CH708072A1 - Dispositivo per la produzione di energia elettrica. - Google Patents

Abstract

L’invenzione concerne un dispositivo per la produzione di energia elettrica comprendente: almeno una fonte energetica, preferibilmente una fonte energetica rinnovabile; almeno una pompa, alimentata da detta fonte energetica atta a comprimere l’aria all’interno di un serbatoio (6) di stoccaggio dell’aria compressa così da alimentarla ad almeno un attuatore pneumatico primario (1) connesso ad almeno un attuatore pneumatico secondario (1a), preferibilmente connesso ad una pluralità di attuatori pneumatici secondari (1a, 1b, 1c), tramite tubazioni pressurizzate (3 e 4) ed elettrovalvole (150 e 298); almeno un gruppo di trasmissione (21) atto a trasformare in moto rotatorio costante il moto rotatorio alternato di detti attuatori pneumatici (1, 1a, 1b, 1c); almeno un generatore elettrico (33) connesso a detto gruppo di trasmissione (21) atto a produrre energia elettrica quando richiesto.

Description

Stato dell’Arte

[0001] Attualmente tutti i dispositivi industriali atti alia produzione di energia elettrica non rinnovabile, indipendentemente dalla loro dimensione, sono caratterizzati da una scarsa efficienza termodinamica. I classici motori a combustione interna, indipendentemente che siano a due oppure a quattro tempi ed indipendentemente che siano alimentati a benzina, cherosene, metano, gpl oppure a gasolio, vantano purtroppo un rendimento meccanico inferiore al 30%. Il problema irrisolto di tutti i dispositivi a combustione interna attualmente reperibili in commercio, è l’estrema dispersione energetica correlata all’intrinseca produzione di calore tipica della struttura e della concezione, stessa questi motori. La velocità a cui avviene la combustione, unitamente alla loro complessità meccanica, dissipa inevitabilmente una grande quantità di energia sottoforma di calore. Ovviamente, per disperdere nell’ambiente il calore inutilmente prodotto, ogni motore a combustione interna è ineluttabilmente associato a voluminosi scambiatori o radiatori, atti a dissipare l’energia termica prodotta. Inoltre, agli attuali motori a combustione interna, sono inevitabilmente associate delle emissioni tossiche, frutto della combustione degli stessi idrocarburi utilizzati, nocive sia per l’ambiente che per la salute stessa dell’uomo. Anche i motori ad idrogeno hanno nel loro complesso, dimostrato di avere un rendimento energetico molto scarso, inferiore persino al 40%. Analogamente, tutte le centrali termoelettriche attualmente operanti, hanno simili criticità. Scarsi rendimenti termodinamici, emissioni nocive per l’ambiente e ingente quanto inutile produzione di calore. Vista la dimensione di questa tipologia di impianti industriali, la dispersione del calore prodotto è talmente ingente da consigliare l’ubicazione di tali centrali termoelettriche in prossimità di fiumi, laghi o meglio ancora del mare. Energeticamente parlando, la situazione appare quindi critica e comunque correlata a dispositivi ed impianti concettualmente datati e dotati di scarsa efficienza e ridotto rendimento. La situazione complessiva non migliora affatto se si analizzano le criticità connesse alla produzione di energia atomica. In questo caso, oltre alla scarsa efficienza degli impianti, agli elevati costi realizzativi e alla ridotta durata operativa degli stessi, si aggiungono gli irrisolti problemi connessi alla produzione di scorie radioattive, alla loro gestione e al loro smaltimento sicuro. Come se tutto ciò non bastasse, tutti gli impianti dimensionalmente significativi per la produzione di energia non rinnovabile, hanno il difetto di essere poco duttili, ovvero, sono impianti che per dimensioni e concezione, non sono minimamente capaci^ oppure possono farlo solo parzialmente, di modulare nel tempo la loro produzione energetica. La richiesta energetica di ogni paese, è notoriamente molto variabile nel corso delle 24 ore. Il consumo varia infatti sensibilmente, in funzione delle richieste da parte degli utenti, tanto che in un paese come l’Italia, si passa da un minimo di circa 22 GW, nel cuore della notte, ad oltre 50 GW, verso mezzogiorno, nel solo corso delle ventiquattro ore. In sostanza, il consumo energetico varia del 60% nel corso della giornata, presupponendo un’elevata modulabilità degli impianti di produzione. Come precedentemente ricordato, soprattutto le centrali termoelettriche più grosse e le centrali nucleari, hanno una grossa difficoltà nel ridurre o nell’aumentare repentinamente la toro produzione energetica. Quest’ultima circostanza, causa uno squilibrio energetico all’interno delle rete elettrica nazionale, rendendo indispensabili metodi e dispositivi atti a consentire l’accumulo di energia nelle fasi in cui la richiesta è minore, ovvero la notte, rendendola nuovamente disponibile nelle ore in cui la richiesta è maggiore come, ad esempio, durante il giorno. Questa richiesta intermittente di energia elettrica, diminuisce ulteriormente l’efficienza del sistema energetico di ogni paese, mostrando la necessità di disporre di un nuovo ed efficiente metodo atto a consentire l’accumulo di energia nelle fasi di minor richiesta, consentendone però il suo repentino rilascio quando gli utenti lo richiedano. Il tutto, auspicabilmente, effettuato in maniera altamente efficiente.

Campo dell’invenzione

[0002] La presente invenzione intende risolvere tutte le criticità suddette, descrivendo un innovativo dispositivo per l’accumulo e la produzione di energia elettrica che sia sicuro, economico e capace di stoccare ingenti quantità di energia ma che sia al contempo capace di rimmetterla nuovamente nella rete, in maniera altamente efficiente, non appena aumenti la richiesta di energia elettrica.

Descrizione dell’invenzione

[0003] La presente domanda di brevetto per invenzione industriate descrive e rivendica un innovativo dispositivo elettropneumatico costituito sostanzialmente da due sottounità indipendenti, tra loro connesse tramite una comune tubazione pressurizzata.

[0004] La prima sottounità è costituita da una pompa, preferibilmente è costituita da una pluralità di pompe, ancor più preferibilmente è costituita da una serie di tre pompe, atte a consentire l’accumulo di energia potenziale, sottoforma di aria compressa, all’interno di uno o più appositi serbatoi di stoccaggio di detta aria compressa, in modo da poterla alimentare, tramite almeno una tubazione pressurizzata, alla seconda sotto un ita.

[0005] Detta seconda sottounità è costituita da almeno una coppia di motori o attuatori pneumatici, preferibilmente una pluralità di attuatori pneumatici, azionati in sequenza ordinata secondo un preciso schema programmato, dall’aria compressa precedentemente accumulata nel serbatoio di stoccaggio ed alimentata al primo di detti attuatori pneumatici, tramite una tubazione pressurizzata. Il moto oscillatorio alternato prodotto dall’azionamento di detti attuatori pneumatici, è trasmesso ad un gruppo di trasmissione atto a trasformare in movimento rotatorio continuo, il moto oscillatorio tipico di detti attuatori pneumatici ed essendo detto gruppo di trasmissione a sua volta connesso ad un comune generatore elettrico.

[0006] La prima sottounità della presente invenzione è dotata di un apposito serbatoio di stoccaggio, detto serbatoio di stoccaggio dell’aria compressa, può essere un qualsiasi serbatoio sufficientemente solido e sicuro per contenere detta aria, alternativamente, detto serbatoio può essere realizzato in modo tale da presentare al suo interno, una pluralità di settori, preferibilmente quattro settori, atti a delimitare zone di aria compressa caratterizzate da differenti pressioni. Ad esempio un’area di massima pressione attorno agli 80, 100 bar, un area di pressione media attorno ai 40, 60 bar, un area di pressione bassa attorno ai 25, 30 bar ed infine un area di pressione minima attorno ai 15, 20 bar. Dette aree, indipendentemente da quante siano, sono connesse tra loro da almeno un riduttore di pressione. Detti dispositivi di riduzione di pressione possono essere dei comuni rubinetti a comando elettrico atti ad essere aperti e chiusi per creare o impedire il collegamento tra !e varie aree indipendenti di detto serbatoio, in modo da distribuire l’aria compressa tra dette aree, secondo quanto impostato dalla centralina di comando. La centralina analizza i dati provenienti dai manomentri posti in ogni area indipendente, elaborandoli in modo da ottimizzare la distribuzione dell’aria compressa all’interno di ogni singola area e dell’intero serbatoio, così da mantenere in funzione del consumo momentaneo e della momentanea capacità di pompaggio (correlata con l’energia disponibile in quel dato momento), la pressione desiderata. Questa differenziazione nella struttura interna del serbatoio di stoccaggio dell’aria compressa, consente di accumulare ingenti quantità di aria ad elevate pressioni in spazi relativamente ridotti. Una caratteristica essenziale nel caso si disponga di energia rinnovabile. Questa fonte energetica infatti, essendo vincolata all’imprevedibilità delle condizioni meteorologiche, indipendentemente che si tratti di energia eolica o solare, devono necessariamente essere accumulate in ingenti quantità sottoforma di aria compressa, quando la natura le rende disponibili. Ecco quindi sorgere l’esigenza di disporre di un serbatoio multistadio, relativamente piccolo e quindi installabile in un qualsiasi giardino o sul tetto di una qualsiasi abitazione, atto ad accumulare grandi quantità di aria compressa da alta pressione, sino alla soglia degli 80, 100 bar. il serbatoio descritto, è dotato di una pluralità di rubinetti a comando elettrico, tanti quanti i comparti di cui è dotato, in modo da alimentare gli attuatori pneumatici primari ad una pressione dell’aria compressa di circa 10 bar. Per gli impianti di dimensioni maggiori e per accumulare ingenti quantità di aria compressa, possono essere utilizzate le gallerie ed i tunnel presenti sul territorio ma ormai in disuso. Grazie alla generosa capienza di queste cavità, sarebbe possibile stoccare efficacemente, proprio nelle ore in cui la richiesta energetica è minima, grandi quantità di aria compressa. L’ermeticità, la semplicità gestionale e la totale atossicità di questa tecnica di stoccaggio dell’energia, permette significativi risparmi economici, un ottimo livello di sicurezza e una durata pressoché illimitata di questi depositi di stoccaggio. Non avendo alcuna controindicazione pratica, lo stoccaggio dell’aria compressa all’interno di dette gallerie e tunnel ed il suo successivo impiego, potrebbe essere effettuato un numero praticamente infinito di volte, senza arrecare danno alcuno a persone e cose. Qualora dovessero essere riconvertite ad altri scopi, dette gallerie sarebbero immediatamente disponibili e sostanzialmente pronte per essere nuovamente utilizzate. Lo stoccaggio dell’aria compressa, onde aumentarne l’efficienza, avviene preferibilmente tramite una pluralità di compressori. Ogni compressore è infatti dotato di una ben precisa capacità ed efficienza compressoria e viene quindi utilizzato esclusivamente in funzione della pressione presente, in quel dato momento, all’interno del serbatoio di stoccaggio. In sostanza, quando la pressione all’interno del serbatoio di stoccaggio è bassa, si attivano tutti i compressori, quando è media il secondo e quando si intende raggiungere la pressione massima, il terzo compressore. Alternativamente la pluralità di compressori, possono lavorare singolarmente oppure in combinazione, in funzione dell’energia disponibile in quel dato momento. Quindi, se ad esempio l’impianto è alimentato da energia solare ed in una giornata nuvolosa ho una schiarita, posso attivare tutte le pompe simultaneamente anche se questo non è il sistema più efficiente per accumulare energia. Qualora invece l’impianto disponesse di poca energia, si attiverebbe esclusivamente la pompa più piccola che essendo alimentata da energia elettrica continua, potrebbe lavorare anche a velocità ridotta. Naturalmente, grazie ad un comune inverter, potrei però utilizzare anche l’energia elettrica alternata. Alternativamente i tre compressori possono lavorare in sequenza, comprimendo ognuno l’aria sino ad una data pressione. Raggiunta quindi la pressione dell’aria attorno alle 10 atmosfere, dal primo compressore l’aria, tramite una tubazione dotata di valvola di non ritorno, può essere immessa direttamente nel serbatoio di stoccaggio, oppure, essere inviata tramite una tubazione dotata di valvola di non ritorno, al secondo compressore. Detto secondo compressore comprime ulteriormente l’aria proveniente dal primo compressore, sino a raggiungere una pressione di circa 20 atmosfere. A sua volta, l’aria compressa da detto secondo compressore, può essere direttamente immessa nei serbatoio di stoccaggio tramite una tubazione dotata di valvola di non ritorno, oppure, essere inviata tramite una apposita conduttura ad un terzo compressore atto a comprimere ulteriormente l’aria inviatagli dal secondo compressore. Il terzo compressore, raggiunta la pressione di circa 30 atmosfere, immette detta aria all’interno del serbatoio di stoccaggio o della galleria opportunamente predisposta a contenere l’aria così compressa. Naturalmente il serbatoio di stoccaggio dell’aria compressa,, indipendentemente dalla pressione che contiene al suo interno, è dotato di almeno una valvola di non ritorno dell’aria compressa, posta su ogni singola tubazione o conduttura che lo alimenta. In sostanza, grazie alla modularità della centralina di comando, sono ottenibili tutte le possibili combinazioni al fine di sfruttare al meglio ed ottimizzare le singole aree indipendenti di stoccaggio dell’aria compressa.

[0007] Prevedendo un utilizzo a livello nazionale, è necessario prevedere l’impiego di numerose gallerie al fine di disporre di un sufficiente numero di serbatoi per lo stoccaggio dell’aria compressa. Essendo atossica, qualsiasi imprevista e casuale perdita di aria compressa, non causerebbe alcun danno collaterale se non la semplice caduta di efficienza del sistema.

[0008] Il suddetto sistema di stoccaggio dell’aria compressa consente pertanto di trasformare prima l’energia elettrica in energia meccanica e quindi, l’energia meccanica in energia pneumatica sottoforma di aria compressa. Naturalmente il suddetto sistema di stoccaggio dell’aria compressa può risultare efficace anche a livello domestico, ovvero, utilizzando un serbatoio di aria compressa di dimensioni contenute, per uso famigliare, atto ad essere automaticamente riempito a notte fonda, quando il costo dell’energia elettrica è notevolmente inferiore a quello del giorno. Il sistema di compressione dell’aria, ovvero le varie pompe, possono essere alimentate dalla corrente elettrica della rete, da un qualsiasi generatore, oppure da una qualsiasi fonte energetica rinnovabile quale, a titolo esplicativo ma non limitativo, dei pannelli fotovoltaici, delle turbine eoliche o delle turbine idroelettriche. A titolo indicativo, 1 metro cubo di aria compressa a 30 bar, adottando lo schema descritto nella presente domanda di brevetto per invenzione industriale, è capace approssimativamente di produrre circa 2KWh di energia elettrica.

[0009] La seconda unità di detto dispositivo elettropneumatico, è incentrata sull’elevata efficienza di funzionamento degli attuatori pneumatici che la caratterizzano. Nella presente invenzione i motori o attuatori pneumatici, vengono utilizzati secondo uno schema ben preciso e successivamente descritto nella presente domanda per invenzione industriale. Lo schema di funzionamento degli attuatori pneumatici presenti nella presente domanda di brevetto, prevede l’alimentazione dell’aria compressa proveniente dal riduttore di pressione connesso al serbatoio, ad una pressione finale di circa 10 bar, all’attuatore pneumatico primario. Questo, dopo aver effettuato il lavoro, invia l’aria compressa emessa ad almeno un attuatore pneumatico secondario, preferibilmente ad una pluralità di attuatori pneumatici secondari. Ogni attuatore pneumatico, è dotato di una corsa massima di 270° ma può essere utilizzato nel range ritenuto più opportuno sfruttando anche un oscillazione di molti gradi inferiore. Ogni attuatore pneumatico deve sostanzialmente essere considerato un motore ad aria compressa a movimento oscillante. Almeno una coppia, preferibilmente una pluralità di detti attuatori pneumatici, sono collegati ad un generatore elettrico trifase a magneti permanenti. Detta connessione avviene tramite uno specifico sistema di conversione meccanico, definito accoppiatore meccanico o gruppo di trasmissione, atto a trasformare il movimento oscillante tipico di detti attuatori pneumatici, in movimento rotatorio continuo idoneo a creare energia elettrica. La pressione di lavoro ed il flusso d’aria atto ad azionare detti attuatori pneumatici, opportunamente disposti nel primo e nel secondo stadio come successivamente descritto, sono gestiti da elettrovalvole con frequenza regalabile.

[0010] L’attuatore pneumatico primario della seconda sottounità, ovvero l’attuatore pneumatico disposto più a monte, viene direttamente alimentato dall’aria compressa proveniente dalla tubazione pressurizzata a circa 10 bar, che si estende dal serbatoio di stoccaggio dell’aria compressa, terminando direttamente nei dotto di alimentazione del primo attuatore pneumatico. Gli attuatori pneumatici sono disposti in modo tale da recuperare integralmente, tramite una apposita coppia di tubi di recupero dell’aria emessa, l’aria espulsa dai due sfiati laterali nel normale funzionamento dei primo attuatore pneumatico. L’aria espulsa dai due sfiati laterali del primo attuatore pneumatico, è infatti ancora dotata di una pressione notevolmente superiore a quella atmosferica e quindi, è ancora utilizzabile per compiere un lavoro meccanico. Per evitare di disperdere inutilmente nell’ambiente tate energia e sfruttare al meglio detto differenziale pressorio residuo, l’aria espulsa dai due sfiati laterali dell’attuatore pneumatico primario, viene direttamente inserita nella prima coppia di tubi di recupero dell’aria emessa ed inviata direttamente al dotto di alimentazione degli attuatori pneumatici secondari. La notevole pressione che detta aria ancora possiede, aziona ora detti attuatori pneumatici secondari disposti esattamente sullo stesso asse ma a valle dell’attuatore pneumatico primario. L’aria che fuoriesce dagli fiati laterali dell’ultimo attuatore pneumatico, essendo ormai incapace di svolgere alcun lavoro meccanico, viene semplicemente liberata nell’ambiente esterno essendo ormai priva di un differenziale pressorio significativo rispetto alla pressione atmosferica. La sequenza degli attuatori pneumatici, unitamente alla loro connessione diretta essendo disposti sullo stesso asse, permette di sfruttare al meglio il salto pressorio, ottenendo un elevatissimo rendimento nello sfruttamento dell’aria compressa preventivamente stivata nel serbatoio di stoccaggio. Naturalmente, qualora si partisse da pressioni più elevate dei 10 bar, è possibile sequenziare ulteriori attuatori pneumatici, sino ad ottenere comunque una pressione negli sfiati laterali di poco superiore a quella atmosferica, ovvero superiore a quella atmosferica di soli 0,2–0,5 bar. Quindi la distribuzione dell’attuatore primario e dell’attuatore o degli attuatori pneumatici secondari costringe l’aria compressa utilizzata, a compiere tutto il lavoro meccanico che è possibile effettuare sfruttando la sua energia potenziale. Per contro, qualora si disponesse di una pressione piuttosto ridotta, sarebbe possibile utilizzare una sola coppia di attuatori pneumatici, poiché, in questo caso, la pressione in uscita dagli sfiati laterali dell’attuatore pneumatico secondario, sarebbe già di poco superiore alla pressione atmosferica e quindi, non più utilizzabile per compiere efficacemente un lavoro. I vari motori ad aria compressa sopra descritti e definiti attuatori pneumatici, devono necessariamente avere tutti le stesse dimensioni. Questo particolare è reso necessario dal fatto che altrimenti si creerebbero delle instabilità. Qualora si desiderasse realizzare un impianto di notevoli dimensioni, è preferibile disporre di più motori principali, ovvero un maggior numero di attuatori pneumatici primari, piuttosto che disporre di un unico solo grande motore. Ciò è dovuto al fatto che in questo caso la pressione verrebbe meglio distribuita, avendo subito in entrata la maggior pressione. Naturalmente ogni singola uscita presente negli attuatori pneumatici primari secondo la presente invenzione, deve essere dotata di almeno una valvola di non ritorno.

Descrizione dei disegni

[0011] Procediamo ora alia descrizione dettagliata dei disegni di cui è corredata la presente invenzione in cui vengono descritti a titolo esplicativo e non limitativo, i dispositivi e gli apparati connessi al presente trovato in cui; <tb>La fig. 1<SEP>è una vista d’insieme dell’intero dispositivo 100 secondo la presente invenzione; <tb>La fig. 2<SEP>è una vista schematica parzialmente esplosa dell’intero sistema elettropneumatico 300 secondo la presente invenzione; <tb>La fig. 3<SEP>è una vista in pianta dell’attuatore pneumatico 1 secondo la presente invenzione; <tb>La fig. 4<SEP>è una vista in sezione laterale del solo gruppo di trasmissione 21 secondo la presente invenzione; <tb>La fig. 5<SEP>è uno schema generale del solo sistema di generazione dell’aria compressa secondo la presente invenzione; <tb>La fig. 6<SEP>è una vista prospettica del sistema elettropneumatico 300 secondo la presente invenzione; <tb>La fig. 7<SEP>è lo schema di funzionamento dell’attuatore pneumatico primario 1 e dei tre attuatori pneumatici secondari 1a, 1b, 1c disposti tra loro in parallelo.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

[0012] Come chiaramente mostrato nella fig. 1 , il presente dispositivo è caratterizzato da una pluralità di componenti che operando sinergicamente, consentono di raggiungere l’obiettivo della presente invenzione. Lo schema operativo dell’intero dispositivo 100 è costituito da un sistema per lo stoccaggio dell’aria compressa e la produzione dell’energia elettrica, utilizzando l’aria compressa come metodica di accumulo dell’energia secondo la presente invenzione. Nello schema si nota che il dispositivo è alimentato da una qualsiasi fonte di energia elettrica 400, preferibilmente una qualsiasi fonte energetica rinnovabile, atta ad alimentare almeno un compressore 200 predisposto per comprime l’aria atmosferica sino ad una pressione massima di circa 100 bar, in modo da poterla stoccare, sottoforma di aria compressa, all’interno del serbatoio 6. La compressione dell’aria nel serbatoio 6 di stoccaggio dell’aria compressa, avviene grazie al sistema di pompe ad alto rendimento 200. Quindi, detta aria compressa, viene inviata tramite delle tubazioni pressurizzate 3 ad una pluralità di attuatori pneumatici 1, 1a, 1b, 1c. Detti attuatori pneumatici sono atti a trasformare detta aria compressa in energia meccanica grazie al gruppo di trasmissione 21 che trasforma il moto oscillatorio, prodotto da detti attuatori pneumatici, in moto rotatorio continuo e quest’ultimo in energia elettrica che grazie al generatore 33, è pronta ad essere utilizzata oppure immessa nella rete. Nella fig. 2 , è mostrata una rappresentazione schematica in cui sono presenti i quattro dispositivi pneumatici o attuatori 1, 1a, 1b, 1c, azionati dall’aria compressa e tutti installati lungo l’asse 50. Detto asse 50 è a sua volta connesso al gruppo di trasmissione 21 a sua volta associato ad un comune generatore elettrico 33 atto a produrre l’energia elettrica al voltaggio desiderato. La fig. 2 mostra dettagliatamente una vista d’insieme dell’esploso del gruppo di trasmissione 21, atto a trasformare il moto rotatorio alternato di un primo elemento (nel caso specifico la pluralità di attuatori pneumatici 1, 1a, 1b, 1c), nel moto rotatorio continuo di un secondo elemento ad esso connesso (nel caso specifico il generatore elettrico 33) tramite il gruppo di trasmissione 21 stesso. Gli attuatori 1, 1a, 1b, 1c, sono azionatori pneumatici rotativi ad inversione di flusso. Per trasformare I’ inversione di movimento, tipico di questi attuatori, nel moto rotativo costante indispensabile per la produzione di energia elettrica, è fondamentale la presenza del gruppo di trasmissione 21. E’ la tubazione ad pressurizzata 3, proveniente dal serbatoio 6, ad alimentare I’ attuatore pneumatico primario 1. Su detta tubazione pressurizzata 3 è presente almeno un riduttore di pressione 500 ed un elettrovalvola 150, servita da due bobine per il suo corretto funzionamento. Lo schema di apertura e chiusura di detta elettrovalvola 150 è dettagliatamente mostrato nella fig. 7 da cui si evince che l’aria compressa proveniente da detta elettrovalvola 150 alimenta alternativamente le due camere A e B dell’attuatore pneumatico primario 1, quindi l’aria espulsa dai dotti pressurizzati 4 alimenta la sequenza di attuatori pneumatici secondari 1a, 1b, 1c, montati tra loro in parallelo. L’attuatore pneumatico 1c libera l’aria a lui alimentata dal tubo pressurizzato 4, direttamente nell’ambiente. Pertanto, l’aria compressa proveniente dal serbatoio di stoccaggio 6 viene alimentata ad almeno un riduttore di pressione 500 in modo da alimentarla al o ai cilindri pneumatici primari 1 ad una pressione di circa 10 bar. L’aria emessa da detto attuatore primario 1 viene inviata tramite una conduttura pressurizzata, ad una seconda elettrovalvola 298 che alimenta, tramite le tubature pressurizzate 4, 4a e 4b, gli attuatori secondari posti tra loro in parallelo. Si vuole sottolineare il fatto che l’aria emessa nelle condutture 4 dall’attuatore pneumatico primario 1, non viene liberata nell’atmosfera. Detta aria, avendo una pressione notevolmente superiore a quella atmosferica, attorno ai 4 bar, viene totalmente indirizzata nelle condutture pressurizzate 4 ed utilizzata, grazie alla seconda elettrovalvola 298, per attivare una pluralità di attuatori secondari 1a, 1b, 1e. Dopo aver azionato detti attuatori secondari, l’aria è dotata di una pressione appena superiore a quella atmosferica e non potendo più svolgere alcun lavoro, viene ora liberata nell’ambiente. La liberazione di detta aria esausta nell’ambiente avviene tramite l’elettrovalvola 298 che è dotata di appositi sfiati. Il numero di attuatori pneumatici secondari è tale da ridurre entro il margine di circa 0,2 bar la differenza di pressione tra l’atmosfera e l’aria emessa da detti attuatori pneumatici secondari. La l’attuatore pneumatico 1 è un azionatore pneumatico rotativo ad inversione di flusso, specificatamente nella fig. 3 è mostrato l’attuatore pneumatico, il cui pistone 70 è dotato di moto oscillatorio di 270° (illustrato nella fig. 3 con le frecce A e B) e caratterizzato dalla presenza dell’area di separazione 71 e dalla coppia di tubazioni pressurizzate 4. L’oscillazione di 270° viene compiuta dal pistone 70 nel suo regolare ciclo di lavoro attorno all’asse 50. Detta oscillazione ha un ampiezza massima pari a 270° ma [’ angolo di oscillazione dipende dalla frequenza di lavoro. Più detta frequenza è alta, minore sarà detto angolo di oscillazione. Indipendentemente dalia frequenza di oscillazione, il gruppo di trasmissione 21 è comunque in grado di trasformare detto movimento oscillatorio alternato, nel movimento rotatorio continuo indispensabile per la produzione di energia elettrica. La frequenza oscillatoria è direttamente correlata alla richiesta di energia elettrica in quel dato momento. Le due camere A e B sono separate tra loro dal pistone 70 e dall’area di separazione 71, dette camere si riempiono e si svuotano di aria compressa alternativamente, grazie all’azione dei condotti pressurizzati 4 a loro volta connessi e comandati dall’elettrovalvola 150, nel caso dell’attuatore pneumatico primario, oppure 298, nel caso degli attuatori pneumatici secondari.

[0013] Il gruppo di trasmissione 21 è atto a trasformare il moto rotatorio alternato di un primo elemento, ovvero degli attuatori 1, 1a, 1b, 1c, nel moto rotatorio continuo di un secondo elemento ad esso connesso, ovvero, del volano 58 e del generatore elettrico 33. Gli attuatori pneumatici 1, 1a, 1b, 1c, sono azionatori pneumatici rotativi ad inversione di flusso, per trasformare l’inversione di movimento tipico di questi attuatori, in un moto rotativo costante, indispensabile per la regolare produzione di energia elettrica, si rende necessario il gruppo di trasmissione 21. Si noti che tutti gli attuatori pneumatici 1, 1a, 1b, 1c, sono ordinatamente disposti lungo un estremità dell’asse 50. La porzione centrale dell’asse 50, si trova invece all’interno del gruppo stesso di trasmissione 21, su detta porzione dell’asse 50 è montata la ruota dentata 26. Tra detta ruota dentata 26 e l’ albero 99 è interposta la prima ruota libera 28 dotata di un unico e determinato verso d’ingranamento. Su di un secondo albero 25, parallelo a detto primo albero 99, sono calettate una seconda ruota dentata 27, atta ad impegnarsi con detta prima ruota dentata 26, ed una puleggia dentata 20, a sua volta connessa mediante una prima cinghia di trasmissione 22, alia seconda puleggia dentata 29. Detta seconda puleggia dentata 29, è calettata sul secondo albero 25 sul quale è installato anche la seconda ruota dentata 27. La prima puleggia dentata 20 è calettata sul primo albero 99 sul quale è montata anche la prima ruota dentata 26 con la relativa prima ruota libera 28. Tra detta prima puleggia dentata 20 e detto primo albero 99, è installata una seconda ruota libera 51, caratterizzata da un verso d’ingranamento opposto rispetto a quello della prima ruota libera 28. Il generatore elettrico 33, deve ora ruotare con verso costante per effetto del sistema di trasmissione 21, essendo calettato su un terzo albero 44 col quale ruota solidalmente sempre nello stesso verso. Il primo albero 99 ed il terzo albero 44, sono sullo stesso asse 50. Questo effetto è reso possibile grazie all’affiancamento parallelo al secondo albero 25 del terzo albero 44 avente l’asse longitudinale perfettamente allineato a quello del primo albero 99. L’albero 99 e l’albero 44, pur essendo perfettamente allineati, non sono direttamente connessi tra loro ma separati ed allineati l’uno con l’altro. Il secondo albero 25 ed il terzo albero 44, sono tra loro connessi tramite una seconda cinghia dentata 47 posta tra una terza puleggia dentata 45 ed una quarta puleggia dentata 46 rispettivamente calettate sul secondo albero 25 e sul terzo albero 44. Grazie ai suddetti cinematismi, indipendentemente dal verso di azionamento dell’attuatore elettropneumatico 1 la terza puleggia dentata 45 e la quarta puleggia dentata 46, continuano a ruotare nella stessa direzione, trasmettendo tale movimento rotatorio costante al generatore elettrico 33. Naturalmente gli alberi 99, 25 e 44 dovranno essere installati su appositi cuscinetti frapposti tra detti alberi ed i supporti 24. Ta i! gruppo di trasmissione 21 ed il generatore elettrico 33 si trova il volano 58 posto sull’asse 44.

[0014] Nella fig. 5 chiaramente è rappresentata una vista schematica del sistema di generazione dell’aria compressa secondo la presente invenzione, in cui sono evidenziati con i numeri 200, 200a, 200b le tre pompe al cui interno si trovano i tre pistoni 17, 17aj 17b, appartenenti rispettivamente ai tre cilindri 90, 90a, 90b. Detti pistoni 17, 17a, 17b hanno però capacità di compressione differenti e pertanto quando è sufficiente produrre una pressione minore per stoccare l’aria compressa, ovvero quando ad esempio il serbatoio dell’aria compressa 6 è semi vuoto, per riempirlo sarà sufficiente attivare il pistone 17b con minore capacità compressoria. Qualora il serbatoio 6 dell’aria compressa fosse però vuoto e si potesse disporre di ingenti quantità di energia elettrica a basso costo oppure di un consistente irraggiamento solare, si ha la possibilità di far lavorare simultaneamente tutti i pistoni sino al raggiungimento della pressione di aria compressa desiderata. Il meccanismo di attivazione è automaticamente gestito dalla centralina 14 che è in grado, analizzando i dati pressori ricevuti dai manometri posti nelle singole aree dal serbatoio 6 di aria compressa, di attivare le valvole 13 atte a fornire la minima pressione d’aria compressa necessaria per consentire il riempimento di detto serbatoio 6 utilizzando la minor energia possibile. Ogni singola camera di pompaggio 15 e 16, 15a e 16a, 15b e 16b, rispettivamente dei cilindri 90, 90a, 90b è connessa ad una coppia di valvole 13 comandate dalla centralina 14. Questa peculiarità consente di estrarre l’aria compressa da ogni camera di pompaggio 15 e 16 di ogni cilindro 90, sia quando i pistoni 17, 17a, 17b sono in fase di andata che quando sono in fase di ritorno, creando un doppio effetto di pompaggio. Le valvole 13 si aprono quando elettricamente attivate dal comando impartito dalla centralina 14 e si richiudono automaticamente con un comune meccanismo di ritorno a molla, evitando cosi il riflusso dell’aria compressa attraverso la valvola 13 stessa. Infatti, è la centralina elettronica 14 che analizzando i singoli dati pressori gestisce la coppia di valvole 13 associata ad ogni pistone 17, 17a, 17b, consentendo di aprire e chiudere alternativamente le valvole 13 connesse ad ogni singola camera di pompaggio 15, 15a, 15b, consentendo cosi di controllare perfettamente sia il flusso d’aria compressa in uscita dalle camere di pompaggio 15 e 16 che il flusso d’aria atmosferica in entrata. Quindi, a titolo esplicativo, nella fase di andata del pistone 17, è la porzione di pompaggio 15 a fornire l’aria compressa al serbatoio 6, mentre durante la fase di ritorno dei pistone 17 sarà la camera di pompaggio 16 a fornire detta aria compressa al serbatoio 6. Il tutto, come sopra ricordato, gestito sinergicamente dall’apertura e dalla chiusura delle valvole 13 che evitano anche il riflusso dell’aria compressa. In sintesi, i compressori d’aria 10, 10a, 10b sono azionati da un motore elettrico 5 dotato di riduttore, ed essendo detto motore elettrico 5 preferibilmente alimentato da energia elettrica rinnovabile. Il motore elettrico 5 è dotato di un meccanismo a vite 98 dotato di cuscinetti a sfera. II motore elettrico 5 è connesso ad almeno un compressore d’aria 10, preferibilmente a tre compressori d’aria 10, 10a, 10b, tutti montati lungo lo stesso asse, rappresentato in fig. 5 dall’albero stesso di trasmissione 97. I pistoni 17, 17a, 17b sono pertanto mobili in modo alternato, all’interno dei cilindri 90, 90a, 90b, quando azionati dall’albero di trasmissione 97. Pertanto, è la puntuale apertura e chiusura della coppia di valvole 13, comandate dalla centralina 14 e connesse ad ogni singola camera di pompaggio 15 e 16, 15a e 16a, 15b e 16b, a determinare quale o quali pompe 10 debbano entrare in funzione, in ogni determinato momento, al fine di ottimizzare il consumo energetico nella produzione di aria compressa, il manometro digitale analogico 199 è atto a fornire alla centralina 14 I dati relativi alla pressione presente all’interno del serbatoio 6 in modo da attivare le valvole 13 connesse alla pompa 200 preferita così da ottimizzare la distribuzione dell’aria compressa all’interno delle singole aree del serbatoio 6. Come già precedentemente descritto, ogni area indipendente è dotata al suo interno di un manometro e di almeno un rubinetto a comando elettrico gestito dalla centralina di comando a sua volta direttamente connessa con detti manometri.

[0015] Per meglio illustrare la presente domanda di brevetto nella fig. 6 è mostrata una vista schematica dell’intero sistema elettropneumatico 300 in cui si nota in tratteggiato, gli attuatori pneumatici disposti perfettamente in asse con il gruppo di trasmissione a sua volta direttamente connesso con il generatore.

[0016] Il rendimento del dispositivo 300 oggetto della presente domanda di brevetto industriale, è di circa 1*80%. Questo eccellente risultato è stato rilevato con misurazioni oggettive ed incontestabili. II presente dispositivo consente di produrre energia elettrica partendo da una riserva di aria compressa, precedentemente stoccata in un apposito serbatoio, grazie a delle pompe azionate preferibilmente da energia rinnovabile. In quest’ultimo caso, l’intero ciclo è ad impatto zero, ovvero, non arreca alcun danno all’ambiente, non libera anidride carbonica nell’ambiente e non crea alcun residuo tossico.

Claims (11)

1. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica comprendente: almeno una fonte di energia, (400) preferibilmente di energia rinnovabile, atta ad azionare almeno un motore elettrico (5) connesso tramite un meccanismo a vite (98) atto ad azionare l’albero di trasmissione (97) sul cui asse è disposta almeno una pompa (200), preferibilmente una pluralità di pompe (200), (200a), (200b), atte a comprime l’aria atmosferica all’interno di un apposito serbatoio di stoccaggio (6) di detta aria, sino al raggiungimento di una pressione massima di 100 atmosfere, grazie all’azione sincrona di almeno due coppie di valvole (13) connesse a detta pompa (200) in modo tale che ogni singola camera di pompaggio (15) e (16) di ogni cilindro (90), sia connessa a detta coppia di valvole (13), comandate dalla centralina (14), atte ad aprirsi e chiudersi in modo tale da sfruttare l’azione compressoria del cilindro (17) sia in fase di andata che di ritorno, ed almeno una tubazione pressurizzata (3) proveniente da detto serbatoio di stoccaggio (6) su cui è posto almeno un riduttore di pressione (500) ed una elettrovalvola: primaria (150) atta alimentare ad una pressione di circa 10 bar, almeno un attuatore pneumatico (1) disposto sull’asse (50), a sua volta connesso, tramite almeno una tubazione pressurizzata (4), ad almeno un attuatore pneumatico secondario (1a), preferibilmente una pluralità di attuatori pneumatici secondari^ 1a, 1b, 1c) connessi tra loro in parallelo e disposti anch’essi lungo detto asse (50), atti ad essere azionati dell’aria compressa emessa dall’ attuatore pneumatico primario (1) ed immessa nella conduttura pressurizzata (4) essendo detta conduttura pressurizzata (4) dotata dell’elettrovalvola secondaria (298) in modo tale da consentire l’azionamento in parallelo di detti attuatori pneumatici (1a, 1b,1c) che col loro moto rotatorio alternato, facciano anch’essi ruotare l’albero (99), posto lungo detto asse (50), con moto rotatorio alternato, ed essendo detto dispositivo (100) dotato di almeno un gruppo di trasmissione (21), posto lungo detto asse (50), atto a trasformare il moto rotatorio alternato di un primo elemento, ovvero degli attuatori (1), (1a), (1b), (1c), nel moto rotatorio continuo di un secondo elemento ad esso connesso, ovvero del volano (58) connesso al generatore elettrico (33).

2. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo la precedente rivendicazione caratterizzato dal fatto che gli attuatori pneumatici (1, 1a, 1b, 1c), sono ordinatamente allineati lungo un estremità dell’asse (50), la porzione centrale di detto asse (50), si trova invece all’interno del gruppo stesso di trasmissione (21), su detta porzione interna dell’asse (50) essendo montata la ruota dentata (26), tra detta ruota dentata (26) e I’ albero (99) è interposta la prima ruota libera (28) dotata di un unico e determinato verso d’ingranamento, su di un secondo albero (25), parallelo a detto primo albero (99), sono calettate una seconda ruota dentata (27), atta ad impegnarsi con detta prima ruota dentata (26), ed una puleggia dentata (20), a sua volta connessa mediante una prima cinghia di trasmissione (22), alla seconda puleggia dentata (29), detta seconda puleggia dentata (29), è calettata sul secondo albero (25) sul quale è installato anche la seconda ruota dentata (27), la prima puleggia dentata (20) è calettata sul primo albero (99) sul quale è montata anche la prima ruota dentata (26) con la relativa prima ruota libera (28), tra detta prima puleggia dentata (20) e detto primo albero (99), è installata una seconda ruota libera (51), caratterizzata da un verso d’ingranamento opposto rispetto a quello della prima ruota libera (28), il generatore elettrico (33), deve ora ruotare con verso costante per effetto del sistema di trasmissione (21), essendo calettato su un terzo albero (44) col quale ruota solidalmente sempre nello stesso verso, il primo albero (99) ed il terzo albero (44), sono disposti sullo stesso asse (50), grazie all’affiancamento parallelo al secondo albero (25) de! terzo albero (44) avente l’asse longitudinale perfettamente allineato a quello del primo albero (99) a sua volta coincidente con l’asse (50), l’albero (99) e l’albero (44), pur essendo perfettamente allineati, sono separati ed allineati l’uno con l’altro, il secondo albero (25) ed il terzo albero (44), sono tra loro connessi tramite una seconda cinghia dentata (47) posta tra una terza puleggia dentata (45) ed una quarta puleggia dentata (46), rispettivamente calettate sul secondo albero (25) e sul terzo albero (44), grazie ai suddetti cinematismi, indipendentemente dal verso di azionamento degli attuatori pneumatici (1) la terza puleggia dentata (45) e la quarta puleggia dentata (46), continuano a ruotare nella stessa direzione, trasmettendo tale movimento rotatorio costante al generatore elettrico (33), tra il gruppo di trasmissione (21) ed il generatore elettrico (33) si trova il volano (58) posto sull’albero (44).

3. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che per fonte energetica rinnovabile si intende una fonte energetica eolica, fotovoltaica o idroelettrica o una loro combinazione.

4. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto di avere la centralina (14) di comando delle valvole (13) connessa con almeno un manometro digitale analogico (199), preferibilmente una pluralità di manometri digitali (199), atti a rilevare la pressione all’interno di ogni singola area indipendente del serbatoio (6).

5. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che il motore elettrico (5) è connesso ad un meccanismo a vite (98) dotato di cuscinetti a sfera atto ad azionare l’albero di trasmissione (97).

6. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che l’attuatore pneumatico (1) è dotato di moto rotatorio alternato con angolo di oscillazione di almeno 270 gradi.

7. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che l’attuatore pneumatico (1) è dotato di moto rotatorio alternato con angolo di oscillazione inferiore a 270 gradi.

8. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che l’attuatore pneumatico primario (1) è direttamente alimentato dalla tubazione pressurizzata (3) tramite l’elettrovalvola primaria (150) e che l’aria emessa da detto attuatore pneumatico primario (1) alimenta, tramite le tubazioni pressurizzate (4) una pluralità di attuatori pneumatici secondari disposti in parallelo tra loro e regolati da almeno un elettrovalvola secondaria (298) disposta sulle tubazioni pressurizzate (4).

9. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni caratterizzato dal fatto che il serbatoio di stoccaggio (6) dell’aria compressa può essere un comune serbatoio opportunamente dimensionato, oppure preferibilmente, una galleria, un tunnel o una qualsiasi cavità ermetica in disuso.

10. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni in cui il serbatoio di stoccaggio (6) dell’aria compressa è un serbatoio multistadio, costituito da una pluralità di aree separate, preferibilmente quattro aree separate, connesse tra loro da almeno un riduttore di pressione (297) rappresentato da un comune rubinetto a comando elettrico atto ad aprirsi elettricamente e a richiudersi con un comune meccanismo a molla.

11. Dispositivo (100) per la produzione di energia elettrica secondo le precedenti rivendicazioni in cui l’aria compressa alimentata all’attuatore pneumatico primario (1) ha una pressione compresa tra i 5 ed i 20 bar, preferibilmente 10 bar.