IT8224744A1 - Dispositivo per il riscaldamento solare di un liquido - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

dell 'invenzione industriale dal titolo:

"Dispositivo per il riscaldamento solare di un liquido"

R I A S S U N T O

Il dispositivo per il riscaldamento solare di un liquido (1) con almeno un collettore solare (7) dovr? essere eseguito in modo che in primo luogo non ? necessaria pompa di circolazione ed in secondo luogo non esiste il pericolo di un riflusso di liquido riscaldato in un collettore (7), che ? raffreddato nei periodi di insufficiente irraggiamento (6). Secondo l'invenzione di seguito all'estremit? superiore del collettore solare (7) nella conduttura di scarico del liquido riscaldato solarmente si trova un tratto (5) di troppo pieno ed il livello (4) del tratto di troppo pieno ? situato, in ragione di una distanza da preassegnare, sul livello (14) di una colonna di liquido, che comunica attraverso l'organo di afflusso (10) del liquido da riscaldare da parte del collettore solare (7) (Figura 1).

D E S C R I Z I O N E

L'invenzione concerne un dispositivo per il riscaldamento solare di un liquido con un collettore solare e per il trasporto del liquido per convezione naturale. La definizione "collettore solare" in questo caso e nel seguito comprende sia il collettore singolo che un sistema di collettori.

Gli impianti di questo genere oggigiorno usuali si compongono di un volume di liquido in un recipiente isolato termicamente, che ? collegato con il collettore solare o con il sistema di collettari direttamente oppure, mediante un circuito chiuso, indirettamente. Il trasporto del liquido, riscaldato nel collettore, nel recipiente avviene o con l'ausilio di una pompa oppure per effetto a sifone termico. In entrambi i casi si devono accettare sostanziali inconvenienti:

a) L'impiego di pompe ? impossibile in localit? sprovviste di alimentazione di energia elettrica ed ? co stoso, tanto pi? che queste apparecchiature richiedono una regolazione operante automaticamente, che in periodi di minore o mancante irradiazione solare impedisce il pompaggio di liquido caldo dal recipiente nei collettori, in quanto il liquido altrimenti verrebbe raffreddato invece che riscaldato.

b) Le correnti a sifone termico in periodi di insufficiente irradiazione solare possono invertire il loro senso e portare di conseguenza parimenti al raffreddamento di liquido gi? riscaldato. Inoltre per dispositivi con trasporto del liquido per azione a sifone termico ? esteticamente sconveniente il fatto che i recipienti da riempire con il liquido riscaldato solarmente, spazialmente vanno disposti al disopra dei collettori.

c) In noti dispositivi la richiesta temperatura prescritta del liquido riscaldato solarmente, anche nel suo strato superiore nel recipiente viene raggiunta soltanto dopo un tempo di irradiamento relativamente lungo, specialmente nel caso di irradiazione intermittente.

L'invenzione si pone il compito di superare gli inconvenienti dei precedenti dispositivi per il riscaldamento solare di un liquido, e di realizzare un dispositivo del genere menzionato all'inizio, per il quale si pu? fare a meno di pompa del liquido e nel quale non si verifica un'inversione di direzione della corrente di liquido, come quella possibile impiegando l?effetto a sifone termico, e che inoltre nel corso del funzionamento in breve tempo ? in grado di fornire un liquido di prevista temperatura finale ovvero temperatura prescritta. La soluzione inventiva consiste nel fatto che al di l? del collettore solare nella conduttura di scarico del liquido riscaldato solarmente si trova un tratto di troppo pieno, e inoltre nel fatto che il livello di troppo pieno del tratto di troppo pieno in ragione di una distanza da preassegnare si trova al disopra del livello di una colonna di liquido, che ? situata all?esterno del collettore solare e comunica attraverso l'organo di afflusso del liquido da riscaldare me diante il collettore solare.

secondo l'invenzione si sfrutta il noto principio dei tubi comunicanti: la colonna di liquido che si trova nel sistema di collettori ? separata per mezzo di un tratto di troppo pieno, inserito a valle sul lato di uscita del liquido riscaldato, dal livello di liquido nel seguente recipiente accumulatore, in cui in maniera usuale viene mantenuto un livello di liquido approssimativamente costante. L'afflusso del liquido all'estremit? inferiore del collettore solare ovvero del sistema di collettori pu? avvenire in particolare dall?estremit? inferiore del recipiente dell'acqua calda oppure da un distinto recipiente del liquido con livello del liquido mantenuto all'altezza necessaria.

in base alla rappresentazione schematica di esempi di realizzazione vengono illustrati ulteriori dettagli dell 'invenzione.

in particolare :

la Figura i mostra un dispositivo per riscaldare solarmente un liquido con un recipiente dell'acqua calda percorso dal liquido in circuito,

la Figura 2 mostra un dispositivo secondo la Figura 1 tuttavia con distinto accumulatore per il liquido riscaldato proveniente dal collettore, e

la Figura 3 mostra un dispositivo corrispondentemente alla Figura 1 con uno scambiatore di calore, da percorrere da parte del liquido riscaldato, nel recipiente dell'acqua calda.

Nel caso di un riscaldamento diretto del liquido -} secondo la Figura 1 il livello 2 nel recipiente 3 ? inferiore al livello 4 del tratto 5 di troppo pieno. Nel caso di recipiente 3 riempito di fresco prima dell'inizio dell'irraggiamento solare 6 sul collettore solare 7 il livello 2 del liquido 1 nel collettore 7 e nel recipiente 3 sar? uguale, quando nel recipiente 3 si trova liquido caldo 1 e non si ha irraggiamento solare 6 sul collettore 7., il liquido che si trova nel collettore 7 si raffredder? a corrispondenti temperature esterne e presenter? una temperatura minore di quella nel recipiente 3 e quindi una maggiore densit?. Conseguentemente il livello del liquido nel collettore 7 sar? leggermente pi? basso che nel recipiente 3. In nessuno dei due casi si verifica un flusso apprezzabile dall?uria all?altra colonna di liquido.

Non appena tuttavia si ha irraggiamento solare 6 sul collettore 7, viene continuamente riscaldato il liquido che si trova sul lato del collettore, per cui diminuisce la sua densit?, in tal modo aumenta il livello del liquido sul lato del collettore, fino a quando esso raggiunge il livello 4 del tratto 5.di troppo pieno. A partire da questo istante con il progredire dell'irraggiamento liquido caldo scorre continuamente attraverso il tratto 5 di troppo pieno nel recipiente 3 e contemporaneamente liquido pi? freddo dal fondo 8 del recipiente tramite una tubazione 9 scorre nell?organo di afflusso inferiore 10 del collettore 7. La temperatura del liquido circolante verso il recipiente 3 viene definita dalla distanza del livello 4 del tratto 5 di troppo pieno dal livello 2 del liquido 1 nel recipiente 3 nonch? da costanti di materiale del liquido.

Nel caso di elevata irradiazione specifica sul rispettivo assorbitore solare pu? aversi 1?ebollizione del liquido contenuto nei collettori 7, specialmente in caso di inserzione in serie di pi? collettori, in questo caso viene accelerato il flusso dal collettore 7 al recipiente 3 per effetto di bolle di vapore, cos? che non pi? l'altezza del tratto 5 di troppo pieno ma il punto di ebollizione del liquido definisce la temperatura del liquido tracimante nel recipiente 3.

Quando la distanza di livello viene impostata in modo che il liquido che scorre nel recipiente 3 ha di gi? la desiderata temperatura prescritta, a causa del minare volume del liquido fluente per effetto di inserti nel recipiente si pu? ottenere una buona stratificazione termica, secondo la Figura 2 si evita completamente un rimescolamento di liquido riscaldato e liquido freddo, quando il liquido fuoriuscente dal collettore 7 scorre in un distinto recipiente 11 isolato termicamente, e quando l'afflusso di liquido al collettore 7 avviene da una colonna di liquido 12, separata dal recipiente 11, con recipiente accumulatore 13, ed il livello 14 della colonna di liquido separata 12 viene da parte sua mantenuto costante, una tale disposizione ? vantaggiosa specialmente per il riscaldamento solare di acqua di utilizzazione, poich? in tal modo gi? dopo brevi intervalli di irraggiamento si dispone di acqua di utilizzazione di temperatura prescritta preassegnata dalla distanza 15 di livello, solo la quantit? di acqua di utilizzazione ma non la sua temperatura dipende dalla intensit? di irraggiamento, dalla superficie dei collettori e dal loro rendimento.

Il vantaggio dell'invenzione viene ad essere par? ticolarmente incisivo quando si impiegano collettori solari a depressione. In caso di irraggiamento intermittente, come quello che si verifica frequentemente in condizioni di parziale annuvolamento, il sistema di collettori riceve liquido di temperatura assai vicina al disotto della temperatura prescritta che porta alla tracimazione. Questa temperatura effettiva persiste fino a quando inizia nuovamente l'irradiazione. Le perdite termiche del liquido nel caso di collettori a depressione in conseguenza del loro principio costruttivo sono particolarmente piccole, cos? che nell'intervallo con poca irradiazione si verificano pochissime perdite. Anche il rendimento relativamente buono, caratteristico per collettori a depressione, in caso di basso irradiamento viene ad agire pienamente nell'impiego nell'ambito del dispositivo secondo 1'invenzione.

Inoltre a causa del modesto contenuto di liquido per metro quadro, tipico per collettori a depressione, la temperatura prescritta viene raggiunta gi? dopo brevissimi intervalli di irraggiamento. Questo vantaggio viene anche sostanzialmente aumentato aumentando la densit? superficiale dell'irraggiamento con l'ausilio di Booster speculari. Tali Booster portano anche ad un aumento ottimale della potenza dei collettori, con contemporanea riduzione degli specifici costi di investi? mento, quando hanno un fattore di concentrazione compreso fra 1,5 e 4,5 e quando si fa a meno di un sistema di inseguimento continuo.

La Figura 3 mostra l'applicazione del principio secondo l'invenzione su un impianto con riscaldamento indiretto del liquido per mezzo di un circuito chiuso trasmettente il calore. Anche in questo vantaggioso esempio di realizzazione nella zona del tratto di troppo pieno si trova una bolla gassosa 16, che definisce la distanza di livello 15 ed il cui volume va variato mediante (non mostrata) valvola di adduzione e di scarico del gas ovvero del liquido. Impiegando acqua in circuito chiuso si preferisce aria come volume gassoso regolatore, per non modificare eccessivamente la distanza di livello 15 per effetto della dilatazione volumetrica del liquido al crescere delle temperature, preferibilmente un volume tampone gassoso 16, a partire dal collettore 7, viene montato al di l? del tratto 5 di troppo pieno. Il principio inventivo, in cui liquido di alta temperatura entra nella parte superiore di uno scambiatore di calore 17 situato nel recipiente 3, parta quindi ad un riscaldamento particolarmente rapido di una parte del liquido di utilizzazione 18, che si trova nel recipiente 3, alla temperatura finale desiderata, quando nella parte superiore del recipiente viene sistemata superficie di scambio termico che specificamente risulta decisivamente maggiore che nella parte inferiore.

Il recipiente 3 nell'esempio di realizzazione secondo la Figura 3 nella regione inferiore presenta un organo di afflusso 19, mentre nella regione superiore presenta un organo di scarico 20 che fa capo all'utilizzatore, in maniera similare vengono disposti l'organo di afflusso 19 e l'argano di scarico 20 nell'esempio di realizzazione secondo la Figura 1, A differenza di ci? l'organo di scarico 21, che fa capo all'utilizzatore, nell'esempio di realizzazione secondo la Figura 2 pu? essere applicato all'estremit? inferiore del recipiente 11, poich? in questo caso il liquido che si trova nel recipiente in dipendenza del sistema presenta in sostanza ovunque la stessa temperatura.

Nei diversi esempi di realizzazione ? possibile variare la differenza di livello 15 fra tratto 5 di troppo pieno e colonna di liquido 1 rispettivamente 12, esterna, fornente l'afflusso dei collettori, mediante variazione dell'altezza assoluta del tratto di troppo pieno, una variazione avviene automaticamente con il riscaldamento della colonna di liquido nel recipiente oppure nel circuito scambiatore di calore.

Il principio secondo l'invenzione ? vantaggioso sia per collettori a depressione con passaggio diretto

Claims (7)

RIVENDI CA ZI ONI

1. Dispositivo per il riscaldamento solare di un liquido con un collettore solare e con trasporto del liquido per convezione naturale, caratterizzato dal fatto che al di l? del collettore solare nella conduttura di scarico del liquido riscaldato solarmente si trova un tratto di troppo pieno, nonch? dal fatto che il livello di troppo pieno del tratto di troppo pieno in ragione di una distanza da preassegnare si trova al disopra del livello di una colonna di liquido che ? situata all'esterno del collettore solare e comunica attraverso l'afflusso del liquido da riscaldare mediante il collettore solare.

2* Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il tratto di troppo pieno fa capo ad un recipiente situato a circa la stessa altezza del collettore solare, nonch? dal fatto che il livello di troppo pieno del tratto di troppo pieno si trova al disopra del livello della colonna di liquido situata nel recipiente ovvero in imo scambiatore di calore situato nel recipiente, e infine dal fatto che la colonna di liquido comunica con quella nel collettore solare attraverso la sua conduttura di adduzione inferiore.

3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che le colonne di liquido comunicanti sono parti di un circuito, in cui nella zona del tratto di troppo pieno si trova una bolla gassosa di grandezza da preassegnare.

4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la bolla gassosa, guardando dal collettore solare, al di l? del tratto di troppo pieno comprende un volume, che in caso di dilatazione termica del liquido va riempito da questo completamente o parzialmente.

5. Dispositivo secondo ima o pi? delle rivendicazioni da 1 fino a 4, caratterizzato da un rispettivo organo di adduzione ovvero di scarico dell'aria e, oppure del liquido al disopra del tratto di troppo pieno nel circuito del liquido nonch? nella sua parte inferiore.

4. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni da 1 fino a 5 caratterizzato da mezzi per variare la differenza di livello fra tratto di troppo pieno e colonna di liquido, situata al di l? del c ollettore solare, fra 0,5 e 10 cm,

7. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni da 1 fino a 6, caratterizzato dall'esecuzione del collettore solare come collettore a depressione, 8, Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il collettore a depressio ne presenta inferiormente specchi Booster aventi un fattore di concentrazione compreso fra 1,5 e 4,5.

9, Dispositivo secondo una o pi? delle rivendica zioni da 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che in caso di riscaldamento indiretto del volume di liquido presente nel recipiente, mediante uno scambiatore di calore la sua superficie di scambio termico per il 35% od oltre ? sistemata nel quarto superiore del volume del recipiente.