ITTS20070003A1

ITTS20070003A1 - MODULAR RECEPTORS FOR SOLAR THERMAL PANEL, THEIR COMPONENTS AND ACCESSORIES

Info

Publication number: ITTS20070003A1
Authority: IT
Inventors: Mario Chersi; Edoardo Marega; Giorgio Marega
Original assignee: Mario Chersi; Edoardo Marega; Giorgio Marega
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-13

Description

Descrizione dell' invenzione avente per titolo “RECETTORI COMPONIBILI PER PANNELLO SOLARE TERMICO, LORO COMPONENTI E ACCCESSORI" Description of the invention entitled "COMPONABLE RECEPTORS FOR SOLAR THERMAL PANEL, THEIR COMPONENTS AND ACCESSORIES"

Stato dell’arte. State of the art.

Gli impianti solari oggi sono caratterizzati da pannelli di tipo evoluto, l'assorbitore (nella descrizione dell'invenzione detto recettore) è costituito da una lamina di rame trattata per ottimizzare l'assorbimento solare e minimizzare la riflessione. Alla lamina viene fissata, es. mediante saldatura, un rete di tubi che trasporta il fluido da riscaldare. I tubi sono brasati ad un collettore inferiore e a uno superiore. Il vetro frontale, altamente trasparente, è resistente a grandine e altri eventi atmosferici. Sotto l'assorbitore, a minimizzare dispersioni termiche, è posto uno strato di isolante. Solar systems today are characterized by advanced type panels, the absorber (in the description of the invention called receptor) consists of a copper sheet treated to optimize solar absorption and minimize reflection. To the lamina it is fixed, eg. by welding, a network of pipes that carries the fluid to be heated. The pipes are brazed to a lower and an upper manifold. The highly transparent front glass is resistant to hail and other atmospheric events. A layer of insulation is placed under the absorber to minimize heat loss.

L'assorbitore, allo stato attuale in rame, presenta elevati costi di produzione per il costo delle materie prime e delle lavorazioni. La conduzione termica fra assorbitore e tubi con questo metodo è modesta, un notevole gradiente di temperatura si viene a creare lungo l'assorbitore fino al tubo. Mentre con insolazione buona il sistema è appropriato, questa soluzione limita l'efficienza globale nei periodi di insolazione modesta. Si aggiunge l’effetto ombra dei lati verticali del pannello quando la radiazione solare colpisce l'assorbitore con angolo di incidenza laterale elevato. Il calore che si genera per irraggiamento solare nelle zone distanti dai tubi si propaga attraverso una resistenza termica elevata fino al fluido nei tubi, mentre le resistenze termiche del retro pannello verso l'isolante e il fondo e del fronte pannello (e dei lati) sono comparabili. In conclusione con tale soluzione I'innalzamento di temperatura del fluido che circola nei tubi non si avvicina al massimo teorico atteso diventando scarsa nei mesi invernali. The absorber, currently made of copper, has high production costs due to the cost of raw materials and processing. The thermal conduction between the absorber and the tubes with this method is modest, a considerable temperature gradient is created along the absorber up to the tube. While with good insolation the system is appropriate, this solution limits the overall efficiency in periods of modest insolation. The shadow effect of the vertical sides of the panel is added when solar radiation hits the absorber with a high lateral angle of incidence. The heat that is generated by solar radiation in the areas distant from the pipes propagates through a high thermal resistance to the fluid in the pipes, while the thermal resistances of the rear panel towards the insulation and the bottom and front of the panel (and sides) are comparable. In conclusion, with this solution, the temperature rise of the fluid circulating in the pipes does not approach the theoretical maximum expected, becoming scarce in the winter months.

Presentazione dell'invenzione. Presentation of the invention.

Si presenta una invenzione in cui si ovviano le problematiche citate, con semplificazioni costruttive e miglioramento della resa dei recettori (o assorbitori). Il trovato ha applicazione nel campo dei pannelli solari termici. Si basa sulle migliori proprietà termiche che derivano da profili geometrici realizzabili con le lavorazioni tipiche della lega leggera. Si sfruttano geometrie per ottenere molti punti di contatto fra recettori e tubi del fluido così da ottenere un miglior scambio termico utile pur con una facile esecuzione. An invention is presented which obviates the aforementioned problems, with constructive simplifications and improvement in the yield of the receptors (or absorbers). The invention has application in the field of thermal solar panels. It is based on the best thermal properties deriving from geometric profiles achievable with the typical light alloy processes. Geometries are used to obtain many points of contact between receptors and fluid tubes so as to obtain a better useful heat exchange even with an easy execution.

E' inoltre massimizzata la superficie del recettore esposta alla radiazione con elevati angoli di incidenza laterali. L'utilizzo di una isolazione a celle chiuse riduce il degrado per umidità e le perdite di energia conseguenti; il profilo a dente di sega contribuisce a ridurre i moti convettivi interni limitando le dispersioni termiche verso il retro. L'insieme di questi accorgimenti danno luogo ad un incremento di efficienza in termini di maggior temperatura applicata al fluido in condizioni di radiazione solare invernale. The surface of the receptor exposed to radiation with high lateral angles of incidence is also maximized. The use of a closed cell insulation reduces the degradation due to humidity and the consequent energy losses; the sawtooth profile helps to reduce internal convective motions by limiting thermal dispersion towards the rear. The combination of these measures gives rise to an increase in efficiency in terms of higher temperature applied to the fluid in conditions of winter solar radiation.

Si fa riferimento ai disegni di tavola 1 per la descrizione, nei disegni lo stesso oggetto è segnato con lo stesso numero nelle varie viste o grafici. Numerazioni addizionali dello stesso oggetto sono applicate per spiegazioni aggiuntive o mirate. Reference is made to the drawings in table 1 for the description, in the drawings the same object is marked with the same number in the various views or graphics. Additional numberings of the same object are applied for additional or targeted explanations.

Si descrive una soluzione non limitativa del trovato. Il trovato consiste nei componenti separati descritti e nella composizione e assemblaggio degli stessi. Si fa riferimento per la descrizione alla tav. 1. Nella fig. 1 si mostra la sezione del pannello solare termico nella sua generalità. Si indica la lamina del recettore 1 della radiazione solare , i tubi 2 di circolazione del fluido da riscaldare con la loro alettatura 3. Questi 3 elementi compongono il recettore che con diverse fogge è racchiuso da una protezione 4 trasparente alla radiazione sostenuta nella cornice 5. La cassa 6 racchiude il pannello ai lati ed inferiormente. L'isolazione termica 7 sul fondo della cassa isola sia il retro del recettore nel suo complesso che i lati. I tubi sono collegati al collettore di ingresso 8 e al collettore di uscita 9. A non-limiting solution of the invention is described. The invention consists of the separate components described and their composition and assembly. Reference is made to table for the description. 1. In fig. 1 shows the section of the solar thermal panel in its generality. The plate of the solar radiation receptor 1 is indicated, the tubes 2 for the circulation of the fluid to be heated with their fins 3. These 3 elements make up the receptor which with different shapes is enclosed by a protection 4 transparent to the radiation sustained in the frame 5. The case 6 encloses the panel at the sides and at the bottom. The thermal insulation 7 on the bottom of the case isolates both the rear of the receptor as a whole and the sides. The pipes are connected to the inlet manifold 8 and the outlet manifold 9.

Nella fig. 2 di tav. 1 si mostra in sezione il dettaglio di un tubo di circolazione 2 con alette 3 che sono destinate al fissaggio sulla lamina del recettore 1 (delle figure I, 3, 4). Il profilo non è limitativo per materiali, dimensioni, forma, per numero di alette o loro foggia. Per la fabbricazione si indica come opportuno il processo di estrusione di leghe leggere. In fig. 2 of table 1 shows in section the detail of a circulation tube 2 with fins 3 which are intended for fixing on the plate of the receptor 1 (of Figures I, 3, 4). The profile is not limiting for materials, dimensions, shape, number of fins or their shape. For manufacturing, the extrusion process of light alloys is indicated as appropriate.

Nella fig. 3 di tav. 1 si mostra un esempio di composizione fra tubo 2 con alette 3 e la lamina del recettore 1-10 di tipo continuo. Si In fig. 3 of table 1 shows an example of composition between tube 2 with fins 3 and the plate of the receptor 1-10 of the continuous type. Yup

dell'aletta 3 sulla lamina del recettore 1 che non interessa la parete del tubo 2, e conduce calore al fluido del tubo 2 da zone della lamina del recettore 1 distanti dal tubo 2 stesso. Nella posizione 12 il tubo 2, realizzato di dimensioni tali da avere interferenza con la lamina del recettore 1-10, fa contatto termico con la lamina del recettore 1-10. I tre punti di contatto (alette 3 e tubo 2) distribuiti sul recettore 1-10 incrementano la trasmissione del calore dal recettore 1-10 al tubo 2 che la trasmette al fluido interno. Il metodo offre inoltre il vantaggio di offrire 3 punti di contatto termico con 2 sole saldature. of the fin 3 on the lamina of the receptor 1 which does not affect the wall of the tube 2, and conducts heat to the fluid of the tube 2 from areas of the lamina of the receptor 1 distant from the tube 2 itself. In position 12 the tube 2, made of such dimensions as to have interference with the plate of the receptor 1-10, makes thermal contact with the plate of the receptor 1-10. The three points of contact (fins 3 and tube 2) distributed on the receptor 1-10 increase the transmission of heat from the receptor 1-10 to the tube 2 which transmits it to the internal fluid. The method also offers the advantage of offering 3 points of thermal contact with only 2 welds.

Nella fig. 4 di tav. 1 si mostra un ulteriore esempio di applicazione del tubo alettato di fig. 2. il recettore è costituito da fasce di recettore discontinue 1-15 al posto della lamina e tubi 2 con alette 3. Le estremità delle fasce 1-15 sono collegate con attacco 14 alle alette 3 di tubi contigui. La faccia superiore del tubo 2 e delle alette 3 sono preferibilmente trattate superficialmente per migliorare l'efficienza di ricezione della radiazione solare in analogia con il recettore. Con la soluzione della fig. 4 si raggiunge lo scopo di ottenere un trovato più economico e una riduzione di pesi. In fig. 4 of table 1 shows a further example of application of the finned tube of fig. 2. the receptor consists of discontinuous receptor bands 1-15 in place of the lamina and tubes 2 with fins 3. The ends of the bands 1-15 are connected with attachment 14 to the fins 3 of contiguous tubes. The upper face of the tube 2 and of the fins 3 are preferably surface treated to improve the reception efficiency of the solar radiation in analogy with the receptor. With the solution of fig. 4, the object of obtaining a more economical invention and a reduction in weight is achieved.

Nella fig. 5 di tav. 1 si mostra un tubo con almeno una aletta maggiorata. A scopo esemplificativo e non limitativo si fa riferimento ad un tubo 2 con alette dissimmetriche, aletta 3 più corta (ad es. analoga alla aletta 3 della fig. 2) e aletta 16 più lunga. La parte superiore delle alette e del tubo di fig. 5 sono trattate in analogia al recettore 1-15 di fig. 2. In fig. 5 of table 1 shows a tube with at least one oversized fin. By way of non-limiting example, reference is made to a tube 2 with asymmetrical fins, shorter fin 3 (for example similar to fin 3 of Fig. 2) and longer fin 16. The upper part of the fins and the tube of fig. 5 are treated in analogy to the receptor 1-15 of fig. 2.

Nella fig. 6 di tav. 1 si mostra una delle soluzioni per aumentare l'efficienza pratica del pannello solare di fig. 1. Si tratta di un angolare di alluminio 17 con angolo ottuso o retto. L'angolare 17 completa i lati del In fig. 6 of table 1 shows one of the solutions for increasing the practical efficiency of the solar panel of fig. 1. It is an aluminum angle 17 with an obtuse or right angle. The angle 17 completes the sides of the

terminazione per assorbire la radiazione solare obliqua coniugata alla parete in ombra. termination to absorb the oblique solar radiation conjugated to the shadowed wall.

Nella fig. 7 si mostra una applicazione per realizzare un recettore mediante composizione delle parti descritte: i tubi alettati di fig. 5 e fig. 2 e fig. 6. Le alette 16 e 3 sono collegate insieme con giunzione 14, i bordi formati da angolari di fig. 7 collegati a completamento delle estremità del recettore. In fig. 7 shows an application for making a receptor by composing the parts described: the finned tubes of fig. 5 and fig. 2 and fig. 6. The fins 16 and 3 are connected together with junction 14, the edges formed by corner pieces of fig. 7 connected to completion of the ends of the receptor.

Nella fig. 7 di tav. 1 si mostra una delle soluzioni per aumentare l'efficienza pratica del pannello solare di fig. 1: l’utilizzo dell'angolare di alluminio 17 con angolo ottuso o retto. L'angolare 17 completa i lati del pannello e ha funzioni di terminazione per assorbire la radiazione solare obliqua dalla parete coniugata a quella in ombra. In fig. 7 of table 1 shows one of the solutions for increasing the practical efficiency of the solar panel of fig. 1: the use of the aluminum angle 17 with obtuse or right angle. The angle 17 completes the sides of the panel and has termination functions to absorb the oblique solar radiation from the conjugated wall to the shadowed one.

Nella fig. 8 si mostra un componente di recettore che comprende più tubi alettati di fig. 2 o 5, più fasce di recettori 1-15 di fig. 4, eventuale angolare 17 di fig. 6., stessa configurazione utilizzabile sia destra che sinistra. Il componente è realizzato, dove conveniente, come estruso. In fig. 8 shows a receptor component which comprises several finned tubes of fig. 2 or 5, plus bands of receptors 1-15 of FIG. 4, optional corner piece 17 of fig. 6., same configuration can be used both right and left. The component is made, where appropriate, as extruded.

Nella fig. 1 di tav. 1 si mostra l'isolamento termico 7 che presenta cuspidi 16 e incavi 17. L'isolamento termico è deformabile per assorbire le dilatazioni e deformazioni. L'incavo che rimane fra recettore 1, tubo 2 e isolazione 7 è sagomato per ridurre i moti convettivi, contribuisce all'isolamento termico e quindi favorisce una maggiore temperatura di uscita del fluido anche in condizioni di irraggiamento scarso. L'isolazione 7 è preferibilmente in schiuma iniettata direttamente nella cassa 6. Questo metodo produttivo è preferibile perché minimizza le lavorazioni e minimizza la formazione di sacche di umidità fra l’isolazione 7 e la cassa 6. L'iniezione in cassa permette di usare materiali dell'isolazione 7 friabili, come schiuma di vetro, schiuma di vetro a cella notevolmente espansa anche in piccoli spessori senza che la fragilità intrinseca apporti danno all'isolante. In fig. 1 of table 1 shows the thermal insulation 7 which has cusps 16 and recesses 17. The thermal insulation is deformable to absorb the expansions and deformations. The hollow that remains between receptor 1, tube 2 and insulation 7 is shaped to reduce convective motions, contributes to thermal insulation and therefore favors a higher fluid outlet temperature even in conditions of poor irradiation. The insulation 7 is preferably in foam injected directly into the box 6. This production method is preferable because it minimizes the processing and minimizes the formation of moisture pockets between the insulation 7 and the box 6. The injection into the box allows the use of materials of insulation 7 friable, such as glass foam, cellular glass foam considerably expanded even in small thicknesses without the intrinsic fragility causing damage to the insulation.

In aggiunta la superficie superiore dell'isolazione 7 è spruzzata di vernice riflettente 18, in alternativa ricoperta con pellicola riflettente 18 preferibilmente di alluminio. In addition, the upper surface of the insulation 7 is sprayed with reflective paint 18, alternatively covered with reflective film 18, preferably aluminum.

La fig. 1 mostra i collettori inferiore 8, superiore 9 collegati ai tubi alettati del recettore. Per la massima efficienza del pannello solare anche i collettori 8 e 9 sono trattati in analogia alle superfici dei recettori. Fig. 1 shows the lower 8, upper 9 collectors connected to the finned tubes of the receptor. For maximum efficiency of the solar panel, collectors 8 and 9 are also treated in analogy to the surfaces of the receptors.

Le giunzioni 14 (figg. 3, 4, 6) e le giunzioni 19 di fig. 1 (tubi 2 ai collettori 8 e 9) sono preferibilmente saldate quando il recettore è realizzato in lega leggera o alluminio, saldate o brasate con materiali base rame quando il recettore è realizzato in rame. In alternativa le giunzioni sono eseguite con colle idonee alle temperature raggiunte e agli sforzi in atto. The junctions 14 (figs. 3, 4, 6) and the junctions 19 of fig. 1 (tubes 2 to collectors 8 and 9) are preferably welded when the receptor is made of light alloy or aluminum, welded or brazed with copper-based materials when the receptor is made of copper. Alternatively, the joints are made with glues suitable for the temperatures reached and the stresses in place.

Per quanto riguarda le dimensioni i recettori per pannelli solari descritti trovano campo di esecuzione sia in dimensioni standard che in dimensioni e fogge su ordinazione. Non vi sono limiti pratici alle dimensioni finali vista la componibilità del recettore. Dimensioni da 100 cmq a 10 mq e oltre per ciascun pannello sono realizzabili in pratica sia con lato lungo verticale che orizzontale, il pannello a lato lungo verticale è preferibile per facilità di moti convettivi del fluido nei tubi. Il passo fra i tubi dipende dalla geometria del pannello e dal compromesso fra costo dell'oggetto, l'efficienza per migliore lo scambio termico, in pratica i tubi sono da contigui a passi di 150 mm. ed oltre, pareti, lamine del recettore e componenti in genere con a mm e più, diametro dei tubi dell'ordine dei millimetri fino alle decine di millimetri e oltre. L’angolare della terminazione (fig. 7) con angoli dalla decina di gradi all'angolo retto, con raccordo o meno. As regards the dimensions, the described receptors for solar panels are available in both standard dimensions and in sizes and shapes to order. There are no practical limits to the final dimensions given the composability of the receptor. Sizes from 100 sq. Cm to 10 sq. M. And over for each panel are practically achievable with both vertical and horizontal long side, the vertical long side panel is preferable for ease of convective motions of the fluid in the pipes. The pitch between the tubes depends on the geometry of the panel and on the compromise between cost of the object, efficiency for better heat exchange, in practice the tubes are contiguous in steps of 150 mm. and beyond, walls, plates of the receptor and components in general with a mm and more, diameter of the tubes of the order of millimeters up to tens of millimeters and more. The angle of the termination (fig. 7) with angles from ten degrees to the right angle, with or without connection.

I materiali di costruzione sono scelti in base alle esigenze esecutive e tecniche; sono preferibilmente leghe leggere delle famiglie da 4000 a 6000, alluminio puro, altri tipi ove conveniente. The construction materials are chosen according to the executive and technical needs; they are preferably light alloys of the 4000 to 6000 families, pure aluminum, other types where convenient.

L’isolazione termica di fondo è in materiale non igroscopico, a cellule chiuse, preferibilmente schiuma di vetro stampata nella cassa. Lo spessore è dal millimetro alle decine di millimetri, l'altezza delle cuspidi dai millimetri alle decine di millimetri. The bottom thermal insulation is made of non-hygroscopic, closed cell material, preferably glass foam printed in the case. The thickness is from millimeter to tens of millimeters, the height of the cusps from millimeters to tens of millimeters.

Per quanto riguarda l'incollaggio dei giunti in alternativa alle saldature è vantaggiosa la realizzazione del giunto con resine siliconiche caricate, resine epossidiche pure o modificate fenoliche, per alta temperatura. As for the bonding of the joints, as an alternative to welding, it is advantageous to make the joint with filled silicone resins, pure or modified phenolic epoxy resins, for high temperatures.

Claims

Claims. 1. Finned tube for receptors of solar thermal panels, characterized by at least two fins with a symmetrical or disymmetrical profile, in a position and geometry such as to be fixed under a solar radiation receptor plate.

2. Finned tube for receptors of solar thermal panels characterized by fins with a symmetrical or disymmetrical profile, and by the tube of such dimensions as to interfere with the solar receptor sheet under which it is fixed for the fins.

3. Finned tube for receptors of thermal solar panels characterized by fins with an asymmetrical profile, at least one of which forms part of the solar receptor sheet;

4. Receptor component for thermal solar panels characterized by comprising a plurality of tubes and a plurality of extruded monobloc bands including the complete receptor equivalent to the composition with the finned tubes, the bands and receptor plates and the angular profiles cited in the present claims.

5. Receptor profile for solar thermal panels with obtuse or right angle, with characteristics similar to the plate of the receptor and of such geometry as to be fixed on the edges to complete the receptor and to the interior of the solar panel as a whole.

6. Receptor for solar thermal panels characterized by multiple contact points between foil and tubes, multiple heat paths between foil and fluid forming thermal conductors in parallel with points of contact points distributed to keep the temperature ripple down along the receptor foil

7. Receptor for thermal solar panels with angular profiles at the edges, characterized by the dimensions of the profiles that cover the internal sides of the panel, collect the solar radiation at low angles of incidence and minimize the shadow effect of the sides.

8. Receptor for thermal solar panels characterized by the composition of one or more finned tubes for solar thermal panels fixed to the plate of the receptor; the wall of the tube in interference with the lamina, whether or not completed by the obtuse or right-angled receptor angular profile.

9. Receptor for thermal solar panels characterized by the composition of one or more strips of receptors and one or more finned tubes per solar thermal panel and completed or not by the angular profile receptor at obtuse or right angle.

10. Receptor for thermal solar panels composed of receptor foil and finned tubes, characterized by mixed thermal contacts between foil and tubes, by interference, welding, without or with interposition of material suitable for improving thermal contact.

11. Finned tubes, receptors, corner angles for edges, collector tubes, case for thermal solar panels characterized by being made all or individually taken in light alloy or aluminum.

12. Joints between light alloy or aluminum components for solar panels characterized by light alloy or aluminum welding including welding of sealed components and receptor parts.

13. Composition of elements of receptors for solar panels such as finned tubes, of the same or different lengths, receptor sheets, bands, corner angles characterized by the realization by extrusion of the single components or in suitable compositions.

14. Joints for solar panels between light alloy components characterized by bonding with glues / mastics / resins / similar resistant to the operating conditions of the panels as a whole.

15. Thermal insulation for solar panels characterized either by glass foam or other closed cell material cast / molded directly into the case of the solar panel as a whole and / or characterized by cusp shaping,

16. Thermal insulation for thermal solar panels made of glass foam or other similar material characterized by coating of paint or heat reflecting layer or foil.

17. Thermal insulation for solar panels characterized by the sawtooth profile, designed to reduce convective motions.