) tra di essi e contro i bordi del foro (23) della parete del mezzo a vasca (12) sigillandoli.
10. 10) Dispositivo secondo le rivendicazioni 2 e 7 caratterizzato dal fatto che i mezzi di assorbimento (3) e a parete (4) sono preferibilmente di plastica PE eventualmente dotato di protezione UV; la protrusione perimetrale (8) e le protrusioni superficiali (9) del mezzo di assorbimento (3) sono fissate al mezzo a parete (4) preferibilmente tramite termosaldatura; il mezzo a vasca (12) Ã ̈ preferibilmente di ABS; il mezzo a lastra trasparente (17) Ã ̈ preferibilmente in vetro.