ITCO20000016A1

ITCO20000016A1 - Termoaccumulatore solare.

Info

Publication number: ITCO20000016A1
Application number: IT2000CO000016A
Authority: IT
Inventors: Livio Terrameo
Original assignee: Energineering Di Del Duca Amel
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2001-12-22
Also published as: EP1167892A3; EP1167892A2; JP2002031414A; US6655375B2; US20010054419A1

Description

Descrizione di una invenzione industriale avente per titolo:

Termoaccumulatore solare.

La presente invenzione si riferisce ad un termoaccumulatore solare sostanzialmente costituite da almeno una batteria di tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso, in cui le estremità attive, o bulbi di accumulo, o sono direttamente immerse in un fluido primario conduttore che si riscalda e circola in una camera periferica a intercapedine la cui parete interna corrisponde alla parete di contenimento di un serbatoio per accumulo di fluido da riscaldare, oppure sono poste a diretto contatto di conduzione termica col materiale costituente il mantello del serbatoio stesso. Detto serbatoio potendo essere singolo a sviluppo orizzontale, oppure associato e comunicante in serie con altri serbatoi allineati parallelamente.

Sono già noti apparecchi in grado di raccogliere l’energia solare e di utilizzarla a fini industriale e/o domestici. In particolare, sono noti e si stanno vieppiù sviluppando i così detti pannelli solari concepiti per il riscaldamento di acqua calda nelle abitazioni o negli ambienti dedicati a comunità, quali: alberghi, palestre, caserme, campeggi e così via. Detti pannelli sono sostanzialmente concepiti in funzione del processo che sfrutta la legge fisica secondo la quale i fluidi caldi si muovono naturalmente dal basso verso l’alto, mentre quelli freddi si muovono in senso contrario. Alcuni tipi di collettori o pannelli solari a lastra piana, noti da tempo, sono costituiti da contenitori piani metallici anneriti, nel cui interno scorre il fluido primario entro tubazioni a serpentina: essi sono isolati inferiormente per evitare perdite di calore per conduzione, comprendono lastre di vetro superiori annerite distanziate dalle superfici metalliche per evitare perdite di calore per convezione, e sono orientati in modo da assicurare la perpendicolarità della loro superficie rispetto la direzione media dei raggi solari. I raggi, tanto diretti quanto diffusi, attraversando gli spessori di vetro, riscaldano la superfìcie metallica del connettore e di conseguenza anche il fluido fluente nelle serpentine. Il fluido primario, riscaldato, sempre per convezione (a volte spinto da una pompa) si muove verso l’alto, percorre un circuito comprendente uno scambiatore di calore e riscalda l’acqua contenuta in un serbatoio di accumulo collegato agli impianti di distribuzione. Detti apparecchi, pur nella validità del loro principio funzionale, hanno un rendimento limitato nell’ intorno del 50 % che, sebbene ottenuto sfruttando l’energia solare del tutto gratuita, risulta poco vantaggiosa nei confronti dell’ ammortamento del costo dei pannelli.

Generazioni più recente di collettori, a più elevato rendimento, utilizzano la tecnica dei tubi solari in cui ogni elemento tubolare in vetro, posto sotto vuoto, comprende una piastra alettata che capta il calore dei raggi solari. Il calore, che non può disperdersi grazie alla condizione interna di sotto vuoto, è trasmesso senza dispersioni apprezzabili ad un corpo tubolare adiacente dotato di parete intermedia di separazione tra circuito di mandata e circuito di ritorno del fluido primario. Sfruttando la stessa legge fisica di circolazione naturale dei fluidi caldi dal basso verso l’alto, ed orientando le piastre captanti dei tubi solari inclinate e perpendicolari alla direzione media dei raggi solari, il fluido primario riscaldato può essere sfruttato in modo diverso. In un caso, la parte superiore di ogni tubo solare comprende delle prese idrauliche attraverso le quali il fluido riscaldato è connesso ad un circuito comprendente uno scambiatore di calore che riscalda l’acqua contenuta in un serbatoio di accumulo collegato agli impianti di distribuzione. In un altro caso, i bulbi superiori di accumulo dei tubi solari sono invece impegnati in aderenza, con trasmissione di calore per convezione e conduzione, in corrispondenti nicchie profilate, configurate sulla stessa conduttura del circuito dello scambiatore di calore. In tutti i modi, anche se l’adozione dei tubi solari ha consentito di realizzare sensibili incrementi di rendimento e di efficacia, ed ha permesso lo sviluppo dei pannelli solari anche in zone con ridotte esposizioni solari, le attuali configurazioni dei pannelli stessi si presentano ancora complesse e costose sia dal punto di vista costruttivo che da quello di installazione e manutenzione; altro inconveniente consiste nel fatto che gli attuali pannelli solari hanno prestazioni limitate.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare i suddetti inconvenienti. L’invenzione, quale essa è caratterizzata dalle rivendicazioni, risolve il problema per mezzo di un termoaccumulatore solare, mediante il quale si ottengono i seguenti risultati: per l’accumulo dell’energia calorifica dei raggi solari vengono adottati tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso, con i bulbi superiori di accumulo accoppiati direttamente, per immersione, nel fluido primario di scambio, che si muove in una camera avvolgente il serbatoio di accumulo dell’acqua da riscaldare, oppure sono posti a diretto contatto di conduzione termica con codoli tubolari facenti parte integrale del mantello dello stesso serbatoio di accumulo; quest’ultimo è costituito da uno o più corpi sostanzialmente orizzontali intercomunicanti in parallelo attraverso luci longitudinali. I vantaggi conseguiti secondo il presente trovato consistono essenzialmente nel fatto che le connessioni dedicate all’impegno dei bulbi di accumulo dei tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso, ai serbatoi, sono più semplici da costruire e più accessibili sia per gli assemblaggi che per gli interventi di manutenzione; così come sono resi più efficaci, con ulteriore incremento di rendimento, le mutue associazioni di trasmissione del calore. Altro vantaggio consiste nel fatto che, con incrementi dimensionali complessivi minimi, si ottengono consistenti incrementi di capacità di fluido riscaldato.

L’invenzione viene descritta in dettaglio nel seguito, secondo forme realizzative date unicamente a scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli allegati disegni, in cui:

la fig. 1 rappresenta una sezione trasversale, parziale di un termoaccumulatore solare con i bulbi di accumulo immersi nel fluido conduttore primario a circuito chiuso,

la fig. 2 rappresenta una sezione trasversale, parziale di un termoaccumulatore solare con i bulbi di accumulo associati ai codoli tubolari facenti parte integrale del mantello costituente il serbatoio,

la fig. 3 rappresenta la vista frontale di un serbatoio di termoaccumulatore in cui è evidenziata la disposizione dei codoli di connessione per i tubi solari,

la fig. 4 rappresenta la vista in pianta di un termoaccumulatore in cui è evidenziata la disposizione dei tubi solari rispetto al serbatoio a più corpi tubolari in serie,

la fig. 5 rappresenta la sezione trasversale di un termoaccumulatore a due corpi tubolari in serie,

la fig. 6 rappresenta la disposizione schematica generale, laterale, di un termoaccumulatore solare ad un singolo serbatoio, secondo il trovato, collocato sulla falda di un tetto, e

la fig. 6 rappresenta la disposizione schematica laterale, di un termoaccumulatore solare a doppio serbatoio, secondo il trovato, collocato su un telaio per disposizione a terra o si terrazzi, o simili.

La figura 1 si riferisce ad un primo esempio di realizzazione del termoaccumulatore, a riscaldamento indiretto dell’acqua. In questa soluzione, il corpo esterno 1, preferibilmente ma non limitatamente di forma cilindrica, comprende una pluralità di bocchettoni inferiori 2 i quali sono disposti equidistanti per tutta la sua estensione longitudinale, con un allineamento sostanzialmente tangenziale ad una camera periferica 3 contenente un fluido conduttore primario. Sui bocchettoni inferiori 2 sono vincolabili, per avvitamento 4 e con guarnizioni di tenuta 5, le estremità attive superiori, o bulbi di accumulo 6, di almeno una batteria in parallelo di tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso 7. Detti bulbi 6 entrano in relazione di diretto contatto con detto fluido conduttore, quale ad esempio acqua od altro idoneo. Detto fluido è compreso nella camera 3, ricircola in essa a circuito chiuso, si riscalda a contatto coi bulbi 6, risale con moto naturale lungo la camera periferica 3, cede progressivamente il suo calore alla parete interna 8 del serbatoio 9, ridiscende raffreddato lungo il lato opposto della stessa camera 3 e toma nella zona dei bulbi 6 per riscaldarsi di nuovo. Il calore che il fluido cede alla parete interna 8 viene da questa ceduto all’acqua da riscaldare, compresa nel serbatoio 9. La parete esterna della camera 3 è adeguatamente rivestita di coibente 10 per ridurre al minimo le perdite di calore verso l’esterno e per convogliare tutto lo scambio termico del fluido primario verso la parete interna 8. Come nelle configurazioni tradizionali i tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso 7 sono orientati ed inclinati per una disposizione sostanzialmente perpendicolare alla direzione media dei raggi solari.

Le figure da 2 a 5 si riferiscono ad un secondo esempio di realizzazione del termoaccumulatore, a riscaldamento diretto dell’acqua. In questa soluzione, il serbatoio 9’, preferibilmente ma non limitatamente di forma cilindrica, comprende una pluralità di codoli tubolari interni 11 i quali sono disposti equidistanti per tutta la sua estensione longitudinale. I codoli 1 1 sono aperti verso l’esterno, mentre la loro estremità 12, interna al serbatoio, è sigillata.

Le estremità attive, o bulbi di accumulo 6 di almeno una batteria in parallelo di tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso 7 si impegnano ed entrano in relazione di contatto con la parete interna dei corrispondenti codoli 11 e, attraverso essi, trasmettono le calorie in essi accumulate all’acqua compresa nel serbatoio 9’. Per garantire che la trasmissione di calore avvenga nel miglior modo possibile, sostanzialmente per conduzione, i bulbi ed i codoli sono realizzati con materiali differenti, a diverso coefficiente di dilatazione. Ad esempio: i bulbi sono realizzati in rame ed i codoli in acciaio, col rame che presenta un coefficiente di dilatazione lineare maggiore di quello dell’ acciaio di circa il 50 %. Ciò consente di realizzare i due componenti con dimensioni sufficienti a garantire un loro accoppiamento a freddo con gioco, mentre a caldo lo stesso gioco viene totalmente annullato dalla differente dilatazione lineare dei materiali, con conseguente perfetta aderenza delle parti. Gli stessi codoli 11, in funzione delle caratteristiche dei termoaccumulatori possono essere realizzati con le superfici a contatto col fluido da riscaldare lisce 13, con alettature anulari parallele 14, oppure con alettature radiali 15.

Per incrementare la capacità di accumulo di acqua calda del serbatoio 9 o 9’, mantenendo comunque le dimensioni esterne complessive del corrispondente termoaccumulatore entro limiti ragionevoli per contenere gli effetti disannonici che provoca specie quando la sua collocazione è sui tetti delle case, invece di aumentarne il diametro esterno, esso viene associato, a monte, da almeno un secondo serbatoio 16 dì pari o di diverso volume, disposto allineato e parallelo, e che risulta sopraelevato in relazione dell’ inclinazione prevista per il corretto allineamento coi raggi solari. Il collegamento tra il serbatoio principale 9 o 9’ ed il od i serbatoi ausiliari 16 avviene attraverso delle feritoie longitudinali 17 create nella zona di accoppiamento a tenuta. Anche nei serbatoi ausiliari, l’acqua riscaldata dalle sorgenti di calore dirette o indirette, si porta nelle zone alte, mentre l’acqua fredda è richiamata verso il basso.

Nelle figure sono schematicamente indicate le tubazioni di adduzione 18 dell’acqua da riscaldare, poste in basso, e le tubazioni di scarico 19 dell’acqua riscaldata poste in alto. I serbatoi 9, 9’, con coibentazione 10, ed i tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso 7, sono dotati di supporti 20 per il vincolo su intelaiature fisse 21 che possono essere orientate e posizionate sulle falde di tetti 22 o su telai regolabili 23.

In tutte le soluzioni i termoaccumulatori possono essere dotati di resistenze elettriche per eventuali integrazioni di calore in caso di prolungati periodi di brutto tempo.

Mentre il trovato è stato descritto ed illustrato secondo forme realizzative date a solo scopo esemplificativo e non limitativo, risulterà evidente agli esperti del ramo che varie modifiche alle forme, ai particolari, agli orientamenti, alle combinazioni ed agli assiemi, potranno essere apportate senza per questo uscire dal suo ambito e scopo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Termoaccumulatore solare comprendente una batteria in parallelo di tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso (7) caratterizzato dal fatto che i bulbi di accumulo (6), di detti tubi solari (7), sono posti a diretto contatto di conduzione termica con altrettanti codoli tubolari paralleli (11), allineati ed integrali alla parte interna inferiore del mantello di un serbatoio a sviluppo orizzontale (9’) per accumulo di fluido riscaldato; detto serbatoio (9’) essendo singolo oppure essendo associato e comunicante in serie, attraverso feritoie longitudinali (17), con altri serbatoi (16), a monte, allineati parallelamente.
2) Termoaccumulatore solare comprendente una batteria in parallelo di tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso (7) caratterizzato dal fatto che i bulbi di accumulo (6) di detti tubi solari (7) sono immersi, attraverso una pluralità di bocchettoni inferiori tangenziali (2) disposti equidistanti per tutta l’estensione longitudinale di un serbatoio (9) per accumulo di fluido riscaldato, in una camera periferica a intercapedine (3) la cui parete interna (8) costituisce la parete di contenimento dello stesso serbatoio (9); detto serbatoio essendo singolo oppure essendo associato e comunicante in serie, attraverso feritoie longitudinali (17), con altri serbatoi (16), a monte, allineati parallelamente.
3) Termoaccumulatore solare secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da fatto che i codoli tubolari (11), nei quali entrano in relazione di impegno i bulbi di accumulo (6) di detti tubi solari (7), sono realizzati con le superfici a contatto col fluido da riscaldare lisce (13), oppure con alettature anulari parallele (14), oppure con alettature radiali (15).
4) Termoaccumulatore solare secondo le rivendicazioni 1 e 3 caratterizzato da fatto che i codoli tubolari (11), nei quali entrano in relazione di impegno i bulbi di accumulo (6), di detti tubi solari (7), sono aperti verso l’esterno, mentre la loro estremità (12), interna al serbatoio (9’), è sigillata.
5) Termoaccumulatore solare secondo le rivendicazioni 1, 3 e 4 caratterizzato da fatto che i bulbi (6), di detti tubi solari (7), ed i codoli tubolari (11) sono realizzati con materiali differenti, a diverso coefficiente di dilatazione, e con dimensioni proporzionali il funzione di un loro accoppiamento a freddo con gioco e di un loro accoppiamento a caldo con detto gioco totalmente annullato.
6) Termoaccumulatore solare secondo le rivendicazioni 1, 3, 4 e 5 caratterizzato da fatto che i bulbi (6) sono realizzati in rame ed i codoli (11) sono realizzati in acciaio, con una differenza del coefficiente di dilatazione lineare del materiale dei bulbi maggiore di quello deH’acciaio di circa il 50 %.
7) Termoaccumulatore solare secondo la rivendicazione 2 caratterizzato da fatto che il corpo esterno (1) comprende una pluralità di bocchettoni inferiori (2) i quali sono disposti equidistanti per tutta la sua estensione longitudinale, con un allineamento sostanzialmente tangenziale ad una camera periferica (3) contenente un fluido conduttore primario; su detti bocchettoni inferiori (2) essendo vincolati, per avvitamento (4) e con guarnizioni di tenuta (5), o mezzi equivalenti, le estremità attive superiori, o bulbi di accumulo (6), di almeno una batteria in parallelo di tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso (7).
8) Termoaccumulatore solare secondo le rivendicazioni da 1 a 9 caratterizzato da fatto che in funzione di un incremento della capacità di accumulo di acqua calda del serbatoio (9) o (9’), con contenimento delle dimensioni esterne complessive, lo stesso serbatoio(9) o (9’) viene associato, a monte, da almeno un secondo serbatoio (16) di pari o di diverso volume, disposto allineato, parallelo e sopraelevato in relazione dell’ inclinazione prevista per il corretto allineamento coi raggi solari; il collegamento tra il serbatoio principale (9) o (9’) ed il od i serbatoi ausiliari (16) è ottenuto con delle feritoie longitudinali (17) create nella zona longitudinale di accoppiamento a tenuta degli stessi; nei serbatoi ausiliari l’acqua riscaldata dalle sorgenti di calore dirette o indirette, si porta nelle zone alte, mentre l’acqua fredda è richiamata verso il basso.
9) Termoaccumulatore solare comprendente una batteria in parallelo di tubi solari sotto vuoto a circuito chiuso, come descritto con la riserva espressa nell’ultimo periodo della parte descrittiva, come esemplificativamente illustrato, secondo le rivendicazioni precedenti e per gli scopi specificati.