IT8222961A1 - Motore solare - Google Patents

Description

Descrizione di un'invenzione avente per titolo: "MOTORE SOLARE"

RIASSUNTO

Motore solare caratterizzato dal fatto che il dispositive meccanico prevede un solo insieme rigido mobile il cui spostamento alternativo sotto l'azione della differenza di pressione tra l'evaporatore ed il condensatore annulla a fine corsa questa differenza di pressione; l'invenzione riguarda le tecniche di utilizzaziae dell'energia solare.

L'invenzione ? relativa ad un motore solare che converte l'energia termodinamica in energia meccanica per mezzo di un fluido termodinamico in circuito chiuso.

Si conoscono gi? tali motori solari che assicurano la conversione dell'energia termodinamica in energia meccani ca sia per vaporizzazione dell'acqua, sia attraverso un motore a gas utilizzante un fluido termodinamico in cir cuito chiuso.

Tuttavia questi due tipi di installazioni attualmente pre senti sul mercato sono costosi, i motori a gas richiedono in particolare delle installazioni complesse (captatore, evaporatore, condensatore, motore ad espansione, pompa di reiniezione, ecc.,,..), A parte gli investimenti molt elevati che esse determinano, queste installazioni richi dono inoltre un'assistenza tecnica permanente. Inoltre^ il loro rendimento ? mediocre. Infine, queste installaziq ni esigono in generale una temperatura elevata alla sor gente calda, obbligando cos? a prevedere dei dispositivi supplementari per concentrare l'irraggiamento solare.

L'invenzione ha per scopo di rimediare a questi inconvenien ti delle installazioni attualmente note e di creare un motore solare del tipo inizialmente citato che sia .di co struzione semplice e poco costosa, che funzioni con un debole scarto di temperatura tra la sorgente calda e la sorgente fredda e non esiga conseguentemente dispositivi supplementari di concentrazicra dell'irraggiamento solare, e che abbia un rendimento elevato.

A questo scopo, l'invenzione riguarda un motore solare che converte l'energia termodinamica in energia meccanici, per mezzo di un fluido termodinamico in circuito chiuso, motore che prevede essenzialmente un evaporatore ed un condensatore associati ad un di^asitivo meccanico aziona to dall'energia termodinamica del fluido, motore carattetfiz zato in ci? che il dispositivo meccanico prevede un solo insieme rigido mobile il cui spostamento alternativo sot to l'azione della differenza di pressione tra l'evaporato re ed il condensatore annulla a fine corsa questa differesfi za di pressione.

L'invenzione sar? ora descritta pi? in dettaglio con rife rimento ai due esempi non limitativi di realizzazione rag presentati nei disegni allegati, nei quali:

- le figure 1 e 2 rappresentano schematicamente in sezionje verticale un primo esempio di realizzazione de11'invenzio ne, la figura 1 conispondendo ad una prima posizione estr ma del motore solare e la figura 2 ad una seconda posizio ne estrema di questo'stesso motore.

La figura 3 rappresenta in sezione verticale un altro esem pio di realizzazione dell'invenzione.

Nelle figure 1 o 2, l'evaporatore del motore solare ? indicato con I, il condensatore ? indicato con II mentre il dispositivo meccanico ? indicato nel suo insieme con III. L'evaporatore I prevede una parete 1 in un materiale che presenta una buona conducibilit? termica quale del rame, questa parte 1 essendo essa stessa contornata da un involucro esterno 1', un "effetto serra" assicurando un riscaldamento massimo della parete 1 sotto l'effetto del irraggiamento solare. La paiEte 2 del condensatore II ? ugualmente in un materiale di buona conducibilit? termica quale del rame ed essa ? contornata almeno parzialmente da un involucro esterno opaco 2' che la protegge dall*ir raggiamento solare. Un tubo 3 realizzato preferibilmente in un materiale termicamente isolante o in un materiale conduttore rivestito da un isolamento termico, collega l'evaporatore I ed il condensatore II e la parete del tu bo 3 ? collegato in modo stagno alla parete 1 dell?evapo ratore I ed alla paiete 2 del*condensatore II. Il tubo 3 penetra profondamente all'interno dell'evaporatore 1 men tre non penetra all'interno del condenzatore II. Il tubo 3 ? solidale ad un asse orizzontale di oscillazione 7 mor tato in cuscinetti di estremit? non rappresentati e che permette all'insiem? costituito dal tubo 3, dall'evapora tore I e dal condensatore 3 di oscillare nel piano verti^ cale. Lo spazio interno dell'insieme costituito dal tubo 3, dall'evaporatore I e dal condensatore II, ? riempito con un fluido termodinamico 4 in parte sottoforma liquida, in parte sottoforma gassosa. Questo fluido termodinamico 4, messo a punto dalla richiedente, permette per un picce lissirao scarto di temperatura (nell'ordine di 20?C) tra l'evaporatore ?d il condensatore di ottenere delle diffe renze di pressione dell'ordine di 30 bars.

Il condensatore II da una parte, l'evaporatore I eventua_l mente dall'altra parte, possono essere rispettivamente raffreddato per quanto concerne il condensatore II e ri^ scaldato per quanto riguarda l'evaporatore 1 da uno scor rimerito d?acqua, quest?acqua essendo pescata in una vasca 6 per mezzo di una pompa 5 e di una pompa 5*.

Il motore solare cosi descritto funziona nel modo seguenti in una prima posizione estrema, rappresentata in figura 1 nell'insieme oscillante I, 3, II, la totalit? della fase liquida del fluidotermodinamico 4 si trova inizialmente riunita nell?evaporatore I e nella parte del tubo 3 vicina di questo evaporatore. Sotto l'azione dell?irraggiamento solare, il liquido termodinamico 4 contenuto nell?evapora tore si riscalda e si vaporizza, generando nell?evaporato re una pressione elevata che provoca l'abbassamento del livello del liquido termodinamico 4 nell'evaporatore e l'ascensione di questo liquido nel tubo 3? Questo sposta mento del liquido tenodinamico 4 in direzione del condensi tore II ? reso possibile in quanto la pressione del gas termodinamico nel condensatore II ? mantenuta ad un debole Livello dallo scorrimento di acqua fredda sospinta a parti re dalla vasca 6 dalla pompa 5. Lo spostamento del liquide :ermodinamico 4 in direzione del condensatore II provoca lo spostamento del centro di gravit? del sistema oscillare te I, 3, II. Quando questo centro di gravit? supera il livello dell'asse orizzontale di oscillazione 7, l?insieiti I, 3, II oscilla nel senso della freccia F per prendere 1 posizione rappresentata in figura 2.

Al momento del passaggio dell'insieme oscillante I, 3, II dalla sua posizione rappresentata in figura 1 alla posjL zione rappresentata in figura 2, l'estremit? del tubo III penetrante all'interno dell'evaporatore I emerge par zialmente dal livello del liquido termodinamico 4, stabi lendo cos? una comunicazione tra il volume di gas termodi namico 4 contenuto nell'evaporatore I ed il volume di gas termodinamico 4 contenuto nel condensatore II. Questi messa in comunicazione ha per effetto inizi?knente di equi librare la pressione tra l'evaporazione I ed il condensa tore II, poi di abbassare la pressione nell'insieme a causa della condensazione del gas termodinamico 4 sulla parete fredda del condensatore II. In queste condizioni, la totalit? del liquido termodinamico 4 si riunisce nuovi mente nell'evaporatore I e nella parte inferiore del tubo 3, spostando nuovamente il centro di gravit? dell*insieme oscillante I, 3, II al di sotto dell'asse orizzontale di oscillazione 7, in modo che l'insieme oscillante si spo sta nel senso della freccia G per ritornare alla sua pos:. zione iniziale rappresentata in figura 1. A partire da questo momento, il ciclo che ? appena stato descritto si ripete, determinando un movimento di rotazione alter nativo dell'asse 7.

Siccome l'acqua di scorrimento utilizzata per raffredda re il condensatore II si riscalda nel corso della giorna ta, si pu? utilizzare quest'acqua per il funzionamento notturno del motore.

In effetti, durante la notte cio? dopo il calar del sole, si pu? far funzionare il motore facendo irraggiare il con densatore II verso la volta celeste e riscaldando l'eva poratore per mezzo dell'acqua riscaldata dallo scorrimen to nel corso delle giornata, suljcondensatore.

Durante la nottue, la pompa 5 viene fermata e la pompa 5* fa scorrere l'acqua calda della vasca 6 sulla parete 1 sia dopo asportazione dell'involucro esterno 1' sia facen do scorrere l'acqua sull'involucro 1 per mezzo di un tubo attraversante l'involucro 1'. Il tubo non rappresentato collegato all'uscita,dalla pompa 5* ? flessibile per se guire il movimento dell'insieme mobile I, 3, II.

Grazie a queste disposizioni il motore solare corrispon dente all'esempio di realizzazione secondo le figure 1 e 2 pu? funzionare ventiquattro ore su ventiquattro con un eccellente rendimento.

La figura 3 rappresenta un altro esempio di realizzazione del motore solare secondo l'invenzione. In questo secondo esempio di realizzazione, l'evaporatore I cos? come il condensatore II sono fissi. Il dispositivo meccanico ? costituito essenzialmente da un pistone 5 solidale ad una asta di pistone 50' che si sposta all'interno di un ci. lindro 60 realizzando una separazione stagna tra due carne re corrispondenti rispettivamente alle estremit? A e B di questo cilindro. L' estremit? A del cilindro 60 ? in comunicazione con lo spazio.interno dell'evaporatore I per mezzo di una canalizzazione 70 mentre l'estremit? B del cilindro 60 ? in comunicazione con lo spazio interno del condensatore II per mezzo di una canalizzazione 80 che si suddivide essa stessa in tre canalizzazioni 81, 82 e 83. La canalizzazione 81 sbbcca all'estremit? B del cilindro 60 mentre le canalizzazioni 82 e 83 sboccano nella parete del cilindro 60 ad una certa distanza, supe riore alla lungezza del pistone 50, dell'estremit? B di questo cilindro.

Come nel caso dell'es?mpio rappresentato nelle figure 1 e 2, la parete 1 dell'evaporatore I ? contornata da un involucro 10, per esempio in plexiglas, che permette di realizzare nello spazio compreso tra questo involucro e la parte 1 un effetto serra. Questo involucro ? inoltre munito di canalizzazioni di alimentazione e di evacuazione 11 per permettere di far circolare eventualmente un flu? do riscaldante nello spazio delimitato dalla parete 1 e dall'involucro 10. La paiete 2 del condensatore II ? contornata da un involucro esterno 3 in un materiale opado e termicamente poco conduttore che pu? inoltre essere muri. sto esternamente di un rivestimento riflettente quale un vernice d'alluminio. L?involucro esterno 20 ? munito di canalizzazioni di alimentazione e di evacuazione 21 per permettere di far circolare un fluido di rafiireddamen to nello spazio delimitato dalla parete 2 e l'involucro esterno 20.

Il funzionamento del motore solare corrispondente all?esem pio di realizzazione secondo la figura 3 ? il seguente: l'irraggiamento solare provoca il riscaldamento del liqui do termodinamico 4 contenuto nell'evaporatore I, e quindi la vaporizzazione di questo liquido e l'accrescimento del la pressione nel volume di gas termodinamico 4 ricoprente il livello del liquido, mentre la pressione del gas terme dinamico 4 nel condensatore 2 ? mantenuta a debole livel. 10 a causa della circolazione del fluido di raffreddamen to nello spazio compreso tra la parete 2 del condensatore 11 e l'involucro esterno 20. Questa differenza di pressione tra lo spazio interno dell'evaporatore I e lo spazio in terno del condensatore II provoca lo spostamento del pistlo ne 50 e dello stelo di pistone 50', questo spostamento preseguendo fino a che la faccia posteriore del pistone abbia superato i punti in cui le canalizzazioni 82 e 83 sboccano nella parete del cilindro 60. A partire dal mo mento in cui questo superamento viene effettuato, si sta bilisce una comunicazione tra i volumi di gas termodina mici 4 all'interno dell'evaporatore I e all?interno del condensatore II. Come nell'esempio delle figure 1 e 2, questa messa in comunicazione provoca inizialmente l'ecjua lizzazione delle pressioni nell'evaporatore I e nel con densatore II, poi l'abbassamento della pressione di insit me al livello corrispondente alla temperatura del conden satore. Questo abbassamento della pressione di insieme ha per effetto di provocare, sotto l'azione di una molla di richiamo meccanica o pneumatica non rappresentata, il ritorno del pistone 50 nella sua posizione iniziale rag presentata in figura 3. A partire da questo momento il ciclo che ? appena stato descritto si ripete generando u^i movimento alternativo del piston*50 e dello stelo 50'. Come nell'esempio precedente, questo movimento alternati vo pu? essere utilizzato per azionare un apparecchio uti lizzatore, per esempio una pompa aspirante, l'acqua cosi pompata a partire da una falda freatica potendo essere utilizzata come nell'esempio precedente per raffreddare durante il giorno il condensatore li e riscaldare duran te la notte l'evaporatore I.

Per permettere il ritorno all'evaporatore I del condensa to che si raccoglie nel condenzatore II, in particolare durante l'abbassamento della pressione di insieme, il condensatore II deve essere -disposto ad un livello superjio re a quello dell'evaporatore I ed una canalizzazione di ritorno (non rappresentata) deve essere prevista tra loro.

1) Motore solare che converte l'energia termodinamica in energia meccanica per mezzo di un fluido termodinamico in circuito chiuso, motore comportante essenzialmente un evaporatore ed un condensatore associati ad un dispositiv meccanico azionato dall'energia termodinamica del fltido, motore caratterizzato in ci? che il dispositivo meccanico III prevede un solo insieme rigido mobile (3, 7) o (50, 50') il cui spostamento alternativo sotto l'azione della differenza di pressione tra l'evaporatore I ed il conden satore II annulla a fine corsa questa differenza di pres^ sione .

2) Motore solare secondo la rivendicazione 1, caratteri^ ?ato in ci? che la parete 1 dell'evaporatore I cos? come la parete 2 del condensatore II sono codituite da un ma teriale presentante una buona conducibi.lil? termica.

3) Motore solare secondo una qualsiasi delle rivendicazic ni 1 e 2, caratterizzato in ci? che la parete 1 dell'ev? poratore I cos? come la parete 2 del condensatore II sonc costituite di rame.

4) Motore solare secondo le rivendicazioni 1 e 2, carat terizzato in ci? che il dispositivo meccanico (III) pr<2 vede essenzialmente un tubo 3 solidale ad un asse orizzor. tale di oscillazione 7 e facente comunicare lo spazio interno dell'evaporatore I con lo spazio interno del con den-satore II, la parete del tubo 7 essendo collegata in modo stagno alla parete 1 dell'evaporatore I cos? come alla parete 2 del condensatore II ed al tubo 3 penetranti profondamente all'interno dell'evaporatore I mentre esso non penetra all'interno del condensatore II, la parete 2 del condensatore II essendo protetta dall'irraggiamento solare da un involucro esterno 2' opaco che lo contorna almeno parzialmente.

5) Motore solare secondo la rivendicazione 4, caratteri^ zato in ci? che la parete 1 dell'evaporatore I ? contor nata da un involucro esterno 1* in un materiale che lascia passare la luce solare ma si oppone al passaggio dei ra^ gi infrarossi.

6) Motore solare secondo la rivendicazione 5, caratteriz zato in ci? che l'involucro esterno 1' contornante la parete 1 dell'evaporatore I ? costituita da due parti mobili attorno ad un asse perpendicolare al tubo 3 in un piano verticale.

7) Motore solare secondo una qualsiasi delle rivendicazic ni 4 e 6, caratterizzato in ci? che l'involucro esterno 1' della parete 1 dell'evaporatore I ? in plexiglas.

8) Motore solare secondo una qualsiasi delle rivendicazio ni da 4 a 7, caratterizzato in ci? che la parete 2 del condensatore II ? raffreddata durante il giorno per scor rimento.

9) Motore solare secondo una qualsiasi delle rivendicazi ni da 4 a 8, caratterizzato in ci? che la parete 1 dell* vaporatore I e suscettibile di essere riscaldata durante la notte per scorrimento d'acqua calda, le due parti del l'involucro esterno 1* essendo allora scartate l'una ri spetto all'altra, mentre la parete 2 del condensatore II ? raffreddata per irraggiamento notturno.

10) Motore solare secondo le rivendicazioni 1 e 2, carat terizzato in ci? che il dispositivo meccanico III ? essetb zialmente costituito da un pistone 50 solidale ad un'asta di pistone 50' e che si sposta in un cilindro 60 di cui esso suddivide in modo stagno lo spazio interno in due camere corrispondenti rispettivamente alle estremit? A e B di questo cilindro, l'estremit? A del cilindro 60 e_s sendo collegata allo spazio interno dell'evaporatore I per mezzo di una canalizzazione 70, mentre l'estremit? B del cilindro 60 ? collegata allo spazio interno del condensatore II per mezzo di una canalizzazione 80 che si suddivide in una canalizzazione 81.sboccante nel cilii; dro 60 all'estremit? B di quest'ultimo ed in due canali^ zazioni 81 e 83 sboccanti nel cilindro 60 ad una certa distanza, superiore alla lunghezza del pistone 50, del. l'estremit? B di questo cilindro, la parete 2 del conden satore II essendo contornata da un involucro esterno 20 in un materiale di debole conducibilit? termica, quest'ir. volucro esterno 20 essendo munito di canalizzazioni di

Claims (1)

1. alimentazione e di evacuazione 21 per permettere di far circolare un fluido di raffreddamento nello spazio deli tato da una parte dalla parete due del condensatore II e dall?altra parte dall?involucro esterno 20, mentre la parete 1 dell?evaporatore I ? contornata da un involucro esterno 10 in un materiale che lascia passare la luce sp lare ma si oppone al passaggio dei raggi infrarossi, quest'involucro esterno 10 essendo munito di canalizzazi? ni di alimentazione e di evacuazione 11 permettenti di fa circolare un fluido riscaldante nello spazio delimitato da una parte dalla parete 1 dell?evaporatore I e dall'al tra parte dall'involucro esterno 10, il condensatore II essendo disposto ad un livello superiore a quello dell'^ vaporatore 1 per permettere il ritorno del condensato. 11) Motore solare secondo la rivendicazione 10, caratteri zato in ci? che l'involucro esterno 20 contornante la parete 2 del condensatore II ? munito di un rivestimento esterno riflettente.

   12) Motore solare secondo le rivendicazioni 10 e 11, ca ratterizzato in ci? che l'involucro esterno 10 contornai! te la parete 3 dell'evaporatore I ? costituito di plexiglas .