ITAN20100214A1 - SOLAR ABSORBER - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
annessa a domanda di Breveto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: “ASSORBITORE SOLARE” attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled: "SOLAR ABSORBER"
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Forma oggeto del presente trovato un perfezionato assorbitore solare di un colletore solare termico per usi civili od industriali. The present invention relates to an improved solar absorber of a solar thermal collector for civil or industrial uses.
L’invenzione si inserisce pertanto nel setore dell’utilizzazione dell’energia solare, un setore in continua crescita soprattuto nei Paesi dell’area mediterranea, grazie alle vantaggiose condizioni climatiche, ma anche in Paesi meno favoriti dal clima che tutavia hanno da tempo incoraggiato tali sistemi energetici ecologici tramite una politica di sgravi e vantaggi fiscali. The invention is therefore part of the sector of the use of solar energy, a sector in continuous growth especially in the countries of the Mediterranean area, thanks to the advantageous climatic conditions, but also in countries less favored by the climate which, however, have long encouraged such ecological energy systems through a policy of tax relief and benefits.
I pannelli solari per la produzione di acqua calda sanitaria sono noti. Solar panels for the production of domestic hot water are known.
II pannello solare maggiormente diffuso negli impianti per l’uso civile è il pannello vetrato piano, composto da: The most common solar panel in systems for civil use is the flat glazed panel, consisting of:
- una copertura trasparente (da qui in poi “copertura vetrata”), costituita da una o più lastre di vetro che lasciano passare le radiazioni solari in arrivo e bloccano quelle in uscita; - a transparent cover (hereinafter "glass cover"), made up of one or more glass plates that allow incoming solar radiation to pass and block outgoing ones;
- una sotostante piastra assorbente che provvede ad assorbire la radiazione ed a trasferire l’energia raccolta al fluido termovettore (solitamente un liquido antigelo, quale ad esempio il glicole propilenico); - an underlying absorbent plate which absorbs the radiation and transfers the collected energy to the heat transfer fluid (usually an antifreeze liquid, such as propylene glycol);
- condotti in contatto termico con detta piastra assorbente, entro cui scorre il fluido termovettore sottoposto a riscaldamento; - conduits in thermal contact with said absorbent plate, within which the heat-carrying fluid subjected to heating flows;
- materiale isolante termico per tutte le parti non esposte alla radiazione solare ed eventuale involucro esterno per proteggere i componenti di cui sopra e limitare le dispersioni termiche del pannello. - thermal insulating material for all parts not exposed to solar radiation and any external casing to protect the above components and limit the thermal losses of the panel.
Per semplicità espositiva, da qui in poi l’insieme piastra assorbente-condotti in contatto termico sarà detto “assorbitore solare” o ancora più semplicemente “assorbitore”. For the sake of simplicity, henceforth the absorbent plate-ducts in thermal contact will be called "solar absorber" or even more simply "absorber".
Tali collettori solari sono realizzati tramite tecniche e processi noti sui quali non è necessario dilungarsi a lungo. These solar collectors are made using known techniques and processes on which it is not necessary to dwell at length.
In tale sede è sufficiente ricordare come, attualmente, i condotti entro cui scorre il fluido termovettore siano per lo più vincolati ed accoppiati alla sovrastante piastra assorbente tramite più punti di saldatura distribuiti lungo il loro sviluppo. Here it is sufficient to recall that, at present, the ducts within which the heat-carrying fluid flows are for the most part constrained and coupled to the overlying absorbent plate by means of several welding points distributed along their development.
La scelta del materiale con cui vengono realizzati tali condotti e piastra assorbente è quindi limitata ai soli materiali facilmente saldabili e compatibili tra loro. The choice of the material with which these ducts and absorbent plate are made is therefore limited only to materials that can be easily welded and compatible with each other.
Ulteriori svantaggi di siffatti assorbitori solari risiedono, come noto, nella ridotta superficie di contatto tra detti condotti e la sovrastante piastra assorbente e nella conseguente penalizzazione del relativo scambio termico. Further disadvantages of such solar absorbers reside, as is known, in the reduced contact surface between said ducts and the overlying absorbent plate and in the consequent penalization of the relative heat exchange.
Scopo del presente trovato è, quindi, quello di eliminare almeno ima parte dei problemi sopra esposti. The aim of the present invention is therefore to eliminate at least part of the problems described above.
In particolare, scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un assorbitore solare dagli accresciuti rendimenti e dalle migliorate caratteristiche tecniche. In particular, the main object of the present invention is to provide a solar absorber with increased efficiency and improved technical characteristics.
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un assorbitore solare di più semplice e rapida costruzione e con ampia libertà nella scelta dei materiali impiegabili per alcuni dei suoi componenti. A further object of the present invention is to provide a solar absorber of simpler and quicker construction and with ample freedom in the choice of materials that can be used for some of its components.
Questi ed altri scopi, che risulteranno chiari in seguito, si conseguono con un assorbitore solare conforme al dettato della rivendicazione 1. These and other objects, which will become clear hereinafter, are achieved with a solar absorber conforming to the provisions of claim 1.
Altri scopi possono essere inoltre ottenuti mediante le caratteristiche supplementari delle rivendicazioni dipendenti. Other objects can also be achieved by means of the additional features of the dependent claims.
Ulteriori caratteristiche del presente trovato risulteranno meglio evidenziate dalla seguente descrizione di alcune preferite forme di realizzazione, conformi alle rivendicazioni brevettuali e illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle allegate tavole di disegno, in cui: Further characteristics of the present invention will be better highlighted by the following description of some preferred embodiments, according to the patent claims and illustrated, purely by way of non-limiting example, in the attached drawing tables, in which:
la fig. 1 mostra, in pianta ed in sezione A-A, una prima variante dell’assorbitore solare oggetto dell’invenzione ed un suo dettaglio ingrandito; fig. 1 shows, in plan and in section A-A, a first variant of the solar absorber object of the invention and an enlarged detail thereof;
la fig. 2 mostra, in pianta ed in sezione A-A, una seconda variante dell’assorbitore solare oggetto dell’invenzione ed un suo dettaglio ingrandito; fig. 2 shows, in plan and in section A-A, a second variant of the solar absorber object of the invention and an enlarged detail thereof;
la fig. 3 mostra schematicamente l’accoppiamento tra i condotti e la piastra assorbente dell’assorbitore solare di fig. 1; fig. 3 schematically shows the coupling between the ducts and the absorbent plate of the solar absorber in fig. 1;
la fig. 4 mostra schematicamente l’accoppiamento tra i condotti e la piastra assorbente dell’assorbitore solare di fig. 2; fig. 4 schematically shows the coupling between the ducts and the absorbent plate of the solar absorber in fig. 2;
Si descrivono ora le caratteristiche del trovato, avvalendosi dei riferimenti contenuti nelle figure. Si precisa che le suddette figure, pur se schematiche, riproducono i componenti del dispositivo secondo proporzioni tra le loro dimensioni ed orientamenti spaziali che sono compatibili con una possibile forma esecutiva che è tra quelle preferite. The characteristics of the invention are now described, using the references contained in the figures. It should be noted that the aforesaid figures, although schematic, reproduce the components of the device according to proportions between their dimensions and spatial orientations which are compatible with a possible embodiment which is among the preferred ones.
Si precisa, inoltre, che qualsiasi termine dimensionale e spaziale (quale “inferiore”, “superiore”, “destro”, “sinistra” e simili) si riferisce alla posizione 80 secondo cui l’assorbitore solare è visto quando il collettore solare è installato in configurazione operativa. It should also be noted that any dimensional and spatial term (such as "lower", "upper", "right", "left" and the like) refers to the position 80 according to which the solar absorber is seen when the solar collector is installed in operational configuration.
Come mostrato in figura 1 e 2, concordemente all’arte nota, con 1 è indicato un assorbitore solare di un collettore solare comprendente una piastra assorbente 11 atta ad assorbire la radiazione solare incidente e a trasferirla ad un fluido 85 termo vettore che scorre all<5>interno di una serie di condotti 12 affiancati e paralleli tra loro e ad essa vincolati. As shown in Figures 1 and 2, in accordance with the known art, 1 indicates a solar absorber of a solar collector comprising an absorbing plate 11 capable of absorbing the incident solar radiation and transferring it to a thermo-vector fluid 85 flowing at 5 > inside of a series of ducts 12 side by side and parallel to each other and bound to it.
Detti condotti 12, di diametro Φ, fanno inoltre capo, tramite mezzi noti su cui non è necessario dilungarsi, ad un manifold superiore 13 e ad uno inferiore 14 di raccolta di detto fluido termo vettore, in genere identici tra loro. Said conduits 12, with a diameter Φ, also lead, by known means on which it is not necessary to go further, to an upper manifold 13 and a lower manifold 14 for collecting said thermo-vector fluid, generally identical to each other.
90 Secondo l’invenzione, però, detta piastra assorbente 11 è costituita da un primo modulo assorbente superiore 15 e da un secondo modulo assorbente inferiore 16 (preferibilmente dello stesso materiale metallico o, come si vedrà, identici tra loro seppur diversamente posizionati) vincolabili reciprocamente e suscettibili, come si vedrà, di accogliere e bloccare tra loro i suddetti condotti 12. 90 According to the invention, however, said absorbent plate 11 consists of a first upper absorbent module 15 and a second lower absorbent module 16 (preferably of the same metal material or, as will be seen, identical to each other although differently positioned) mutually binding and capable, as will be seen, of receiving and blocking the aforementioned ducts 12 together.
95 Più in particolare, secondo la prima variante dell’invenzione di fig. 1 e/o 3 detti primo 15 e secondo 16 modulo assorbente consistono, rispettivamente, in una serie affiancata e complanare di bandelle superiori 15 ed inferiori 16, entrambe in lamierino metallico, geometricamente identiche tra loro ed ottenibili per profilatura. 95 More specifically, according to the first variant of the invention of fig. 1 and / or 3 said first 15 and second 16 absorbent modules consist, respectively, of a side by side and coplanar series of upper 15 and lower 16 strips, both in metal sheet, geometrically identical to each other and obtainable by profiling.
Su ciascuna bandella superiore 15 ed inferiore 16 si distingue un dorso D ed 100 una pancia P, il dorso D di dette bandelle superiori 15 e la pancia P di quelle inferiori 16 comportandosi da superficie assorbente (e quindi, come si vedrà più avanti, essendo suscettibili di essere sottoposte a trattamenti selettivi/preselettivi). On each upper band 15 and lower 16 one distinguishes a back D and 100 a belly P, the back D of said upper bands 15 and the belly P of the lower ones 16 acting as an absorbent surface (and therefore, as will be seen later, being likely to be subjected to selective / preselective treatments).
Ciascuna di dette bandelle superiori 15 ed inferiori 16 prevedono, inoltre, alle loro due estremità rispettivi lembi 151, 161 conformati a “canaletta” con profilo 105 semicircolare di diametro (Φ), così da sormontare e cingere i condotti 12 posti tra di esse. Each of said upper 15 and lower 16 strips also have at their two ends respective edges 151, 161 shaped as a "channel" with a semicircular profile 105 of diameter (Φ), so as to surmount and surround the ducts 12 placed between them.
Più in particolare, i lembi 151 delle bandelle superiori 15 sono collocati al di sopra di una prima coppia adiacente di condotti 12 così da sormontare e cingere la metà superiore della loro superficie esterna mentre i lembi 161 delle bandelle 110 inferiori 16 sono posti sulla metà inferiore della superficie esterna dei condotti 12 lasciate scoperte dalle bandelle superiori 15. More specifically, the flaps 151 of the upper flaps 15 are placed above a first adjacent pair of ducts 12 so as to surmount and surround the upper half of their outer surface while the flaps 161 of the lower flaps 110 16 are placed on the lower half of the external surface of the ducts 12 left uncovered by the upper strips 15.
Per maggior precisione, dette bandelle superiori 15 ed inferiori 16 sono accoppiate sfalsate tra loro; il primo lembo a canaletta 151 di ciascuna bandella superiore 15, cioè, si impegna superiormente al condotto 12 sul quale, dall’altra 115 parte, si accoppia il secondo lembo a canaletta 161 di ciascuna bandella inferiore 16. For greater precision, said upper 15 and lower 16 strips are coupled staggered to each other; the first channel flap 151 of each upper strip 15, that is, engages above the duct 12 on which, on the other side 115, the second channel flap 161 of each lower strip 16 is coupled.
Senza alcun intento limitativo, ciascuna bandella inferiore 16 è unita alla corrispondente coppia di bandelle superiori 15 adiacenti per mezzo di punti di saldatura eseguiti in prossimità dei loro rispettivi lembi 151, 161. Nulla vieta, 120 ovviamente, altri mezzi e tecniche di accoppiamento quali saldatura ad ultrasuoni, clinciatura, toxatura, rivettutura o qualsiasi altro sistema equivalente tale da garantire un buon serraggio dei condotti 12 per un ottimale contatto termico con la piastra assorbente 11. Without any limiting intent, each lower strip 16 is joined to the corresponding pair of adjacent upper strips 15 by means of welding points carried out in proximity to their respective edges 151, 161. Obviously, 120 does not prohibit other coupling means and techniques such as welding ultrasound, clinching, toxing, riveting or any other equivalent system such as to ensure a good tightening of the ducts 12 for optimal thermal contact with the absorbent plate 11.
E’ chiaro che molte varianti del dispositivo oggetto dell’invenzione sono possibili all’uomo del ramo, senza per questo uscire dagli ambiti di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che nella pratica attuazione dell’invenzione i vari componenti in precedenza descritti potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. It is clear that many variants of the device object of the invention are possible for those skilled in the art, without thereby departing from the novelty areas inherent in the inventive idea, just as it is clear that in the practical implementation of the invention the various components previously described may be replaced by technically equivalent elements.
Nulla vieta, ad esempio, che o le bandelle superiori 15 o quelle inferiori 16 (ma preferibilmente quelle superiori 15), precedentemente descritte, possano essere semplici bandelle piane prive, cioè, dei lembi a canaletta 151 o 161. A titolo puramente esemplificativo e senza alcun intento limitativo, secondo questa variante, le bandelle piane sono, preferibilmente, quelle superiori 15 mentre i lembi a canaletta 161 delle bandelle inferiori hanno profondità (Φ) e fondo semicircolare di diametro (Φ). Nothing prevents, for example, that either the upper strips 15 or the lower ones 16 (but preferably the upper ones 15), previously described, can be simple flat strips without, that is, the channel edges 151 or 161. By way of example only and without according to this variant, the flat strips are preferably the upper ones 15 while the channel-like edges 161 of the lower strips have a depth (Φ) and a semicircular bottom with a diameter (Φ).
hi accordo ad una terza variante dell’invenzione, detto primo modulo superiore 15 della piastra assorbente 11 dell’assorbitore solare 1 può, invece, consistere in un’unica lamina piana 15 sotto la quale sono posti a contatto e bloccati i suddetti condotti 12 tramite detto secondo modulo inferiore assorbente 16 consistente (si veda fig. 4) in una serie di canalette 16 di profondità (Φ) e fondo semicircolare di diametro (Φ). According to a third variant of the invention, said first upper module 15 of the absorbing plate 11 of the solar absorber 1 can, on the other hand, consist of a single flat plate 15 under which the aforementioned ducts 12 are placed in contact and blocked by means of said second lower absorbent module 16 consisting (see Fig. 4) in a series of channels 16 with a depth (Φ) and a semicircular bottom with a diameter (Φ).
Ciascuna canaletta 16 è, pertanto, suscettibile di accoppiarsi con un corrispondente condotto 12 sormontando sostanzialmente la metà inferiore della sua superficie esterna. Each channel 16 is therefore capable of being coupled with a corresponding duct 12 substantially surmounting the lower half of its external surface.
Come chiaramente mostrato in fig. 4, le canalette 16 prevedono, inoltre, alette 162 per la loro giunzione, tramite saldatura (preferibilmente ad ultrasuoni) o clinciatura o toxatura o simili (sistemi, cioè, tali da garantire un buon serraggio dei condotti 12), alla faccia inferiore della detta lamina assorbente 15. As clearly shown in fig. 4, the channels 16 also provide fins 162 for their joining, by welding (preferably ultrasound) or clinching or toxing or the like (systems, that is, such as to guarantee a good tightening of the pipes 12), to the lower face of said absorbent foil 15.
Si richiama l’attenzione sul fatto che, in tutte le soluzione descritte, differentemente dall’arte nota, la piastra assorbente 11 è quindi suscettibile di cingere e rivestire interamente i condotti 12 in contatto termico con essa. Attention is drawn to the fact that, in all the described solutions, differently from the known art, the absorbent plate 11 is therefore capable of encircling and entirely covering the ducts 12 in thermal contact with it.
Più precisamente, secondo la prima variante delle figg. 1 e 3, la superfìcie di detti condotti 12 in contatto termico con detta piastra assorbente 11 è sostanzialmente coincidente con l’intera loro superficie esterna mentre, in accordo alla seconda (non mostrata) o terza (si veda figg. 2 e 4) variante dell’invenzione, detto contatto termico si realizza almeno in corrispondenza della metà inferiore della superficie esterna dei condotti 12 e del loro punto di tangenza con il detto modulo assorbente superiore 15. More precisely, according to the first variant of figs. 1 and 3, the surface of said ducts 12 in thermal contact with said absorbent plate 11 is substantially coincident with their entire external surface while, according to the second (not shown) or third (see Figs. 2 and 4) variant of the invention, said thermal contact is made at least in correspondence with the lower half of the external surface of the ducts 12 and at their point of tangency with said upper absorbent module 15.
La particolare conformazione della piastra assorbente 11 delle figg. 3 e 4 evita, inoltre, la diretta saldatura dei condotti 12 su di essa, detti condotti 12 essendo, come visto, alloggiati e bloccati tra gli elementi assorbenti superiori 15 ed inferiori 16 di detta piastra assorbente 11 , vincolati, a loro volta, inamovibilmente tra loro. The particular conformation of the absorbent plate 11 of figs. 3 and 4 also avoids the direct welding of the ducts 12 thereon, said ducts 12 being, as seen, housed and locked between the upper 15 and lower 16 absorbent elements of said absorbent plate 11, bound, in turn, immovably between them.
L’assenza di saldature tra detti condotti 12 e la piastra assorbente 11, oltre ad abbattere i costi ed i tempi di lavorazione, permette di aumentare la gamma di materiali impiegabili per detti condotti 12 e piastra 11 non dovendo essere più scelti tra quelli facilmente e compatibilmente saldabili. The absence of welds between said ducts 12 and the absorbent plate 11, in addition to reducing costs and processing times, allows to increase the range of materials that can be used for said ducts 12 and plate 11, since they no longer have to be chosen among those easily and compatibly weldable.
Ciò porta ad ulteriori vantaggi primo fra tutti la possibilità di scegliere una molteplicità di trattamenti selettivi/preselettivi, necessari come noto a ridurre l’emittanza della piastra assorbente 11 nella zona dell’infrarosso e quindi ad incrementare il rendimento dell’assorbitore solare 1 stesso. This leads to further advantages, first of all the possibility of choosing a multiplicity of selective / preselective treatments, necessary as is known to reduce the emittance of the absorbing plate 11 in the infrared area and therefore to increase the performance of the solar absorber 1 itself.
Senza alcun intento limitativo, detta piastra assorbente 11 può, ad esempio, dopo essere stata sottoposta a cataforesi per proteggerla dalla corrosione, essere verniciata con speciali vernici selettive, oppure rivestita da uno strato di titanio e quarzo che pure conferiscono la proprietà selettiva o, ancora alternativamente, rivestita da uno strato di materiale ceramico che conferisce a detta piastra assorbente 11 anche una elevata resistenza alla temperatura ed una stabilità all’invecchiamento. Without any limiting intent, said absorbent plate 11 can, for example, after being subjected to cataphoresis to protect it from corrosion, be painted with special selective paints, or coated with a layer of titanium and quartz which also confer the selective property or, again alternatively, coated with a layer of ceramic material which also gives said absorbent plate 11 a high resistance to temperature and stability to aging.
E’ chiaro che ulteriori noti trattamenti selettivi/preselettivi equivalenti 180 possono essere previsti per la piastra assorbente 11 dell’invenzione. It is clear that further known equivalent selective / preselective treatments 180 can be provided for the absorbent plate 11 of the invention.
E’ a questo punto necessario precisare per completezza informativa, come il trattamento di annerimento, eventualmente con proprietà selettive, debba riguardare, con riferimento alla terza variante delle figg. 2 e 4, almeno la faccia superiore esposta alla radiazione solare della lamina piana 15 mentre, con 185 riferimento alla prima variante dell’invenzione delle figg. 1 e 3 (o della seconda variante non mostrata), almeno il dorso D delle bandelle superiori 15 e la pancia P di quelle inferiori 16. At this point it is necessary to specify for completeness of information, how the blackening treatment, possibly with selective properties, must concern, with reference to the third variant of figs. 2 and 4, at least the upper face exposed to solar radiation of the flat plate 15 while, with 185 reference to the first variant of the invention of figs. 1 and 3 (or of the second variant not shown), at least the back D of the upper strips 15 and the belly P of the lower ones 16.
Nulla vieta, ovviamente, in questo ultimo caso, che detti trattamenti selettivi/preselettivi possano essere condotti sia sul dorso D che sulla pancia P di 190 ciascuna bandella superiore 15 ed inferiore 16 quando, nonostante un aumento dei costi, si preferisce la possibilità di disporre di bandelle 15, 16 uguali tra loro e, pertanto, indifferentemente impiegabili come bandelle superiori o inferiori. Obviously, in this last case, nothing prevents said selective / preselective treatments from being carried out both on the back D and on the belly P of 190 each upper band 15 and lower 16 when, despite an increase in costs, the possibility of having of strips 15, 16 equal to each other and, therefore, indifferently usable as upper or lower strips.
E’ evidente ora come, eliminato il vincolo della saldabilità tra i condotti 12 e la piastra assorbente 11 , vi sia ampia libertà di scelta dei materiali più adatti per essi 195 privilegiando per i condotti 12 materiali idonei a resistere a pressione e/o resistenti a corrosione e/o alimentari mentre per i moduli assorbenti superiore 15 ed inferiore 16 di detta piastra assorbente 11 i più idonei a trasmettere calore ed a fungere da supporto per i trattamenti di annerimento eventualmente anche selettivi/preselettivi. It is now evident how, once the weldability constraint between the ducts 12 and the absorbent plate 11 has been eliminated, there is ample freedom of choice of the most suitable materials for them 195, favoring for the ducts 12 materials suitable for resisting pressure and / or resistant to corrosion and / or foodstuffs while for the upper 15 and lower 16 absorbent modules of said absorbent plate 11 the most suitable for transmitting heat and acting as a support for blackening treatments, possibly also selective / preselective.
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