ITMI20012045A1

ITMI20012045A1 - DEVICE FOR HEATING A FLUID THROUGH SOLAR IRRADIANCE

Info

Publication number: ITMI20012045A1
Application number: IT2001MI002045A
Authority: IT
Inventors: Emanuele Vercesi
Original assignee: Kenmore Refrigeration Kmp S R
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2003-04-03
Also published as: ITMI20012045A0

Description

Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione Description of a patent application for an invention

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato si riferisce ad un dispositivo per il riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare. The present invention relates to a device for heating a fluid by means of solar radiation.

Come noto, attualmente sono presenti sul mercato i pannelli solari che servono a catturare l’energia che giunge dal sole sulla terra e ad utilizzarla per produrre acqua calda ad una temperatura che può raggiungere anche i 60-70° C. As is known, solar panels are currently on the market that are used to capture the energy that comes from the sun to the earth and to use it to produce hot water at a temperature that can even reach 60-70 ° C.

Gli attuali pannelli sono composti da un assorbitore del calore solare normalmente costituito da una lastra piastriforme in acciaio o in rame all’ interno della quale è inserito un fascio di tubi in cui scorre il liquido del circuito primario destinato ad essere riscaldato dal sole. The current panels are composed of a solar heat absorber normally consisting of a steel or copper plate-like plate inside which a bundle of tubes is inserted into which the liquid of the primary circuit flows, intended to be heated by the sun.

Tale fluido normalmente è acqua talvolta addizionata con antigelo propilenico atossico per tollerare il freddo invernale senza congelarsi. This fluid is normally water sometimes added with non-toxic propylene antifreeze to tolerate the winter cold without freezing.

Superiormente all’assorbitore per proteggerlo vi è una lastra di vetro che permette il passaggio dei raggi solari incidenti, in modo tale che l’assorbitore, scaldandosi, riemette energia in forma di radiazione infrarossa, rispetto alla quale il vetro si comporta come se fosse opaco e quindi la trattiene all’intemo (effetto serra). Above the absorber to protect it there is a glass plate that allows the passage of incident solar rays, so that the absorber, heating up, re-emits energy in the form of infrared radiation, with respect to which the glass behaves as if it were opaque. and therefore keeps it inside (greenhouse effect).

Nella parte sottostante del pannello è inserito un isolante termico (in fibra di vetro o in poliuretano espanso che riduce l’espansione di calore). In the underlying part of the panel there is a thermal insulation (in fiberglass or polyurethane foam which reduces heat expansion).

Il serbatoio di accumulo dell’acqua contiene al suo interno uno scambiatore di calore ad intercapedine nel quale circola il liquido del circuito primario del pannello solare che, cedendo il calore ricevuto dal sole, riscalda l’acqua contenuta nel serbatoio. Quanto sinteticamente sopra esposto fa facilmente comprendere come gli attuali pannelli solari risultano di costruzione estremamente complessa, basti pensare alla realizzazione del fascio tubiero disposto internamente al pannello o lastra metallica che deve essere riscaldata dai raggi del sole e, inoltre, risultano anche delicati sia per la complessa realizzazione che talvolta determina perdite o altri inconvenienti. The water storage tank contains a cavity heat exchanger inside which circulates the liquid of the primary circuit of the solar panel which, by releasing the heat received from the sun, heats the water contained in the tank. What briefly explained above makes it easy to understand how the current solar panels are of extremely complex construction, just think of the realization of the tube bundle arranged inside the panel or metal plate which must be heated by the sun's rays and, moreover, are also delicate for both the complex realization that sometimes causes losses or other inconveniences.

Inoltre, gli attuali pannelli presentano un costo molto elevato dovuto sia alle diverse saldature e complicazioni di realizzazione, sia all’uso di materiali costosi quali rame, alluminio e simili. In addition, the current panels have a very high cost due both to the different welds and manufacturing complications, and to the use of expensive materials such as copper, aluminum and the like.

Non da ultimo va osservato come i pannelli solari, essendo normalmente di conformazione lastriforme, ricevono il sole con inclinazioni differenti nell’arco della giornata e quindi con effetti differenti sul rendimento di riscaldamento dell’acqua. Il compito che si propone il presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati dei dispositivi per il riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare della tecnica nota. Last but not least, it should be noted that solar panels, being normally of sheet-like conformation, receive the sun with different inclinations throughout the day and therefore with different effects on the heating performance of the water. The aim of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks of the devices for heating a fluid by solar radiation of the known art.

Nell’ambito di questo compito, uno scopo importante del trovato è realizzare un dispositivo per il riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare che risulti di costruzione estremamente semplificata e lo renda di costo poco elevato pur risultando estremamente funzionale e robusto e di funzionamento duraturo nel tempo. Within this aim, an important object of the invention is to provide a device for heating a fluid by solar irradiation which is extremely simplified in construction and makes it low in cost while being extremely functional and robust and lasting in operation over time. .

E’ ancora uno scopo del trovato realizzare un dispositivo per il riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare che sia in grado di assorbire i raggi del sole sostanzialmente con la stessa intensità e inclinazione durante l’intero arco della giornata. It is still an object of the invention to provide a device for heating a fluid by solar radiation that is able to absorb the sun's rays substantially with the same intensity and inclination throughout the day.

E’ ancora uno scopo del trovato realizzare un dispositivo per il riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare che risulti estremamente compatto e che possa quindi essere utilizzato per qualsiasi occasione essendo facilmente manipolabile ed essendo di estrema robustezza. Another object of the invention is to provide a device for heating a fluid by solar radiation that is extremely compact and can therefore be used for any occasion, being easily manipulated and extremely robust.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi vengono raggiunti da un dispositivo per il riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare caratterizzato dal fatto di comprendere un serbatoio di accumulo del fluido, un involucro permeabile ai raggi solari associato a detto serbatoio, una intercapedine definita tra la superficie di detto serbatoio e quella di detto involucro e mezzi di incremento della superficie di detto serbatoio compresi in detta intercapedine. This task, as well as these and other purposes, are achieved by a device for heating a fluid by solar radiation characterized in that it comprises a fluid storage tank, an envelope permeable to sunlight associated with said tank, an interspace defined between the surface of said tank and that of said casing and means for increasing the surface of said tank included in said interspace.

Forma oggetto del presente brevetto anche un procedimento per la realizzazione di un dispositivo per il riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare caratterizzato dal fatto di consistere nel prendere un nastro metallico e nel tranciare su entrambi i lati contrapposti una pluralità di lamelle astiformi lasciando centralmente una zona di materiale privo di discontinuità, nel ripiegare detto nastro con una conformazione ad “U” in modo che dette lamelle astiformi rimangano tra loro parallele e contrapposte e detta zona centrale compresa tra le stesse, nell’alimentare con una velocità prestabilita detto nastro portandolo ad avvolgersi lungo detto serbatoio assoggettato ad un moto di rototraslazione sincronizzato con detta velocità, nel saldare le estremità di detto nastro su detto serbatoio e nell’ introdurre detto serbatoio alettato in un involucro trasparente. The present patent also relates to a process for the production of a device for heating a fluid by solar radiation, characterized by the fact that it consists of taking a metal strip and cutting a plurality of rod-shaped blades on both opposite sides, leaving a central zone of material without discontinuity, when folding said belt with a "U" conformation so that said rod-shaped lamellae remain parallel and opposite to each other and said central area comprised between them, in feeding said belt with a predetermined speed causing it to wind along said tank subjected to a rototranslation motion synchronized with said speed, in welding the ends of said belt on said tank and in introducing said finned tank into a transparent casing.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva del dispositivo secondo il trovato, illustrato a titolo indicativo e non limitativo nell’unito disegno in cui: Further features and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the device according to the invention, illustrated by way of non-limiting indication in the attached drawing in which:

- la figura 1 è una vista in alzato laterale del dispositivo secondo il trovato; Figure 1 is a side elevation view of the device according to the invention;

- la figura 2 è una vista in alzato frontale del dispositivo secondo il trovato; Figure 2 is a front elevation view of the device according to the invention;

la figura 3 mostra l’involucro del dispositivo secondo il trovato; Figure 3 shows the casing of the device according to the invention;

- la figura 4 è una vista prospettica parziale della alettatura secondo il trovato; e Figure 4 is a partial perspective view of the fins according to the invention; And

- la figura 5 è una vista prospettica parziale del dispositivo secondo il trovato. Figure 5 is a partial perspective view of the device according to the invention.

Con riferimento alle figure sopradescritte, il dispositivo secondo il trovato, indicato complessivamente con il numero di riferimento 1, comprende un serbatoio di accumulo del fluido 2 di conformazione cilindrica e un involucro 3 permeabile ai raggi solari, che viene associato al serbatoio 2 in modo ad esso coassiale. With reference to the figures described above, the device according to the invention, indicated as a whole with the reference number 1, comprises a cylindrical-shaped fluid storage tank 2 and a casing 3 permeable to sunlight, which is associated with the tank 2 in such a way as to it coaxial.

Tra il serbatoio e l’involucro 3 viene definita una intercapedine 4 nella quale sono alloggiati dei mezzi di incremento della superficie del serbatoio 2, indicati nel loro complesso con 5. In particolare, i mezzi di incremento della superficie del serbatoio comprendono una alettatura 6 sviluppantesi elicoidalmente lungo la superficie del serbatoio 2. Between the tank and the casing 3 a gap 4 is defined in which there are housed means for increasing the surface of the tank 2, indicated as a whole with 5. In particular, the means for increasing the surface of the tank comprise a fin 6 developing helically along the surface of the tank 2.

La alettatura presenta, vantaggiosamente, due superfici tra loro parallele e distanziate 7 ed 8, ciascuna delle quali presenta una pluralità di lamelle astiformi indicate con 9. The fins advantageously has two mutually parallel and spaced surfaces 7 and 8, each of which has a plurality of rod-shaped lamellae indicated with 9.

Vantaggiosamente, il serbatoio di accumulo dell’acqua calda 2 (circa 50 litri) è costituito da un tubo di alluminio con alette, anodizzato in colore nero opaco che assorbe le radiazioni solari e trasferisce il calore ricevuto dal sole sottoforma di raggi infrarossi nell’acqua fredda contenuta nel serbatoio. Advantageously, the hot water storage tank 2 (about 50 liters) consists of an aluminum tube with fins, anodized in matt black color that absorbs solar radiation and transfers the heat received from the sun in the form of infrared rays into the water. cold contained in the tank.

L’involucro 3 è anch’esso cilindrico ed è costituito da un elemento tubolare in plastica, oppure in vetro trasparente ai raggi solari e che trattiene il calore sottoforma di radiazione infrarossa tramite il principio denominato “effetto serra”. The envelope 3 is also cylindrical and consists of a tubular element in plastic, or in glass transparent to sunlight and which retains heat in the form of infrared radiation through the principle called "greenhouse effect".

Il serbatoio è munito inoltre di mezzi di connessione idraulica e di mezzi di intercettazione del fluido, non rappresentati, quali possono essere dei rubinetti o delle connessioni idrauliche a una rete idraulica per l’impiego del fluido riscaldato in differenti utilizzi e in particolare, ad esempio, per le docce situate nelle spiagge, vicino alle case, alle piscine, ecc. The tank is also equipped with hydraulic connection means and fluid interception means, not shown, such as taps or hydraulic connections to a hydraulic network for the use of the heated fluid in different uses and in particular, for example , for showers located on beaches, near houses, swimming pools, etc.

Vantaggiosamente, il dispositivo può essere predisposto con un motoriduttore 10 che consente la rotazione programmata del serbatoio in funzione del percorso solare nell’arco della giornata, in modo da avere il riscaldamento dell’intera superficie su 360° ruotando attorno al proprio asse. Advantageously, the device can be set up with a gearmotor 10 which allows the programmed rotation of the tank according to the solar path throughout the day, so as to have the entire surface heated over 360 ° by rotating around its axis.

Inoltre, opportunamente, il dispositivo viene collocato rispetto ad un piano orizzontale con un angolazione di circa 30° in modo da ricevere i raggi solari sostanzialmente ortogonali al proprio asse di rotazione. Furthermore, suitably, the device is placed with respect to a horizontal plane with an angle of about 30 ° so as to receive the sun's rays substantially orthogonal to its axis of rotation.

Vantaggiosamente, inoltre, il serbatoio di accumulo 2 e l’involucro 3 possono essere disposti in numero superiore ad uno in serie o in parallelo per costituire una batteria riscaldante con un quantitativo di acqua nettamente superiore nel caso di impieghi gravosi. Advantageously, moreover, the storage tank 2 and the casing 3 can be arranged in a number greater than one in series or in parallel to constitute a heating battery with a much higher quantity of water in the case of heavy use.

L’involucro 3, nel caso sia realizzato in vetro, è costituito da vetro temperato a basso contenuto di piombo, in modo da rifletere meno l’immagine, così da rifletere il meno possibile i raggi solari e avere una maggior energia che lo atraversa e quindi costituire un riscaldamento superiore per Paletatura e per il serbatoio di accumulo. If the casing 3 is made of glass, it is made of tempered glass with a low lead content, so as to reflect the image less, so as to reflect the sun's rays as little as possible and have more energy that passes through it and therefore constitute an upper heating for the Palletizing and for the accumulation tank.

In una variante costrutiva, il dispositivo può essere inoltre accessoriato con una parabola rifletente, non rappresentata, disposta ad esso inferiormente in modo da convogliare i raggi solari in quantità superiore verso il serbatoio di accumulo e consentire così un incremento del suo rendimento. In a constructive variant, the device can also be accessorized with a reflecting parabola, not shown, arranged below it so as to convey the sun's rays in a greater quantity towards the storage tank and thus allow an increase in its efficiency.

Forma oggeto del presente breveto anche un procedimento per realizzare il dispositivo di riscaldamento di un fluido tramite irraggiamento solare come sopra descrito. The present patent also relates to a process for making the device for heating a fluid by means of solar radiation as described above.

Il procedimento consiste nel prendere un nastro metallico piato e nel tranciare su entrambi i lati contrapposti una pluralità di lamelle astiformi lasciando centralmente una zona di materiale privo di discontinuità. The process consists in taking a flat metal strip and shearing a plurality of rod-shaped lamellae on both opposite sides, centrally leaving an area of material without discontinuity.

Successivamente, il nastro con realizzate le lamelle viene ripiegato con una conformazione ad “U” in modo che le lamelle astiformi rimangano tra loro parallele contrapposte e che la zona centrale priva di discontinuità rimanga compresa tra le stesse. Quindi il nastro ripiegato e tranciato viene alimentato con una velocità prestabilita in modo da farlo avvolgere lungo la superficie del serbatoio che viene assoggetato ad un moto di rototraslazione sincronizzato con la velocità del nastro, in modo che quest’ultimo venga disposto elicoidalmente superiormente alla superficie del serbatoio di accumulo. Subsequently, the strip with the slats made is folded with a "U" shape so that the rod-shaped slats remain parallel and opposite each other and that the central area without discontinuity remains between them. Then the folded and sheared belt is fed with a predetermined speed so as to make it wind along the surface of the tank which is subjected to a roto-translation motion synchronized with the speed of the belt, so that the latter is arranged helically above the surface of the storage tank.

In ultimo, vengono saldate le estremità del nastro sul serbatoio e viene calzato su di esso l’involucro trasparente. Finally, the ends of the tape are welded onto the tank and the transparent casing is placed on it.

In una differente forma di realizzazione, il serbatoio di accumulo e l’involucro in materiale trasparente vengono tra loro assemblati con una tenuta perfetta in modo tale che in fase di assemblaggio sia possibile asportare l’aria dalla intercapedine 4 ed avere una pressione ridottissima, così da impedire la cessione del calore da parte del serbatoio di accumulo e aumentare il rendimento del dispositivo in tutti i mesi dell’anno e renderlo particolarmente adatto ad essere installato in zone di insolazione medio-bassa e anche con condizioni climatiche rigide. In a different embodiment, the storage tank and the casing made of transparent material are assembled together with a perfect seal so that during the assembly phase it is possible to remove the air from the interspace 4 and have a very low pressure, thus to prevent the transfer of heat from the storage tank and increase the efficiency of the device in all months of the year and make it particularly suitable for installation in areas of medium-low insolation and even with harsh climatic conditions.

Si è in pratica constatato come il dispositivo secondo il trovato risulti particolarmente vantaggioso per essere di realizzazione estremamente semplice e conseguentemente avere un funzionamento costante e valido nel tempo. In practice it has been found that the device according to the invention is particularly advantageous in that it is extremely simple to manufacture and consequently operates constant and valid over time.

Inoltre, il dispositivo oggetto del trovato risulta poco costoso essendo costruito in modo pressoché totalmente automatico e consente la sua installazione fatta anche da personale non specializzato, risultando estremamente semplice. Furthermore, the device according to the invention is inexpensive as it is constructed in an almost totally automatic manner and allows its installation even by unskilled personnel, resulting extremely simple.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept; moreover, all the details can be replaced by technically equivalent elements.

Ad esempio, l’involucro 3, come il serbatoio di accumulo 2, possono essere realizzati con il fondo chiuso e consentire l’entrata e l’uscita dell’acqua all’interno del serbatoio di accumulo da una stessa faccia. For example, the casing 3, like the storage tank 2, can be made with the bottom closed and allow the water to enter and exit the storage tank from the same face.

In questo ultimo caso, è possibile eseguire una migliore sigillatura per creare, ad esempio, il vuoto nell 'intercapedine tra serbatoio e involucro. In this last case, it is possible to carry out a better sealing to create, for example, the vacuum in the gap between the tank and the casing.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. In practice, the materials used, as well as the dimensions, may be any according to requirements.

Claims

CLAIMS 1. Device for heating a fluid by solar irradiation characterized in that it comprises a fluid storage tank, an enclosure permeable to sunlight associated with said reservoir, a gap defined between the surface of said reservoir and that of said enclosure and means for increasing the surface of said tank comprised in said interspace.

2. Device for heating a fluid by solar irradiation according to claim 1, characterized in that said means for increasing the surface of said reservoir comprise a fin that extends helically along the surface of said reservoir.

3. Device for heating a fluid by solar radiation according to one or more of the preceding claims, characterized in that said fins have two mutually parallel and spaced surfaces each having a plurality of rod-like lamellae.

4. Device for heating a fluid by solar radiation according to one or more of the preceding claims, characterized in that said fins and said reservoir are colored opaque black.

5. Device for heating a fluid by solar radiation according to one or more of the preceding claims, characterized in that said casing is made of a material transparent to the sun's rays and retains the heat in said cavity in the form of infrared radiation.

6. Device for heating a fluid by solar radiation according to one or more of the preceding claims, characterized by the fact that said tank comprises hydraulic connection means and means of interception of said fluid for the use of said heated fluid in different uses.

7. Device for heating a fluid by solar radiation according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises a gearmotor for the programmed rotation of said tank.

8. Device for heating a fluid by solar radiation according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises a parabolic element for conveying said solar rays onto said reservoir.

9. Device for heating a fluid by solar radiation according to one or more of the preceding claims, characterized in that it comprises fittings for connecting several tanks in series and / or parallel.

10. Process for manufacturing a device for heating a fluid by solar irradiation as claimed in the preceding claims, characterized by the fact that it consists of taking a metal strip and cutting a plurality of rod-shaped blades on both opposite sides, centrally leaving a zone of material without discontinuity, when folding said belt with a "U" conformation so that said rod-shaped lamellae remain parallel and opposite to each other and said central area comprised between them, in feeding said belt with a predetermined speed causing it to wind along said tank subjected to a rototranslation motion synchronized with said speed, in welding the ends of said belt on said tank and in introducing said finned tank into a transparent casing.