ITTO20090382A1 - Collettore solare - Google Patents

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Description

“Collettore solareâ€
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un collettore solare del tipo comprendente:
- una struttura di supporto;
- un concentratore solare portato dalla struttura di supporto, in cui detto concentratore solare comprende una superficie riflettente a forma di paraboloide circolare;
- un ricevitore disposto sul fuoco geometrico del concentratore.
Collettori solari di questo tipo, dotati di un concentratore a geometria di paraboloide circolare, presentano rendimenti di funzionamento relativamente elevati, che consentono di ottenere temperature elevate (al di sopra dei 600 C°) del fluido-termovettore che attraversa il ricevitore, anche con estensioni relativamente limitate dello stesso concentratore.
Per tale motivo, collettori solari del tipo in questione si stanno diffondendo anche per applicazioni in ambito privato e/o domestico, ove gli spazi disponibili sono necessariamente ridotti.
I collettori solari attualmente conosciuti mal si adattano tuttavia ad un tipo di diffusione su larga scala. Un primo tipo noto di collettore solare prevede infatti un concentratore la cui superficie riflettente viene formata disponendo una pluralità di specchi piani su una struttura di supporto concava. La fase di montaggio di questo tipo di superficie riflettente risulta estremamente lunga e complessa, in quanto richiede che ciascun specchio che andrà a comporla venga orientato in modo opportuno verso il ricevitore. Inoltre, un tale tipo di superficie riflettente compromette notevolmente l’efficienza globale del concentratore, abbassandone il rendimento, in quanto gli specchi piani creano nel loro insieme una mera approssimazione di una superficie ideale di paraboloide circolare, approssimazione che risulta peraltro più distante quanto più le dimensioni del concentratore sono limitate. Un collettore solare di questo tipo à ̈ ad esempio descritto nel brevetto statunitense n. US6336452B1.
Un secondo tipo noto di collettore solare con superficie riflettente a forma di paraboloide circolare, prevede invece una membrana riflettente flessibile che viene tesa in modo da assumere la conformazione a paraboloide circolare. Una struttura di questo tipo risulta particolarmente delicata, costosa, e, soprattutto, richiede l’intervento di abili tecnici specializzati per poter essere montata nel modo corretto. Un collettore solare di questo tipo à ̈ ad esempio descritto nel brevetto statunitense n. US4875467.
Da quanto sopra si evince che nel campo tecnico in questione vi à ̈ la necessità di un collettore solare che risulti provvisto di una struttura semplice, robusta, di facile installazione e di costo relativamente contenuto.
La presente invenzione ha per oggetto un collettore solare che soddisfa i suddetti requisiti.
In particolare, il collettore solare secondo la presente invenzione comprende
- una struttura di supporto;
- un concentratore solare portato dalla struttura di supporto, in cui il concentratore comprende una superficie riflettente a forma di paraboloide circolare;
- un ricevitore disposto sul fuoco geometrico di detto concentratore e caratterizzato dal fatto che il concentratore comprende una pluralità di specchi a forma di settore di paraboloide circolare, i quali sono predisposti per essere reciprocamente ordinati, nella condizione assemblata del concentratore, in un’unica serie circolare, che nell’insieme definisce detta superficie riflettente, detti specchi essendo realizzati in vetro formato a caldo.
La presente invenzione ha anche per oggetto un metodo per la realizzazione e l’assemblaggio di un collettore solare del tipo sopra indicato, che prevede la formazione a caldo di una pluralità di specchi in vetro, a forma di settore di paraboloide circolare, e una fase di assemblaggio della superficie riflettente che prevede la disposizione di detti specchi, su detta struttura di supporto, solamente in un’unica serie circolare.
Secondo una forma di realizzazione preferita del collettore solare secondo la presente invenzione, gli specchi presentano bordi interni, con profilo ad arco di cerchio, i quali, nella condizione assemblata del concentratore, delimitano un foro di deflusso, al centro del concentratore solare.
Questo foro di deflusso presenta la duplice funzione di migliorare l’aerodinamica del collettore, consentendo l’attraversamento del concentratore da parte dell’aria, così da evitare la formazione di zone di ristagno vorticose in corrispondenza della parte concava del concentratore, le quali indurrebbero eccessive sollecitazioni vibrazionali sull’intero collettore, e di creare un sistema di ventilazione naturale dell’aria con la funzione di raffreddare la superficie riflettente del concentratore.
In una forma di realizzazione preferita del collettore solare secondo la presente invenzione à ̈ previsto un impianto di lavaggio del concentratore che comprende mezzi per spruzzare un liquido pulente contro la superficie riflettente di quest’ultimo. In tale forma di realizzazione, il foro di deflusso ha l’ulteriore funzione di scaricare all’esterno del concentratore tale liquido pulente.
Caratteristiche preferite dell’invenzione sono incluse nella descrizione che segue e nelle rivendicazioni annesse, le quali sono da considerarsi parte integrante della descrizione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione saranno resi evidenti dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:
- la figura 1 rappresenta una vista prospettica di un collettore solare secondo la presente invenzione;
- la figura 2 rappresenta una vista in sezione secondo un piano di figura 1, passante per l’asse 10’ e ortogonale al concentratore 2;
- la figura 3 rappresenta una vista in pianta di un particolare del collettore di figura 1,
- la figura 4 rappresenta una vista prospettica di una forma di realizzazione preferita del collettore solare secondo la presente invenzione.
La figura 1 illustra un collettore solare 1 che comprende un concentratore 2 presentante una superficie riflettente 3 a forma di paraboloide circolare. In particolare, il concentratore 2 comprende una pluralità di specchi 5 a forma di settore di paraboloide circolare, i quali sono reciprocamente ordinati in una serie circolare, che nell’insieme definisce la superficie riflettente 3. Gli specchi 5 sono realizzati in vetro formato a caldo e presentano nello specifico una struttura a doppio strato vetroso (twin glass), con l’interposizione di uno strato riflettente. La struttura a doppio strato vetroso presenta due strati in vetro oppure uno strato in vetro ed uno strato in vetroresina. Il metodo di realizzazione degli specchi 5 prevede inizialmente la formatura di vetri a forma di spicchio di paraboloide circolare, mediante stampi di formatura che vengono fatti passare attraverso un forno, il quale si trova ad una temperatura adatta a rendere malleabile il vetro senza alterarne le proprietà. Successivamente, viene fatto un trattamento di tempra e viene avviato un processo di specchiatura. Nel caso in cui gli specchi 5 presentino uno strato in vetroresina, come precedentemente descritto, à ̈ previsto un processo ulteriore consistente nell’applicazione della stessa vetroresina mediante spruzzatura.
In figura 4 à ̈ illustrata una vista in pianta di uno specchio 5. Come visibile da tale figura ciascuno specchio 5 comprende un bordo esterno 5’ ed un bordo interno 5’’, entrambi aventi un andamento ad arco di cerchio, e bordi laterali 5a aventi un andamento a segmento di parabola.
Al fine di realizzare nel loro insieme la superficie riflettente a forma di paraboloide circolare, gli specchi 5 vengono reciprocamente ordinati in una serie circolare su una struttura di supporto 4 del collettore solare 1. La struttura 4 comprende un telaio a cornice 7 entro cui vengono fissati gli specchi 5, in una configurazione in cui ciascun specchio 5 risulta contiguo ad altri due specchi, in corrispondenza dei suoi rispettivi bordi laterali 5a a segmento di parabola.
Il telaio a cornice 7 comprende un anello esterno 7’ ed un anello interno 7’’, che sono impegnati rispettivamente dal bordo esterno 5’ e dal bordo interno 5’’ degli specchi 5. In una forma di realizzazione preferita, al posto dell’anello esterno 7’’, il telaio a cornice 7 presenta elementi a graffa che vanno ad impegnare solamente le porzioni contigue dei bordi esterni 5’’ di ciascuna coppia di specchi affiancati fra loro.
Da quanto sopra, à ̈ evidente che il concentratore 2 sopra descritto risulta montabile facilmente, in maniera intuitiva, andando a disporre sul telaio a cornice 7 la serie circolare degli specchi 5, la quale nell’insieme va a formare la superficie riflettente 3 nell’esatta geometria di un paraboloide circolare. La realizzazione a settore di paraboloide circolare degli specchi 5 risulta vantaggiosa anche per il fatto che eventuali dilatazioni termiche degli specchi si distribuiscono lungo le direzioni preferenziali radiale e circonferenziale, cosicché la geometria di ciascun singolo specchio e quella globale della superficie riflettente non vengono alterate per effetto delle dilatazioni. Tali dilatazioni termiche non inficiano quindi l’efficienza del collettore e vengono totalmente assorbite dai giochi con i quali gli specchi 5 sono montati sul telaio 7.
Il telaio a cornice 7 risulta a sua volta montato su una struttura di inseguimento solare 10 tramite cui il concentratore 2 risulta orientabile attorno ad un primo asse orizzontale 10’ e ad un secondo asse verticale 10†. Motori elettrici 11 comandano le rotazioni del concentratore 2 attorno ai suddetti primo e secondo asse. Il dispositivo di inseguimento solare può comunque essere realizzato in un qualsiasi modo noto, per cui esso non verrà descritto qui nel dettaglio al fine di rendere la descrizione di più agevole lettura.
Il collettore solare comprende inoltre un ricevitore 8 che à ̈ disposto in una posizione corrispondente al fuoco geometrico della superficie riflettente 3 e che ha la funzione di assorbire l’energia termica prodotta dai raggi solari incidenti su di esso e trasferire tale energia termica a un fluido-termovettore che viene portato al/via dal ricevitore tramite condotti 9, in comunicazione di fluido con il ricevitore medesimo. Tali condotti 9 hanno pure la funzione di sorreggere il ricevitore nella sua posizione di fuoco geometrico, e sono a loro volta portati dal telaio cornice 7. Nell’esempio specifico di figura 1, il collettore solare comprende quattro condotti disposti radialmente rispetto al ricevitore, a 90 gradi fra loro, di cui una coppia di condotti opposti rispetto al ricevitore, sono atti ad alimentare il fluido termo-vettore al ricevitore, mentre l’altra coppia di condotti opposti, convoglia il fluido termovettore, in uscita dal ricevitore, ad un’unità di sfruttamento dell’energia termica (non mostrata nelle figure). La modalità di collegamento dei condotti 9 ad un impianto termico esterno, di cui fa parte anche l’unità di sfruttamento sopra citata, non à ̈ qui descritta, in quanto tale collegamento può realizzarsi in un qualsiasi modo noto al tecnico del ramo. Inoltre, il ricevitore 8 può essere realizzato secondo una qualsiasi struttura adatta al trasferimento per convezione dell’energia termica generata dai raggi solari incidenti su di esso al fluido termo-vettore. I condotti 9 possono essere realizzati in lega di alluminio, o in CERMET incapsulati in tubi di vetro.
L’anello interno del telaio 7 definisce un foro di deflusso 6 il quale, grazie al fatto che esso fornisce un passaggio di attraversamento del concentratore da parte dell’aria, ha la funzione di scaricare la sovra-pressione che si crea in caso di vento incidente sul concentratore, ed inoltre, di eliminare la formazione di vortici, in corrispondenza della parte concava del concentratore, che sottopongano a sollecitazioni vibratorie l’intera struttura del collettore solare.
Il foro di deflusso ha inoltre la funzione di innescare una circolazione naturale dell’aria che favorisca il raffreddamento della superficie riflettente del concentratore. Tale foro di deflusso presenta un diametro che à ̈ proporzionale al diametro del concentratore, e che in una forma di realizzazione preferita risulta corrispondere ad una decima parte del diametro del concentratore.
In figura 4 à ̈ rappresentata un’ulteriore forma di realizzazione del collettore solare secondo la presente invenzione, nel quale à ̈ previsto un impianto di lavaggio del concentratore. Tale impianto comprende ugelli 12 montati in corrispondenza dell’anello esterno del telaio 7 e sui condotti 9, i quali sono atti a spruzzare un fluido di lavaggio opportuno, quale acqua demineralizzata, contro la superficie riflettente 3 del concentratore. In tale forma di realizzazione il foro di deflusso 2 ha l’ulteriore funzione di scaricare il liquido di lavaggio dal concentratore.

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Collettore solare del tipo comprendente: - una struttura di supporto (4); - un concentratore solare (2) portato da detta struttura di supporto, in cui detto concentratore comprende una superficie riflettente (3) a forma di paraboloide circolare, - un ricevitore disposto sul fuoco geometrico di detto concentratore, caratterizzato dal fatto che detto concentratore comprende una pluralità di specchi (5) a forma di settore di paraboloide circolare, i quali sono predisposti per essere reciprocamente ordinati, nella condizione assemblata del concentratore, in un’unica serie circolare, che nell’insieme definisce detta superficie riflettente, detti specchi essendo realizzati in vetro formato a caldo.
  2. 2. Collettore solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti specchi hanno bordi interni (5†), con profilo ad arco di cerchio, i quali, in tale condizione assemblata, delimitano un foro di deflusso (6), al centro di detto concentratore solare.
  3. 3. Collettore solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende condotti (9) in comunicazione di fluido con detto ricevitore (8), i quali sono inoltre predisposti per sorreggere detto ricevitore (8) in detta posizione di fuoco geometrico.
  4. 4. Collettore solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede un dispositivo di lavaggio atto a spruzzare un liquido pulente contro detta superficie riflettente.
  5. 5. Collettore solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di lavaggio comprende ugelli (12) disposti su detti condotti (9) e/o attorno a detta superficie riflettente.
  6. 6. Collettore solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti specchi presentano una struttura a doppio strato vetroso, con l’interposizione di uno strato riflettente.
  7. 7. Collettore solare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta struttura a doppio strato vetroso presenta due strati in vetro oppure uno strato in vetro ed uno strato in vetroresina.
  8. 8. Metodo per la realizzazione e l’assemblaggio di un collettore solare del tipo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato dal fatto che prevede la formazione a caldo di una pluralità di specchi in vetro a forma di settore di paraboloide circolare e dal fatto che la fase di assemblaggio della superficie riflettente prevede la disposizione di detti specchi, su detta struttura di supporto, in un’unica serie circolare.
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