ITPG20130013A1 - Pannello solare per il riscaldamento di fluidi - Google Patents

Description

“Pannello solare per il riscaldamento di fluidiâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un pannello solare.

In particolare, tale pannello solare à ̈ impiegato per il riscaldamento di fluidi, preferibilmente di acqua. In pratica, il pannello solare oggetto della presente invenzione trova impiego per il riscaldamento dell’acqua circolante negli impianti delle strutture civili quali, ad esempio, abitazioni, palestre, scuole etc., ovunque occorra dotarsi di un servizio di acqua corrente riscaldata.

È noto l’impiego di pannelli solari in grado di svolgere la funzione sopra esposta. Detti pannelli di arte nota comprendono solitamente una camera, superiormente coperta da uno schermo termico orientato in direzione del sole, e contenente una serie di tubi o collettori entro cui normalmente scorre una soluzione liquida comprendente acqua ed antigelo. La soluzione liquida viene convogliata per circolazione naturale e forzata all’esterno del pannello verso uno scambiatore il quale à ̈ a contatto, a sua volta, con un collettore di raccolta contenente l’acqua da riscaldare.

Al fine di aumentare la funzionalità ed il rendimento di questo tipo di pannelli solari, sono altresì noti pannelli solari in cui il collettore contenente l’acqua da riscaldare à ̈ disposto direttamente all’interno della camera del pannello solare in modo tale che il riscaldamento dell’acqua avvenga senza l’ausilio di ulteriori scambiatori di calore interposti tra il collettore e lo schermo termico.

Ad esempio, nella domanda di brevetto italiana PG2002A009 a nome della Richiedente, viene descritto un pannello solare che comprende una camera in cui à ̈ posto un collettore di raccolta per l’acqua e che à ̈ chiuso superiormente da uno schermo termico. All’interno del collettore l’acqua à ̈ ferma ed assorbe il calore trasmesso dalle pareti del collettore, a sua volta riscaldato dai raggi solari che attraversano lo schermo termico.

Ulteriormente, sempre a nome della Titolare, à ̈ noto il brevetto IT1383130, che insegna a regolare la temperatura entro la camera che contiene il collettore in cui viene confinato il fluido di riscaldamento. In pratica, dunque, una o più resistenze elettriche vengono impiegate per creare una vera e propria barriera termica entro la camera del pannello così da impedire che durante la notte la temperatura entro i tubi si possa abbassare eccessivamente. Tale soluzione, sebbene efficace ed in grado di migliorare notevolmente l’efficienza dei pannelli di arte nota, tuttavia ha l’inconveniente di non riuscire a permettere una uniforme distribuzione del calore entro la camera con la conseguenza che vi saranno porzioni di collettore a temperatura maggiore ed altre a temperatura inferiore. Inoltre, il riscaldamento entro la camera in cui à ̈ confinato il collettore non avviene in maniera rapida, come necessario, ma in modo estremamente lento a causa dell’aria presente nella camera.

È scopo della presente invenzione quello di realizzare un pannello solare in grado di risolvere o mitigare gli inconvenienti della tecnica anteriore nota in modo semplice ed efficiente, permettendo una più rapida ed uniforme distribuzione del calore entro la camera del pannello solare. Tali scopi sono raggiunti dal presente pannello solare per il riscaldamento di fluidi, comprendente almeno una camera dotata di almeno una apertura superiore, uno o più collettori del fluido da riscaldare disposti entro detta almeno una camera, ed almeno uno schermo trasparente esposto alla luce solare e posizionato in corrispondenza di detta almeno una apertura superiore per la chiusura di detta almeno una camera, caratterizzato dal fatto di comprendere altresì almeno una piastra metallica disposta tra detto almeno un schermo trasparente e detti uno o più collettori di fluido e mezzi per il riscaldamento controllato di detta almeno una piastra metallica.

In pratica, grazie alla possibilità di termoregolare la piastra e, dunque, la camera di contenimento dei detti collettori, viene evitata con maggiore efficacia rispetto ai pannelli solari di arte nota la possibilità di riduzione della temperatura del liquido presente entro i collettori, con un conseguente aumento dell'efficienza del pannello solare unitamente ad un più veloce ed uniforme riscaldamento della camera. Ciò mitiga l'influenza delle variazioni di temperatura dell'ambiente esterno sull'efficienza generale del pannello solare stesso.

Secondo la forma realizzativa qui descritta, detta almeno una piastra metallica à ̈ in appoggio a detti uno o più collettori in corrispondenza di una o più regioni superiori di detti uno o più collettori. In particolare, nel caso di collettore dotato di più tubi tra loro paralleli, o disposti a serpentina, tra due tubi adiacenti presenti nella detta camera vengono create regioni termicamente indipendenti e, dunque, non controllabili termicamente se non attraverso la detta piastra riscaldata e detti mezzi di riscaldamento controllato.

Ancora, sempre secondo l'invenzione, detti mezzi di riscaldamento comprendono una o più resistenze elettriche, preferibilmente disposte simmetricamente ed uniformemente sulla faccia di detta almeno una piastra metallica rivolta verso detti uno o più collettori.

Inoltre, dette una o più resistenze elettriche sono disposte direttamente, o indirettamente, a contatto con la faccia di detta almeno una piastra metallica rivolta verso detti uno o più collettori.

Secondo una ulteriore forma realizzativa del trovato, detta almeno una piastra metallica à ̈ realizzata in un materiale altamente conducibile termicamente quale, ad esempio, alluminio o in una sua lega, ed in corrispondenza di almeno parte della superficie che à ̈ rivolta verso il detto schermo à ̈ ricoperta con un rivestimento in un materiale di assorbimento selettivo del tipo, preferibilmente, comprendente una vernice a base di smalto siliconico o di biossido di titanio. Tale materiale à ̈ in grado di assorbire quasi tutta la radiazione su di esso incidente e riflettere all’esterno solo una piccola parte di essa. Tale soluzione permette, dunque, di riscaldare rapidamente ed in maniera controllata la porzione di camera che contiene detti uno o più collettori.

Tale piastra metallica ha uno spessore compreso tra 0,2 e 1,5 mm, preferibilmente tra 0,3 e 0,8 mm.

Inoltre, secondo una forma particolare dell'invenzione, detta almeno una piastra metallica à ̈ disposta ad una distanza inferiore a 20 mm rispetto a detto almeno uno schermo trasparente. In questo mondo vengono ridotti notevolmente i moti convettivi che sono presenti tra la piastra metallica e lo schermo trasparente e che sono causa di una misurata, ma quanto mai indesiderata, dispersione termica durante le ore più fredde della giornata, ovvero durante le ore notturne. Preferibilmente, detta distanza tra detta piastra metallica e detto almeno uno schermo trasparente à ̈ inferiore a 15 mm. La richiedente ha infatti sperimentato che a distanze inferiore ai 15 mm i moti convettivi cessano completamente di esistere. Ciò comporta un elevato miglioramento dell'efficienza del pannello solare poiché viene ridotta la trasmissione termica del calore dalla piastra metallica all'esterno del pannello poiché tra la lastra metallica e lo schermo l'aria à ̈ praticamente immobile.

Infine, secondo una ulteriore forma realizzativa dell'invenzione, detto pannello solare comprende almeno un sensore di temperatura posto entro la camera, in particolare entro la regione inferiore di questa, ovvero quella posta al di sotto della piastra metallica ed in cui sono contenuti detti uno o più collettori, ed almeno una unità di controllo per abilitare il passaggio di corrente elettrica lungo dette una o più resistenze elettriche in funzione della temperatura misurata da detto almeno un sensore di temperatura. Verrà ora descritta, a titolo solamente esemplificativo e non limitativo una forma di realizzazione particolare della presente invenzione con riferimento alle figure allegate, in cui:

- la figura 1 à ̈ una vista in assonometria del pannello secondo l’invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista in sezione trasversale del pannello di figura 1;

- la figura 3 à ̈ una vista dall’alto del collettore di raccolta dei fluidi del pannello solare secondo l’invenzione;

- la figura 4 à ̈ una vista dall’alto del pannello solare di figura 1. Con particolare riferimento a tali figure si à ̈ indicato con 1 un pannello solare per il riscaldamento di fluidi, preferibilmente acqua, secondo un aspetto preferito della presente invenzione.

Il pannello solare 1, che viene di norma istallato sul tetto 100 di un edificio, comprende una cassa 2 dotata di una camera 3 ospitante un collettore di raccolta 4 del liquido da riscaldare. La camera 3 à ̈ chiusa da uno schermo trasparente 5 esposto alla luce solare e posizionato in corrispondenza dell’apertura superiore 10 di detta cassa 2. L’accoppiamento tra la cassa 2 e lo schermo trasparente 5 à ̈ ottenuto tramite l’impiego di resine siliconiche 30 ed in grado di chiudere a tenuta la camera 3. In modo alternativo à ̈ possibile utilizzare delle guarnizioni in gomma o in altro materiale, oppure un diverso elemento di tenuta, o ancora, à ̈ possibile realizzare il succitato accoppiamento tra schermo 5 e cassa 2 per interferenza tra le parti, senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

In questo modo durante le ore diurne l’acqua contenuta nel collettore 4 à ̈ riscaldata dalle pareti del collettore, sottoposte, come vedremo indirettamente, ai raggi solari che attraversano lo schermo trasparente 5.

Durante il funzionamento, il collettore 4 à ̈ reintegrato di acqua solo al momento della richiesta da parte dell’utilizzatore. L’acqua affluisce nel collettore attraverso l’ingresso 15 e defluisce da questo attraverso l’uscita 16, ma à ̈ ferma all’interno del collettore durante i periodi in cui non à ̈ richiesta acqua riscaldata.

Nella forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il collettore 4 à ̈ costituito da una serie di tubi 4a paralleli le cui estremità sono raccordate ad un tubo 80, preferibilmente a sezione quadrata, ad essi perpendicolare.

Si osservi, tuttavia, che il collettore 4 può alternativamente essere un qualsiasi altro contenitore adatto a confinare il fluido da riscaldare entro il pannello 1, e può in particolare essere un tubo a serpentina. Alternativamente, il pannello solare 1 può anche contenere più collettori 4 distinti ed indipendenti tra loro senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Va anche sottolineato che, anche se si à ̈ qui descritto un pannello 1 del tipo in cui il fluido impiegato dall’utente, ovvero l’acqua, à ̈ contenuto in un collettore 4 disposto entro il pannello 1 in modo tale da essere direttamente riscaldato dai raggi solari, come l’esperto del settore potrà facilmente comprendere dalla descrizione che segue, l’oggetto inventivo della presente invenzione può parimenti trovare applicazione anche in pannelli solari in cui il riscaldamento del fluido impiegato dall’utente à ̈ ottenuto, tramite uno scambiatore di calore, grazie al preventivo riscaldamento entro il pannello, ad opera dei raggi solari, di un fluido di lavoro contenuto in un circuito chiuso.

Secondo la presente invenzione, vantaggiosamente, il pannello solare 1 comprende, altresì, una piastra metallica 50, ad elevata conducibilità termica, disposta tra detto schermo trasparente 5 e detto collettore di fluido 4 e mezzi 11 per il riscaldamento controllato di detta piastra metallica 50. In particolare, detta piastra metallica 50 si trova in appoggio a detto collettore 4 in corrispondenza della regione superiore 4b di ciascun tubo 4a che compone il collettore 4. Si osservi che detto collettore 4 à ̈ in acciaio inox, mentre detta piastra metallica 50 à ̈ in alluminio ed à ̈ rivestita, in corrispondenza della propria faccia 50a rivolta verso lo schermo trasparente 5, di una vernice a base di biossido di titanio, assumendo così la caratteristica colorazione blu scuro. Tale rivestimento à ̈, dunque, in un materiale di assorbimento selettivo, ovvero in grado di assorbire buona parte della radiazione solare incidente su di esso ed impedire fortemente la riflessione verso l’esterno del panello 1 di tale radiazione incidente. In pratica, quasi tutta la radiazione incidente sulla superficie rivestita della piastra metallica 50 viene convertita in calore e trasmessa per conduzione entro la piastra metallica stessa 50, mentre solo una piccola componente della radiazione incidente sulla superficie rivestita della piastra metallica 50 viene riflessa verso lo schermo trasparente 5.

Inoltre, va osservato che, secondo la forma realizzativa qui descritta, detta piastra metallica 50 ha una estensione identica alla larghezza della camera, ovvero all’apertura superiore 10 del pannello 1, e pertanto tale piastra 50 separa la camera 3 della cassa 2 in due regioni 3a e 3b, rispettivamente, inferiore e superiore, tra loro sostanzialmente isolate, mentre la regione inferiore 3a à ̈ separata in una serie di aree di estensione longitudinale 3a’, definite tra la piastra metallica 50, almeno un tubo 4a e la cassa 2, o la piastra metallica 50, la cassa 2 e due tubi 4a adiacenti. I succitati mezzi di riscaldamento 11 comprendono più resistenze elettriche 12 (nelle figure à ̈ visibile solo una resistenza elettrica) rivestite opportunamente di materiale non conduttore e che sono disposte a contatto con la faccia 50b della piastra metallica 50 rivolta verso detto collettore 4, ovvero entro la regione inferiore 3a della camera 3. Secondo una forma realizzativa qui non descritta, dette resistenze elettriche 12 sono disposte simmetricamente ed uniformemente sulla faccia 50b della piastra metallica 50 rivolta verso detto collettore 4.

Inoltre, detta piastra metallica, ha uno spessore di 0,4 mm, tuttavia una qualsiasi forma realizzativa in cui tale piastra ha uno spessore compreso tra 0,2 e 1,5 mm, preferibilmente tra 0,3 e 0,8, rientra ancora nell’ambito di tutela della presente invenzione.

Ulteriormente, detta piastra metallica 50 à ̈ disposta ad una distanza d inferiore a 20 mm rispetto allo schermo trasparente 5. Tale distanza d riduce notevolmente i moti convettivi che sono presenti tra la lastra metallica 50 e lo schermo trasparente 5, ovvero nella regione superiore 3b della camera 3, e che sono causa di una misurata, ma quanto mai indesiderata dispersione termica durante le ore più fredde della giornata, ovvero di notte. Preferibilmente, secondo una ulteriore forma realizzativa del trovato, detta distanza d tra detta piastra metallica 50 e detto schermo trasparente 5 à ̈ inferiore a 15 mm, ad esempio à ̈ di 10 mm. La richiedente ha infatti sperimentato che a distanze inferiore ai 15 mm i succitati moti convettivi dell’aria cessano completamente di esistere. Ciò comporta un elevato miglioramento dell'efficienza del pannello solare poiché viene ridotta la trasmissione termica del calore dalla lastra metallica all'esterno del pannello poiché tra la lastra metallica 50 e lo schermo 5 l'aria à ̈ praticamente ferma.

I mezzi 11 per il riscaldamento controllato della piastra 50, nella particolare forma di realizzazione qui illustrata, comprendono, come detto più sopra, più resistente elettriche 12 collegate ad un sensore 13 di temperatura posto entro la camera 3 nella regione inferiore 3a di questa, ed una unità di controllo 60 per abilitare il passaggio di corrente elettrica lungo dette resistenze elettriche 12 in funzione della temperatura rilevata dal sensore 13 di temperatura. Ulteriormente, i mezzi di riscaldamento 11 comprendono anche mezzi di alimentazione 14 delle resistenze 12 elettriche, quali ad esempio un allacciamento alla rete elettrica o una batteria. In questo ultimo caso la batteria può essere esterna, come mostrato in figura 4, oppure anche essere posta all’interno della cassa 2, in modo tale che il pannello 1 sia completamente indipendente da una qualsiasi fonte di alimentazione elettrica esterna.

Il sensore 13 misura la temperatura dell’aria presente nella regione inferiore 3a della camera 3, ovvero in una delle aree di estensione longitudinale 3a’ comprese tra la piastra metallica 50, il collettore 4 e la cassa 2, ed in funzione di detta temperatura viene permessa o impedita l’alimentazione della resistenza elettrica 12 e, quindi, il riscaldamento della piastra 50.

In questo modo la temperatura della camera 3, soprattutto durante le ore notturne, à ̈ mantenuta sempre ad un livello tale da evitare il congelamento dell’acqua contenuta all’interno del collettore 4. In particolare, le resistenze elettriche 12 vengono alimentate da corrente elettrica nel momento in cui la temperatura rilevata risulta essere inferiore a 40 C<0>. Grazie al riscaldamento prodotto dalle resistenze 12 la piastra metallica 50 si riscalda rapidamente provocando così il veloce riscaldamento della regione della camera inferiore 3a del pannello solare 1 posta al di sotto della piastra metallica 50, ovvero compresa tra la piastra metallica e la cassa 2, ed in cui à ̈ contenuto il collettore di raccolta 4. Ciò permette di creare, da un lato, quello verso lo schermo trasparente 5, una barriera termica atta ad evitare la fuoriuscita di calore dalla camera 3 e, dall’altro lato, di mantenere l’acqua presente nei tubi 4a ad una temperatura tale da evitare l’eccessivo raffreddamento dell’acqua presente in essi.

L’effetto prodotto dall’impiego dei mezzi di riscaldamento 11 permette così anche un rapido ed efficace ripristino del funzionamento del pannello 1 durante i transitori di avvio.

Si osservi inoltre che sebbene qui e in precedenza per mezzi di riscaldamento controllato si intenda la generica resistenza elettrica 12, altri mezzi adatti per il riscaldamento della camera 3, ad esempio, una lampada ad infrarosso, o un elemento semiconduttore, possono essere utilizzati in modo equivalente senza per questo venire meno l’ambito di tutela della presente invenzione.

Ulteriormente lo schermo trasparente 5 può essere un doppio vetro termico caratterizzato da un fattore solare tale da garantire un elevato “effetto serra†all’interno della camera 3. È chiaro che sebbene qui si sia fatto riferimento in modo particolare ad un doppio vetro, qualsiasi schermo termico in grado di soddisfare i requisiti più sopra esposti à ̈ ancora vantaggiosamente impiegabile.

Ulteriormente la cassa 2 ed il collettore di raccolta 4 sono realizzati in metallo. In particolare la cassa 2 può essere realizzata in alluminio, preferibilmente alluminio legato al magnesio, mentre il collettore di raccolta 4 può essere realizzato preferibilmente in acciaio inox. Infatti una soluzione di questo genere permette di ottenere una trasmissione di calore tra acqua e collettore 4 con una maggiore resa termica. Si osservi che comunque, in maniera del tutto equivalente, la cassa 2 ed il collettore di raccolta 4 possono essere realizzati nello stesso materiale, ad esempio, in acciaio inox o in allumino legato, oppure il primo in acciaio inox ed il secondo in alluminio, senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pannello solare (1) per il riscaldamento di fluidi, comprendente almeno una camera (2) dotata di almeno una apertura superiore (10), uno o più collettori (4) del fluido da riscaldare disposti entro detta almeno una camera, ed almeno uno schermo trasparente (5) esposto alla luce solare e posizionato in corrispondenza di detta almeno una apertura superiore per la chiusura di detta almeno una camera, caratterizzato dal fatto di comprendere altresì almeno una piastra metallica (50) disposta tra detto almeno un schermo trasparente e detti uno o più collettori di fluido e mezzi (11) per il riscaldamento controllato di detta almeno una piastra metallica.
2. 2. Pannello solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta almeno una piastra metallica (50) à ̈ in appoggio a detti uno o più collettori in corrispondenza di una o più regioni superiori (4b) di detti uno o più collettori.
3. 3. Pannello solare secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riscaldamento (11) comprendono una o più resistenze elettriche (12).
4. 4. Pannello solare secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che dette una o più resistenze elettriche sono disposte direttamente, o indirettamente, a contatto con la faccia (50b) di detta almeno una piastra metallica rivolta verso detti uno o più collettori.
5. 5. Pannello solare la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che dette una o più resistenze elettriche sono disposte simmetricamente e/o uniformemente sulla faccia di detta almeno una piastra metallica rivolta verso detti uno o più collettori.
6. 6. Pannello secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta almeno una piastra metallica à ̈ ad elevata conducibilità.
7. 7. Pannello secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta almeno una piastra metallica à ̈ realizzata in alluminio, o in una lega di alluminio.
8. 8. Pannello secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che detta almeno una piastra metallica, in corrispondenza della faccia (50a) di detta almeno una piastra metallica rivolta verso detto almeno un schermo trasparente, Ã ̈ almeno in parte ricoperta da un rivestimento in un materiale di assorbimento selettivo.
9. 9. Pannello secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento di assorbimento à ̈ scelto tra una vernice a base di smalto siliconi o a base di biossido di titanio.
10. 10. Pannello secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta almeno una piastra metallica ha uno spessore compreso tra 0,2 e 1,5 mm.
11. 11. Pannello secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta almeno una piastra metallica à ̈ disposta ad una distanza inferiore a 20 mm rispetto a detto almeno uno schermo trasparente.
12. 12. Pannello solare secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detta distanza à ̈ inferiore a 15 mm.
13. 13. Pannello solare secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un sensore di temperatura (13) disposto entro detta almeno una camera (3) ed almeno una unità di controllo (60) per abilitare il passaggio di corrente elettrica lungo dette una o più resistenze elettriche in funzione della temperatura misurata da detto almeno un sensore di temperatura.