ITMI20130544A1 - Collettore solare a tubi sottovuoto - Google Patents

Description

COLLETTORE SOLARE A TUBI SOTTOVUOTO

La presente invenzione è relativa ad un collettore solare.

In particolare, l’invenzione in oggetto viene vantaggiosamente impiegata negli impianti solari del tipo a tubi sottovuoto, questi ultimi noti anche con il termine di “heat pipe”, allo scopo di captare la radiazione solare e convertirla in energia termica, ad esempio in impianti di riscaldamento o per produzione di acqua riscaldata ad uso sanitario, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

In generale nel settore dell’energia solare termica sono note ed ampiamente utilizzate due tipologie di collettori solari: i collettori vetrati piani ed i collettori a tubo sottovuoto.

I collettori vetrati piani sono formati da una piastra captante metallica di colore nero, opportunamente trattata per assicurarsi l'assorbimento della maggior parte della radiazione solare, sulla quale piastra viene saldata una serie di tubi nei quali scorre un fluido termovettore (es. acqua ed antigelo).

Con una resa energetica migliore rispetto ai collettori vetrati piani, una particolare classe di collettori a tubi sottovuoto sono invece definiti da una serie di tubi in vetro (heat pipe) innestati in un unico condotto o manifold in cui circola un fluido termovettore principale.

In ogni citato tubo in vetro è inserito un tubo in rame nel cui interno si trova un secondo fluido termovettore (acqua o altro fluido a bassa pressione), indipendente rispetto al fluido primario, il quale, riscaldato dal sole, evapora migrando per convezione nella parte superiore del tubo medesimo conformata sostanzialmente a bulbo (condensatore), disposto in corrispondenza del citato condotto, per trasferire calore al citato fluido primario circolante nel condotto medesimo.

Attualmente, la connessione fra la parte superiore a bulbo di ciascun tubo ed il citato condotto o manifold presenta lo svantaggio di essere realizzata tramite alloggi fissati al condotto stesso mediante una doppia saldatura o saldobrasatura che spesso risulta di non facile esecuzione e che inoltre determina un ingombro tale che l’interasse fra due tubi adiacenti non può che essere fisso.

Inoltre, nei collettori a tubo del tipo noto sopradescritto spesso il flusso del termovettore primario risulta essere disomogeneo a causa della disposizione trasversale dei citati tubi innestati nel manifold.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di risolvere i problemi della tecnica nota sopra esposti. In particolare, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un collettore solare a tubo sottovuoto in grado di aumentare notevolmente l’efficienza di scambio termico, e contemporaneamente di mantenere limitate le dimensioni e gli ingombri del collettore stesso, permettendo anche una più facile realizzazione di diversi tubi sottovuoto in serie, i quali, avendo un interasse variabile, lasciano in parte visibile la superficie di installazione.

Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti dalle rivendicazioni sottostanti, ed in particolare da un esame della descrizione seguente, riferita ai disegni allegati, che mostrano la schematizzazione di una preferita ma non limitativa forma di realizzazione di un collettore a tubo sottovuoto, in cui:

- la figura 1 è una vista schematica in pianta, con parti asportate per chiarezza, di un collettore solare a tubi sottovuoto secondo la presente invenzione;

- la figura 1A è una vista ingrandita di un dettaglio della figura 1;

- la figura 2 è una vista in esploso di un singolo modulo del collettore della figura 1;

- le figure 3 e 3A illustrano alcuni dettagli del modulo della figura 2, in rispettive viste frontale e prospettica;

- le figure 4 e 4A illustrano un particolare ingrandito del modulo della figura 2, rispettivamente in vista frontale ed in vista in pianta;

- la figura 5 rappresenta in vista prospettica il collettore a tubi della presente invenzione in una posizione di fissaggio operativa;

- la figura 6 illustra il collettore della figura 5 con in evidenza un dettaglio strutturale; e

- la figura 7 illustra in vista prospettica alcuni elementi costruttivi del collettore della figura 5.

Con particolare riferimento alle figure 1, 1A, 5 e 6, con C viene globalmente indicato un collettore solare a tubi Ti sottovuoto per captare la radiazione solare e convertirla in energia termica.

Il collettore C è, in uso, atto ad essere fissato, preferibilmente, al tetto K o copertura equivalente di un edificio e simili tramite una struttura S di ancoraggio e comprende una pluralità di moduli Mi termici fra loro interconnessi in serie (quattro moduli M1-M4 interconnessi nelle citate figure 1,1A, 5 e 6), ciascuno dei quali comprende un tubo Ti sottovuoto (heat pipe) di tipo noto, al cui interno è presente un fluido termovettore anch’esso di tipo noto, e degli scambiatori 1 termici accoppiati in corrispondenza di un’estremità 2 superiore a bulbo 3 del tubo Ti medesimo.

Secondo quanto meglio illustrato nelle figure 1,1A,2,3 e 3A,4 e 4A, gli scambiatori 1 comprendono, per ciascun modulo Mi, un condotto 4 (manifold) avvolto a spirale 5,contenente un proprio fluido termovettore (primario), ed atto, in uso, ad accogliere il citato bulbo 3 del tubo Ti per avvolgere il bulbo 3 stesso con contatto sull’intera superficie del bulbo e permettere così la trasmissione per conduzione del calore nel fluido del tubo Ti al fluido nel condotto 4 a spirale 5 stesso. Il condotto 4 a spirale 5 è contenuto all’interno di un contenitore 6 provvisto al suo interno di una apposita sede 6a di alloggiamento e di coibentazione della spirale 5 stessa, ed è provvisto di estremità di ingresso 7 e di uscita 8, a loro volta rispettivamente connesse a condotti 9 e 10, realizzati preferibilmente in materiale polimerico ad alta resistenza termica (ad esempio silicone o teflon), per l’interconnessione in serie con ulteriori moduli Mi (Figg. 1 e 1A). In alternativa, la spirale 5 ed i condotti 9 e 10 di collegamento possono essere racchiusi all’interno di un unico contenitore.

In tal modo, viene garantita un’ottimale ed efficace trasmissione termica, con un’ottima risposta alla dilatazione dei condotti 4, dal fluido termovettore riscaldato dal Sole, e presente in ogni singolo tubo Ti in corrispondenza del bulbo 3, al fluido termovettore circolante nel condotto 4 a spirale 5.

E’ da notare come la conformazione a spirale 5 permetta un’ottimale sfruttamento del moto vorticoso del fluido termovettore (primario) che circola nel condotto 4, con un aumento considerevole dell’efficienza di scambio termico; inoltre la stessa conformazione a spirale permette di aumentare la superficie di scambio termico pur mantenendo le dimensioni del singolo modulo Mi molto contenute e compatte.

In particolare, è interessante notare come il condotto 4 avvolto a spirale 5 sia, anche nella porzione di spirale, compresso a modificarne la sua sezione che da circolare tende a quadrata con spigoli arrotondati, come illustrato nei disegni, a tutto vantaggio di maggiori superfici di contatto permettendo una migliore trasmissione per conduzione del calore tra i due fluidi termoconvettori.

Inoltre, proprio la dimensione limitata del singolo modulo Mi permette un accoppiamento fra due o più moduli Mi con un interasse fra i moduli scelto a piacere e variabile.

Secondo le figure 5 e 7, la citata struttura S di ancoraggio stabile al tetto K , preferibilmente ma non limitatamente, comprende primi mezzi 12 di ancoraggio primario ad un trave 13 principale portante del tetto K e secondi mezzi 14 di ancoraggio ad un trave 15 secondario o orditura del tetto K stesso. Il citato tetto K è a titolo esemplificativo e l’installazione mediante il suddetto sistema S di ancoraggio è applicabile a differenti siti di installazione (ad esempio: tetto con copertura in cemento)

I mezzi 12 di ancoraggio comprendono due elementi ad arco 16a e 16b preferibilmente in acciaio o simile tra loro connessi da una barra 17 di connessione, a cui sono fissate le scatole 6 degli scambiatori 1, e supportanti due rispettivi cavi 11a e 11b tiranti paralleli atti ad agganciarsi ad una barra in acciaio 11c disposta fra due elementi 18a e 18b tira-fondo ad L in modo che la stessa barra 11c risulti disposta trasversalmente ai due cavi 11a e 11b.

In tal modo viene definita la struttura S a conformazione quadrata, di facile e rapido montaggio e fissaggio al tetto K, con le estremità 19 inferiori dei tubi Ti dei moduli Mi fissate ad elementi portanti del tetto K stesso.

Vantaggiosamente, come illustrato nella figura 6, è possibile prevedere una copertura 20 di protezione, preferibilmente in legno o altro materiale, degli scambiatori 1, ancorandola direttamente sui citati elementi ad arco 16a e 16b della struttura S di ancoraggio del collettore C.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Collettore solare (C) comprendente almeno un tubo (Ti) sottovuoto provvisto di un’estremità a bulbo (3) e contenente un fluido termovettore atto ad essere riscaldato dalla radiazione solare; caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (1,4,5) condotti contenenti un secondo fluido termovettore ed atti ad avvolgere il detto bulbo (3) del detto tubo (Ti) per realizzare lo scambio termico fra i detti fluidi termovettori.
2. 2. Collettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi (1,4,5) condotti comprendono un condotto (4) conformato a spirale (5).
3. 3. Collettore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto condotto (4) a spirale (5) è contenuto all’interno di un contenitore (6) provvisto al suo interno di una apposita sede (6a) di alloggiamento e di coibentazione, ed è provvisto di estremità di ingresso e uscita (7,8), a loro volta rispettivamente connesse a condotti (9,10) realizzati in materiali polimerici ad alta resistenza termica.
4. 4. Collettore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato di comprendere almeno due detti tubi (Ti) con i rispettivi detti mezzi (1,4,5) condotti connessi tra loro in serie.
5. 5. Collettore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una struttura (S,14) di fissaggio del collettore (C) stesso ad un elemento (K) di copertura di un edificio o ad una struttura simile adatta ad ospitarne l’installazione; detta struttura (S) di fissaggio essendo definita da mezzi (11) per il supporto dei detti mezzi (1,4,5) condotti e di almeno una porzione (19) dei detti tubi (Ti).
6. 6. Collettore secondo le rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzato dal fatto che la detta struttura (S) comprende due elementi (16a,16b) atti ad essere fissati al detto elemento (K) di copertura e tra loro connessi da una barra (17) di connessione, a cui è fissata il detto contenitore (6) dei detti condotti (4) a spirale (5), assicurati alle già citate strutture di ancoraggio primario e secondario (12 e 14).
7. 7. Collettore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi (20) di copertura e protezione dei detti mezzi (1,4,5) condotti; detti mezzi (20) di copertura e protezione essendo fissati ai detti elementi (16a,16b).