CH634400A5

CH634400A5 - Solar-radiation collector

Info

Publication number: CH634400A5
Application number: CH745279A
Authority: CH
Inventors: Ottorino Barbuti
Original assignee: Helind Sa
Priority date: 1979-08-14
Filing date: 1979-08-14
Publication date: 1983-01-31

Abstract

The invention relates to a "solar collector" of high efficiency, low weight and low cost. The collector uses an absorber panel which has an active surface formed by a thin heat-conducting plate (2) which is deeply undulated with undulations of trapezoidal cross-section, the cavity between one undulation and another having the same trapezoidal cross-section, but inverted, as the undulation. The distance between each undulation crest is then almost equal to the height of the undulation itself. A preferably plane sheet (3) is welded to the plate and forms channels (8), in which the heat-transfer fluid flows vertically, collecting in end channels obtained by turning over the plate (2) and the sheet (3) at their two opposite ends. The losses as a result of reirradiation (arrows 11 and 12) are thus reduced and other losses as a result of reirradiation are avoided by virtue of the non-existence of points of the panel at a higher temperature than that of the heat-transfer fluid. The absorber panel is inserted in a block of rigid insulating foam (5) and is protected on the front by a thin and lightweight transparent plate. <IMAGE>

Description

La presente invenzione ha per oggetto un collettore di radiazione solare di elevato rendimento e di basso costo e peso. The present invention relates to a solar radiation collector of high efficiency and low cost and weight.

Prendendo in considerazione un collettore solare di tipo noto fisso, si può affermare che una buona parte delle perdite di rendimento che subisce è da attribuire alla irradiazione di- so retta della superficie del suo pannello annerito, secondo la legge di Boltzman, dipendente dal fatto che esso lavora ad una temperatura superiore a quella dell'ambiente circostante. Taking into consideration a known fixed solar collector, it can be said that a large part of the yield losses it undergoes is attributable to the direct radiation of the surface of its blackened panel, according to Boltzman's law, which depends on the fact that it works at a temperature higher than that of the surrounding environment.

Esistono inoltre altri fattori che abbassano il rendimento di un collettore solare, indipendentemente dal valòre"ctell'angolo ss di incidenza dei raggi solari; il principale che si riscontra nei pannelli di attuale costruzione, è quello della enorme distanza reciproca dei canali ricavati nella piastra del pannello o su di essa saldati, canali che trasportano il fluido di «raffreddamento» della piastra stessa, ossia il fluido che sottrae il calore alla 60 piastra illuminata dal sole e lo scambia con il fluido o il mezzo scambiatore, del serbatoio di accumulazione. Da tale distanza dei canali deriva che moltissima superficie del pannello lavora ad una temperatura di molti gradi superiore a quella del liquido assorbitore. Tutta questa superficie irradia una 65 quantità di energia che, distribuita su uno spettro di frequenze molto più basse di quelle dello spettro solare, viene in buona parte dispersa. Tanto più che la reirradiazione di energia avviene in proporzione della quarta potenza della differenza fra la temperatura assoluta posseduta dal corpo caldo e la temperatura ambiente. Tale energia «respinta» per irragiamento dal pannello assorbitore non viene trasferita al fluido da 5 riscaldare. There are also other factors that lower the efficiency of a solar collector, regardless of the value "ctell'ss angle of incidence of sunlight; the main that is found in the panels of current construction, is that of the enormous mutual distance of the channels obtained in the plate of the panel or welded on it, channels that transport the «cooling» fluid of the plate itself, that is, the fluid that removes the heat from the sunlit plate and exchanges it with the fluid or the exchanger medium, of the accumulation tank. this distance of the channels derives that a great deal of the surface of the panel works at a temperature of many degrees higher than that of the absorbing liquid. All this surface radiates a 65 quantity of energy which, distributed on a spectrum of frequencies much lower than those of the solar spectrum, it is largely dispersed, especially since the re-radiation of energy occurs in proportion to the fourth power d the difference between the absolute temperature possessed by the hot body and the ambient temperature. This energy "rejected" by radiation from the absorber panel is not transferred to the fluid to be heated.

Il collettore solare oggetto della presente invenzione, elimina gli inconvenienti sopra elencati. The solar collector object of the present invention eliminates the drawbacks listed above.

Esso è caratterizzato dal fatto che la superficie assorbitrice del calore è costituita da una sottile lastra metallica annerita 10 fittamente ondulata con ondulazioni di sezione trasversale trapezoidale, tali che il vuoto compreso fra una ondulazione e quella adiacente presenti la stessa sezione trasversale ma in posizione rovesciata; la distanza fra ogni cresta d'onda essendo pressoché uguale all'altezza dell'onda stessa. It is characterized in that the heat absorbing surface is made up of a thin blackened sheet 10 thickly corrugated with corrugations of trapezoidal cross section, such that the void between one corrugation and the adjacent one has the same cross section but in an inverted position; the distance between each wave crest being almost equal to the height of the wave itself.

15 I disegni allegati rappresentano una preferita forma di realizzazione del collettore secondo l'invenzione, forma non limitativa né vincolativa. 15 The attached drawings represent a preferred embodiment of the manifold according to the invention, a non-limiting or binding form.

La fig. 1 illustra in prospettiva l'assieme del collettore. Fig. 1 is a perspective view of the manifold assembly.

La fig. 2 mostra una sezione longitudinale secondo II-II 20 del collettore di fig. 1 per meglio illustrare le parti che lo compongono. Fig. 2 shows a longitudinal section according to II-II 20 of the collector of fig. 1 to better illustrate the parts that compose it.

La fig. 3 illustra schematicamente l'andamento della reirradiazione solare. Fig. 3 schematically illustrates the trend of solar re-radiation.

Con riferimento alle figg. 1-2-3, il collettore solare oggetto 25 del presente trovato è costituito principalmente da un pannello assorbitore 1 formato da una lastra 2 preferibilmente in acciaio stagnato o zincato, profondamente e fittamente ondulata, secondo una sezioüe trasversale trapezoidale e saldata ad una lamiera preferibilmente piana 3. With reference to figs. 1-2-3, the solar collector object 25 of the present invention consists mainly of an absorber panel 1 formed by a sheet 2 preferably in tinned or galvanized steel, deeply and thickly corrugated, according to a trapezoidal transversal section and preferably welded to a sheet metal flat 3.

so La lastra 2 e la lamiera 3 sono risvoltate in corrispondenza delle loro due estremità longitudinali in modo da formare due grandi canali 13 e 14 che fanno da collettori del fluido scorrente nei canalini trapezoidali. The sheet 2 and the sheet 3 are turned up at their two longitudinal ends so as to form two large channels 13 and 14 which act as collectors of the fluid flowing in the trapezoidal channels.

I tubi 7 e 15 servono rispettivamente all'ingresso e all'usci-ta del fluido. La sezione dei canali collettori 13 e 14 è calcolata come media geometrica della sezione dei tubi di afflusso e deflusso 7 e 15 e la sezione totale dei canalini trapezoidali del pannello 1 (radice quadrata del prodotto delle due sezioni). Tubes 7 and 15 serve respectively for the inlet and outlet of the fluid. The section of the collector channels 13 and 14 is calculated as the geometric average of the section of the inflow and outflow pipes 7 and 15 and the total section of the trapezoidal channels of panel 1 (square root of the product of the two sections).

II pannello 1 è bloccato solidamente da una schiuma rigida «0 5 che fa anche da isolante termico. Le sue dimensioni più pratiche sono di metri 0,75 x 1,50 o di metri 1x2 che danno i formati di superficie attiva rispettivamente di 1 metro quadrato è di 2 metri quadrati, ciò per facilitare i calcoli relativi all'impianto. Entro i canali formati dalle ondulazioni della la- The panel 1 is solidly blocked by a rigid foam «0 5 which also acts as a thermal insulator. Its most practical dimensions are 0.75 x 1.50 meters or 1x2 meters which give the active surface formats of 1 square meter and 2 square meters respectively, to facilitate calculations relating to the system. Within the channels formed by the undulations of the

45 stra 2 e dalla lamiera 3 scorre il fluido 8 termovettore, per esempio acqua, glicole etilenico, glicerina, aria o altri gas. 45 stra 2 and the heat transfer fluid 8 flows from the sheet 3, for example water, ethylene glycol, glycerine, air or other gases.

La schiuma rigida 5 blocca pure la lastra trasparente 6 disposta ad una certa distanza dal pannello 1. The rigid foam 5 also blocks the transparent sheet 6 arranged at a certain distance from the panel 1.

Detta lastra 6 protegge dalle intemperie e delimita una caso mera d'aria termicamente isolante anteriormente al pannello 1 suddetto. Said sheet 6 protects from bad weather and delimits a mere case of thermally insulating air in front of the aforementioned panel 1.

Il pannello 1 solidale alla sua schiuma di protezione 5 viene esposto al sole con un'inclinazione opportuna rispetto ad un piano verticale EST-OVEST ed in modo tale che i canalini ss delle ondulazioni si trovino sempre nel senso NORD-SUD, indipendentemente dal fatto che per ragioni costruttive il lato ~"~Tnaggiore del pannello sia parallelo od ortogonale alla direzione dei canalini. The panel 1 integral with its protective foam 5 is exposed to the sun with an appropriate inclination with respect to an EAST-WEST vertical plane and in such a way that the undulating channels of the corrugations are always in the NORTH-SOUTH direction, regardless of the fact that for constructive reasons, the ~ "~ side of the panel is parallel or orthogonal to the direction of the grooves.

In fig. 3 viene illustrato schematicamente il motivo per cui 60 la lastra assorbitrice 2 dell'irradiazione solare oltre che ad avere subito un trattamento superficiale idoneo a realizzare l'assorbimento diretto massimo, è conformata secondo una ondulazione avente sezione trapezoidale. Come risulta dal disegno, il vano compreso tra un'ondulazione e l'adiacente ha la stessa 65 sezione trapezoidale, ma capovolta. In tale figura è visibile detta lastra 2 a contatto con il fluido termovettore 8 e con la lamiera piana 3 alla quale è saldata nei punti di contatto. Quest'ultima è isolata dal materiale coibente 5. In fig. 3 shows schematically the reason why 60 the absorber plate 2 of the solar radiation as well as having undergone a surface treatment suitable for achieving the maximum direct absorption, is shaped according to a corrugation having a trapezoidal section. As shown in the drawing, the space between a ripple and the adjacent one has the same 65 trapezoidal section, but upside down. In this figure, said plate 2 is visible in contact with the heat transfer fluid 8 and with the flat sheet 3 to which it is welded at the contact points. The latter is isolated from the insulating material 5.

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È noto che la irradiazione di energia di un corpo nero caldo (ossia a temperatura superiore allo zero assoluto) verso l'ambiente esterno è principalmente dipendente dal valore assoluto della sua temperatura secondo una legge di proporzionalità alla quarta potenza della differenza tra questo valore e 5 quello della temperatura ambiente. It is known that the energy radiation of a hot black body (i.e. at a temperature above absolute zero) to the external environment is mainly dependent on the absolute value of its temperature according to a law of proportionality to the fourth power of the difference between this value and 5 that of the room temperature.

Inoltre la irradiazione avviene per ogni punto della superficie del corpo, in tutte le direzioni ed in pratica sotto un angolo solido di 180 gradi se il punto è situato su una superficie piana. Riferendosi alla fig. 3 e considerando per semplicità la 10 irradiazione su uno solo piano ortogonale alla superficie, si nota facilmente che il punto 9 prossimo alla sommità della gola, irradia poco meno della metà della sua energia verso il fondo e verso l'altra parete della gola stessa. La rimanente viene dispersa verso l'esterno. 15 Furthermore, the irradiation occurs for every point of the body surface, in all directions and in practice under a solid angle of 180 degrees if the point is located on a flat surface. Referring to fig. 3 and considering for simplicity the 10 irradiation on a single plane orthogonal to the surface, it is easy to see that the point 9 near the top of the throat radiates a little less than half of its energy towards the bottom and towards the other wall of the throat itself. The remainder is dispersed outwards. 15

Nella stessa fig. 3 è intuibile che il punto 10 situato quasi in fondo alla gola, irradi due terzi della sua energia verso il fondo e verso la parete opposta della gola e quindi soltanto un terzo di essa viene dispersa verso l'esterno; ugualmente il punto 11, considerato sul fondo della gola, disperde, verso l'esterno, meno di un terzo della sua irradiazione. Soltanto i punti come il 12 disposti sulla sommità piana della cresta, disperdono tutta la loro energia all'esterno della lastra ma la superficie di tale sommità è circa un ottavo di quella totale. In the same fig. 3 it can be understood that the point 10 located almost at the bottom of the throat radiates two thirds of its energy towards the bottom and towards the opposite wall of the throat and therefore only a third of it is dispersed towards the outside; equally point 11, considered at the bottom of the throat, disperses less than a third of its irradiation towards the outside. Only the points such as 12 arranged on the flat top of the ridge disperse all their energy outside the slab but the surface of this summit is about one eighth of the total.

Ne deriva che circa il 60% della radiazione incidente ricade sulle pareti delle ondulazioni adiacenti. Per questo motivo il rendimento del collettore in oggetto risulta più elevato di quello dei collettori noti equivalenti. It follows that about 60% of the incident radiation falls on the walls of the adjacent corrugations. For this reason, the efficiency of the collector in question is higher than that of the known equivalent collectors.

È previsto che il materiale di cui sono formate le varie parti del collettore in oggetto e la loro forma, fatta eccezione di quella delle ondulazioni, possano variare senza uscire dall'ambito di protezione del brevetto. It is envisaged that the material of which the various parts of the collector in question are formed and their shape, with the exception of that of the corrugations, may vary without departing from the scope of protection of the patent.

v v

1 foglio disegni 1 sheet of drawings

Claims

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2

1. Solar radiation collector, characterized in that the heat absorbing surface (2) is made up of a thin blackened sheet, thickly corrugated, with corrugations of trapezoidal cross section, such that the vacuum is between one corrugation and the adjacent one has the same cross section but in an inverted position; the distance between each wave crest being almost equal to the height of the wave itself.

2. Collector according to claim 1, characterized by 10 what to reduce heat dispersion by radiation,

the profile of the aforementioned corrugations is chosen so that the irradiation emitted by each of them as a black body falls approximately 60% on the surface of the adjacent corrugation. 15

Manifold according to claims 1 and 2, characterized in that said thickly corrugated sheet (2) is welded to an underlying flat sheet (3) so as to form channels in which the heat transfer fluid (8) flows; the two opposite ends of said underlying sheet being turned up to constitute channels (13 and 14) for the inlet and outlet of the treatment fluid.

Manifold according to claims 1 and 3, characterized in that the cross-section of the channels (13 and 14) for the entry and exit of the fluid is calculated as the geometric mean of the section of the pipes (7 and 15) of inflow and outflow of the fluid itself and the total section of the aforementioned trapezoidal channels (1).

Manifold according to claims from 1 to 4, characterized in that said plate (2) and plate (3) are in tinned or galvanized steel sheet. I know

Manifold according to claims 3 to 5, characterized in that the panel (1) constituted by the aforementioned plate (2) and sheet (3) is blocked within a thermally insulating rigid foam (5), which also retains a transparent sheet (6) above the panel itself, sheet placed at a certain distance from the panel (1) to form an insulating cavity with it.

Method for making the thickly corrugated sheet (2) with corrugations of the trapezoidal section of the collector according to claims 1 to 6, characterized in that the corrugated sheet is passed between two toothed rollers with complementary trapezoidal profiles.

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