ITMI20090963A1 - Impianto di condizionamento ambientale - Google Patents

Description

Impianto solare di condizionamento ambientale

La presente invenzione si riferisce ad un impianto di condizionamento ambientale. L’impianto in oggetto trova applicazione in particolare per la climatizzazione di piccoli ambienti quali abitazioni o simili. L’invenzione si riferisce anche ad un dispositivo compressore per impianti di condizionamento ambientale.

Gli impianti di climatizzazione di tipo noto comprendono una o più unità esterne preposte a scambiare calore con un ambiente esterno ed una o più unità alloggiate internamente al o ai locali da climatizzare. Un fluido di lavoro viene fatto circolare tra le unità interne e le unità esterne al fine di realizzare il desiderato ciclo termodinamico. Ad esempio, nei condizionatori ad uso domestico (che tipicamente sfruttano l’energia elettrica per poter realizzare il ciclo frigorifero) un fluido di lavoro viene compresso, cedendo calore all’esterno, e quindi raffreddato mediante espansione, per scambiare calore con l’ambiente da condizionare.

Un ulteriore tipo noto di impianti, che viceversa sfruttano l’energia solare, schematicamente illustrato in figura 1, comprende una serie di collettori solari, un sistema di accumulo termico, una macchina ad assorbimento ed una torre evaporativa ed infine un circuito separato, accoppiato ai precedenti per condizionare l’ambiente. Tali componenti sono tra loro connessi da almeno tre circuiti indipendenti e presentano una complessità tale da giustificarne l’impiego solo in impianti di grossa taglia (potenze refrigeranti maggiori di 10kWt). Per potenze refrigeranti inferiori, quali quelle necessarie ad esempio in impianti ad uso domestico o comunque per il raffreddamento/climatizzazione di ambienti relativamente piccoli, gli impianti sopra descritti risultano inadeguati principalmente per questioni di complessità costruttiva, di gestione e di costi.

SOMMARIO

In questa situazione, scopo dell’invenzione è quello di fornire un impianto, che consenta di svolgere sia la funzione di condizionamento sia eventualmente di riscaldamento, e che risolva in tutto o in parte gli inconvenienti ed i problemi della tecnica anteriore.

È pure scopo specifico della presente invenzione un compressore solare ad assorbimento da utilizzare in un impianto per il condizionamento ambientale.

Inoltre, è uno scopo del trovato quello di mettere a disposizione un impianto di climatizzazione che sfrutti l’energia solare, ma che nel contempo presenti una semplicità impiantistica tale da consentirne l’impiego in impianti di climatizzazione di potenza relativamente bassa, quali ad esempio gli impianti ad uso domestico.

Questi ed altri scopi ancora sono raggiunti da un impianto secondo una o più delle unite rivendicazioni.

In accordo con un primo aspetto del trovato è previsto un impianto di climatizzazione ambientale comprendente un’unità di espansione di un fluido di lavoro; un dispositivo compressore posto in comunicazione di fluido con l’unità di espansione e ricevente, in ingresso, il fluido di lavoro proveniente dall’unità di espansione ad una pressione di ingresso e rilasciante, in uscita, il fluido di lavoro ad una pressione di uscita maggiore della pressione di ingresso, detto dispositivo compressore comprendendo:

almeno un modulo di scambio termico ricevente il fluido di lavoro ed alloggiante materiale assorbente,

mezzi selezionatori per mettere il modulo di scambio termico in almeno una prima condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico è almeno parzialmente esposto a radiazione solare, ed in almeno una seconda condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico è esposto ad un ambiente di raffreddamento.

Un secondo aspetto del trovato, avente le caratteristiche del primo aspetto, prevede che in detta prima condizione operativa il modulo di scambio termico riceve calore solare per cui il materiale adsorbente rilascia fluido di lavoro determinando un innalzamento pressorico dello stesso all’interno del modulo di scambio termico, e che in detta seconda condizione operativa, il modulo di scambio termico cede calore a detto ambiente di raffreddamento per cui il materiale adsorbente assorbe fluido di lavoro determinando un calo pressorico del fluido di lavoro all’interno del modulo di scambio termico.

Un terzo aspetto del trovato, avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che l’impianto comprenda almeno un’unità di condensazione posta a valle del dispositivo compressore ed a monte dell’unità di espansione, l’unità di condensazione ricevendo in ingresso detto fluido di lavoro e provvedendo a trasformare in fase liquida una fase gassosa di detto fluido di lavoro; detta unità di espansione ricevendo detto fluido di lavoro e provvedendo ad operare un’espansione di una fase liquida di detto fluido di lavoro in una fase gassosa.

Un quarto aspetto del trovato, avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che l’unità di espansione comprenda almeno un dispositivo di laminazione del fluido di lavoro, almeno un evaporatore per l’espansione di detto fluido di lavoro operante a valle del dispositivo di laminazione, ed almeno una superficie di scambio termico predisposta a prelevare calore da un ambiente esterno all’unità di espansione trasferendolo a detto fluido di lavoro in espansione.

Un quinto aspetto del trovato, avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che detto almeno un modulo di scambio termico comprenda: almeno un corpo di contenimento del materiale assorbente (in realtà il corpo di contenimento alloggia un contenitore metallico la cui superficie esterna esposta al sole presenta un rivestimento selettivo per l'assorbimento della radiazione solare minimizzandone la riflessione: la radiazione solare lo riscalda ed esso a sua volta trasmette per conduzione il calore assorbito al materiale assorbente presente al suo interno) avente almeno una parete trasparente, almeno parzialmente, alla radiazione solare (tipicamente una o più pareti del corpo di contenimento sono realizzate in materiale trasparente quale ad esempio vetro) per consentire il riscaldamento del fluido e del materiale assorbente; almeno un riflettore posizionabile relativamente al corpo di contenimento in modo da sostanzialmente focalizzare radiazione solare incidente sul riflettore verso detta parete trasparente. Un sesto aspetto del trovato, avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che detto materiale assorbente comprenda materiale poroso (ad esempio materiale adsorbente, preferibilmente zeolite), preferibilmente materiale poroso adsorbente il quale è in grado di assorbire gas (vapore nel caso in cui il fluido di lavoro sia acqua) durante il raffreddamento nella seconda condizione operativa ed a cedere gas (vapore nel caso in cui il fluido di lavoro sia acqua) durante il riscaldamento nella prima condizione operativa.

Un settimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che detto corpo di contenimento alloggi almeno un corpo tubolare il quale è predisposto a ricevere il fluido di lavoro proveniente direttamente o indirettamente dall’unità di evaporazione ed ad inviare il fluido di lavoro a valle del modulo di scambio termico, detto corpo tubolare presentando, ad esempio su una parete laterale, una pluralità di aperture passanti per consentire un passaggio di fluido tra la cavità interna del corpo tubolare ed una zona in cui è ospitato il materiale assorbente.

Un ottavo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che il corpo di contenimento comprenda almeno una prima sede longitudinale in cui sono alloggiati detto corpo tubolare e detto materiale adsorbente, ed una seconda sede longitudinale adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale. Preferibilmente, il corpo di contenimento comprende inoltre una terza sede longitudinale adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale. La seconda e la terza sede longitudinale sono ad esempio ricavate impegnando un profilo, ad esempio metallico o comunque in materiale ad elevata conducibilità termica, in corrispondenza dei fianchi longitudinali contrapposti del contenitore definente la prima sede longitudinale. In una prima alternativa detta seconda e detta terza sede longitudinale sono collegate tra loro definendo un unico canale di fluido con un’apertura di ingresso presente ad un’estremità della seconda sede ed un’apertura di uscita ad un’estremità della terza sede ed in una seconda alternativa ciascuna di detta seconda e terza sede presenta una rispettiva apertura di ingresso ed una rispettiva apertura di uscita.

Un nono aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che il corpo di contenimento sia ospitato all’interno di un tubo di vetro a parete singola o doppia, in quest’ultimo caso essendo previsto vuoto di isolamento tra le pareti del tubo di vetro.

Un decimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che l’impianto comprenda due o più moduli di scambio termico.

Un undicesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che i mezzi selezionatori includano un sistema di movimentazione attivo sul riflettore e/o sul corpo di contenimento del o di ciascun modulo di scambio termico. In particolare se il sistema di movimentazione è attivo sul riflettore, tale sistema è strutturato in modo da movimentare il riflettore tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente. Se invece il sistema di movimentazione è attivo sul corpo di contenimento, tale sistema è in grado di movimentare il corpo di contenimento tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed in una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente. Se infine il sistema di movimentazione è attivo sia sul corpo di contenimento sia sul riflettore, tale sistema è in grado di movimentare corpo di contenimento e riflettore tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed in una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente.

Un dodicesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che il corpo di contenimento sia sostanzialmente posizionato in corrispondenza di un asse o zona focale del riflettore (il quale presenta una forma a profilo parabolico o comunque tale da concentrare i raggi solari incidenti su una zona prefissata) e che il sistema di movimentazione movimenti il riflettore e/o il corpo di contenimento per rotazione, ad esempio di circa 180 gradi, attorno a detto asse focale.

Un tredicesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede almeno due corpi di contenimento simmetricamente contrapposti rispetto ad un asse di rotazione di detto riflettore. Ovviamente potranno essere previsti tre, quattro o più corpi posizionati simmetricamente rispetto all’asse di rotazione.

Un quattordicesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che i mezzi selezionatori comprendano almeno un’unità di controllo operativamente connessa con il sistema di movimentazione e programmata per comandare selettivamente il posizionamento del o dei moduli di scambio termico nella prima o nella seconda condizione operativa. In una forma particolare, l’unità di controllo è altresì programmata per comandare il sistema di movimentazione in modo da orientare il riflettore e/o il corpo di contenimento in funzione della posizione del sole.

Un quindicesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti, prevede che l’impianto comprenda un primo gruppo avente uno o più moduli di scambio termico, ed un secondo gruppo avente uno o più moduli di scambio termico.

Un sedicesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti prevede che l’unità di controllo sia programmata per sincronizzare periodicamente lo spostamento del primo gruppo di moduli di scambio termico dalla prima alla seconda condizione operativa e lo spostamento del secondo gruppo di moduli di scambio termico dalla seconda alla prima condizione operativa. Un diciassettesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti prevede che i moduli di scambio termico del primo gruppo siano collegati in parallelo rispetto ad i moduli di scambio termico del secondo gruppo, e che l’impianto comprenda primi mezzi di distribuzione di fluido operanti a monte del compressore per consentire ed interdire selettivamente un accesso di fluido dall’unità di espansione ai moduli del primo e del secondo gruppo, e secondi mezzi di distribuzione di fluido operanti a valle del compressore per consentire ed interdire selettivamente uno scarico di fluido dai moduli del primo e del secondo gruppo verso valle. L’unità di controllo (se necessaria o presente) è programmata per controllare detti secondi mezzi di distribuzione e consentire uno scarico del fluido di lavoro dal gruppo di moduli posizionato in corrispondenza di detta prima condizione operativa verso valle e per controllare detti primi mezzi di distribuzione e consentire un accesso di fluido da monte verso il gruppo di moduli posizionati in detta seconda condizione operativa. Si noti che il primo gruppo può anche comprendere un unico collettore di raccolta del fluido in ingresso alla pluralità di moduli del primo gruppo ed, analogamente, il secondo gruppo può anche comprendere un unico collettore di raccolta del fluido in ingresso alla pluralità di moduli del secondo gruppo: in tal caso, detti secondi mezzi di distribuzione comprendono almeno una terza linea collegata al collettore di ingresso al primo gruppo ed almeno una quarta linea collegata al collettore di ingresso al secondo gruppo, nonché organi di intercettazione di fluido posti sulla terza e sulla quarta linea e connessi con l’unità di controllo al fine di sincronizzare l’accesso di fluido ai moduli del primo gruppo ed ai moduli del secondo gruppo durante le fasi operative in cui tali moduli si trovano nella seconda condizione operativa.

Un diciottesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti prevede un unico collettore di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del primo gruppo. Un diciannovesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti prevede un unico collettore di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del secondo gruppo, detti secondi mezzi selezionatori comprendendo almeno una prima linea collegata al collettore del primo gruppo ed almeno una seconda linea collegata al collettore del secondo gruppo. Detta prima e/o detta seconda linea collegano i rispettivi collettori con detta unità di condensazione.

Un ventesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti prevede almeno una linea di by-pass che collega una zona dell’unità di condensazione in cui è presente il fluido di lavoro in fase liquida con detti moduli di scambio termico. Ad esempio, la linea di by-pass collega detto collettore con l’unità di condensazione e comprende una valvola di by-pass selettivamente controllabile in apertura o in chiusura. Ad esempio, l’unità di controllo (se presente) è programmata per comandare la valvola di by-pass selettivamente in apertura e chiusura per creare, con detta prima e/o con detta seconda linea, un circuito di riscaldamento dell’acqua.

Un ventunesimo aspetto avente le caratteristiche di uno qualsiasi degli aspetti precedenti prevede che l’impianto comprenda almeno una linea di collegamento per connettere la/le aperture di ingresso alla seconda e/o alla terza sede con detto ambiente di raffreddamento. Ad esempio possono essere previsti mezzi di ventilazione operanti sulla linea di collegamento: in tal caso l’unità di controllo può essere programmata per comandare i mezzi di ventilazione per determinare una ventilazione forzata in detta linea quando il corpo di contenimento è nella seconda condizione operativa e per determinare una condizione di stagnamento di circolazione di fluido in detta linea quando il corpo di contenimento è in detta prima condizione operativa.

Forma anche oggetto del trovato un dispositivo compressore per un impianto solare di climatizzazione ambientale comprendente, uno o più degli aspetti sopra descritti; il dispositivo compressore comprende almeno un modulo di scambio termico alloggiante materiale adsorbente; e mezzi selezionatori per mettere il modulo di scambio termico in almeno una prima condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico è almeno parzialmente esposto a radiazione solare, ed in almeno una seconda condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico è esposto ad un ambiente di raffreddamento, detto modulo di scambio termico avendo almeno una porta di ingresso capace di ricevere un fluido di lavoro ad una prima pressione ed almeno una porta di uscita per far defluire il fluido di lavoro ad una seconda pressione maggiore di detta prima pressione. In accordo con un ulteriore aspetto, il modulo di scambio termico del dispositivo compressore, in detta prima condizione operativa, riceve calore solare per cui il materiale adsorbente rilascia fluido di lavoro determinando un innalzamento pressorico dello stesso all’interno del modulo di scambio termico; in detta seconda condizione operativa, il modulo di scambio termico è predisposto a cedere calore all’ambiente di raffreddamento per cui il materiale adsorbente assorbe fluido di lavoro determinando un calo pressorico all’interno del modulo di scambio termico.

Il dispositivo compressore può comprendere una o più delle seguenti caratteristiche tecniche:

- almeno un modulo di scambio termico comprendente almeno un corpo di contenimento del materiale assorbente avente almeno una parete trasparente, almeno parzialmente, alla radiazione solare per consentire il riscaldamento del fluido e del materiale assorbente; - almeno un riflettore posizionabile relativamente al corpo di contenimento in modo da sostanzialmente focalizzare radiazione solare incidente sul riflettore verso detta parete trasparente; - il materiale assorbente può essere materiale poroso, ad esempio materiale poroso adsorbente, in particolare zeolite;

- il corpo di contenimento può alloggiare almeno un corpo tubolare il quale è predisposto a ricevere il fluido di lavoro proveniente in ingresso al modulo di scambio termico ed ad inviare il fluido di lavoro a valle del modulo di scambio termico, detto corpo tubolare presentando, ad esempio su una parete laterale, una pluralità di aperture passanti per consentire un passaggio di fluido tra la cavità interna del corpo tubolare ed una zona in cui è ospitato il materiale assorbente; ad esempio, il corpo di contenimento può comprendere almeno una prima sede longitudinale in cui sono alloggiati detto corpo tubolare e detto materiale assorbente, una seconda sede longitudinale adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale; ed una terza sede longitudinale adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale; in una forma esecutiva, la seconda e la terza sede longitudinale sono simmetricamente contrapposte rispetto alla prima sede longitudinale; in un’ulteriore forma esecutiva, la seconda e terza sede longitudinale sono collegate tra loro definendo un unico canale di fluido avente un’apertura di ingresso ad un’estremità della seconda sede ed un’apertura di uscita ad un’estremità della terza sede, detta apertura di ingresso e detta apertura di uscita essendo ad una medesima estremità longitudinale del modulo di scambio termico; alternativamente, ciascuna di detta seconda e terza sede presenta una rispettiva apertura di ingresso ed una rispettiva apertura di uscita.

- il corpo di contenimento può essere ospitato all’interno di un tubo di vetro a parete singola o doppia, in quest’ultimo caso essendo preferibilmente previsto vuoto di isolamento tra le pareti del tubo di vetro;

- il dispositivo può avere due o più moduli di scambio termico.

- i mezzi selezionatori possono avere un sistema di movimentazione attivo sul riflettore e/o sul corpo di contenimento del o di ciascun modulo di scambio termico;

- il sistema di movimentazione può essere attivo sul riflettore ed essere in grado di movimentare il riflettore tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente; alternativamente, il sistema di movimentazione può essere attivo sul corpo di contenimento ed essere in grado di movimentare il corpo di contenimento tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed in una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente; ancora alternativamente, il sistema di movimentazione può essere attivo sia sul corpo di contenimento sia sul riflettore ed essere in grado di movimentare corpo di contenimento e riflettore tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed in una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente;

- il corpo di contenimento può essere sostanzialmente posizionato in corrispondenza di un asse focale del riflettore ed il sistema di movimentazione può movimentare il riflettore e/o il corpo di contenimento per rotazione, ad esempio di circa 180 gradi, attorno a detto asse focale;

- possono essere previsti almeno due corpi di contenimento simmetricamente contrapposti rispetto ad un asse di rotazione di detto riflettore;

- i mezzi selezionatori possono comprendere almeno un’unità di controllo operativamente connessa con il sistema di movimentazione e programmata per comandare selettivamente il posizionamento del o dei moduli di scambio termico nella prima o nella seconda condizione operativa;

- l’unità di controllo può (se prevista) essere altresì programmata per comandare il sistema di movimentazione in modo da orientare il riflettore e/o il corpo di contenimento in funzione della posizione del sole;

- possono essere previsti un primo gruppo comprendente uno o più moduli di scambio termico, ed un secondo gruppo comprendente uno o più moduli di scambio termico; l’unità di controllo (se prevista) può essere programmata per sincronizzare periodicamente lo spostamento del primo gruppo di moduli di scambio termico dalla prima alla seconda condizione operativa e lo spostamento del secondo gruppo di moduli di scambio termico dalla seconda alla prima condizione operativa;

- i moduli di scambio termico del primo gruppo possono essere collegati in parallelo rispetto ai moduli di scambio termico del secondo gruppo;

- il primo gruppo può comprendere un unico collettore di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del primo gruppo; e/o il secondo gruppo può comprendere un unico collettore di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del secondo gruppo.

Infine, un programma software può essere previsto, ad esempio memorizzabile su un supporto ottico, magnetico, o su una portante radio, o su qualsiasi altro supporto, il quale quando eseguito dall’unità di controllo secondo uno degli aspetti sopra descritti sia in grado di programmare l’unita stessa a svolgere le funzioni corrispondentemente illustrate.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

L’invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue preferite forme di realizzazione, facendo riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui:

- la figura 1 mostra uno schema di un tipico sistema secondo la tecnica anteriore;

- la figura 2 mostra uno schema semplificato di un impianto secondo l’invenzione;

- la figura 3 mostra un dispositivo compressore utilizzabile nell’impianto di figura 2;

- la figura 3A mostra, in sezione trasversale, un componente del compressore di figura 3;

- la figura 4 mostra uno schema del circuito di fluido di lavoro associato al compressore di figura 3;

- la figura 5 mostra una variante di un dispositivo compressore utilizzabile nell’impianto di figura 2; - la figura 5A mostra, in sezione trasversale, un componente del compressore di figura 5;

- le figure 6A e 6B mostrano uno schema del circuito di fluido di lavoro associato al compressore di figura 5 in due differenti condizioni operative;

- le figure 7A e 7B mostrano una sezione trasversale relativa a dei moduli di scambio termico impiegabili negli impianti di cui alle figure 2-6;

- la figura 8 mostra uno schema di funzionamento relativo ai moduli di figura 7.

Con riferimento agli uniti disegni, ed in particolare a figura 2, con 1000 è globalmente illustrato un impianto di climatizzazione ambientale comprendente un’unità di espansione 100 di un fluido di lavoro (ad esempio acqua o una miscela di acqua con altri liquidi, o fluidi di altra natura ancora). L’unità di espansione comprende ad esempio una valvola o altro dispositivo di laminazione 110 seguito da un evaporatore. Almeno una linea di connessione 111 collega l’uscita dell’evaporatore con l’ingresso del dispositivo compressore 200. In particolare, il dispositivo compressore 200 è posto in comunicazione di fluido con l’unità di espansione e riceve, in ingresso, il fluido di lavoro (ad esempio acqua allo stato di vapore) proveniente dall’unità di espansione ad una pressione di ingresso (relativamente bassa, ad esempio inferiore alla pressione atmosferica) e rilasciante, in uscita, il fluido di lavoro (ancora in forma gassosa) ad una pressione di uscita maggiore della pressione di ingresso. A valle del dispositivo compressore è prevista almeno un’ulteriore linea di connessione 211 che porta il fluido in uscita dal dispositivo 200 fino ad un ingresso di un dispositivo condensatore 300 dove almeno una parte del fluido di lavoro viene condensata in fase liquida. Infine almeno una linea di ritorno 311 riporta il fluido di lavoro (tipicamente almeno parzialmente in fase liquida) verso l’ingresso del dispositivo di laminazione 110. Si noti che dovendo climatizzare un ambiente, l’unità 100 opera all’interno dell’ambiente da climatizzare (ed è dotata di almeno una superficie di scambio termico predisposta a prelevare calore trasferendolo a detto fluido di lavoro in espansione), mentre il compressore 200 e l’unità 300 operano tipicamente all’esterno.

Scendendo in maggior dettaglio, il dispositivo compressore comprende almeno un modulo di scambio termico 500 ricevente il fluido di lavoro ed alloggiante materiale assorbente, e mezzi selezionatori per mettere il modulo di scambio termico 500 in una prima condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico 500 è almeno parzialmente esposto a radiazione solare, ed in una seconda condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico 500 è esposto ad un ambiente di raffreddamento.

Ciascun modulo di scambio termico comprende: almeno un corpo di contenimento 501 di materiale assorbente 502 avente almeno una parete trasparente, almeno parzialmente, alla radiazione solare (tipicamente una o più pareti del corpo di contenimento 501 sono realizzate in materiale trasparente quale ad esempio vetro) per consentire il riscaldamento del fluido e del materiale assorbente; almeno un riflettore 503 posizionabile relativamente al corpo di contenimento in modo da sostanzialmente focalizzare radiazione solare incidente sul riflettore verso detta parete trasparente. Come verrà illustrato qui di seguito il passaggio dalla prima alla seconda condizione operativa e viceversa comporta la movimentazione del corpo di contenimento 501 o di un organo riflettore associato allo stesso o di entrambi. Il materiale assorbente è selezionato tra materiali aventi la caratteristica di assorbire fluido (ad esempio vapore) in presenza di una prima temperatura relativamente bassa causando una depressione nel contenitore e di rilasciare fluido di lavoro in presenza di una temperatura relativamente elevata determinando un innalzamento pressorico nel contenitore in cui tale materiale è alloggiato. Ovviamente, le due temperature sopra menzionate dipendono da vari fattori tra cui principalmente il tipo di materiale adottato. Nel caso qui descritto il materiale assorbente è un materiale di tipo adsorbente, quale ad esempio zeolite.

Grazie alla configurazione descritta, nella prima condizione operativa, il modulo di scambio termico è esposto a radiazione solare innalzando la temperatura nel corpo di contenimento 501 con conseguente rilascio di vapore da parte del materiale assorbente, mentre nella seconda condizione operativa, il modulo di scambio termico cede calore all’ambiente di raffreddamento per cui il materiale assorbente assorbe fluido di lavoro determinando un calo pressorico all’interno del modulo di scambio termico.

Il corpo di contenimento alloggia almeno un corpo tubolare 504 il quale è predisposto a ricevere il fluido di lavoro proveniente direttamente o indirettamente dall’unità di evaporazione ed ad inviare il fluido di lavoro a valle del modulo di scambio termico. Il corpo tubolare 504 presenta anche, ad esempio su una parete laterale, una pluralità di aperture passanti 505 per consentire un passaggio di fluido tra la cavità interna 505 del corpo tubolare ed una zona in cui è ospitato il materiale assorbente in modo che a seconda della fase operativa il fluido possa essere trasferito dal corpo tubolare al materiale assorbente o dal materiale assorbente al corpo tubolare. In pratica, negli esempi realizzativi illustrati, il materiale assorbente è confinato in un’intercapedine 507 definita tra la parete laterale esterna del corpo tubolare 504 e la parete interna del corpo di contenimento. Con riferimento all’esempio realizzativo illustrato nelle figure 7A e 7B il corpo di contenimento presenta almeno una prima sede longitudinale 293 in cui sono alloggiati detto corpo tubolare e detto materiale assorbente, una seconda sede longitudinale 295 adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale, ed una terza sede longitudinale 296 adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale. La seconda e la terza sede longitudinale sono ad esempio ricavate impegnando un profilo 294, ad esempio metallico o comunque in materiale ad elevata conducibilità termica, in corrispondenza dei fianchi longitudinali contrapposti del contenitore definente la prima sede longitudinale. La seconda e la terza sede longitudinale sono collegate tra loro definendo un unico canale di fluido con un’apertura di ingresso presente ad un’estremità della seconda sede ed un’apertura di uscita ad un’estremità della terza sede in modo che un sistema di ventilazione possa far circolare un ulteriore fluido mediante alimentazione ad esempio attraverso la seconda apertura e scarico dalla terza apertura. In una seconda alternativa ciascuna di detta seconda e terza sede presenta una rispettiva apertura di ingresso ed una rispettiva apertura di uscita: in questo caso è possibile collegare una o più sorgenti di ventilazione con due delle aperture ed uno o più scarichi con le due rimanenti aperture. Indipendentemente dalla soluzione adottata è possibile realizzare nella seconda e nella terza sede sia flussi di fluido (ad esempio aria) aventi lo stesso verso di percorrenza sia flussi con verso l’uno opposto all’altro.

Come si nota nelle unite figure, in una variante il corpo di contenimento è ospitato all’interno di un tubo di vetro 290, 292 a parete singola o doppia, in quest’ultimo caso essendo previsto vuoto di isolamento tra le pareti del tubo di vetro. In pratica i due tubi di vetro sono coassiali e favoriscono l’irraggiamento del corpo di contenimento e più precisamente della superficie dei profili definenti la o le sedi longitudinali i quali essendo realizzati in materiale conducente calore riscaldano il materiale in essi contenuto durante la prima condizione operativa.

L’impianto può vantaggiosamente comprendere due o più moduli di scambio termico 500 (figure 3,5,8) ed i mezzi selezionatori, schematicamente rappresentati da un blocco 600, prevedono un sistema di movimentazione attivo sul riflettore 503 e/o sul corpo di contenimento 501 del o di ciascun modulo di scambio termico 500. In particolare se il sistema di movimentazione è attivo sul riflettore, tale sistema è strutturato in modo da movimentare il riflettore tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente (si vedano gli esempi di figura 5, figure 6A e 6B e figure 7A e 7B). Se invece il sistema di movimentazione è attivo sul corpo di contenimento, tale sistema è in grado di movimentare il corpo di contenimento tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed in una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente (questo esempio non è illustrato). Se infine (si vedano figure 3, 4) il sistema di movimentazione è attivo sia sul corpo di contenimento sia sul riflettore, tale sistema è in grado di movimentare corpo di contenimento e riflettore tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed in una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente.

Come si nota dai disegni, il corpo di contenimento è sostanzialmente posizionato in corrispondenza di un asse o zona focale del riflettore (il quale presenta una forma a profilo parabolico o comunque tale da concentrare i raggi solari incidenti su un zona prefissata) ed il sistema di movimentazione 600 movimenta il riflettore e/o il corpo di contenimento per rotazione, ad esempio di circa 180 gradi, attorno a detto asse focale. In una forma di realizzazione, sono previsti due corpi di contenimento simmetricamente contrapposti rispetto ad un asse di rotazione di detto riflettore. Ovviamente, potranno essere previsti tre, quattro o più corpi posizionati simmetricamente rispetto all’asse di rotazione ed in tal caso i mezzi selezionatori movimenteranno il riflettore o il corpo di contenimento in modo da selettivamente consentire/interdire l’irraggiamento solare ai vari corpi (figura 3).

I mezzi selezionatori possono comprendere almeno un’unità di controllo 700 operativamente connessa con il sistema di movimentazione 600 e programmata per comandare selettivamente il posizionamento del o dei moduli di scambio termico nella prima o nella seconda condizione operativa. In una forma particolare, l’unità di controllo è altresì programmata per comandare il sistema di movimentazione in modo da orientare il riflettore e/o il corpo di contenimento in funzione della posizione del sole in modo da massimizzare l’efficienza dell’impianto. A questo scopo possono essere connessi all’unità di controllo uno o più sensori 800 capaci di rilevare l’irraggiamento solare e di determinare periodicamente o continuamente la radiazione solare consentendo all’unità di controllo, la quale riceverà dai sensori segnali proporzionali alla radiazione solare rilevata da ciascun sensore, di calcolare la direzione di irraggiamento massimo e di allineare, periodicamente o continuamente, uno o più corpi di contenimento con tale direzione.

Va rilevato che l’impianto può comprendere un primo gruppo 1100 avente uno o più moduli di scambio termico, ed un secondo gruppo 1200 avente uno o più moduli di scambio termico. In tal caso, l’unità di controllo è programmata per sincronizzare periodicamente lo spostamento del primo gruppo di moduli di scambio termico dalla prima alla seconda condizione operativa e lo spostamento del secondo gruppo di moduli di scambio termico dalla seconda alla prima condizione operativa. I moduli di scambio termico del primo gruppo possono essere collegati in parallelo rispetto ai moduli di scambio termico del secondo gruppo (figura 8): in tal caso primi mezzi di distribuzione di fluido 1300 operanti a monte del compressore sono previsti per consentire ed interdire selettivamente un accesso di fluido dall’unità di espansione ai moduli del primo e del secondo gruppo, e secondi mezzi di distribuzione di fluido 1400 operanti a valle del compressore sono previsti per consentire ed interdire selettivamente uno scarico di fluido dai moduli del primo e del secondo gruppo verso valle.

Tali primi e secondi mezzi di distribuzione potranno ad esempio essere elementi sostanzialmente passivi (in particolare non alimentati energeticamente) in grado di consentire il selettivo passaggio di fluido nella corretta direzione.

In dettaglio tali elementi potranno essere delle valvole di non ritorno atte a definire un’unica direzione di circolazione del fluido all’interno del circuito, tarate in maniera tale da aprirsi/chiudersi in concomitanza con le necessarie pressioni/depressioni che vengono generate all’interno del compressore solare.

L’unità di controllo 600 è, in caso di elementi viceversa attivi, programmata per controllare detti secondi mezzi di distribuzione 1400 e consentire uno scarico del fluido di lavoro dal gruppo di moduli posizionato in corrispondenza di detta prima condizione operativa verso valle, e per controllare detti primi mezzi di distribuzione 1300 e consentire un accesso di fluido da monte verso il gruppo di moduli posizionati in detta seconda condizione operativa.

E’ tuttavia evidente che l’adozione di un sistema puramente meccanico e passivo risulta estremamente vantaggioso in termini energetici (ed anche di affidabilità).

Un unico collettore 261 di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del primo gruppo raccoglie il fluido proveniente dal primo gruppo di moduli, mentre un unico collettore 262 di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del secondo gruppo raccoglie il fluido in uscita dai moduli del secondo gruppo. I secondi mezzi selezionatori comprendendo almeno una prima linea 1401, con relativa valvola di distribuzione 1401a, collegata al collettore del primo gruppo ed almeno una seconda linea 1402, con relativa valvola di distribuzione 1402a collegata al collettore del secondo gruppo: la prima e la seconda linea collegano i rispettivi collettori con detta unità di condensazione, cosicché il fluido viene costantemente trasferito all’unità di condensazione e proviene o dai moduli del primo gruppo (quando questi sono nella prima condizione operativa) o dai moduli del secondo gruppo (quando questi ultimi si trovano nella prima condizione operativa).

Come illustrato nell’esempio di figura 8, lo stesso collettore 261 per il primo gruppo e 262 per il secondo gruppo (qualora vi siano almeno due gruppi) funge anche da collettore di raccolta del fluido proveniente in ingresso dall’unità di evaporazione. I primi mezzi 1300 comprendono infatti una prima ed una seconda linea 1301 e 1302 rispettivamente connesse al collettore del primo gruppo ed al collettore del secondo gruppo. L’alternanza di alimentazione e scarico verso e dal collettore 261 (o 262) è gestita dai mezzi 1300 e 1400. A questo scopo i primi mezzi 1300 comprendono la prima linea 1301, con relativa valvola di distribuzione 1301a, collegata al collettore del primo gruppo ed almeno la seconda linea 1302, con relativa valvola di distribuzione 1302a collegata al collettore del secondo gruppo: la prima e la seconda linea 1301, 1302 collegano i rispettivi collettori con detta unità di evaporazione, cosicché il fluido viene costantemente trasferito dall’unità di evaporazione e fornito ai moduli del primo gruppo (quando questi sono nella seconda condizione operativa) o ai moduli del secondo gruppo (quando questi ultimi si trovano nella seconda condizione operativa).

In una variante, almeno una linea di by-pass 1500 collega una zona 310 dell’unità di condensazione 300 in cui è presente fluido di lavoro in fase liquida con detti moduli di scambio termico. Ad esempio, la linea di by-pass collega il collettore 261 dei moduli del primo gruppo (in caso di due gruppi vi sarà una ulteriore linea di by-pass con rispettiva valvola per collegare il secondo collettore all’unità di condensazione) all’unità di condensazione e comprende una valvola di by-pass 1501 selettivamente controllabile in apertura o in chiusura. Ad esempio, l’unità di controllo è programmata per comandare la valvola di by-pass selettivamente in apertura e chiusura per creare, con detta prima e/o con detta seconda linea, un circuito di riscaldamento dell’acqua.

Si noti che il primo gruppo può anche comprendere un unico collettore di raccolta del fluido in ingresso alla pluralità di moduli del primo gruppo ed, analogamente, il secondo gruppo può anche comprendere un unico collettore di raccolta del fluido in ingresso alla pluralità di moduli del secondo gruppo: in tal caso, detti secondi mezzi di distribuzione comprendono almeno una terza linea collegata al collettore di ingresso al primo gruppo ed almeno una quarta linea collegata al collettore di ingresso al secondo gruppo, nonché organi di intercettazione di fluido posti sulla terza e sulla quarta linea e connessi con l’unità di controllo al fine di sincronizzare l’accesso di fluido ai moduli del primo gruppo ed ai moduli del secondo gruppo durante le fasi operative in cui tali moduli si trovano nella seconda condizione operativa.

Sono infine previste, come illustrato in figura 8, valvole unidirezionali 243, 244 ed eventualmente 245, 246 attive rispettivamente sulle linee 1401, 1301, 1402 e 1302.

Si noti che vantaggiosamente, la forma realizzativa maggiormente interessante dal punto di vista di risparmio energetico e funzionalità prevede che siano le stesse valvole unidirezionali 243, 244 ed eventualmente 245, 246 attive rispettivamente sulle linee 1401, 1301, 1402 e 1302 a definire le condizioni di circolazione di fluido (ovvero rendendo superflue le citate valvole di distribuzione); infatti calibrando opportunamente il valore di apertura delle valvole di non ritorno stesse si fa sì che sia necessario un valore minimo di sovra-pressione per l’invio di vapore verso il condensatore 300 (nel contempo la valvola di non ritorno sulla linea di ingresso chiuderà il circuito a causa della citata pressione nel collettore. Viceversa in condizioni di depressione nel collettore sarà la valvola sul circuito fluido in arrivo dall’evaporatore ad aprirsi e quella in mandata al condensatore a chiudersi in maniera automatica.

Almeno una linea di collegamento 1600 connette la/le aperture di ingresso alla seconda e/o alla terza sede 295, 296 con detto ambiente di raffreddamento. Ad esempio, possono essere previsti mezzi di ventilazione 1601 operanti sulla linea di collegamento: in tal caso l’unità di controllo può essere programmata per comandare i mezzi di ventilazione per determinare una ventilazione forzata in detta linea quando il corpo di contenimento è nella seconda condizione operativa e per determinare una condizione di stagnamento di circolazione di fluido in detta linea quando il corpo di contenimento è in detta prima condizione operativa.

Per quanto riguarda le varianti di figura 3 e di figura 4 è previsto che ciascuno dei due moduli 500 venga alternativamente collegato a valle con il condensatore 300 mediante rispettive linee 241, 242 (su cui sono posizionate rispettive valvole di non ritorno 241A e 242A) le quali portano ad un collettore 260 interposto tra il condensatore 300 ed una linea comune di raccolta 261 su cui agisce una tenuta rotante 270. A monte sono analogamente previste linee di mandata 231, 232 (su cui agiscono rispettive valvole di non ritorno 231A e 232A). Le linee di mandata 231, 232 collegano un collettore di ingresso 250 con i tubi 504 presenti nei moduli 500. Una linea comune 233 è interposta tra le linee 231 e 232 ed il collettore 250. Sulla linea 233 agisce un ulteriore organo di tenuta rotante 270.

Con riferimento alla variante di cui alle figure 5 e 6, è previsto che sia il riflettore 503 a ruotare e che vi siano due moduli 500 operanti in modo che quando l’uno è nella prima condizione operativa il secondo risulti nella seconda operativa e viceversa. Come illustrano le figure 6A e 6B, valvole unidirezionali 241A e 242a operano rispettivamente a monte e a valle di ciascun modulo 500 su rispettive linee 241, 242 le quali collegano detto modulo a valle con l’unità 300 ed a monte con l’unità 100. Anche in questo caso possono essere previsti collettori 250, 260 connessi con le linee 241, 242.

Dopo quanto descritto in senso prevalentemente strutturale, il funzionamento dell’impianto e del dispositivo compressore è qui di seguito illustrato.

Facendo riferimento alla figura 2, l’impianto sfrutta l’effetto refrigerante prodotto dall’espansione diretta di un fluido (acqua o altro) in fase liquida all’interno dell’unità evaporante 100 che è posizionata all’interno del locale da condizionare. Il fluido espanso ha una temperatura più bassa dell’ambiente, funzione della pressione all’evaporatore. All’interno dell’unità evaporante, il fluido espanso freddo circola in uno scambiatore di calore che raffredda l’aria dell’ambiente che lambisce la sua superficie.

L’unità evaporante 100 è del tutto simile alle unità evaporanti dei sistemi elettrici ad espansione diretta. Il fluido lascia l’unità evaporante sotto forma di vapore e viene condotto all’esterno verso il dispositivo compressore 200, consistente in un sistema integrato avente uno o più moduli che fungono da captatori solari secondo quanto sopra descritto. Il materiale adsorbente consente l’assorbimento del vapore a bassa pressione e il suo successivo rilascio a pressione più elevata. Le fasi di assorbimento e rilascio (rigenerazione) del vapore vengono effettuate in un mezzo poroso (zeolite o altro) che ha la proprietà di rilasciare il vapore a pressioni relativamente più elevate per effetto di un apporto termico ed in presenza di una temperatura relativamente elevata (fase di rigenerazione) e di assorbire il vapore a temperature più basse generando una buona depressione. L’innalzamento di temperatura necessario per la rigenerazione è prodotto dalla radiazione solare.

Il vapore rilasciato viene poi condensato in uno scambiatore di calore di un’unità di condensazione 300, da cui il fluido viene poi ricondotto in fase liquida all’unità interna di espansione per ricominciare il ciclo.

È vantaggiosa, l’integrazione del mezzo poroso che assorbe/rilascia il vapore all’interno del sistema stesso di captazione della radiazione solare e nello stesso tempo nella realizzazione dell’inversione del ciclo di funzionamento a livello dei riflettori che fanno parte del sistema stesso di captazione. Il funzionamento di ciascun modulo è illustrato qui di seguito. Il materiale poroso 502 è alloggiato all’interno del contenitore 501 che ha anche la funzione di captatore in quanto è esposto direttamente ai raggi del Sole, massimizzando quindi l’efficienza del trasferimento termico. I due profilati a forma semicircolare 294 che si appoggiano alla parete interna del tubo di vetro 292 svolgono la funzione di captatori della radiazione solare, la cui energia termica viene trasferita per conduzione al contenitore 501, che, in questa configurazione, non risulta quindi esposto direttamente alla radiazione solare. L’aria presente nel volume della seconda e terza intercapedine delimitato dal profilo 294 e dal contenitore 501 risulta stagnante durante la fase di rigenerazione (prima condizione operativa), mentre viene fatta circolare per convezione forzata creando un flusso nella direzione dell’asse del captatore durante la fase di assorbimento (seconda condizione operativa) consentendo di asportare il calore di adsorbimento prodotto in tale fase. Tale flusso di aria in convezione forzata può attraversare le intercapedini del corpo di contenimento in due configurazioni: secondo una sola direzione, con ingresso ad una estremità e uscita dall’estremità opposta, oppure con ingresso e uscita dalla stessa estremità, percorrendo quindi il captatore in una direzione nel volume 295 per poi essere ricircolato nella direzione opposta nel volume 296.

L’inversione del ciclo si ottiene mediante la rotazione del riflettore o mediante rotazione dei corpi di contenimento o mediante rotazione di entrambi, qualora siano previste configurazioni aventi doppio riflettore e doppio corpo di contenimento contrapposti. Si noti che in linea di principio potrebbe essere previsto di disporre riflettori e corpi di contenimento in modo tale che l’alternanza di fasi venga realizzata grazie a traslazioni relative dei riflettori rispetto ai moduli tali che mettano alternativamente i moduli in condizione di assorbire o cedere calore.

Nella figura 8, che si riferisce a 5 corpi di contenimento, è rappresentato il circuito aria di raffreddamento per la fase di assorbimento nella configurazione con una sola direzione di flusso. Tale circuito si compone di un collettore 1602 che distribuisce l’aria prelevata dall’ambiente ai vari moduli 500; all’uscita dei tubi l’aria viene riversata nuovamente nell’ambiente oppure, come rappresentato in figura 8, raccolta da un secondo collettore che la convoglia al condensatore 300 dove viene utilizzata per il suo raffreddamento. Il condensatore 300 può essere un elemento separato del tipo noto usato nelle normali batterie di scambio adottate nei sistemi elettrici ad espansione diretta, oppure può essere integrato con il collettore di vapore di uscita 261 del compressore solare 200. Il condensatore può smaltire il calore di condensazione scambiandolo direttamente con l’aria ambiente, oppure recuperandolo, attraverso un circuito ausiliario, per produrre acqua calda sanitaria.

All’interno del compressore solare (vedi fig. 8) è presente un unico collettore 261 per il vapore collegato direttamente ai tubi 504 interni ai contenitori del materiale poroso e sono presenti due valvole di non ritorno 243, 244 che collegano il collettore rispettivamente al condensatore 300 e all’evaporatore 100. In questa configurazione il collettore funziona alternativamente da collettore di uscita del vapore dai moduli nella fase di rigenerazione (prima condizione operativa) e da collettore di ingresso nella fase di assorbimento (seconda condizione operativa). Pertanto ogni modulo è attraversato da un flusso di vapore in due direzioni opposte a seconda della fase del ciclo in cui si trova. Per la continuità del ciclo saranno quindi necessari almeno due gruppi (identici) di moduli (primo e secondo gruppo), ognuno con proprio collettore nelle due fasi alterne di funzionamento in modo tale da avere sempre un gruppo di moduli in fase di assorbimento e l’altro in rigenerazione. La figura 8 si riferisce ad un solo gruppo di moduli (il secondo gruppo essendo rappresentato tratteggiato). La configurazione di figura 8 consente anche la possibilità di realizzare la modalità di funzionamento in riscaldamento senza richiedere l’aggiunta di un circuito indipendente per l’asportazione del calore dai captatori nel periodo invernale. Tale possibilità può essere realizzata mediante l’inserimento di una valvola di bypass 246 che metta in comunicazione diretta il condensatore 300 con il collettore 261 consentendo al liquido condensato di ritornare al collettore di vapore e attraverso quest’ultimo di entrare, ad esempio per gravità, nei canali tubolari forati 504 all’interno dei corpi di contenimento dei moduli. Il liquido può anche essere distribuito direttamente ai singoli tubi 504 mediante tubicini non rappresentati in figura, consentendone una migliore distribuzione al prezzo di un aumento della complessità. Tali tubicini potrebbero anche percorrere tutta o parte della lunghezza dei tubi forati 504 per convogliare il liquido nel punto più opportuno all’interno dei tubi 504 stessi. Tale realizzazione richiede l’installazione degli elementi captatori (moduli) secondo un angolo di pendenza opportuno.

Il liquido introdotto all’interno dei tubi 504 evapora per effetto del calore solare, il vapore prodotto risale lungo gli stessi tubi e viene ricondensato nel condensatore per poi tornare nuovamente in ciclo, secondo il funzionamento caratteristico dei sistemi a heat-pipe.

In questo modo di funzionamento la pressione del vapore all’interno dei moduli risulta costante e non si verifica nessun assorbimento né desorbimento di vapore da parte del materiale poroso che non partecipa quindi al funzionamento, mentre si verifica direttamente l’evaporazione del liquido per effetto del calore solare senza che questo venga in contatto con il materiale poroso stesso. A differenza del funzionamento in modalità refrigerazione, il funzionamento in modalità riscaldamento risulta continuo, con tutti i moduli operanti contemporaneamente e senza richiedere pertanto inversioni di ciclo.

Il calore solare assorbito dai moduli viene pertanto trasformato in calore latente di evaporazione che viene successivamente restituito al condensatore sotto forma di un’eguale quantità di calore latente di condensazione, calore che a sua volta viene trasferito ad un circuito secondario per il suo utilizzo nel circuito di riscaldamento.

Nella modalità riscaldamento l’unita di condensazione 300 funziona, ad una pressione e temperatura più elevate rispetto al funzionamento in modalità refrigerazione, il che consente di ottenere temperature del fluido nel circuito secondario vantaggiosamente più elevate.

Il vantaggio di tale soluzione rispetto ai sistemi tradizionali di riscaldamento a tubi che funzionano secondo il principio heat-pipe consiste nel fatto che la portata di liquido che viene introdotta nei moduli è regolata dalla valvola di bypass gestita dall’unita di controllo, mediante la quale è possibile evitare l’allagamento dei moduli che richiede tempi di avviamento non trascurabili all’inizio del ciclo utile giornaliero.

Il disegno dell’impianto e quello del dispositivo compressore è modulare e si presta pertanto in modo semplice ad essere adattato a taglie diverse di potenza refrigerante richiesta. La massa del materiale poroso è tale da garantire un’autonomia di 1-2 ore in caso di assenza temporanea dell’irradiazione solare. Nella forma più semplificata, la sola regolazione presente riguarda la frequenza di rotazione del modulo/riflettore, il controllo della valvola di espansione posta sull’evaporatore (che potrebbe anche essere costituita da una valvola termostatica) ed eventualmente l’apertura della valvola di bypass utilizzata per la commutazione in modalità riscaldamento.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Impianto di climatizzazione ambientale comprendente: un’unità di espansione di un fluido di lavoro; un dispositivo compressore posto in comunicazione di fluido con l’unità di espansione e ricevente, in ingresso, il fluido di lavoro proveniente dall’unità di espansione ad una pressione di ingresso e rilasciante, in uscita, il fluido di lavoro ad una pressione di uscita maggiore della pressione di ingresso, detto dispositivo compressore comprendendo: almeno un modulo di scambio termico ricevente il fluido di lavoro ed alloggiante materiale assorbente, mezzi selezionatori per mettere il modulo di scambio termico in almeno una prima condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico è almeno parzialmente esposto a radiazione solare, ed in almeno una seconda condizione operativa, in cui il modulo di scambio termico è esposto ad un ambiente di raffreddamento, in detta prima condizione operativa il modulo di scambio termico riceve calore solare per cui il materiale assorbente rilascia fluido di lavoro determinando un innalzamento pressorico dello stesso all’interno del modulo di scambio termico, in detta seconda condizione operativa, il modulo di scambio termico cede calore a detto ambiente di raffreddamento per cui il materiale assorbente assorbe fluido di lavoro determinando un calo pressorico all’interno del modulo di scambio termico.
2. 2. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un’unità di condensazione posta a valle del dispositivo compressore ed a monte dell’unità di espansione, l’unità di condensazione ricevendo in ingresso detto fluido di lavoro e provvedendo a trasformare in fase liquida una fase gassosa di detto fluido di lavoro; detta unità di espansione ricevendo detto fluido di lavoro e provvedendo ad operare un’espansione di una fase liquida di detto fluido di lavoro in una fase gassosa, in particolare l’unità di espansione comprendendo almeno un dispositivo di laminazione del fluido di lavoro, almeno un evaporatore per l’espansione di detto fluido di lavoro operante a valle del dispositivo di laminazione, ed almeno una superficie di scambio termico predisposta a prelevare calore da un ambiente esterno all’unità di espansione trasferendolo a detto fluido di lavoro in espansione.
3. 3. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto almeno un modulo di scambio termico comprende: almeno un corpo di contenimento del materiale assorbente avente almeno una parete trasparente, almeno parzialmente, alla radiazione solare per consentire il riscaldamento del fluido e del materiale assorbente; almeno un riflettore posizionabile relativamente al corpo di contenimento in modo da sostanzialmente focalizzare radiazione solare incidente sul riflettore verso detta parete trasparente, opzionalmente detto materiale assorbente comprendendo materiale poroso, preferibilmente materiale poroso adsorbente quale zeolite.
4. 4. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2, 3, caratterizzato dal fatto che detto corpo di contenimento alloggia almeno un corpo tubolare il quale è predisposto a ricevere il fluido di lavoro proveniente direttamente o indirettamente dall’unità di evaporazione ed ad inviare il fluido di lavoro a valle del modulo di scambio termico, detto corpo tubolare presentando, ad esempio su una parete laterale, una pluralità di aperture passanti per consentire un passaggio di fluido tra la cavità interna del corpo tubolare ed una zona in cui è ospitato il materiale assorbente, particolarmente il corpo di contenimento comprendendo almeno una prima sede longitudinale in cui sono alloggiati detto corpo tubolare e detto materiale assorbente, ed una seconda sede longitudinale adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale.
5. 5. Impianto secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre una terza sede longitudinale adiacente e separata a tenuta rispetto alla prima sede longitudinale, in cui in una prima alternativa detta seconda e detta terza sede longitudinale sono collegate tra loro definendo un unico canale di fluido con un’apertura di ingresso presente ad un’estremità della seconda sede ed un’apertura di uscita ad un’estremità della terza sede ed in una seconda alternativa ciascuna di detta seconda e terza sede presenta una rispettiva apertura di ingresso ed una rispettiva apertura di uscita, preferibilmente il corpo di contenimento essendo ospitato all’interno di un tubo di vetro a parete singola o doppia, in quest’ultimo caso essendo previsto vuoto di isolamento tra le pareti del tubo di vetro.
6. 6. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che i mezzi selezionatori comprendono un sistema di movimentazione attivo sul riflettore e/o sul corpo di contenimento del o di ciascun modulo di scambio termico, in particolare il sistema di movimentazione essendo attivo sul riflettore ed essendo in grado di movimentare il riflettore tra una posizione, corrispondente a detta prima condizione operativa, in cui il riflettore focalizza radiazione solare incidente su di esso verso detta parete trasparente, ed una posizione, corrispondente a detta seconda condizione operativa, in cui il riflettore sostanzialmente interdice un irraggiamento solare di detta parete trasparente, opzionalmente il corpo di contenimento essendo sostanzialmente posizionato in corrispondenza di un asse focale del riflettore e il sistema di movimentazione movimentando il riflettore e/o il corpo di contenimento per rotazione, ad esempio di circa 180 gradi, attorno a detto asse focale.
7. 7. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che i mezzi selezionatori comprendono almeno un’unità di controllo operativamente connessa con il sistema di movimentazione e programmata per comandare selettivamente il posizionamento del o dei moduli di scambio termico nella prima o nella seconda condizione operativa, opzionalmente l’unità di controllo essendo altresì programmata per comandare il sistema di movimentazione in modo da orientare il riflettore e/o il corpo di contenimento in funzione della posizione del sole, in particolare l’unità di controllo essendo programmata per sincronizzare periodicamente lo spostamento del primo gruppo di moduli di scambio termico dalla prima alla seconda condizione operativa e lo spostamento del secondo gruppo di moduli di scambio termico dalla seconda alla prima condizione operativa.
8. 8. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende: un primo gruppo comprendente uno o più moduli di scambio termico, ed un secondo gruppo comprendente uno o più moduli di scambio termico, detti i moduli di scambio termico del primo gruppo essendo collegati in parallelo rispetto ad i moduli di scambio termico del secondo gruppo, l’impianto comprendendo: primi mezzi di distribuzione di fluido operanti a monte del compressore per consentire ed interdire selettivamente un accesso di fluido dall’unità di espansione ai moduli del primo e del secondo gruppo, e secondi mezzi di distribuzione di fluido operanti a valle del compressore per consentire ed interdire selettivamente uno scarico di fluido dai moduli del primo e del secondo gruppo verso valle, detti secondi mezzi di distribuzione essendo ad esempio definiti da almeno una valvola di non ritorno e consentendo uno scarico del fluido di lavoro verso valle da quello di detti gruppi di moduli posizionato in corrispondenza di detta prima condizione operativa; e detti primi mezzi di distribuzione essendo ad esempio definiti da almeno una valvola di non ritorno e consentendo un accesso di fluido da monte verso quello dei gruppi di moduli posizionato in detta seconda condizione operativa.
9. 9. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzato dal fatto che detto primo gruppo comprende un unico collettore di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del primo gruppo; e/o dal fatto che il secondo gruppo comprende un unico collettore di raccolta del fluido in uscita dalla pluralità di moduli del secondo gruppo, detti secondi mezzi di distribuzione comprendendo almeno una prima linea collegata al collettore del primo gruppo ed almeno una seconda linea collegata al collettore del secondo gruppo, preferenzialmente detta prima e/o detta seconda linea collegando i rispettivi collettori con detta unità di condensazione ed in dettaglio l’impianto comprendendo almeno una linea di by-pass che collega detti moduli di scambio termico con una zona dell’unità di condensazione in cui è presente fluido di lavoro in fase liquida, in particolare la linea di by-pass collegando detto collettore con l’unità di condensazione e comprendendo una valvola di by-pass selettivamente controllabile in apertura o in chiusura, ad esempio detto primo gruppo comprendendo un unico collettore di raccolta del fluido in ingresso alla pluralità di moduli del primo gruppo; e/o il secondo gruppo comprendendo un unico collettore di raccolta del fluido in ingresso alla pluralità di moduli del secondo gruppo, detti secondi mezzi di distribuzione comprendendo almeno una terza linea collegata al collettore di ingresso al primo gruppo ed almeno una quarta linea collegata al collettore di ingresso al secondo gruppo; detto collettore di ingresso alla pluralità di moduli del primo gruppo potendo in una variante coincidere con il detto collettore di raccolta del vapore in uscita dagli stessi moduli del primo gruppo; detto collettore di ingresso alla pluralità di moduli del secondo gruppo potendo in una variante coincidere con il detto collettore di raccolta del vapore in uscita dagli stessi moduli del secondo gruppo.
10. 10. Impianto secondo la precedente rivendicazione caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di ventilazione operanti sulla linea di collegamento, l’unità di controllo essendo programmata per comandare i mezzi di ventilazione per determinare una ventilazione forzata in detta linea, quando il corpo di contenimento è nella seconda condizione operativa, e per determinare una condizione di stagnamento di circolazione di fluido in detta linea, quando il corpo di contenimento è in detta prima condizione operativa.