ITTO20110757A1 - Pannello solare termico - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

“PANNELLO SOLARE TERMICOâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un pannello solare termico, comprendente un mezzo di assorbimento di radiazioni solari, in cui un fluido termovettore scorre in almeno un condotto, collegato ad un captatore di radiazione solare avente una superficie selettiva, tramite la quale l’energia solare viene catturata, trasformata in calore e trasmessa per conduzione al detto condotto.

I pannelli solari termici sono dispositivi noti, atti alla conversione della radiazione solare in energia termica e al suo trasferimento, per esempio, attraverso un tubo collettore verso un accumulatore per un uso successivo.

Sono noti, ad esempio, pannelli solari termici che comprendono, come mezzo di assorbimento della radiazione solare, un tubo in rame saldato ad un foglio di rame o alluminio, avente una superficie selettiva ottenuta con diversi trattamenti. In questi sistemi l’energia solare viene catturata dalla superficie selettiva, trasformata in calore e trasmessa per conduzione al tubo in rame, in cui scorre un fluido termovettore, costituito nella maggioranza dei casi da acqua e glicole (antigelo) in proporzioni variabili.

Altri pannelli solari termici noti utilizzano estrusi in alluminio, piastre in acciaio o in altri materiali, il cui trattamento selettivo si limita però ad una semplice vernice nera.

Questi pannelli solari termici noti presentano, in primo luogo, degli inconvenienti relativi alla trasmissione del calore tra il foglio trattato selettivamente ed il tubo in cui circola il fluido termovettore. Questi inconvenienti derivano dal fatto che i due elementi (foglio e tubo) sono saldati in modo puntuale l’uno all’altro e, in ragione di ciò, la trasmissione del calore, che avviene per conduzione, riesce a sfruttare solamente una minima superficie di scambio.

Le due principali tecniche di saldatura utilizzate, ad ultrasuoni e laser, presentano aspetti problematici differenti, che però, comunque, limitano in modo simile il funzionamento del pannello solare termico così realizzato.

La saldatura ad ultrasuoni permette di accoppiare solamente rame con rame e, durante il processo, asporta parte della superficie selettiva: questo fatto non solo comporta una perdita in assorbimento, ma fa aumentare l’emissione del calore verso l’esterno, rendendo quindi il pannello solare termico inutilizzabile.

La saldatura laser permette l’accoppiamento di diversi metalli, non causa l’asportazione della superficie selettiva ma, per avere una velocità di processo che la renda economicamente competitiva, viene effettuata non in continuo ma per punti distanti circa un millimetro l’uno dall’altro. Come si può facilmente intuire la conduzione del calore del pannello solare termico così realizzato viene compromessa.

Altri pannelli solari termici noti, che utilizzano un estruso in alluminio, presentano o un solo canale centrale di sezione circolare o più canali di sezione rettangolare, che possono venire impiegati, come per i pannelli solari termici sopra descritti, per far circolare il fluido termovettore solamente in un'unica direzione.

Nel caso in cui si voglia, invece, ottenere l’uscita del fluido termovettore dallo stesso lato dell’ingresso (cosiddetti tubi evacuati), si deve realizzare una curvatura del tubo, necessariamente in rame, o inserire nel canale principale un tubo coassiale, ciò che comporta maggiori lavorazioni, come forature e saldature su tubi di piccolissimo diametro, e che molto spesso causa rotture interne all’impianto.

I pannelli solari termici noti, che utilizzano soluzioni differenti dal foglio di rame trattato selettivamente e saldato ad un tubo in cui circola il fluido, presentano inconvenienti dovuti al trattamento della superficie selettiva e, molto spesso, ricorrono alla semplice verniciatura nera, che non à ̈ in grado di raggiungere un’efficienza paragonabile ai trattamenti sottovuoto, rimanendo un’alternativa economica non utilizzabile in ogni situazione o zona climatica.

La presente invenzione, partendo dalla nozione dei suddetti inconvenienti, si propone di eliminarli.

In particolare, uno scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare un pannello solare termico, che permetta di risolvere efficacemente il problema della conduzione del calore tra la superficie captante e il fluido termovettore che scorre nel pannello medesimo. In vista di tali scopi, la presente invenzione provvede un pannello solare termico, essenzialmente caratterizzato dal fatto che comprende, come mezzo di assorbimento della radiazione solare, almeno un elemento modulare estruso lineare continuo, in alluminio, comprendente un corpo cavo centrale, longitudinale continuo, di sezione trasversale sostanzialmente ellittica, presentante due canali interni lineari continui, ciascuno a sezione trasversale sostanzialmente semiellittica, per il flusso di un fluido termovettore, e una coppia di alette integrali esterne longitudinali continue di captazione di radiazioni solari, disposte da parti opposte di detto corpo centrale e sostanzialmente speculari rispetto a un piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del corpo cavo.

I due canali interni di detto corpo cavo centrale sono separati mediante un setto mediano, longitudinale continuo, integrale con il corpo medesimo, disposto sostanzialmente in detto piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del detto corpo cavo.

Detto elemento modulare estruso à ̈ provvisto, a ciascuna estremità longitudinale, di un rispettivo giunto in corpo integrale, formato da un corrispondente prolungamento longitudinale di detto corpo cavo centrale oltre le dette alette integrali; detto giunto essendo accoppiato a tenuta rispetto ad un tubo collettore opportunamente asolato e il cui asse à ̈ sostanzialmente ortogonale al detto piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale ellittica del corpo cavo.

Va notato che sia per la struttura del detto elemento modulare estruso secondo l’invenzione, sia per la posizione centrale dei canali nell’elemento modulare medesimo, sia perché detti canali sono realizzati in corpo unico con le alette di captazione, la trasmissione del calore avviene in modo ottimale, senza trovare ostacoli come avviene ad esempio nei pannelli solari termici noti.

Un ulteriore miglioramento prestazionale dell’elemento modulare estruso secondo l’invenzione à ̈ dovuto al fatto, che il suo rendimento deriva dalla larghezza e dallo spessore delle alette, ossia, specificamente, l’efficienza à ̈ direttamente proporzionale allo spessore ed inversamente proporzionale alla larghezza. La forma appiattita dei canali nel detto corpo cavo centrale consente, secondo l’invenzione, di realizzare un elemento modulare estruso di dimensioni simili a quelle di un assorbitore convenzionale, ma con una doppia aletta di captazione di larghezza inferiore, mentre l’elemento estruso in alluminio, più economico e leggero, permette di realizzare le alette dell’assorbitore di spessore anche dieci volte maggiore di quello dei fogli di rame attualmente impiegati nei pannelli convenzionali, consentendo così un maggior rendimento senza gravare sui costi e sul peso dei pannelli.

Inoltre, la forma dei detti canali permette di ottimizzare la trasmissione del calore anche perché essi presentano un notevole sviluppo in larghezza (ossia in direzione sostanzialmente ortogonale rispetto a detto piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del corpo cavo), consentendo al calore raccolto nella parte superiore del pannello di essere trasmesso direttamente al fluido termovettore attraverso una parete ampia e sottile, condizione ideale di trasporto del calore.

Su detto elemento modulare estruso sono vantaggiosamente applicate della superfici selettive adesive, che hanno prestazioni paragonabili ai migliori trattamenti sottovuoto attualmente noti. Questa caratteristica dell’elemento modulare estruso secondo l’invenzione, unita alla maggiore efficienza dell’assorbitore medesimo, porta il rendimento del pannello solare termico secondo l’invenzione ben oltre il livello prestazionale dei sistemi noti.

Comunque, anche nel caso in cui l’elemento modulare estruso secondo l’invenzione sia trattato con apposite vernici selettive, si ottengono prestazioni di livello superiore a quelle degli altri pannelli solari termici noti, in modo che il pannello secondo l’invenzione provvede comunque un prodotto economicamente molto competitivo.

Un’altra caratteristica importante del pannello solare termico secondo l’invenzione consiste nel fatto che, a scelta dell’utilizzatore, il detto setto mediano longitudinale continuo, che separa i due canali di flusso del fluido termovettore, presenta una interruzione in una zona prossima ad una estremità longitudinale di detto corpo cavo centrale, mentre detta estremità longitudinale del corpo medesimo à ̈ provvista di mezzi di chiusura a tenuta di fluido, in modo che in detto corpo cavo centrale à ̈ realizzata una circolazione ad U del fluido medesimo, che percorrere i due canali di flusso in direzioni opposte. Mediante questa disposizione à ̈ possibile utilizzare l’elemento estruso anche per i pannelli solari termici a tubi evacuati di tipo direct flow, senza dover ricorrere a tubi di piccolo diametro, con le problematiche di lavorazione connesse, o a curvature dei tubi, come spiegato in quanto precede.

Pertanto, la presente invenzione provvede una soluzione al problema tecnico esposto nella premessa, che non à ̈ vincolata ad una sola applicazione o ad una sola tecnologia, ma che può essere utilizzata in un pannello solare termico di differenti tipi, garantendo comunque prestazioni di altissimo livello.

La presente invenzione à ̈ comunque caratterizzata nelle rivendicazioni allegate, che si intendono qui integralmente riportate.

La presente invenzione risulterà più chiaramente dalla descrizione che segue con riferimento al disegno allegato, fornito a solo titolo di esempio non limitativo, in cui: - la fig.1 à ̈ una vista prospettica, schematica, di un pannello solare termico secondo un esempio di realizzazione della presente invenzione;

- la fig.2 Ã ̈ una vista di dettaglio, a scala maggiore, del particolare II di fig.1;

- la fig. 3 Ã ̈ una vista in sezione, in diversa scala, di un elemento modulare estruso secondo la linea III-III di fig.2;

- la fig.4 mostra, in vista prospettica e in scala maggiore, una parte di estremità di un elemento modulare estruso del pannello secondo la fig.1, estremità conformata giunto per il collegamento rispetto ad un tubo collettore opportunamente asolato (non illustrato);

- la fig.5 illustra, in vista prospettica e in spaccato parziale, detta parte di estremità a giunto di un elemento modulare estruso secondo la fig.4 collegata rispetto ad un tubo collettore opportunamente asolato, come rappresentato nelle figure 1 e 2;

- la fig.6 mostra, in vista prospettica e in scala maggiore, una parte di estremità di un elemento modulare estruso del pannello secondo la fig. 1, chiusa mediante un coperchio o simili a tenuta;

- la fig.7 Ã ̈ una vista simile a quella di fig.6, ma in diversa scala e in spaccato parziale, la quale illustra una zona interna di un corpo cavo centrale di detto elemento modulare estruso.

Con riferimento al disegno, con 10 (fig.1) Ã ̈ indicato nel suo insieme il pannello solare termico secondo un esempio di realizzazione della presente invenzione.

Detto pannello solare termico 10 comprende, come mezzo di assorbimento della radiazione solare, una pluralità di elementi modulari estrusi lineari continui 11, in alluminio.

Ciascuno di detti elementi modulari estrusi 11 comprende un corpo cavo centrale 12, longitudinale continuo (figg.2, 3), avente sezione trasversale sostanzialmente ellittica, il quale presenta due canali interni lineari continui 13, ciascuno avente sezione trasversale sostanzialmente semiellittica, per il flusso di un fluido termovettore. Ciascuno di detti canali 13 à ̈ specularmente simmetrico all’altro rispetto ad un piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del corpo cavo 12.

I detti due canali interni 13 di detto corpo cavo centrale 12 sono separati mediante un setto mediano 14, longitudinale continuo, in corpo integrale con il corpo 12 medesimo, disposto sostanzialmente in detto piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del corpo centrale cavo 12.

E’ da notare che detti due canali 13 presentano una sezione trasversale sostanzialmente semiellittica a sviluppo elevato in direzione sostanzialmente ortogonale rispetto a detto piano mediano, contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del detto corpo cavo 12, e detto stesso corpo cavo 12 à ̈ provvisto di una parete ampia e sottile, attraverso cui il calore raccolto nella parte superiore del pannello 10 viene trasmesso direttamente al fluido termovettore.

Si noterà che detto corpo centrale cavo 12 ha la doppia funzione di trasporto del fluido termovettore e di superficie captante, poiché la sua forma permette alla radiazione incidente di essere trasformata in calore, che viene trasmesso direttamente al fluido termovettore attraverso una superficie ampia e sottile.

Inoltre, il detto setto mediano 14, che separa i due canali 13, si oppone alla deformazione di detto corpo cavo 12 in caso di pressioni elevate e funge quindi da costola longitudinale di irrigamento dell’elemento modulare estruso 11.

Detto elemento modulare estruso 11 comprende, inoltre, una coppia di alette integrali esterne longitudinali continue 15 di captazione di radiazioni solari, disposte da parti opposte di detto corpo centrale 12, sostanzialmente speculari rispetto a detto piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del corpo cavo 12.

Le dette alette di captazione 15 sono, vantaggiosamente, inclinate in opera di circa 1° per permettere la sovrapposizione parziale tra elementi modulari estrusi 11 affiancati, in modo da non perdere parte della radiazione luminosa.

Inoltre, detto elemento modulare estruso 11 à ̈ provvisto, a ciascuna estremità longitudinale, di un rispettivo giunto 16 in corpo integrale (figg. 4, 5), formato da un corrispondente prolungamento longitudinale di detto corpo cavo centrale 12 oltre le alette integrali 15. Costruttivamente, detto giunto 16 può essere realizzato eliminando, in corrispondenza di ciascuna estremità longitudinale del corpo cavo 12, una rispettiva porzione di estremità di ciascuna di dette due alette opposte 15 di lunghezza corrispondente all’estensione desiderata del detto giunto 16.

Detto giunto 16 à ̈ accoppiato a tenuta, mediante inserimento e saldatura, rispetto ad un tubo collettore rettilineo 17 opportunamente asolato in F e il cui asse à ̈ sostanzialmente ortogonale al detto piano mediano, contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del corpo cavo 12.

Sebbene non sia illustrato, su detto elemento modulare estruso 11 sono vantaggiosamente applicate della superfici selettive adesive, che hanno prestazioni paragonabili ai migliori trattamenti sottovuoto della tecnica nota.

In alternativa, detto elemento modulare estruso 11 può essere trattato superficialmente con apposite vernici selettive, ciò che permette di ottenere prestazioni di livello superiore a quelle degli altri pannelli solari termici noti.

Secondo una ulteriore caratteristica vantaggiosa della presente invenzione, utile nell’applicazione a pannelli solari termici cosiddetti a tubi evacuati, il detto setto mediano 14, longitudinale continuo, che separa i due canali 13 di flusso del fluido termovettore, presenta una interruzione 14.1 (fig. 7) in una zona prossima ad una estremità longitudinale 12.1 di detto corpo cavo centrale 12.

Inoltre, detta estremità longitudinale 12.1 del corpo 12 medesimo à ̈ provvista di mezzi di chiusura 18 a tenuta di fluido, ad esempio del tipo a coperchio o tappo, in modo che in detto corpo cavo centrale 12 à ̈ realizzata una circolazione ad U del fluido medesimo, che percorrere i due canali 13 in direzioni di flusso opposte. Con 18.1 (fig. 6) sono indicati dei mezzi di guarnizione per la messa a tenuta dei mezzi di chiusura 18.

Come risulta da quanto precede, i detti canali 13 di trasporto del fluido termovettore possono essere utilizzati sia come un canale unico a flusso mono-direzionato, sia come due canali distinti per la circolazione del fluido in direzioni opposte.

Dalla descrizione sopra riportata, a solo titolo di esempio non limitativo, appare chiaramente come la presente invenzione raggiunga vantaggiosamente gli scopi indicati, risolvendo altrettanto vantaggiosamente gli inconvenienti propri dello stato dell’arte.

In particolare, i vantaggi più rilevanti della presente invenzione sono i seguenti:

Il pannello termico solare 10 secondo la presente invenzione assicura prestazioni di livello eccellente che, rispetto ad un modello standard, può far arrivare ad un miglioramento prestazionale del pannello stesso anche del 10%.

L’invenzione offre inoltre la possibilità di impiegare l’elemento modulare estruso 11 sia per pannelli solari termici standard sia per pannelli solari termici a tubi evacuati, senza dover ricorrere a lavorazioni complesse, mantenendo le caratteristiche prestazionali sopra indicate.

Naturalmente numerose varianti e modifiche potranno essere apportate alla presente invenzione senza per questo uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pannello solare termico (10), comprendente un mezzo di assorbimento di radiazioni solari (11), in cui un fluido termovettore scorre in almeno un condotto (13), collegato ad un captatore di radiazione solare (15) avente una superficie selettiva, tramite la quale l’energia solare viene catturata, trasformata in calore e trasmessa per conduzione al detto condotto, caratterizzato dal fatto che comprende, come mezzo di assorbimento della radiazione solare, almeno un elemento modulare estruso lineare continuo (11), in alluminio, comprendente un corpo cavo centrale longitudinale continuo (12), avente sezione trasversale sostanzialmente ellittica e presentante due canali interni lineari continui (13), ciascuno a sezione trasversale sostanzialmente semiellittica, per il flusso del fluido termovettore, e una coppia di alette integrali esterne longitudinali continue (15) di captazione di radiazioni solari, disposte da parti opposte di detto corpo centrale (12) e sostanzialmente speculari rispetto a un piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del detto corpo cavo (12).
2. 2. Pannello solare termico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti due canali interni (13) di detto corpo cavo centrale (13) sono separati mediante un setto mediano (14), longitudinale continuo, integrale con il corpo (12) medesimo, disposto sostanzialmente in detto piano mediano contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del detto corpo cavo (12).
3. 3. Pannello solare termico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto setto mediano (14), che separa i detti due canali interni (13), si oppone alla deformazione di detto corpo cavo (12), in caso di pressioni elevate, e funge da costola longitudinale di irrigamento di detto elemento modulare estruso (11).
4. 4. Pannello solare termico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti due canali interni (13) presentano una sezione trasversale sostanzialmente semiellittica a sviluppo elevato in direzione sostanzialmente ortogonale rispetto a detto piano mediano, contenente l’asse minore della detta sezione trasversale sostanzialmente ellittica del detto corpo cavo (12), e detto stesso corpo cavo (12) à ̈ provvisto di una parete ampia e sottile, attraverso cui il calore raccolto nella parte superiore del pannello (10) viene trasmesso direttamente al fluido termovettore.
5. 5. Pannello solare termico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento modulare estruso (11) à ̈ provvisto, a ciascuna estremità longitudinale, di un rispettivo giunto (16) in corpo integrale, formato da un corrispondente prolungamento longitudinale di detto corpo cavo centrale (12) oltre le dette alette integrali (15); detto giunto (16) essendo accoppiato a tenuta rispetto ad un tubo collettore (17), opportunamente asolato e provvisto per la circolazione del fluido termovettore.
6. 6. Pannello solare termico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento modulare estruso (11) porta applicate della superfici selettive adesive.
7. 7. Pannello solare termico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento modulare estruso (11) Ã ̈ trattato superficialmente con vernici selettive.
8. 8. Pannello solare termico secondo le rivendicazioni 2 e/o 3, caratterizzato dal fatto che il detto setto mediano longitudinale continuo (14), che separa nel detto corpo cavo centrale (12) i detti due canali (13) di flusso del fluido termovettore, presenta una interruzione (14.1) in una zona prossima ad una estremità longitudinale (12.1) di detto corpo cavo (12), estremità che à ̈ provvista di mezzi di chiusura a tenuta di fluido (18, 18.1), in modo che in detto corpo cavo centrale (12) à ̈ realizzata una circolazione ad U del fluido termovettore, che percorrere i due canali di flusso (13) in direzioni opposte per l’impiego di detto elemento modulare estruso (11) in pannelli solari termici a tubi evacuati.
9. 9. Pannello solare termico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di chiusura a tenuta di fluido (18) sono del tipo a coperchio o tappo o simili con mezzi di guarnizione a tenuta (18.1).
10. 10. Pannello solare termico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette alette di captazione (15) sono inclinate in opera di pochi gradi, preferibilmente di circa 1°, in modo da permettere la sovrapposizione parziale tra più elementi modulari estrusi (11) affiancati e non perdere parte della radiazione solare.