CH624208A5 - Portable and autonomous solar heat-generator for heating a liquid - Google Patents

Abstract

The flat collector (1) of a solar heat-generator is equipped with two mirrors (2, 3) which can be oriented so as to increase the flow of solar energy which is incident upon it. It is connected to a tank (6) which is arranged at a higher level to ensure the gravitational circulation of the heat-transfer fluid in the heat exchanger contained therein. The tank (6) can moreover be connected to the tube for cold water, under pressure, which brings about the outlet of the hot water when required. The whole is supported by collapsible supports (7, 10). Since the mirrors and the collector are also collapsible, the assembly is very compact in transport. <IMAGE>

Description

La presente invenzione si riferisce ad un termogeneratore solare trasportabile ed autonomo per il riscaldamento di un liquido. The present invention refers to a transportable and autonomous solar heat generator for heating a liquid.

È risaputo che i vari tipi di collettori solari già noti, ossia di pannelli assorbitori di energia solare, presentano in pratica ostacoli alla loro applicazione originati da diversi fattori. Uno di questi è la loro difficoltà di sistemazione su una casa di abitazione per la quale non sia stata prevista già in fase di progetto tale applicazione quali ad esempio orientamento della casa non adatto, falde del tetto con pendenza non modificabile, mancanza di spazio per il serbatoio di accumulazione. Altro fattore negativo, specialmente per applicazioni agricole o in villette unifamiliari è costituito dalla complessità dell'impianto completo da montare sul posto di utilizzazione, il cui costo tante volte non compensa la piccola e saltuaria richiesta di acqua calda. It is well known that the various types of already known solar collectors, i.e. solar energy absorbing panels, in practice present obstacles to their application originating from various factors. One of these is their difficulty in arranging on a dwelling house for which such application has not already been foreseen during the design phase such as, for example, orientation of the unsuitable house, pitches of the roof with an unchangeable slope, lack of space storage tank. Another negative factor, especially for agricultural applications or in detached houses, is the complexity of the complete system to be assembled on the site of use, the cost of which many times does not compensate for the small and occasional request for hot water.

Il termogeneratore oggetto della presente invenzione consente di ottenere velocemente piccole quantità di liquido caldo nella maggior parte dei casi di acqua potabile, per il fatto che esso raggruppa in un solo complesso di piccole dimensioni e facilmente trasportabile il collettore solare, gli specchi per aumentarne virtualmente la superficie, lo scambiatore di calore, il serbatoio di accumulazione e tutti gli accessori. La circolazione del liquido nel pannello e nello scambiatore di calore avviene per gravità. The thermogenerator object of the present invention allows to quickly obtain small quantities of hot liquid in most cases of drinking water, due to the fact that it groups the solar collector, the mirrors in a single small and easily transportable complex, to virtually increase the surface, the heat exchanger, the storage tank and all the accessories. The circulation of the liquid in the panel and in the heat exchanger occurs by gravity.

L'insieme viene disposto in luogo soleggiato con la faccia del pannello inclinata di un angolo opportuno ed orientato nella direzione SUD, indi si collega il suo bocchettone di entrata ad una conduttura di acqua fredda, semplicemente per mezzo di un normale tubo flessibile di gomma o di plastica. The whole is placed in a sunny place with the face of the panel inclined at an appropriate angle and oriented in the SOUTH direction, then its inlet connection is connected to a cold water pipe, simply by means of a normal rubber hose or of plastic.

Il termogeneratore in oggetto è caratterizzato da un collettore solare provvisto di specchi ribaltabili sullo stesso collettore, dirigenti la luce riflessa sul collettore, da un serbatoio del liquido predisposto ad un livello superiore a quello del collettore contenente uno scambiatore di calore e da sostegni da terra, essendo il tutto ripiegabile. The thermogenerator in question is characterized by a solar collector equipped with tilting mirrors on the same collector, directing the light reflected on the collector, by a liquid tank arranged at a level higher than that of the collector containing a heat exchanger and by ground supports, being all foldable.

Il termogeneratore è specialmente previsto per malghe o baite di montagna che sono poco attrezzate di servizi, per uso riguardante l'allevamento di bestiame, per villette, specialmente di montagna e per complessi balneari dove non è di-5 sponibile la corrente elettrica. The heat generator is specially designed for mountain huts or mountain huts that are poorly equipped with services, for use regarding cattle breeding, for small villas, especially mountain ones and for bathing complexes where electricity is not available.

Esso può venire disposto all'aperto nello spiazzo di un cortile, su terrazzi o nei giardini di villette oppure sul tetto delle stesse quando sono piani, sulle spiagge del mare presso ogni complesso balneare ecc. It can be placed outdoors in a courtyard, on terraces or in the gardens of villas or on the roof of the same when they are flat, on the sea beaches at any bathing complex, etc.

io L'uscita dell'acqua calda può essere collegata a piccoli impianti di produzione di acqua calda ottenuta con bollitore elettrico o a gas già esistenti o in sostituzione degli stessi. io The hot water outlet can be connected to small systems for the production of hot water obtained with or already replacing the electric or gas boiler.

A maggior chiarimento, i disegni allegati rappresentano una preferita forma di realizzazione del termogeneratore e 15 precisamente: For further clarification, the attached drawings represent a preferred embodiment of the heat generator and 15 precisely:

la fig. 1 illustra il suo funzionamento e la posizione reciproca dei componenti in stato di attività; fig. 1 illustrates its operation and the reciprocal position of the components in the active state;

la fig. 2 rappresenta, in prospettiva, un conveniente aspet-20 to esterno; fig. 2 represents, in perspective, a convenient external aspect;

la fig. 3 rappresenta schematicamente la posizione dei componenti del complesso in vista di fianco ripiegato su se stesso durante la fase di trasporto; fig. 3 schematically represents the position of the components of the assembly in a side view folded on itself during the transport phase;

la fig. 4 illustra la particolare e più opportuna disposizione 25 dello scambiatore visto anteriormente e schematicamente attraverso lo spaccato del serbatoio. fig. 4 shows the particular and more suitable arrangement 25 of the exchanger seen from the front and schematically through the cutaway view of the tank.

Riferendosi alla fig. 1: Referring to fig. 1:

il termogeneratore solare in oggetto è essenzialmente composto da un collettore solare 1, di tipo a bassa impedenza, 30 munito di specchi 2 e 3 aventi dimensioni almeno pari a quelle della sua facciata trasparente. the solar thermogenerator in question is essentially composed of a solar collector 1, of the low impedance type, 30 equipped with mirrors 2 and 3 having dimensions at least equal to those of its transparent facade.

Il collettore 1 è collegato, mediante tubi 4 rigidi e tubi 5 flessibili ad un serbatoio 6 predisposto con la sua base ad un livello superiore a quello del collettore. The manifold 1 is connected, by means of rigid pipes 4 and flexible pipes 5, to a tank 6 arranged with its base at a level higher than that of the manifold.

35 L'insieme viene sostenuto da un primo supporto 7 posteriore, che può ruotare attorno al perno 8 e da un secondo supporto 10 anteriore, che può ruotare intorno all'asse 11. Il supporto posteriore 7 è convenientemente fornito di ruote gommate 9 per facilitare l'orientamento del complesso. 40 II serbatoio 6 è fornito, su ambedue i lati, di un bocchettone 12 per l'entrata nello scambiatore di calore del liquido riscaldato e di un bocchettone 13 di uscita dello stesso liquido dopo che esso ha ceduto il calore all'acqua del serbatoio. Per non disperdere il calore accumulato, le pareti del serbatoio so-45 no rivestite esternamente di uno strato di materiale coibente. 35 The assembly is supported by a first rear support 7, which can rotate around the pin 8 and a second front support 10, which can rotate around the axis 11. The rear support 7 is conveniently provided with rubber wheels 9 to facilitate the orientation of the complex. 40 The tank 6 is provided, on both sides, with a filler 12 for the entry into the heat exchanger of the heated liquid and a filler 13 for the outlet of the same liquid after it has transferred the heat to the water in the tank. In order not to disperse the accumulated heat, the walls of the tank are externally coated with a layer of insulating material.

Il serbatoio 6 è munito altresì di un raccordo 14 che permette l'entrata dell'acqua di consumo proveniente dall'impianto idrico e di un raccordo 15, adibito al prelievo dell'acqua calda. The tank 6 is also equipped with a fitting 14 which allows the entry of the consumption water from the water system and a fitting 15, used for the withdrawal of hot water.

so Un tipo di collettore adatto all'impianto di cui la presente invenzione è quello descritto nel brevetto svizzero 620 757. Infatti esso presenta una notevole sezione del condotto per il fluido che vi scorre internamente. La lunghezza di quest'ultimo condotto è la minima possibile e corrisponde a quella del 55 lato minore del pannello stesso. so A type of manifold suitable for the system of which the present invention is the one described in the Swiss patent 620 757. In fact, it has a considerable section of the conduit for the fluid that flows inside it. The length of the latter duct is the minimum possible and corresponds to that of the 55 smaller side of the panel itself.

Ciò vuol dire che esso funziona con alta portata e bassissima prevalenza, caratteristica che è ideale per una conveniente circolazione naturale del fluido termovettore circolante nel termogeneratore descritto che presenta un debole dislivello fra 60 generatore e utilizzatore. This means that it operates with a high flow rate and very low head, a characteristic which is ideal for a convenient natural circulation of the heat transfer fluid circulating in the described heat generator which has a weak difference in height between the generator and the user.

Sempre per il suddetto motivo vengono utilizzate ambedue le entrate e ambedue le uscite del collettore, in modo da avere doppia sezione di passaggio del fluido termovettore. Also for the aforementioned reason, both the inlets and both outlets of the manifold are used, so as to have a double section for the passage of the heat transfer fluid.

Il collettore 1 possiede inoltre una immediatezza di funzio-65 namento in quanto tutta la superficie corrugata della lastra anteriore esposta al sole è lambita internamente dal fluido e lo scambio di calore avviene attraverso il suo spessore che è di pochi decimi di millimetro. La superficie effettiva della la The manifold 1 also has an operating immediacy in that all the corrugated surface of the front plate exposed to the sun is lapped internally by the fluid and the heat exchange takes place through its thickness which is a few tenths of a millimeter. The effective surface of the la

stra corrugata lambita dal liquido è per di più doppia di quella apparente ed esposta ai raggi solari. the corrugated surface lapped by the liquid is moreover double that of the apparent one and exposed to sunlight.

Internamente al serbatoio, e ciò in corrispondenza dei bocchettoni di entrata 12 e di uscita 13, è predisposta una conduttura per lo scambio di calore, che è costituita, ad esempio, da due tubi 31 raccordati fra loro alle estremità opposte al lato di entrata ed aventi la superficie profondamente corrugata in modo da equivalere al doppio di quella posseduta da un corrispondente tubo cilindrico conformato con pareti lisce. Inside the tank, and this in correspondence with the inlets 12 and outlet 13, there is a conduit for the exchange of heat, which consists, for example, of two pipes 31 joined together at the ends opposite the inlet side and having a deeply corrugated surface so as to equate to twice that possessed by a corresponding cylindrical tube shaped with smooth walls.

Il tubo presenta pareti sottili ed è ottenuto in rame o altro materiale buon conduttore del calore. Esso possiede una sezione utile di passaggio pari a quella dei tubi di adduzione e di scarico del fluido, in modo da presentare il minimo di perdite per disadattamento. The tube has thin walls and is made of copper or other good heat conducting material. It has a useful passage section equal to that of the fluid supply and discharge pipes, so as to present the minimum of losses due to mismatch.

I tubi 4 superiori di destra e di sinistra adibiti al trasporto del fluido caldo proveniente dalla sommità del collettore 1 sono rigidamente fissati alla base del serbatoio, in quanto essi agiscono anche da struttura portante del collettore stesso. The upper right and left tubes 4 used for the transport of the hot fluid coming from the top of the collector 1 are rigidly fixed to the base of the tank, since they also act as the supporting structure of the collector itself.

Essi entrano nel collettore tramitè due congiunzioni 16, ad angolo, ruotanti su guarnizioni a tenuta d'acqua per cui l'intero collettore è ripiegabile verso l'alto quando viene ruotato intorno all'asse di dette congiunzioni. They enter the manifold by means of two corner joints 16, rotating on watertight gaskets so that the whole manifold can be folded upwards when it is rotated around the axis of said joints.

I tubi 5, inferiori, come già citato sono flessibili, per poter seguire l'estremità inferiore del collettore quando esso viene ripiegato in alto. Essi riconducono nella parte bassa del collettore il fluido che si è raffreddato e che passa attraverso lo scambiatore di calore contenuto nel serbatoio 6. Gli specchi 2 The lower tubes 5, as already mentioned, are flexible, in order to be able to follow the lower end of the manifold when it is folded up. They bring the fluid that has cooled down and passes through the heat exchanger contained in the tank 6 to the lower part of the collector. The mirrors 2

e 3 sono cernierati, rispettivamente nei punti 17 e 18, e sono tenuti in posizione adatta dalle astine, rispettivamente 19 e 20, di lunghezza regolabile e che possono venire rimpiazzate da semplici catenelle. Gli specchi convogliano sopra al collettore, per riflessione, una quantità di raggi'21 e 22 pressocché pari alla quantità di raggi 23 captata direttamente dalla superficie del collettore. Ciò equivale, nel caso ideale, all'assorbimento di una quantità di calore quasi doppia rispetto a quella che potrebbe assorbire il collettore senza l'ausilio degli specchi. and 3 are hinged, respectively in points 17 and 18, and are held in a suitable position by the rods, respectively 19 and 20, of adjustable length and which can be replaced by simple chains. The mirrors convey above the collector, by reflection, an amount of rays 21 and 22 almost equal to the quantity of rays 23 collected directly from the surface of the collector. This is equivalent, in the ideal case, to the absorption of a quantity of heat almost double that which the collector could absorb without the aid of mirrors.

Sempre nel caso ideale, avviene inoltre una concentrazione del flusso solare nel rapporto 2:1, per cui ne consegue l'ottenimento di una temperatura del fluido ben più alta che non con l'uso del solo collettore. Also in the ideal case, there is also a concentration of the solar flux in the 2: 1 ratio, so that the result is a much higher fluid temperature than with the use of the collector alone.

II risultato pratico ottenibile con il presente termogeneratore risiede nella maggiore velocità di riscaldamento dell'acqua alla temperatura desiderata e nella maggior quantità di acqua calda ottenuta nell'unità di tempo. The practical result obtainable with the present heat generator lies in the greater speed of heating the water to the desired temperature and in the greater quantity of hot water obtained in the unit of time.

I tiranti 24 e 25 (flg. 1) predisposti sui due lati del termogeneratore e di lunghezza regolabile permettono una diversa inclinazione del pannello secondo la latitudine geografica del luogo di installazione. The tie rods 24 and 25 (flg. 1) arranged on the two sides of the heat generator and of adjustable length allow a different inclination of the panel according to the geographical latitude of the place of installation.

Essi sono cernierati nei punti 26 e 27 del supporto posteriore e sono inoltre sfilabili facilmente nei punti 28 e 29 esistenti nel supporto anteriore 10. They are hinged in points 26 and 27 of the rear support and are also easily removable in points 28 and 29 existing in the front support 10.

La particolarità dell'apparecchio è quella di poter venire ripiegato con tutti i suoi elementi costitutivi senza richiedere lo smontaggio degli stessi. Tale possibilità è illustrata in fig. 3, The peculiarity of the appliance is that it can be folded up with all its constituent elements without requiring their disassembly. This possibility is illustrated in fig. 3

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nella quale è visibile come il supporto 10, anteriore serva anche come fascia di chiusura che abbraccia e che tiene bloccati il supporto posteriore 7, gli specchi 2 e 3 ripiegati contro il collettore 1, il tutto compresso contro il serbatoio 6. È tenuto conto anche del rivestimento 30 di materiale coibente che avvolge tutto il serbatoio e che in questa situazione ammortizza gli eventuali urti durante il trasporto. in which it is visible as the front support 10 also serves as a closing band which embraces and which keeps the rear support 7, the mirrors 2 and 3 folded against the manifold 1, all compressed against the tank 6. It is also taken into account of the coating 30 of insulating material which wraps around the tank and which in this situation absorbs any impact during transport.

In fig. 4 viene illustrata una conveniente esecuzione dello scambiatore di calore. In essa per semplicità viene disegnata soltanto la spira chiusa anteriore che fa capo al lato sinistro del collettore. In fig. 4 shows a convenient embodiment of the heat exchanger. For simplicity, only the front closed loop is drawn which refers to the left side of the collector.

È intuitivo che uguale disposizione è prevista posteriormente per una seconda spira chiusa che fa capo al lato destro del collettore; l'unica differenza è quella che, internamente, la spira posteriore presenta alla sua estremità destra una ripiegatura a gomito, affinché i suoi due attacchi affioranti dal fianco destro del serbatoio abbiano una posizione simmetrica rispetto a quelli della spira 36 sul lato sinistro dello stesso scambiatore. Sempre in fig. 4 è indicata una particolarità interna riferentesi al raccordo 14 di entrata dell'acqua fredda di consumo. Per impedire che il getto d'acqua entri in un unico punto e produca con la sua energia cinetica una turbolenza nella massa in quiete, il suo percorso viene deviato in orizzontale dai due tubi 31 provvisti ciascuno di una pluralità di fori 31' diretti verso il basso e aventi distanza reciproca decrescente verso le due estremità 31" chiuse. In tale modo l'acqua fredda esce uniformemente direzionata verso il basso su tutta la larghezza del serbatoio spingendo uniformemente in alto quella calda che si stratifica nella parte superiore del serbatoio vicino al raccordo 15 di uscita. Per impedire ulteriori possibilità di turbolenze dovute al naturale sollevarsi dell'acqua riscaldata venuta a contatto coi tubi dello scambiatore di calore, internamente al serbatoio sono predisposte alcune pareti 32 munite di fori, le quali provvedono pure a rinforzare le due pareti anteriore e posteriore del serbatoio. It is intuitive that the same arrangement is provided at the rear for a second closed loop which leads to the right side of the manifold; the only difference is that, internally, the rear coil has an elbow bend at its right end, so that its two connections emerging from the right side of the tank have a symmetrical position with respect to those of the coil 36 on the left side of the same exchanger . Still in fig. 4 shows an internal peculiarity referring to the connection 14 for the intake of the cold consumption water. To prevent the jet of water from entering a single point and producing a turbulence in the still mass with its kinetic energy, its path is deviated horizontally by the two pipes 31 each provided with a plurality of holes 31 'directed towards the low and with decreasing reciprocal distance towards the two closed ends 31 ". In this way the cold water comes out uniformly directed downwards over the entire width of the tank, pushing uniformly upwards the hot one that is stratified in the upper part of the tank near the fitting To prevent further turbulence due to the natural rising of the heated water coming into contact with the heat exchanger pipes, some walls 32 are provided inside the tank with holes, which also reinforce the two front walls and rear of the tank.

In una soluzione di dimensioni vantaggiose per cui l'insieme sia sufficientemente maneggevole, lo scambiatore di calore, il collettore ed i tubi di collegamento sono riempiti con un liquido anticongelante per una quantità di circa 18 litri, mentre il serbatoio dell'acqua possiede la capacità di circa 150 litri, quantità che è facilmente aumentabile fino a 250 litri variando lo spessore dello stesso. In a solution of advantageous dimensions for which the assembly is sufficiently manageable, the heat exchanger, the manifold and the connecting pipes are filled with an antifreeze liquid for an amount of about 18 liters, while the water tank has the capacity of about 150 liters, an amount that can easily be increased up to 250 liters by varying the thickness of the same.

Un tubetto 33, di sfiato, terminante in un imbuto 34 disposto ad un livello superiore a quello dello scambiatore di calore permette il riempimento del circuito collettore-scambiatore ed assolve inoltre la funzione di un vaso di espansione, mentre una valvola 35, posta nella parte più bassa del collettore, ne consente lo svuotamento. A vent tube 33, ending in a funnel 34 placed at a level higher than that of the heat exchanger, allows the filling of the collector-exchanger circuit and also performs the function of an expansion vessel, while a valve 35, placed in the part lower than the collector, it allows emptying.

Una seconda valvola termostatica ed automatica, tarabi-le, è applicata presso la conduttura di uscita del liquido caldo. Essa provvede a disperdere, tramite il tubo 36 lo stesso liquido quando e per tutto il tempo che, per mancanza di consumo, esso superasse il valore di temperatura massima stabilita oltre la quale potrebbero danneggiarsi parti delicate del circuito del fluido termo-convettore. A second thermostatic and automatic valve, which can be calibrated, is applied to the hot liquid outlet pipe. It disperses the same liquid through the tube 36 when and for as long as, due to lack of consumption, it exceeds the maximum temperature value set beyond which delicate parts of the thermo-convector fluid circuit could be damaged.

3 3

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

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50 50

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V V

2 fogli disegni 2 drawings sheets

Claims (5)

624 208624 208 1. Termogeneratore solare, trasportabile ed autonomo, per il riscaldamento di un liquido, caratterizzato da un collettore solare (1) provvisto di specchi (2, 3) ribaltabili sullo stesso collettore, dirigenti la luce riflessa sul collettore, da un serbatoio (6) del liquido predisposto ad un livello superiore a quello del collettore ( 1) e contenente uno scambiatore di calore, e da sostegni (7, 10) da terra, essendo il tutto ripiegabile. 1. Transportable and autonomous solar thermogenerator, for heating a liquid, characterized by a solar collector (1) equipped with mirrors (2, 3) that can be folded up on the same collector, directing the light reflected on the collector, from a tank (6) of the liquid arranged at a level higher than that of the collector (1) and containing a heat exchanger, and from supports (7, 10) from the ground, being all foldable. 2. Termogeneratore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da un collettore solare (1) di tipo piano e da due specchi (2,3) piani, cernierati presso le estremità del collettore. Thermogenerator according to claim 1, characterized by a flat-plate solar collector (1) and two flat mirrors (2,3), hinged at the ends of the collector. 2 2 RIVENDICAZIONI 3. Termogeneratore secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato da un collettore solare (1) offrente resistenza alla circolazione per gravità del fluido termovettore, privo di pompe motorizzate, e che possiede un alto scambio termico. Thermogenerator according to claims 1 and 2, characterized by a solar collector (1) offering resistance to the circulation by gravity of the heat transfer fluid, without motorized pumps, and which has a high heat exchange. 4. Termogeneratore secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che il collettore solare (1) è ribaltabile verso l'alto contro la facciata del serbatoio (6) e ciò dopo che sia stato ripiegato su di esso uno (2) dei due specchi (2,3) e da ciò che sono inoltre ribaltabili verso l'alto i sostegni (7,10) del complesso, uno (10) di questi sostegni, dopo il suo ribaltamento avendo la funzione di una cintura di bloccaggio di tutti i restanti componenti. Thermogenerator according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the solar collector (1) can be tipped upwards against the facade of the tank (6) and this after one (2) has been folded on it of the two mirrors (2,3) and from what the supports (7,10) of the complex can also be folded upwards, one (10) of these supports, after its overturning, having the function of a locking belt of all the remaining components. 5. Termogeneratore secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che il collettore (1), gli specchi (2,3), il serbatoio (6) ed i supporti (7, 10) sono vincolati fra di loro in modo da consentire la loro messa in posizione ed il loro ripiegamento senza richiedere a tal fine l'uso di attrezzi. Heat generator according to claims 1 to 4, characterized in that the collector (1), the mirrors (2,3), the tank (6) and the supports (7, 10) are constrained to each other so as to allow their positioning and folding without requiring the use of tools for this purpose.