IT8225020A1 - Collettore solare - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un collettore solare del tipo cosiddetto a superfici piane supportate da un telaio sostanzialmente a cornice ed in cui la radiazione solare assorbita ? convertita in energia termica, riscaldante acqua o altro fluido, percorrente una pluralit? di tubi supportati da detto telaio.
I collettori solari hanno notoriamente la funzione di captare la radiazione solare per trasmetterne il contenuto termico assorbito ad un fluido, generalmente acqua, tramite il quale il calore pu? essere accumulato e trasferito alla utilizzazione .
Per ottenere un rendimento ottimale, ? necessario che un collettore solare sia in grado di captare il massimo della radiazione solare disponibile e di impedire qualsiasi perdita di calore verso l'esterno, sia per convezione che per irraggiamento .
Nella quasi generalit? dei casi, i collettori solari finora realizzati comprendono un telaio portante, essenzialmente a cornice rettangolare, una lastra di vetro di copertura ed una piastra assorbente, generalmente di alluminio, nella quale sono ricavate le canalizzazioni per il passaggio del fluido (acqua) di assorbimento del calore captato e di trasferimento di detto calore alla utilizzazione. Detta lastra di vetro e detta piastra assorbente sono perimetralmente supportate dal telaio a cornice e delimitano fra loro una intercapedine sigillata. La piastra ? ricoperta generalmente da una speciale vernice nera.
In questi collettori, il contenuto termico della radiazione solare captata ? assorbito secondo una tecnica basata sul cosiddetto effetto serra. ? tale scopo infatti ? utilizzata la suddetta lastra di vetro, di appropriato spessore, la cui funzione ? fondamentalmente quella di limitare le perdite di calore per convezione e per irraggiamento, dato che il vetro ? opaco all'infrarosso che ? proprio il campo della radiazione emessa dalla piastra assorbente (o dal fascio tubiere) alla normale temperatura di esercizio.
I collettori solari del tipo suddetto, per quanto vadano sempre pi? diffondendosi in diversi campi di impiego, presentano riconosciuti inconvenienti tecnici finora non superati.
E? infatti noto che il rendimento termico di tali collettori solari diminuisce rapidamente all 'aumentare della temperatura della piastra assorbente e che le temperature alle quali detto rendimento ? trascurabile sono rapidamente raggiunte proprio a causa del ricercato "effetto serra".
Inoltre, la lastra di vetro, che ? utilizzata proprio per raggiungere il desiderato "effetto serra" impedendo perdite di calore per irraggiamento dalla piastra di assorbimento verso l'esterno del pannello, ? opaca nell'infrarosso che ? notoriamente la radiazione solare di maggiore contenuto termico. Di conseguenza i collettori della tecnica nota, non sfruttando questo tipo di radiazione solare, limitano la loro funzionalit? all'arco di giornata in cui ? presente la radiazione visibile (luce) e non sono in grado di funzionare soddisfacentemente in caso di, ad esempio, cielo nuvoloso o nebbia. L'utilizzazione dei collettori solari della tecnica nota ? di conseguenza pesantemente limitata.
Il problema che sta alla base di questa invenzione ? quello di realizzare un collettore solare avente caratteristiche strutturali e funzionali tali da superare definitivamente gli inconvenienti pi? sopra citati.
Questo problema ? risolto secondo l'invenzione da un collettore solare del tipo cosiddetto a superfici piane, comprendente un telaio sostanzialmente a cornice e caratterizzato dal fatto di comprendere:
- una lastra trasparente ad una parte della radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 6.800 ? e 8.000 ?, la quale lastra ? perimetralmente supportata da detto telaio a cornice ,
- una parete avente una superficie riflettente nei confronti della radiazione solare avente almeno la suddetta lunghezza d'onda, la quale parete ? perimetralmente supportata da detto telaio parallelamente ed in relazione distanziata rispetto a detta lastra trasparente, la superficie riflettente di detta parete essendo rivolta verso detta lastra trasparente ,
- una camera formata tra detta lastra trasparente e detta parete,
- una pluralit? di condotti supportati in detta camera in reciproca relazione distanziata e terminanti in rispettivi tubi collettori di ingresso e uscita di acqua o altro fluido.
Vantaggiosamente ed in accordo con una forma di realizzazione preferita, detta lastra ? trasparente per l'80% alla radiazione solare avente almeno lunghezza d?onda compresa tra 6.800 e 8.000 ?.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione, un collettore solare secondo l'invenzione ? caratterizzato dal fatto di comprendere:
- una prima lastra trasparente ad una parte della radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 6.800 ? e 8.000 ?, perimetralmente supportata da detto telaio a cornice, - una seconda lastra trasparente ad una parte della radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 3.500 ? e 4.000 ?, perimetralmente supportata da detto telaio parallelamente ed in relazione distanziata rispetto a detta prima lastra,
- una camera formata tra detta prima e detta seconda lastra,
una pluralit? di condotti supportati in detta camera in reciproca relazione distanziata e terminanti in rispettivi tubi collettori di ingresso e di uscita di acqua o altro fluido,
- una parete avente una superficie riflettente nei confronti almeno delle suddette radiazioni solari, la quale parete ? supportata da detto telaio esternamente a detta camera ed in sostanzialecontatto con una di dette lastre, la superficie riflettente di detta parete essendo rivolta verso l'altra di dette lastre.
Vantaggiosamente detta prima lastra ? trasparente a 80% della radiazione solare avente lunghezza d'onda di 8.000 ?, detta seconda lastra ? trasparente a 85% della radiazione solare avente lunghezza d'onda di 4.000 ?, la distanza di dette lastre dalla superficie riflettente di detta parete essendo un multiplo intero di 8.000 ?.
Contrariamente a quanto avviene nei collettori solari della tecnica nota, nei quali lo sfruttamento della componente termica della radiazione solare ? basato sull' "effetto serra", in un collettore solare secondo l'invenzione tale sfrutta-, mento ? basato sull'intrappolamento di una parte, della radiazione elettromagnetica corrispondente all'infrarosso (6.800-8.000 ?) tra la lastra trasparente e la parete riflettente. Inoltre, quando il pannello ? del tipo comprendente due lastre trasparenti rispettivamente all'infrarosso e all'ultravioletto e, quando la distanza tra, ad esempio, la lastra trasparente all'infrarosso e la parete riflettente, ? un multiplo di 8.000 ?, al suddetto intrappolamento della radiazione termica si aggiunge una sorta di effetto antenna per le radiazioni elettromagnetiche di 4.000 e 8.000 ?. Per cui nella camera formata tra dette lastre, che funziona pertanto come una "camera di risonanza", sono rapidamente raggiunte elevate temperature con nessun decadimento della efficienza termica del collettore solare.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di un esempio di realizzazione di un collettore solare secondo l'invenzione stessa, fatta qui di seguito con riferimento ai disegni allegati, dati solo a titolo indicativo e non limitativo e nei quali :
la Fig. 1 rappresenta prospetticamente, schematicamente e a parti separate un collettore solare secondo l'invenzione;
la Fig. 2 rappresenta schematicamente una sezione trasversale del collettore solare di Fig.l, Con riferimento alle suddette figure, un collettore solare secondo questa invenzione comprende un telaio di supporto 1, del tipo sostanzialmente a cornice rettangolare, una prima lastra di vetro 2, perimetralmente supportata in detto telaio 1 tramite mezzi di per s? noti e non rappresentati, una seconda lastra di vetro 3, essa pure perimetralmente supportata in detto telaio 1, parallelamente ed in relazione distanziata alla lastra di vetro 2.
La lastra 2 ? di un di vetro trasparente alla radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 6.800 ? e 8.000 ?, vale a dire ? trasparente all'infrarosso. In particolare e preferibilmente, detta lastra di vetro 2 ? trasparente all' 80% della radiazione solare avente la suddetta lunghezza d'onda, e pi? preferibilmente ancora, ? trasparente per l'80% alla radiazione elettromagnetica avente lunghezza d'onda di 8.000 ?.
Una tale lastra di vetro ? realizzata con tecniche convenzionali utilizzando ben note composizioni atte allo scopo, vale a dire composizioni comprendenti appropriate quantit? di uno o pi? componenti scelti; ad esempio, tra silice, ossido di calcio, ossido di magnesio, allumina e simili. Oppure pu? essere costituita da vetro normale munito di una pellicola 10 di appropriata materia plastica, come ad esempio metacrilato di polimetile, poliestere, tereftalato di polietilene, epossido, politetrafluoretilene , politrifluoromonocloroetilene, cloruro di polivinile, eventualmente opportunamente colorati con appropriati pigmenti.
La lastra 3 ? di un vetro trasparente alla radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 3.500 e 4.000 ?. Preferibilmente dettalastra ? trasparente per l'85% alla radiazione solare avente la suddetta lunghezza d'onda e, pi? preferibilmente, ? trasparente per 1 '85% alla radiazione solare avente lunghezza d'onda di 4.000 ? (ultravioletto).
Le lastre 2 e 3 delimitano tra loro e con il telaio a cornice 1 una camera 4, sigillata verso l'esterno, nella quale ? supportata una pluralit? di condotti tubolari 5. I condotti tubolari 5 sono reciprocamente distanziati di un tratto prefissato e sono collegati, alle contrapposte estremit?, a rispettivi tubi collettori 6,7, in comunicazione con l'esterno di detta camera 4 di detto telaio a cornice 1.
Il collettore solare di questa invenzione comprende ancora una parete 8, perimetralmente supportata in detto telaio 1 in sostanziale contattocon una di dette lastre 2,3. Questa parete 8 ha una superficie riflettente nei confronti delle radiazioni solari delle suddette lunghezza d'onda (3.500-4.500; 6.800-8.000), la superficie riflettente essendo rivolta verso l'altra lastra di vetro. La distanza tra detta superficie 8 riflettente e la lastra di vetro 2 o 3, esposta alla radiazione solare ? un multiplo di 8.000 ?.
Il collettore solare cos? strutturato pu?, all'esigenza, essere munito di uno strato di materiale termicamente isolante 11 di appropriato spessore e/o di eventuali accessori del tipo gi? largamente impiegato nei pannelli solari della tecnica nota.
Il collettore solare di questa invenzione pu? essere utilizzato con due diverse disposizioni e cio? con lastra 2 rivolta verso il sole e con superficie riflettente 8 posizionata a contattodelia lastra 3 e rivolta verso la lastra 2, o viceversa, con lastra 3 rivolta verso il sole e con superficie riflettente 8 disposta a contatto della lastra 2. Nel primo caso verr? prevalentemente captata, intrappolata e meglio assorbita la radiazione avente lunghezza d'?nda corrispondente allo infrarosso (circa 8.000 ?), mentre nel secondo caso verr? prevalentemente captata ed intrappolata la radiazione corrispondente all'ultravioletto (4.000 ?). E' da rilevare che, nel primo caso, la radiazione infrarossa potr? essere captata, intrappolata e assorbita sotto forma di energia termica anche quando il cielo ? nuvoloso, nebbioso oppure anche dopo il tramonto del sole.
La radiazione infrarossa incidente sulla lastra 2 viene riflessa per circa il 20%, mentre l'80% di essa passa nella camera 4 e viene riflessa dalla superficie riflettente 8. L180% di questa radiazione infrarossa riflessa, passa attraverso la lastra 2 all'esterno del collettore, mentre il 20% di essa viene nuovamente inviata alla superficie riflettente 8 e cos? via. Questo ? l'effetto di rimbalzo pi? sopra citato, con il quale viene intrappolata la desiderata radiazione di elevato contenuto termico, con il conseguente migliorato sfruttamento del contenuto termico della radiazione solare incidente sul collettore del trovato.
Ma a questo effetto si aggiunge, in un sinergismo non chiaramente spiegato, un effetto di tipo "antenna", soprattutto quando la distanza della lastra 2 (o 3) dalla superficie riflettente 8 ? pari ad un multiplo di 8.000 ?.
Come risultato di prove ripetute e ben controllate, si ? constatato che un collettore solare di questa invenzione consente il raggiungimento in tempi pi? brevi, di temperature maggiori rispetto a quanto ? risultato,da un collettore della tecnica nota, a parit? di superficie esposta e di portata di acqua. Si ? potuto inoltre riscontrare come il rendimento termico di un collettore di questa invenzione non subisse alcuna diminuzione con l'aumentare della temperatura, ma permanesse sostanzialmente costante quando la temperatura dei condotti 5 raggiungeva valori dell'ordine di 80-85?C .
E' da rilevare che il suddetto effetto "antenna" scompariva completamente quando il collettore solare di questa invenzione, realizzato in versione semplificata, era privo della lastra 3 trasparente alla radiazione solare di 3.500-4.000 ? (ultravioletto ).
Da ultimo si ? riscontrato come l'elevato rendimento termico di un collettore solare di questa invenzione potesse essere ulteriormente aumentato quando nella camera 4 veniva realizzato un grado di vuoto pari al 20% della pressione atmosferica e poi il valore della pressione atmosferica fosse ristabilito con immissione di una miscela gassosa costituita da xenon e neon, preferibilmente in percentuale di 4:1.
Claims (8)
1. Collettore solare del tipo cosiddetto a superfici piane, comprendente un telaio sostanzialmente a cornice e caratterizzato dal fatto di comprendere :
- una lastra (2) trasparente ad una parte della radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 6.800 e 8.000 ?, la quale lastra ? perimetralmente supportata in detto telaio a cornice,
- una parete (8) avente una superficie riflettente nei confronti della radiazione solare che ha almeno la suddetta lunghezza d'onda, la quale parete (8) ? perimetralmente supportata in detto telaio (1) parallalelamente ed in relazione distanziata rispetto a detta lastra trasparente (2), la superficie riflettente di detta parete (8) essendo rivolta verso detta lastra trasparente (2),
- una camera (4) formata tra detta lastra trasparente (2) e detta parete (8),
- una pluralit? di condotti (5) supportati in detta camera (4) in reciproca relazione distanziata e terminanti in rispettivi tubi collettori (6,7) di ingresso ed uscita di acqua o altro fluido.
2. Collettore solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta lastra (2) ? trasparente per 1'80% alla radiazione solare avente almeno lunghezza d?onda compresa tra i 6.800 e 8.000 ?.
3. Collettore solare secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta lastra (2) ? trasparente per 1'80% alla radiazione solare avente lunghezza d'onda di 8.000 ?.
4. Collettore solare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la distanza tra detta lastra (2) e la superficie riflettente di detta parete (8) ? multipla di 8.000 ?. .
5. Collettore solare del tipo cosiddetto a superfici piane, comprendente un telaio sostanzialmente a cornice e caratterizzato dal fatto di comprendere :
- una prima lastra (2) trasparente ad una parte della radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 6.800 ? e 8.000 ?, perimetralmente supportata in detto telaio a cornice (1),
- una seconda lastra (3) trasparente ad una parte della radiazione solare avente lunghezza d'onda compresa almeno tra 3.500 A e 4.000 ?, perimetralmente supportata da detto telaio (1) parallalelamente ed in relazione distanziata rispetto a detta prima lastra,
- una camera (4) formata tra detta prima e detta seconda lastra (2,3),
- una pluralit? di condotti (5) supportati in detta camera (4) in reciproca relazione distanziata e terminanti in rispettivi tubi collettori (6,7) di ingresso e di uscita di acqua o altro fluido,
- una parete (8) avente una superficie riflettente nei confronti almeno delle suddette radiazioni solari, la quale parete (8) ? supportata in detto telaio (1) esternamente a detta camera (4) ed in sostanziale contatto con una di dette lastre (2,3), la superficie riflettente di detta parete (8) essendo rivolta verso l'altra di dette lastre.
6. Collettore solare secondo la rivendicazione 5., caratterizzato dal fatto che detta prima lastra (2) ? trasparente all'80% della radiazione solare avente lunghezza d'onda di 8.000 ?, detta seconda lastra (3) ? trasparente all'85% della radiazione solare avente lunghezza d'onda di 4.000 ?, la distanza di dette lastre (2,3) dalla superficie riflettente di detta parete (8) essendo un multiplo intero di 8.000 A.
7. Collettore solare secondo le rivendicazioni 5 e 6, caratterizzato dal fatto che in detta intercapedine ? presente almeno un gas scelto tra neon e xenon .
8. Collettore solare secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che in detta camera (4) ? presente una miscela gassosa comprendente xenon e neon in rapporto 4:1.
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