IT201700004695A1

IT201700004695A1 - Energy generation and storage system for the home (NEST-house)

Info

Publication number: IT201700004695A1
Application number: IT102017000004695A
Authority: IT
Inventors: Armido Cremaschi
Original assignee: Armido Cremaschi
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2018-07-17

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo di Invenzione Field of Invention

La presente invenzione descrive un sistema energetico completo per una casa, comprendente ima serie di dispositivi interconnessi tra loro per consentire la trasformazione economica tra diverse forme di energia, tra cui anche energia elettrica, utilizzando fonti rinnovabili, ed il suo immagazzinamento minimizzando le perdite. The present invention describes a complete energy system for a house, comprising a series of interconnected devices to allow the economic transformation between different forms of energy, including electricity, using renewable sources, and its storage while minimizing losses.

La presente invenzione fa riferimento ad un consumo giornaliero medio di un edificio abitabile di 110 m<2>, con un volume interno di 300 m<3>. The present invention refers to an average daily consumption of a habitable building of 110 m <2>, with an internal volume of 300 m <3>.

Background dell'invenzione Background of the invention

Negli ultimi anni sono state lanciate numerose iniziative con l'obiettivo di aumentare la percentuale energetica ricavata da fonti rinnovabili, utilizzata non solo a livello industriale ma anche a livello domestico. In recent years, numerous initiatives have been launched with the aim of increasing the percentage of energy obtained from renewable sources, used not only at the industrial level but also at the domestic level.

Soluzioni attualmente presentate utilizzando tale ottica energetica prevedono l’utilizzo di sottosistemi separati per l’ottenimento di calore ed energia elettrica, prevedendo solo in limitati casi e per limitati utilizzi uno scambio funzionale reciproco, cioè, una trasformazione del calore in energia elettrica, data l’efficienza bassa ottenuta finora utilizzando una soluzione di questo tipo. Solutions currently presented using this energy perspective provide for the use of separate subsystems for obtaining heat and electricity, providing only in limited cases and for limited uses a reciprocal functional exchange, that is, a transformation of heat into electricity, given the low efficiency obtained so far using a solution of this type.

Per poter aumentare tale limite di efficienza è necessario un adeguato immagazzinamento di calore ad alta temperatura, con un livello di entalpia sufficiente per la sua trasformazione in qualsiasi momento in energia elettrica oltre che per il condizionamento degli In order to increase this efficiency limit, an adequate storage of heat at high temperature is necessary, with a level of enthalpy sufficient for its transformation at any time into electrical energy as well as for the conditioning of the

j ambienti così come per l’ottenimento di acqua calda. j environments as well as for obtaining hot water.

Per ottenere una quantità di calore sufficiente per ottenere una adeguata quantità di energia elettrica, senza adottare combustibili fossili, esistono varie possibilità. To obtain a sufficient quantity of heat to obtain an adequate quantity of electricity, without adopting fossil fuels, there are various possibilities.

Una di queste prevede l’utilizzo di sistemi a concentrazione solare (anche detti CSP). Concentrazione solare significa che la radiazione solare incidente su una superfìcie è concentrata su un'area significativamente minore, con un aumento quasi proporzionale della sua temperatura. Si ottiene, dunque, una concentrazione e quindi un aumento di densità della radiazione naturale, al fine di raggiungere temperature ottimali per la generazione di energia elettrica. Per esempio, per la produzione di vapore, con una successiva turbina a vapore, la temperatura minima da raggiungere per un corretto funzionamento è di circa 180<0>C. Un motore Stirling, invece, presenta una buona efficienza con una differenza di temperatura tra le estremità calda e fredda superiore ai 150<D>C. One of these involves the use of solar concentration systems (also called CSPs). Solar concentration means that the solar radiation incident on a surface is concentrated on a significantly smaller area, with an almost proportional increase in its temperature. Therefore, a concentration and therefore an increase in density of the natural radiation is obtained, in order to reach optimal temperatures for the generation of electricity. For example, for the production of steam, with a subsequent steam turbine, the minimum temperature to be reached for correct operation is about 180 <0> C. A Stirling engine, on the other hand, has good efficiency with a temperature difference between the hot and cold ends of more than 150 <D> C.

Per applicazioni su larga scala di CSP sono state raggiunte temperature molto superiori. Ad esempio il progetto Archimede di Priolo Gargallo, nei pressi di Siracusa, in Sicilia, prevede temperature in uscita di oltre 500 °C utilizzando concentratori solari accoppiati alla tecnologia dei sali fusi, mentre il forno solare Odeillo, sui Pirenei francesi, consente di raggiungere temperature di oltre 3000 °C. Much higher temperatures have been achieved for large scale CSP applications. For example, the Archimede project in Priolo Gargallo, near Syracuse, Sicily, envisages outlet temperatures of over 500 ° C using solar concentrators coupled with molten salt technology, while the Odeillo solar oven, in the French Pyrenees, allows temperatures to be reached over 3000 ° C.

È tuttavia chiaro che maggiore è la temperatura, maggiore è il calore perso per conduzione e, sempre più rilevante al crescere della temperatura, irraggiamento. However, it is clear that the higher the temperature, the greater the heat lost by conduction and, more and more relevant as the temperature increases, irradiation.

La trasformazione dell’energia termica in elettrica propone, tra le soluzioni esistenti, l’utilizzo di un motore di tipo Stirling. Il ciclo su cui si basa questo motore è stato sviluppato nella prima metà dell’800 da Robert Stirling e proponeva indiscutibili vantaggi per la sicurezza, date le basse pressioni in gioco, in contrapposizione con le alte pressioni presenti nei motori a vapore diffusi durante la prima fase della rivoluzione industriale. A questo si somma una flessibilità di utilizzo che ha reso questo ciclo di attualità nuovamente nel Ventunesimo Secolo, stante la non comune caratteristica di funzionare con combustibili anche molto diversi tra loro. Nel 1964 William Beale, docente di meccanica dell'Università dell’Ohio, ne introdusse una rivoluzionaria interpretazione, denominata “free piston”. Tale soluzione non prevedeva alcun cinematismo legato al movimento del pistone, e soprattutto alcun problema legato alle guarnizioni, ma la conversione diretta del moto alternativo del pistone in potenza elettrica attraverso l’uso di un alternatore non più rotante ma lineare. The transformation of thermal energy into electricity proposes, among the existing solutions, the use of a Stirling type engine. The cycle on which this engine is based was developed in the first half of the 19th century by Robert Stirling and offered indisputable advantages for safety, given the low pressures involved, as opposed to the high pressures present in the steam engines widespread during the first phase of the industrial revolution. To this is added a flexibility of use that has made this cycle relevant again in the twenty-first century, given the uncommon characteristic of operating with fuels that are also very different from each other. In 1964 William Beale, professor of mechanics at the University of Ohio, introduced a revolutionary interpretation, called "free piston". This solution did not involve any kinematics linked to the movement of the piston, and above all any problems related to the seals, but the direct conversion of the reciprocating motion of the piston into electrical power through the use of a no longer rotating but linear alternator.

La diffusione di impianti di cogenerazione a livello domestico è stata però ostacolata da ulteriori problematiche. However, the spread of cogeneration plants at a domestic level has been hindered by further problems.

L’iniziativa europea “Thermie” ha individuato in particolare come l’attuale utilizzo di calore degradato a bassa entalpia per la conversione in energia elettrica tramite motori Stirling è altamente inefficiente, con i migliori risultati in termini di efficienza che non superano il 30-40%. The European initiative "Thermie" has identified in particular how the current use of low enthalpy degraded heat for conversion into electricity by Stirling engines is highly inefficient, with the best results in terms of efficiency not exceeding 30-40 %.

Così come si necessita di un accumulatore di energia termica nel caso in cui questa sia in eccesso, spesso si ha anche un surplus di energia elettrica, che può essere sfruttata per l’attivazione di ulteriori sistemi che ne consentono, alla fine uno stoccaggio efficiente. Just as a thermal energy accumulator is required in the event that this is in excess, there is often also a surplus of electricity, which can be exploited for the activation of additional systems that ultimately allow efficient storage.

Tra questi, già a partire dagli anni 60, si è puntato molto sull’uso dell’idrogeno come vettore energetico. Tale elemento garantisce prestazioni energetiche molto elevate, accoppiate a notevoli vantaggi ecologici, essendo acqua il suo prodotto di combustione, ma presenta altrettanto numerose controindicazioni, dovute in particolare alle difficoltà di stoccaggio, dato che bisogna garantire una temperatura criogenica. L’approccio finora adottato nella ricerca energetica legata all’idrogeno è stato sempre sviluppato top-down, ossia prevedendo una produzione centralizzata di energia, e una successiva distribuzione agli utenti. Tale soluzione risulta però molto sconveniente, essendo difficile prevedere che un qualsiasi investitore possa al momento accettare una spesa per centrali molto grandi e un sistema di distribuzione altrettanto complesso e costoso. Among these, as early as the 1960s, a lot has been focused on the use of hydrogen as an energy vector. This element guarantees very high energy performance, coupled with considerable ecological advantages, as its combustion product is water, but it also has numerous contraindications, due in particular to storage difficulties, given that a cryogenic temperature must be guaranteed. The approach adopted so far in hydrogen-related energy research has always been developed top-down, that is, providing for centralized energy production, and subsequent distribution to users. However, this solution is very inconvenient, as it is difficult to foresee that any investor can currently accept an expense for very large power plants and an equally complex and expensive distribution system.

Di conseguenza risulta preferibile una ricerca con una visione opposta, e dunque con una produzione domestica, il che richiede l’utilizzo di dispositivi, certamente complessi, ma di non impossibile messa in atto, sia a livello di fattibilità che a livello economico. Consequently, a research with an opposite view is preferable, and therefore with a domestic production, which requires the use of devices, certainly complex, but not impossible to implement, both in terms of feasibility and economically.

Alcuni sistemi a idrogeno ne prevedono una compressione e un suo successivo stoccaggio. In un ambiente domestico, la quantità di idrogeno da comprimere è piuttosto limitata. La tecnologia utilizzata per la produzione può essere l’elettrolisi dell'acqua, che utilizza energia elettrica per rompere il legame tra idrogeno e ossigeno. Some hydrogen systems provide for its compression and subsequent storage. In a domestic environment, the amount of hydrogen to be compressed is quite limited. The technology used for production may be water electrolysis, which uses electricity to break the bond between hydrogen and oxygen.

Lo stoccaggio può essere previsto in forma liquida, in forma gassosa, per assorbimento su materiali spugnosi o tramite strutture di nano tubi, di recente sviluppo, a varie temperature e pressioni. Storage can be provided in liquid form, in gaseous form, by absorption on spongy materials or through structures of nano tubes, recently developed, at various temperatures and pressures.

Sommario dell'invenzione Summary of the invention

La presente invenzione si propone di superare gli inconvenienti dei vari sistemi, proponendo un sistema integrato che utilizza dispositivi migliorati rispetto a quanto finora sviluppato dall’arte nota che cooperano per la dismissione dei combustibili fossili da fonte principale di generazione energetica {termica ed elettrica) domestica. The present invention aims to overcome the drawbacks of the various systems, proposing an integrated system that uses improved devices with respect to what has been developed up to now by the known art that cooperate for the disposal of fossil fuels from the main source of domestic (thermal and electrical) energy generation. .

La presente invenzione è costituita da una pluralità di generatori primari, che possono essere generatori di energia elettrica o generatori di calore. Durante alcuni periodi della giornata e dell'anno, il sistema potrebbe essere in una condizione di produrre più energia elettrica di quella necessaria per il consumo. In tale condizione è, quindi, possibile produrre idrogeno per elettrolisi dell'acqua. The present invention consists of a plurality of primary generators, which can be electricity generators or heat generators. During certain times of the day and year, the system may be in a position to produce more electricity than is needed for consumption. In this condition it is therefore possible to produce hydrogen by electrolysis of water.

I dispositivi essenziali che compongono un sistema NEST-house funzionale sono: The essential devices that make up a functional NEST-house system are:

1. Dispositivo di accumulo di calore ad alta entalpia, con una capacità di circa 2 giorni considerando un fabbisogno energetico domestico medio; 1. High enthalpy heat storage device, with a capacity of about 2 days considering an average domestic energy requirement;

2. Sistema CSP (Concentrated Solar Power), in grado di raccogliere il calore ad alta entalpia dal sole nelle ore centrali della giornata, in parte utilizzabile per i bisogni immediati della casa, e in parte immagazzinato. 2. CSP (Concentrated Solar Power) system, capable of collecting high enthalpy heat from the sun in the central hours of the day, partly usable for the immediate needs of the house, and partly stored.

3. Generatore elettrico basato sul principio del motore Stirling, installato in una pluralità di unità di circa 1 kW di potenza, utilizzabile reversibilmente sia secondo un ciclo frigorifero sia come pompa di calore; 3. Electric generator based on the Stirling engine principle, installed in a plurality of units of approximately 1 kW of power, which can be used reversibly both according to a refrigeration cycle and as a heat pump;

4. Impianto ad idrogeno, composto da un hydrolyzer, un compressore ad alta pressione di piccole dimensioni e da un sistema di stoccaggio per idrogeno compresso, un mezzo per immagazzinare parte dell'energia disponibile sotto forma di idrogeno in batterie costituite da piccoli contenitori cilindrici; 4. Hydrogen plant, consisting of a hydrolyzer, a small-sized high-pressure compressor and a storage system for compressed hydrogen, a means of storing part of the available energy in the form of hydrogen in batteries made up of small cylindrical containers;

5. Caldaia a gas del tipo a condensazione, con capacità di circa 20 MJ/h, azionata solo quando necessario, per integrare esigenze supplementari . 5. Gas condensing boiler, with a capacity of about 20 MJ / h, operated only when necessary, to integrate additional needs.

E’ altresì possibile aggiungere ulteriori componenti non essenziali ma che contribuiscano ad una migliore prestazione del sistema, utilizzanti forme di energia quelli quella fotovoltaica, eolica, idrica, o simili, a seconda della posizione e delle caratteristiche della casa e del luogo in cui essa è sita. It is also possible to add additional components that are not essential but which contribute to a better performance of the system, using forms of energy such as photovoltaic, wind, water, or the like, depending on the position and characteristics of the house and the place where it is located. sita.

Il dispositivo di stoccaggio di calore consente una risposta istantanea alle richieste energetiche. The heat storage device allows instant response to energy demands.

Il problema di immagazzinare energia è oggetto di varie iniziative di ricerca, ma al momento l'unica via praticabile per accumulare una quantità rilevante di energia in ambienti domestici è immagazzinarla sotto forma di calore, a condizione che vi sia un modo economicamente conveniente di trasformazione reversibile in altre forme di energia, come energia elettrica. The problem of storing energy is the subject of various research initiatives, but at the moment the only viable way to accumulate a significant amount of energy in domestic environments is to store it in the form of heat, provided that there is a cost-effective way of reversible transformation. in other forms of energy, such as electricity.

Per tale ragione la presente invenzione prevede un mezzo di accumulo del calore proveniente da diverse fonti in tempi diversi, rendendolo poi disponibile a seconda delle differenti esigenze specifiche della gestione energetica della casa. La capacità energetica deirinvenzione deve essere sufficiente per le esigenze medie di un’abitazione per due giorni, statisticamente circa 400 MJ. Utilizzando il dispositivo ad ima temperatura media di 280 °C, l’energia termica utilizzabile è circa 360 MJ, ma il calore residuo, ad un livello di entalpia inferiore al minimo richiesto per la produzione economica di energia elettrica (circa 180 °C), è ancora utilizzabile per le esigenze termiche della casa, il che consente un riscaldamento domestico per due giorni aggiuntivi. Naturalmente più di un dispositivo può essere installato, a seconda delle esigenze di energia elettrica e/o calore. Ciò rende il sistema meno vulnerabile ad interruzioni di energia elettrica e gas. For this reason, the present invention provides for a means of accumulating the heat coming from different sources at different times, making it then available according to the different specific needs of the energy management of the house. The energy capacity of the invention must be sufficient for the average needs of a house for two days, statistically about 400 MJ. Using the device at an average temperature of 280 ° C, the usable thermal energy is about 360 MJ, but the residual heat, at an enthalpy level below the minimum required for the economic production of electricity (about 180 ° C), it is still usable for the thermal needs of the house, which allows for home heating for two additional days. Of course, more than one device can be installed, depending on the needs of electricity and / or heat. This makes the system less vulnerable to power and gas outages.

L’accumulo del calore si ottiene tramite un accumulo con una doppia struttura metallica, una interna ed una esterna, separate da un sistema di aste in materiale a bassa conducibilità termica. All’interno della struttura più interna si utilizzano materiali granulari, quali ad esempio la sabbia, attraversati da un sistema di tubature a doppia spirale, portante il fluido termoconvettore proveniente dai dispositivi di raccolta dell’energia termica. The accumulation of heat is obtained through an accumulation with a double metal structure, one internal and one external, separated by a system of rods in low thermal conductivity material. Inside the innermost structure, granular materials are used, such as sand, crossed by a double spiral piping system, carrying the heat-conveying fluid coming from the thermal energy collection devices.

I componenti necessari per la realizzazione del dispositivo di accumulo di calore previsto nella presente invenzione sono costituiti da materiali convenzionali, consentendo un impatto economico molto ridotto, con un incremento rispetto ad un sistema di riscaldamento tradizionale di non più del 15%, incremento facilmente ammortizzabile dato il risparmio ottenuto grazie alla presente invenzione. Anche i costi di manutenzione risultano molto convenienti, prevedendo unicamente la sostituzione periodica del fluido termoconvettore. Inoltre tale dispositivo non necessita della preesistente presenza di una rete elettrica o di gas. The components necessary for the realization of the heat storage device envisaged in the present invention are made of conventional materials, allowing a very reduced economic impact, with an increase compared to a traditional heating system of no more than 15%, an increase that can be easily amortized given the savings obtained thanks to the present invention. Maintenance costs are also very convenient, only providing for the periodic replacement of the convection fluid. Furthermore, this device does not require the pre-existing presence of an electricity or gas network.

Il calore stoccato proviene da un impianto a concentrazione solare (detto impianto CSP), che riscalda il suddetto fluido termoconvettore. Le lenti di tipo Fresnel consentono un ingombro contenuto del sistema. Queste concentrano i raggi solari su un apposito ricevitore, a contatto con un sistema di tubi contenente il fluido termoconvettore. Ciò consente un continuo prelievo termico da parte del fluido, diretto o ai dispositivi per l’utilizzo immediato di tale calore, direttamente sotto forma di energia termica o previa trasformazione in energia elettrica, oppure verso il su descritto sistema di stoccaggio. The stored heat comes from a solar concentration plant (called CSP plant), which heats the aforementioned convector fluid. Fresnel-type lenses allow for a small footprint of the system. These concentrate the sun's rays on a special receiver, in contact with a system of pipes containing the convector fluid. This allows a continuous thermal withdrawal by the fluid, either directly or to the devices for the immediate use of this heat, directly in the form of thermal energy or after transformation into electricity, or towards the aforementioned storage system.

Il sistema CSP proposto, fatta eccezione per le lenti Fresnel e per il fluido termico, risulta realizzabile con un costo contenuto. Il fluido termico deve soddisfare caratteristiche di sicurezza e chimiche, ma la quantità necessaria per il funzionamento del dispositivo è di circa 100 kg, non inficiando eccessivamente il costo globale. The CSP system proposed, with the exception of the Fresnel lenses and the thermal fluid, is achievable at a low cost. The thermal fluid must meet safety and chemical characteristics, but the quantity necessary for the operation of the device is about 100 kg, not excessively affecting the overall cost.

Tramite il miglioramento di dispositivi ricevitore sarà possibile aumentare il rendimento del sistema CSP su descritto ed il suo contributo al bilancio energetico di una abitazione soprattutto durante le stagioni calde o a latitudini favorevoli. Through the improvement of receiver devices it will be possible to increase the efficiency of the CSP system described above and its contribution to the energy balance of a home, especially during the warm seasons or at favorable latitudes.

Il calore viene dunque trasformato in energia elettrica tramite un generatore basato sulla tecnologia Stirling, ideale per questo tipo di dispositivo, data la polivalenza di utilizzo, garantendo quindi la fondamentale caratteristica di soddisfare esigenze variabili di quantità di energia elettrica, sempre con efficienza massima. Preferibilmente la presente invenzione prevede un’unità in grado di soddisfare le esigenze domestiche base tramite la generazioni di 1 kWh di energia elettrica, e una serie di unità ausiliari attivabili a richiesta. Tale configurazione consente una buona gestione dei motori, estendendone l’aspettativa di vita operativa di 60.000 ore. The heat is therefore transformed into electricity by means of a generator based on Stirling technology, ideal for this type of device, given the versatility of use, thus guaranteeing the fundamental characteristic of satisfying variable needs for the quantity of electricity, always with maximum efficiency. Preferably, the present invention provides a unit capable of satisfying basic domestic needs through the generation of 1 kWh of electricity, and a series of auxiliary units that can be activated on request. This configuration allows good management of the motors, extending their operating life expectancy of 60,000 hours.

Ulteriormente il motore Stirling previsto è del tipo cosiddetto “sigillato”, il che garantisce elevati standard di sicurezza e elimina quasi del tutto, al contempo, la necessità di esigenze manutentive. Furthermore, the Stirling engine envisaged is of the so-called “sealed” type, which guarantees high safety standards and at the same time almost completely eliminates the need for maintenance requirements.

II dispositivo utilizzato prevede, in particolare, un pistone toroidale, oscillante all’interno di un dispiacer anch’esso toroidale, tra le estremità calda e fredda. Sulla superficie interna del dispiacer sono disposti secondo precisa relazione distanziate una serie di magneti. Il fluido utilizzato all’intemo del dispiacer come fluido termodinamico è preferibilmente elio. Il movimento del pistone a causa del movimento dell’elio tra le due estremità fredda e calda, fa sì che il motore Stirling agisca come alternatore lineare. Si ha, quindi, un flusso magnetico alternato dei magneti a causa del moto alternato del dispiacer, con conseguente generazione di corrente. The device used provides, in particular, a toroidal piston, oscillating within a toroidal pan, between the hot and cold ends. On the internal surface of the dispiacer a series of magnets are arranged according to a precise relationship spaced apart. The fluid used within the dispiacer as a thermodynamic fluid is preferably helium. The movement of the piston due to the movement of helium between the two cold and hot ends, causes the Stirling engine to act as a linear alternator. There is, therefore, an alternating magnetic flux of the magnets due to the alternating motion of the dispiacer, with consequent generation of current.

E’ stato selezionato come fluido preferenziale l'elio compresso, date le prestazioni di scambio termico assimilabili a quelle dell’idrogeno, eliminando al contempo le problematiche di infiammabilità e di danneggiamento sui metalli di quest’ultimo. Compressed helium was selected as the preferred fluid, given the heat exchange performance comparable to that of hydrogen, while eliminating the problems of flammability and damage to the latter's metals.

Utilizzando l’intera quantità di energia termica immagazzinabile all’interno del suddetto accumulatore termico, con una capacità di circa 400 MJ è possibile ottenere il funzionamento del motore Stirling per circa 7 ore, senza alcun altro contributo, con una produzione di energia elettrica pari a circa 28 kWh, equivalenti al consumo elettrico medio per 3-4 giorni. Using the entire quantity of thermal energy that can be stored inside the aforementioned thermal accumulator, with a capacity of about 400 MJ, it is possible to obtain the operation of the Stirling engine for about 7 hours, without any other contribution, with an electrical energy production equal to about 28 kWh, equivalent to the average electricity consumption for 3-4 days.

E’ altresì possibile invertire le estremità del motore Stirling, invertendo dunque estremità calda e fredda, ottenendo un funzionamento di alcune unità come pompe di calore, invece che come generatori. La reversibilità dei dispositivi suggerisce di avere preferibilmente più unità, nei casi di contemporanea esigenza di energia elettrica e di raffreddamento. It is also possible to invert the ends of the Stirling engine, thus inverting the hot and cold ends, thus obtaining the operation of some units as heat pumps, instead of as generators. The reversibility of the devices suggests preferably having more units, in cases of simultaneous need for electricity and cooling.

Il calore non utilizzato dal motore Stirling, che lavora con un differenziale di temperatura impostato tra estremità calde e fredde di 150 °C, può essere proficuamente utilizzato per le esigenze termiche della casa, evitando di sprecare la quantità di energia termica non convertibile in energia elettrica. The heat not used by the Stirling engine, which works with a temperature differential set between hot and cold ends of 150 ° C, can be profitably used for the thermal needs of the house, avoiding wasting the amount of thermal energy that cannot be converted into electricity. .

Come detto, si può rendere necessario un dispositivo per lo stoccaggio dell’energia elettrica, nel caso in cui se ne sia prodotta una quantità maggiore rispetto alle esigenze immediate dell’abitazione . As mentioned, a device for the storage of electricity may be required, in the event that a greater quantity of it is produced than the immediate needs of the home.

Per tale motivo la presente invenzione prevede un sistema per utilizzare l’energia elettrica in surplus per la produzione di idrogeno, e un successivo sistema di stoccaggio di tale idrogeno compresso. In tal modo si ha una riserva di idrogeno compresso. Tale riserva può essere riconvertita in energia elettrica tramite pile a combustibile, oppure utilizzata per l’alimentazione di piccoli dispositivi a motore, o altro. In tal modo non si ha mai una dispersione di energia, aumentando, dunque, refficienza globale del sistema secondo l’invenzione. For this reason, the present invention provides a system for using surplus electricity for the production of hydrogen, and a subsequent storage system for this compressed hydrogen. In this way there is a reserve of compressed hydrogen. This reserve can be converted into electricity via fuel cells, or used to power small motor devices, or other. In this way there is never a dispersion of energy, thus increasing the overall efficiency of the system according to the invention.

Il dispositivo di compressione dell'idrogeno secondo l’invenzione può essere azionato da energia elettrica, o in caso di emergenza anche manualmente. L'impianto di produzione e stoccaggio dell'idrogeno comprende un hydrolyzer, dispositivo per effettuare l’elettrolisi dell’acqua, con il quale si ottiene circa 1 g di idrogeno per 70 Wh di energia elettrica. L’idrogeno così ottenuto passa ad un compressore di piccola dimensione ad alta pressione, utile per comprimere il gas proveniente dall’ hydrolyzer da una pressione compresa tra 1,5 e 3,0 MPa ad una pressione massima di 60 MPa. The hydrogen compression device according to the invention can be operated by electricity, or in an emergency also manually. The hydrogen production and storage plant includes a hydrolyzer, a device for carrying out the electrolysis of water, with which approximately 1 g of hydrogen is obtained for 70 Wh of electricity. The hydrogen thus obtained passes to a small size high pressure compressor, useful for compressing the gas coming from the hydrolyzer from a pressure between 1.5 and 3.0 MPa to a maximum pressure of 60 MPa.

L’idrogeno così compresso viene stoccato tramite un apposito dispositivo posto in serie al compressore, in cartucce ad alta pressione. The compressed hydrogen is stored through a special device placed in series with the compressor, in high pressure cartridges.

Tutte le operazioni sono effettuate rispettando elevati standard di sicurezza, data la movimentazione di combustibile gassoso, utilizzando materiali che non provochino problematiche di attriti indesiderati, scintille o formazione di punti caldi. All operations are carried out respecting high safety standards, given the handling of gaseous fuel, using materials that do not cause problems of unwanted friction, sparks or the formation of hot spots.

Il compressore descritto consente di comprimere una quantità limitata di gas, al netto di una spesa limitata di energia e prevedendo costi moderati. Inoltre, data la ridotta velocità alla quale la compressione avviene, non si hanno problematiche di accumulo di calore a livello locale, dando alla struttura metallica del compressore tempo sufficiente per dissipare il calore. The described compressor allows to compress a limited quantity of gas, net of a limited expenditure of energy and foreseeing moderate costs. Furthermore, given the reduced speed at which the compression takes place, there are no problems of local heat accumulation, giving the metal structure of the compressor sufficient time to dissipate the heat.

Nei casi in cui si abbia, invece, una quantità di energia non sufficiente, è possibile prevedere una caldaia a gas ausiliaria, per la quale comunque non si necessita mai di un funzionamento a carico parziale, con minore efficienza. Non vi è nemmeno la necessità di frequente avvio e arresto, evitando dunque emissioni nocive nel corso dei transitori. Essa, infatti, è dimensionata su una frazione del carico di picco ed è, quindi, azionabile per un tempo costante, con in ingresso solo un sensore proveniente dall’accumulatore termico. In queste condizioni si ottengono le migliori prestazioni in termini di efficienza e durata, oltre che garantire minori emissioni. In cases where, on the other hand, there is an insufficient amount of energy, it is possible to provide an auxiliary gas boiler, for which in any case it is never necessary to operate at partial load, with less efficiency. There is also no need for frequent starting and stopping, thus avoiding harmful emissions during transients. In fact, it is sized on a fraction of the peak load and can therefore be operated for a constant time, with only a sensor coming from the thermal accumulator at the input. In these conditions, the best performance is obtained in terms of efficiency and duration, as well as guaranteeing lower emissions.

La caratteristica più caratterizzante del sistema NEST-house è in poche parole la libertà di decidere quale forma di energia produrre e quando, con una pluralità di contributi da fonti diverse, che possono essere diretti generatori EE o generatori di calore, con priorità data alle fonti rinnovabili. The most characterizing feature of the NEST-house system is in a nutshell the freedom to decide which form of energy to produce and when, with a plurality of contributions from different sources, which can be direct EE generators or heat generators, with priority given to the sources renewable.

Questa libertà è essenziale per adattare il sistema alle necessità variabili delle abitazioni, rendendo così così il sistema adottabile universalmente. This freedom is essential to adapt the system to the changing needs of the houses, thus making the system universally adoptable.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiariti dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati. The characteristics and advantages of the present invention will become more clear from the description, given below, of an embodiment thereof given by way of non-limiting example with reference to the attached drawings.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

• Figura 1 mostra una vista schematica deH’accumulatore di calore secondo la presente invenzione; • Figure 1 shows a schematic view of the heat accumulator according to the present invention;

• Figura 2 mostra una vista in semitrasparenza dell’accumulatore di calore secondo la presente invenzione; • Figure 2 shows a semi-transparent view of the heat accumulator according to the present invention;

· Figura 3 mostra una schematizzazione del ricevitore del dispositivo a concentrazione solare secondo la presente invenzione; Figure 3 shows a schematic of the receiver of the solar concentrating device according to the present invention;

• Figura 3a mostra una ulteriore schematizzazione del ricevitore del dispositivo a concentrazione solare della figura 3; Figure 3a shows a further schematic of the receiver of the solar concentrating device of Figure 3;

• Figura 3b mostra una vista in esploso del dispositivo a concentrazione solare della figura 3; Figure 3b shows an exploded view of the solar concentrating device of Figure 3;

• Figura 4 mostra una vista schematica del dispiacer del motore Stirling secondo la presente invenzione; Figure 4 shows a schematic view of the dispiacer of the Stirling engine according to the present invention;

• Figura 5 mostra un'assonometria del motore Stirling secondo la presente invenzione; Figure 5 shows an axonometry of the Stirling engine according to the present invention;

· Figura 6 mostra una vista schematica del pistone del compressore di idrogeno secondo la presente invenzione; Figure 6 shows a schematic view of the piston of the hydrogen compressor according to the present invention;

• Figura 7 mostra una ulteriore vista schematica meccanismo di azionamento manuale del compressore di idrogeno secondo la presente invenzione; Figure 7 shows a further schematic view of the manual actuation mechanism of the hydrogen compressor according to the present invention;

· Figura 8 mostra una vista schematica del sistema di stoccaggio di idrogeno compresso secondo la presente invenzione; Figure 8 shows a schematic view of the compressed hydrogen storage system according to the present invention;

• Figura 9 mostra una vista particolare delle cartucce del sistema di stoccaggio di idrogeno della figura 8. • Figure 9 shows a particular view of the cartridges of the hydrogen storage system of Figure 8.

Descrizione dettagliata Detailed description

Con riferimento alle figure, con 1 viene indicato un accumulatore di calore secondo la presente invenzione. With reference to the figures, 1 indicates a heat accumulator according to the present invention.

L’accumulatore 1 si compone di un contenitore interno 2 e di un contenitore esterno 3, preferibilmente di forma cilindrica, con una delle estremità 4 aperta. In corrispondenza dell’estremità aperta 4 viene posto un coperchio 5, attraverso il quale passano le tubazioni di fluido 6. The accumulator 1 consists of an internal container 2 and an external container 3, preferably cylindrical in shape, with one of the ends 4 open. A cover 5 is placed at the open end 4, through which the fluid pipes 6 pass.

Il contenitore interno 2 è riempito con sabbia asciutta o altri mezzi granulari solidi incoerenti (non mostrati in figura), tali da garantire una capacità termica pari almeno a 0,18 Kcal / Kg °C e una temperatura di lavoro compresa tra -50 ° C e 500<0>C. Deve inoltre essere garantito che la dimensione e la distribuzione delle particelle sia tale da massimizzare il contatto con il sistema di tubazioni 6. The internal container 2 is filled with dry sand or other incoherent solid granular media (not shown in the figure), such as to guarantee a thermal capacity of at least 0.18 Kcal / Kg ° C and a working temperature between -50 ° C and 500 <0> C. It must also be ensured that the size and distribution of the particles is such as to maximize contact with the piping system 6.

Tale sistema di tubazioni 6 è realizzato in un materiale metallico tale da massimizzare lo scambio termico all’interno dell’accumulatore 1 . This piping system 6 is made of a metal material such as to maximize the heat exchange inside the accumulator 1.

In una forma di realizzazione preferita deH'invenzione vengono utilizzate tubazioni in acciaio conformate in doppia spirale, una interna 6a e l'altra esterna 6b, in modo da occupare la maggior parte del volume interno del contenitore interno 2. Il sistema di tubazioni 6 è completamente immerso nei mezzi granulari incoerenti passando attraverso il coperchio 5. In a preferred embodiment of the invention, double spiral-shaped steel pipes are used, one internal 6a and the other external 6b, so as to occupy most of the internal volume of the internal container 2. The piping system 6 is completely immersed in the incoherent granular media passing through the lid 5.

Il contenitore interno 2 è completamente incapsulato in un contenitore esterno 3. Tale contenitore esterno 3 è dotato di aste di supporto 7 distanzianti in modo tale da sopportare il peso del contenitore interno 2 e del suo contenuto, minimizzando al contempo la superficie di contatto per evitare dispersioni indesiderate di calore. Il contenitore esterno 3 può essere realizzato con qualsiasi materiale adatto allo scopo. The internal container 2 is completely encapsulated in an external container 3. This external container 3 is equipped with spacing support rods 7 in such a way as to support the weight of the internal container 2 and its contents, while minimizing the contact surface to avoid unwanted heat loss. The external container 3 can be made of any material suitable for the purpose.

In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, il contenitore interno 2 è in posizione verticale ed è supportato da una pluralità aste di supporto 7, con una superficie di contatto totale massima di 80 mm<2>. Le aste di supporto 7 sono realizzate con materiali con bassissima conducibilità termica. In a preferred embodiment of the invention, the inner container 2 is in a vertical position and is supported by a plurality of support rods 7, with a maximum total contact surface of 80 mm <2>. The support rods 7 are made of materials with very low thermal conductivity.

In una seconda forma di realizzazione l’aria presente nello spazio tra il contenitore esterno 3 ed il contenitore interno 2 viene aspirata attraverso un'apertura nel coperchio 5, al fine di minimizzare la dispersione di calore tramite la conducibilità dell aria. Inoltre, la superficie esterna 8 del contenitore interno 2 viene verniciata nera opaca, per ridurre al minimo la dispersione di calore tramite irraggiamento . In a second embodiment, the air present in the space between the external container 3 and the internal container 2 is sucked through an opening in the lid 5, in order to minimize heat dispersion through the conductivity of the air. Furthermore, the external surface 8 of the internal container 2 is painted opaque black, in order to minimize the dispersion of heat by radiation.

In una terza forma di realizzazione lo spazio presente tra il contenitore esterno 3 ed il contenitore interno 2 è riempito con materiale isolante, quale lana di roccia simili. In a third embodiment the space present between the external container 3 and the internal container 2 is filled with insulating material, such as rock wool similar.

È chiaramente possibile adottare forme diverse dal cilindro sopra de scritto . It is clearly possible to adopt shapes other than the cylinder described above.

Il calore immagazzinato viene ottenuto tramite un sistema a concentrazione solare 9, nel seguito indicato come sistema CSP. The stored heat is obtained by means of a solar concentration system 9, hereinafter referred to as the CSP system.

Il sistema CSP 9 è composto da una pluralità di lenti di Fresnel 10. Tali lenti Fresnel 10 nella presente forma di realizzazione sono realizzate con resina acrilica. E’ chiaramente possibile adottare differenti materiali otticamente attivi. The CSP system 9 is composed of a plurality of Fresnel lenses 10. Such Fresnel lenses 10 in the present embodiment are made with acrylic resin. It is clearly possible to adopt different optically active materials.

Le lenti Fresnel 10 sono protette in corrispondenza della faccia liscia da pannelli di vetro temperato 1 1. The Fresnel lenses 10 are protected on the smooth face by tempered glass panels 1 1.

Lenti Fresnel 10 e pannelli 11 sono assemblati in fasce 12 lungo una struttura di supporto metallica 13 sagomata ad U, imbullonata, a sua volta, ad un morsetto di sostegno 14. Lenti Fresnel 10 e pannelli 11 sono mantenuti in posizione tramite perni in gomma 15. Struttura di supporto 13 e morsetto 14 possono essere realizzati indifferentemente con materiale metallico o plastico, purché essi garantiscano la tenuta dell’intera fascia 12. Fresnel lenses 10 and panels 11 are assembled in bands 12 along a U-shaped metal support structure 13, bolted, in turn, to a support clamp 14. Fresnel lenses 10 and panels 11 are held in position by rubber pins 15 Support structure 13 and clamp 14 can be made indifferently with metal or plastic material, as long as they guarantee the tightness of the entire band 12.

Le lenti Fresnel 10 convogliano la luce solare su un apposito ricevitore 16. Tale ricevitore 16 può essere sagomato come ima superficie piatta, normale alla direzione di luce concentrata. Tuttavia, nella presente forma di realizzazione è stata preferita una conformazione a quarto di cerchio, con un sistema di serraggio posteriore. Tale conformazione consente, infatti, una maggiore praticità per la predisposizione di tubazioni di servizio e/o cablaggio. Ulteriormente sulla parete posteriore del ricevitore viene imbullonata una superficie isolante 17, conformata ad L, per evitare dispersioni per irraggiamento. Il materiale utilizzato per tale superficie isolante 17 deve poter resistere a temperature pari anche a 400 °C. Ad esempio può essere utilizzata lana di roccia. The Fresnel lenses 10 convey the sunlight onto a suitable receiver 16. This receiver 16 can be shaped as a flat surface, normal to the direction of concentrated light. However, in the present embodiment, a quarter-circle conformation has been preferred, with a rear clamping system. This conformation allows, in fact, greater practicality for the preparation of service pipes and / or wiring. Furthermore, an insulating surface 17, L-shaped, is bolted to the rear wall of the receiver to avoid dispersion by radiation. The material used for this insulating surface 17 must be able to withstand temperatures of up to 400 ° C. For example, rock wool can be used.

Ricevitore 16 e superficie isolante 17 vengono connesse ad un profilato metallico portante 18 conformato C, interponendo rondelle isolanti per evitare dispersioni indesiderate. Receiver 16 and insulating surface 17 are connected to a C-shaped bearing metal section 18, interposing insulating washers to avoid unwanted dispersions.

A contatto con il ricevitore 16 viene posta ima doppia tubazione 19, alFintemo della quale scorre un fluido termoconvettore, con lo scopo di rimuovere in continuo il calore accumulato. La tubazione 19 è realizzata con un materiale metallico, resistente alle alte temperature e che non altera, tramite azione catalitica, la stabilità del fluido termico. La tubazione 19 è alimentata tramite una pompa a velocità variabile (non mostrata in figura), la cui portata è regolata da sensori di temperatura in ingresso ed uscita. A double pipe 19 is placed in contact with the receiver 16, within which a thermoconvector fluid flows, with the aim of continuously removing the accumulated heat. The pipe 19 is made of a metal material, resistant to high temperatures and which does not alter, by means of a catalytic action, the stability of the thermal fluid. The pipe 19 is fed by means of a variable speed pump (not shown in the figure), whose flow rate is regulated by inlet and outlet temperature sensors.

Chiaramente il sistema CSP 9 deve essere montato su una superficie con opportuno isolamento per evitare l'accumulo di calore. Clearly the CSP 9 system must be mounted on a surface with suitable insulation to avoid heat accumulation.

I pannelli 11 di vetro temperato formano una parete continua verticale davanti alle lenti Fresnel 10, proteggendole e riducendo la dispersione del calore. The tempered glass panels 11 form a continuous vertical wall in front of the Fresnel lenses 10, protecting them and reducing heat dispersion.

Le forme di realizzazione descritte non sono vincolanti, e possono essere composte in modo diverso a seconda del numero di unità, di superficie delle lenti Fresnel 10 e di materiali adottati. Poiché il sistema 9 è altamente modulare, a seconda degli spazi disponibili, può essere assemblato in modo diverso. The embodiments described are not binding, and can be composed in a different way according to the number of units, the surface of the Fresnel lenses 10 and the materials used. Since system 9 is highly modular, depending on the available spaces, it can be assembled differently.

Le caratteristiche essenziali caratterizzanti sono le lenti di Fresnel 10 per la concentrazione solare, il ricevitore 16 e il sistema di tubazioni 19 per il fluido termoconvettore. The essential characterizing features are the Fresnel lenses 10 for solar concentration, the receiver 16 and the piping system 19 for the convection fluid.

II calore ottenuto direttamente dal sistema a concentrazione solare 9 o prelevato dall'accumulatore di calore 1, e trasportato dal fluido termoconvettore, attiva un motore Stirling 20 di tipo sigillato a magneti permanenti, per la produzione di energia elettrica. The heat obtained directly from the solar concentrating system 9 or taken from the heat accumulator 1, and transported by the convection fluid, activates a sealed permanent magnet Stirling motor 20, for the production of electrical energy.

Tale sistema di generazione a motore Stirling 20 prevede la struttura di un generatore lineare, e dunque una cassa statorica, o dispiacer 21, ricoperta sulla sua superficie interna da magneti 22 disposti in fasce, all’intemo della quale si muove un pistone 23 oscillante tra le due estremità 24 e 25, secondo il principio del motore Stirling. Un sistema di ammortizzatori contribuisce a recuperare parte dell'energia cinetica rilasciata ad ogni estremità della corsa. L'estensione della corsa DI corrisponde alla lunghezza dei magneti 22 permanenti lungo l'asse polare 26, permettendo così una completa inversione del flusso magnetico e l'inversione della polarità corrispondente nella corrente generata in bobine. This Stirling engine generation system 20 provides for the structure of a linear generator, and therefore a stator case, or dispiacer 21, covered on its internal surface by magnets 22 arranged in bands, inside which a piston 23 oscillates between the two ends 24 and 25, according to the Stirling engine principle. A shock absorber system helps to recover some of the kinetic energy released at each end of the stroke. The extension of the stroke D1 corresponds to the length of the permanent magnets 22 along the polar axis 26, thus allowing a complete inversion of the magnetic flux and the inversion of the corresponding polarity in the current generated in the coils.

Come gas termico è stato utilizzato Lelio, offrendo prestazioni similari a quelle dell’idrogeno, senza però incorrere in problematiche di esplosione, legate all’uso, appunto, dell’idrogeno. Lelium was used as thermal gas, offering similar performances to those of hydrogen, but without incurring explosion problems, linked to the use of hydrogen.

Per minimizzare il peso del dispiacer 21, i magneti 22 devono essere quanto più piccoli e potenti possibile, e la struttura del dispiacer 21 deve essere cava e leggera. To minimize the weight of the dispiacer 21, the magnets 22 must be as small and powerful as possible, and the structure of the dispiacer 21 must be hollow and light.

Nella presente forma di realizzazione il dispiacer 21 è realizzato in alluminio, con un peso di circa 400 gr e la serie di magneti permanenti 22 ha un peso pressoché analogo, ottenendo un peso totale di circa 800 gr, con un volume spostato di 810 cm<3>, con un peso specifico di circa 1 gr / cm<3>. In the present embodiment the dispiacer 21 is made of aluminum, with a weight of about 400 g and the series of permanent magnets 22 has an almost similar weight, obtaining a total weight of about 800 g, with a displaced volume of 810 cm < 3>, with a specific weight of about 1 gr / cm <3>.

Chiaramente si tratta solo di una versione esemplificativa realizzata per ottimizzare un caso specifico, ma tali valori possono essere variati senza uscire dall’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni allegate. Clearly this is only an exemplary version created to optimize a specific case, but these values can be varied without going out of the scope defined by the attached claims.

La scelta di incorporare i magneti 22 nel dispiacer 2 1 è dovuta alla necessità di ottenere un'unità completamente sigillata, per ragioni di sicurezza e durata. Il peso relativamente elevato del dispiacer 21 consente di non avere altre parti mobili e, dunque, una minimizzazione dell’attrito in corrispondenza di guarnizioni e giunti. The choice to incorporate the magnets 22 in the dispiacer 2 1 is due to the need to obtain a completely sealed unit, for reasons of safety and durability. The relatively high weight of the dispiacer 21 makes it possible to have no other moving parts and, therefore, a minimization of friction in correspondence with gaskets and joints.

La frequenza di oscillazione risulta di circa 50 Hz , il che indica una velocità del dispiacer 21 di circa 1500 mm/ s. Le variazioni di velocità e frequenza sono regolate, poi, tramite un inverter elettronico (non mostrato in figura). The oscillation frequency is about 50 Hz, which indicates a speed of the dispiacer 21 of about 1500 mm / s. The speed and frequency variations are then regulated by an electronic inverter (not shown in the figure).

Il dispiacer 21 ha una forma toroidale con una superficie interna cilindrica, ponendo i magneti 22 di ciascuna fascia distanziati tra loro, nella presente forma di realizzazione, di circa 15°. Ogni fascia è separata dalla successiva da un anello di alluminio 27 di spessore 2,5 mm. The dispiacer 21 has a toroidal shape with a cylindrical internal surface, placing the magnets 22 of each band spaced apart, in the present embodiment, by about 15 °. Each band is separated from the next by a 2.5 mm thick aluminum ring 27.

La struttura cava in alluminio del dispiacer 21 può essere ottenuta in due parti tramite stampaggio a caldo di fogli di alluminio. Il dispiacer 21 deve resistere alla pressione del gas elio, e di essere strutturalmente abbastanza resistente per garantire almeno 60.000 ore di funzionamento (circa 10.8e9 cicli). Il movimento lineare del dispiacer 21 è assicurato, inoltre, dalla presenza di 4 perni anti-rotazione 28. The hollow aluminum structure of the dispiacer 21 can be obtained in two parts by hot pressing of aluminum sheets. The dispiacer 21 must withstand the pressure of helium gas, and be structurally strong enough to guarantee at least 60,000 hours of operation (approximately 10.8e9 cycles). The linear movement of the dispiacer 21 is also ensured by the presence of 4 anti-rotation pins 28.

Per ridurre lo stress meccanico causato dal movimento di inversione, il pistone 23, quando vicino alla fine di ogni corsa, occlude parzialmente i passaggi del gas nel nucleo dello statore 21, frenando di conseguenza delicatamente il pistone 23. La presenza di due gruppi di ammortizzatori, con molle che assorbono l'energia cinetica residua del pistone 23 contribuisce ad una alternanza dolce del movimento, senza eccessivo stress strutturale e con una riduzione di vibrazioni e rumore. To reduce the mechanical stress caused by the inversion movement, the piston 23, when near the end of each stroke, partially occludes the gas passages in the stator core 21, consequently gently braking the piston 23. The presence of two groups of shock absorbers , with springs which absorb the residual kinetic energy of the piston 23 contributes to a smooth alternation of movement, without excessive structural stress and with a reduction of vibrations and noise.

Il pistone 23 si muove tra le due estremità 24 e 25, spostando un corrispondente volume di elio, che sarà obbligato a passare attraverso il nucleo 29. Nel centro cavo del dispiacer 21 è contenuta una particolare struttura modulare in alluminio, chiamato rigeneratore 29, che ha la funzione di accelerare il processo dì variazione di temperatura della massa del gas che passa in entrambe le direzioni, e che si troverà, quindi, alla temperatura di equilibrio tra quelle delle estremità calda 24 e fredda 25. Il rigeneratore 29 consente una elevata frequenza di ciclo, consentendo di avere dimensioni ragionevoli per quanto concerne le superfici di scambio di entrambe le estremità 24 e 25. Il rigeneratore 29 è montato in modo da costringere il flusso di elio a scambiare calore, ruotando ciascun modulo del rigeneratore 29 rispetto al modulo contiguo. Il pacchetto è mantenuto in posizione da una corpo passante per il centro, e da un dado, isolati tramite appositi distanziatori ceramici 30. The piston 23 moves between the two ends 24 and 25, displacing a corresponding volume of helium, which will be forced to pass through the core 29. In the hollow center of the dispiacer 21 there is a particular modular structure in aluminum, called regenerator 29, which has the function of accelerating the process of temperature variation of the mass of the gas which passes in both directions, and which will therefore be at the equilibrium temperature between those of the hot 24 and cold 25 ends. The regenerator 29 allows a high frequency of cycle, allowing to have reasonable dimensions as regards the exchange surfaces of both ends 24 and 25. The regenerator 29 is mounted in such a way as to force the flow of helium to exchange heat by rotating each module of the regenerator 29 with respect to the adjacent module . The package is held in position by a body passing through the center, and by a nut, insulated by means of special ceramic spacers 30.

Lo statore 21 è una struttura di alluminio costituita da due metà, che può essere prodotta tramite presso-fusione. Le bobine 31 sono montate sulla parte centrale dello statore, con distanziatori a spira 32, interposti, con lo stesso interasse come le fasce di magneti 22. Un anello di ferro 33 è posizionato direttamente dietro le bobine 31, per regolare la forma del campo magnetico. The stator 21 is an aluminum structure consisting of two halves, which can be produced by die-casting. The coils 31 are mounted on the central part of the stator, with spacers 32, interposed, with the same center distance as the bands of magnets 22. An iron ring 33 is positioned directly behind the coils 31, to regulate the shape of the magnetic field .

Tra le due metà dello statore 21, un distanziatore anulare 34 di isolamento assicura che sia minimizzata la trasmissione del calore dovuta alla conduzione tra le estremità calda 24 e fredda 25 della struttura statorica. Tutti i componenti dello statore 2 1 sono imbullonati insieme. Between the two halves of the stator 21, an annular insulation spacer 34 ensures that the transmission of heat due to conduction between the hot 24 and cold 25 ends of the stator structure is minimized. All stator components 2 1 are bolted together.

Sono presenti inoltre, nella presente forma di realizzazione, tre set di magneti permanenti 22 e bobine corrispondenti 31, quando si generano correnti monofase in corrente alternata. Le bobine 31 possono essere collegate in parallelo, poiché la corrente alternata generata è perfettamente in fase. Al contrario, quando è richiesto un trifase in corrente alternata, utilizzando tre set {o multipli), sarebbe possibile anche ottenere tre distinte correnti alternate, che possono essere sincronizzate elettronicamente tramite uno spostamento di fase di 120°. Also present, in the present embodiment, are three sets of permanent magnets 22 and corresponding coils 31, when generating single-phase currents in alternating current. The coils 31 can be connected in parallel, since the alternating current generated is perfectly in phase. Conversely, when a three-phase alternating current is required, using three sets (or multiples), it would also be possible to obtain three distinct alternating currents, which can be electronically synchronized by means of a phase shift of 120 °.

Questa soluzione non è indispensabile per il funzionamento globale del sistema di generazione ed immagazzinamento di energia e quindi è eliminabile in differenti forme di realizzazione. This solution is not indispensable for the overall operation of the energy generation and storage system and therefore can be eliminated in different embodiments.

Il rivestimento esterno 35 che racchiude il dispositivo è, anch'esso, realizzato in due metà 36 e 37, separate da un elemento anulare 38 di isolamento ermetico, che ha la duplice funzione di tenuta del volume in cui è racchiuso l'elio e di minimizzare la trasmissione di calore tra le estremità calda 24 e fredda 25. Questo elemento anulare 38 può essere realizzato in gomma siliconica, in grado di sopportare elevate differenze di temperatura, mantenendo le proprietà sigillanti. Possono essere utilizzati, ovviamente, differenti materiali con proprietà similari. I componenti sono assemblati tramite aste e dadi lungo le flange esterne, garantendo una stabilità di tenuta uniforme. The external covering 35 that encloses the device is also made in two halves 36 and 37, separated by an annular element 38 of hermetic insulation, which has the dual function of sealing the volume in which the helium is enclosed and of to minimize the transmission of heat between the hot 24 and cold 25 ends. This annular element 38 can be made of silicone rubber, capable of withstanding high temperature differences, while maintaining its sealing properties. Obviously, different materials with similar properties can be used. The components are assembled by rods and nuts along the external flanges, ensuring uniform sealing stability.

In corrispondenza dell’estremità calda 24 del dispiacer 21 è posizionato lo scambiatore di calore (non mostrato in figura) per introdurre energia, fissato anch’esso tramite la serie di aste suddetta. Lo scambiatore di calore, utilizzato nella presente forma di realizzazione, è realizzato in alluminio per stampaggio a fusione. Dovendo essere accoppiato con una camera, è prevista per una tenuta di fluido un set di flange supplementare. At the hot end 24 of the dispiacer 21 is positioned the heat exchanger (not shown in the figure) to introduce energy, also fixed by means of the aforementioned series of rods. The heat exchanger, used in the present embodiment, is made of cast aluminum. Having to be coupled with a chamber, an additional set of flanges is provided for a fluid seal.

Per quanto concerne lo scambiatore di calore da adottare in corrispondenza dell’estremità fredda (non mostrato in figura) del dispiacer 21, questo deve essere adatto a dissipare il calore in aria, che può essere quindi riutilizzata, ad esempio per il condizionamento termico di un edificio. E’, tuttavia, possibile avere un secondo scambiatore di calore a fluido, come quello adottato suH’estremità calda, per utilizzare il calore recuperato per la produzione di acqua calda sanitaria. As regards the heat exchanger to be used at the cold end (not shown in the figure) of the dispiacer 21, this must be suitable for dissipating the heat in the air, which can then be reused, for example for the thermal conditioning of a building. It is, however, possible to have a second fluid heat exchanger, such as the one adopted on the hot end, to use the recovered heat for the production of domestic hot water.

Ulteriormente, quindi, il funzionamento del motore Stirling 20 può essere invertito per agire come motore, alimentato da energia elettrica, ottenendo un effetto di raffreddamento, utile per il condizionamento . Furthermore, therefore, the operation of the Stirling engine 20 can be inverted to act as a motor, powered by electricity, obtaining a cooling effect, useful for conditioning.

Per ottenere questa azione inversa, deve essere introdotta una corrente alternata nelle bobine 31, per generare il campo magnetico necessario a tale movimento del dispiacer. To obtain this reverse action, an alternating current must be introduced into the coils 31, to generate the magnetic field necessary for this movement of the dispiacer.

Ciò richiede un orientamento particolare della polarità delle fasce di magneti permanenti 22 o la presenza di una bobina aggiuntiva, specifica per questo scopo, sullo statore. Nella presente forma di realizzazione viene alternata la polarità dei magneti in ogni fascia dei magneti permanenti 22, e la polarità inferiore di ogni magnete 22 della prima fascia è analoga alla polarità superiore del magnete 22 direttamente al di sotto di essa. This requires a particular orientation of the polarity of the bands of permanent magnets 22 or the presence of an additional coil, specific for this purpose, on the stator. In the present embodiment, the polarity of the magnets in each band of the permanent magnets 22 is alternated, and the lower polarity of each magnet 22 of the first band is analogous to the upper polarity of the magnet 22 directly below it.

Nel caso in cui vi sia una sovra-produzione di energia elettrica rispetto a quella richiesta dalle utenze, è possibile, come detto, utilizzare l’energia elettrica in eccesso per la generazione e immagazzinamento di idrogeno compresso, utile in numerose applicazioni di stampo energetico alternativo. In the event that there is an over-production of electricity compared to that required by the users, it is possible, as mentioned, to use the excess electricity for the generation and storage of compressed hydrogen, useful in numerous applications of alternative energy mold. .

II compressore di idrogeno 39 è composto da un corpo del rivestimento 40, realizzato preferibilmente in alluminio, per lavorazione o presso-fusione, con una camera cilindrica 41 nel centro, dotato di una pluralità di alette di dispersione del calore 42, per garantire un efficiente scambio di calore generato utilizzando l’effetto Joule - Thompson. The hydrogen compressor 39 is composed of a casing body 40, preferably made of aluminum, by machining or die-casting, with a cylindrical chamber 41 in the center, equipped with a plurality of heat dispersion fins 42, to ensure an efficient heat exchange generated using the Joule - Thompson effect.

II corpo è sormontato da una testa 43, fissata ad esso tramite collegamento a vite. La testa 43 presenta due piccoli canali di passaggio 44 che si collegano a valvole unidirezionali 45a e 45b, montate una rivolta verso linterno e l'altra verso esterno, che agiscono, rispettivamente, come aspirazione e scarico da e verso la camera 41. Le valvole 45a e 45b presentano una molla precaricata di chiusura 46 per assicurare che la valvola 45a si apra alla pressione richiesta. Alle valvole unidirezionali 45a e 45b sono collegati, rispettivamente, la linea proveniente dal hydrolizer (non mostrato in figura) e quella che conduce ad una batteria di cartucce ad alta pressione (non mostrato in figura). E’ possibile, anche, prevedere un contenitore intermedio, interposto tra l3⁄4ydrolizer e il compressore, in modo da disaccoppiare le operazioni. The body is surmounted by a head 43, fixed to it by means of a screw connection. The head 43 has two small passage channels 44 which are connected to one-way valves 45a and 45b, mounted one facing inwards and the other facing outwards, which act, respectively, as intake and exhaust to and from chamber 41. The valves 45a and 45b have a preloaded closing spring 46 to ensure that the valve 45a opens at the required pressure. The one-way valves 45a and 45b are connected, respectively, to the line coming from the hydrolizer (not shown in the figure) and the line leading to a battery of high-pressure cartridges (not shown in the figure). It is also possible to provide an intermediate container, interposed between the hydrolizer and the compressor, in order to decouple the operations.

La parte inferiore del corpo è chiusa con un otturatore 47, fissato tramite collegamento a vite. L’otturatore 47 presenta una scanalatura passante 48 per un pistone 49, e due guide di scorrimento 50, preferibilmente realizzate in bronzo. The lower part of the body is closed with a shutter 47, fixed by means of a screw connection. The shutter 47 has a through groove 48 for a piston 49, and two sliding guides 50, preferably made of bronze.

Il pistone 49 ha una testa cilindrica con un minimo di tre cave, dove sono posizionate opportune guarnizioni 5 1. Dette guarnizioni 51 sono spinte contro la parete della camera 41 con un incremento di pressione proporzionale all'entità della corsa di compressione: piccole aperture 52 nella faccia superiore del pistone consentono all’idrogeno compresso di spingere contro la superficie interna delle guarnizioni 51, garantendo un'azione di tenuta che aumenta all’aumentare della pressione, senza attrito indesiderato, che usurerebbe le guarnizioni 51 e la superficie della camera 4 1. The piston 49 has a cylindrical head with a minimum of three slots, where suitable gaskets 5 are positioned. Said gaskets 51 are pushed against the wall of the chamber 41 with an increase in pressure proportional to the extent of the compression stroke: small openings 52 in the upper face of the piston they allow the compressed hydrogen to push against the inner surface of the seals 51, ensuring a sealing action which increases as the pressure increases, without unwanted friction, which would wear the seals 51 and the surface of the chamber 4 1 .

Una volta che la corsa verso l'alto è nella condizione massima impostata e che il gas compresso è fuoriuscito dalla camera, il movimento verso il basso chiuderà la valvola di non ritorno di mandata 45a e aprirà il primo ingresso, consentendo il riempimento della camera 41 per un nuovo ciclo e riducendo, allo stesso tempo, la pressione sulle guarnizioni 5 1. Once the upward stroke is in the maximum set condition and the compressed gas has escaped from the chamber, the downward movement will close the delivery non-return valve 45a and open the first inlet, allowing the chamber 41 to be filled. for a new cycle and at the same time reducing the pressure on the seals 5 1.

L’ingresso e la valvola di non ritorno 45a sono stati dimensionati, nella presente forma di realizzazione, analogamente all’uscita, dato che la frequenza è molto bassa (circa 1 Hz). E’ chiaramente possibile dimensionarli diversamente, a seconda delle condizioni specifiche. The inlet and the non-return valve 45a have been sized, in the present embodiment, similarly to the output, since the frequency is very low (about 1 Hz). It is clearly possible to size them differently, depending on the specific conditions.

La parte superiore del pistone 49 presenta due facce contrapposte piane scorrevoli su dette guide di scorrimento 50 in bronzo, che hanno la duplice funzione di guidare il pistone 49 e di evitare la rotazione lungo l'asse longitudinale. The upper part of the piston 49 has two opposite flat faces sliding on said bronze sliding guides 50, which have the dual function of guiding the piston 49 and avoiding rotation along the longitudinal axis.

II corpo della parte inferiore del pistone 49 presenta una cavità 53 per impegnare un corrispondente albero 54 a vite, preferibilmente in bronzo. Tale albero 54 è, poi, collegato ad un motore 55 passo-passo elettrico in corrente continua di potenza adeguata, avvitato all’otturatore da due piastre di fissaggio. Il motore 55 passopasso richiede una potenza di 0,25 kW e utilizzerà circa il 10% dell'eccesso di energia elettrica. The body of the lower part of the piston 49 has a cavity 53 for engaging a corresponding screw shaft 54, preferably made of bronze. This shaft 54 is then connected to a direct current electric stepper motor 55 of adequate power, screwed to the shutter by two fixing plates. The 55 step motor requires a power of 0.25 kW and will use about 10% of the excess electricity.

In caso di assenza di energia elettrica disponibile il compressore 39 può essere azionato manualmente, anche se con minore efficienza, attraverso l'uso di una manovella mobile 56. L'albero motore 54 è azionato a mano e richiede una forza applicata di circa 15 kg su maniglie. Questo assicura un mezzo di emergenza di compressione dell’idrogeno, per l'uso in un sistema a celle di combustibile domestico. Quando si ha un azionamento manuale, il motore 55 passo-passo può essere utilizzato come un piccolo generatore per produrre direttamente una modesta quantità di energia elettrica. In the event of a lack of available electricity, the compressor 39 can be operated manually, albeit with less efficiency, through the use of a mobile crank 56. The crankshaft 54 is operated by hand and requires an applied force of approximately 15 kg. on handles. This ensures an emergency means of hydrogen compression, for use in a domestic fuel cell system. When having a manual drive, the 55 stepper motor can be used as a small generator to directly produce a modest amount of electrical power.

Il sistema può essere messo in funzione utilizzando energia elettrica prodotta tramite la trasformazione del calore proveniente dal sistema CSP 9 o del calore proveniente dall’accumulatore di calore 1. E’ chiaro che per ottenere la possibilità di un funzionamento in continuo del sistema di produzione dell’idrogeno, è necessaria la presenza delTaccumulatore di calore 1, non essendo disponibile in maniera continuativa calore prelevato dal sistema CSP 9. The system can be put into operation using electricity produced by transforming the heat coming from the CSP 9 system or the heat coming from the heat accumulator 1. It is clear that in order to obtain the possibility of continuous operation of the production system of the hydrogen, the presence of the heat accumulator 1 is required, as heat taken from the CSP 9 system is not continuously available.

Tuttavia, in caso di necessità è possibile sfruttare per periodi limitati il forno a gas, su menzionato come fonte di energia d’emergenza, il che conferisce una minore vulnerabilità alle interruzioni di energia elettrica. However, in case of need, it is possible to use the gas oven, mentioned above as an emergency energy source, for limited periods, which makes it less vulnerable to power outages.

Una volta compresso l’idrogeno, questo viene stoccato in un apposito sistema 57, realizzato per il mantenimento in pressione fino all’utilizzo. Once the hydrogen is compressed, it is stored in a special system 57, designed to maintain pressure until use.

II volume di stoccaggio ad alta pressione è suddiviso in piccole unità discrete 58, di modo che sia possibile una gestione semplice e sicura. The high pressure storage volume is divided into small discrete units 58, so that simple and safe handling is possible.

La capacità di ciascuna unità discreta 58, denominata nel seguito cartuccia 58, è compresa tra 1 e 2 litri. La pressione operativa è compresa tra 30 e 60 MPa. Ciascuna cartuccia 58 è munita chiaramente di una valvola di carico. The capacity of each discrete unit 58, hereinafter referred to as cartridge 58, is between 1 and 2 liters. The operating pressure is between 30 and 60 MPa. Each cartridge 58 is clearly provided with a loading valve.

Le cartucce 58 sono inserite all’interno di una cartucciera componibile 59, che può contenere un numero variabile di cartucce 58 assemblate. The cartridges 58 are inserted inside a modular cartridge case 59, which can contain a variable number of assembled cartridges 58.

Ciascuna cartuccia 58 è ottenuta con un tubo metallico 59 di adeguato spessore, in relazione alla pressione operativa. Nella presente forma di realizzazione è stato adottato un tubo di alluminio con uno spessore di 3 mm, una lunghezza di circa 1000 mm, e un diametro interno di 40 mm, il che significa che la capacità è di circa 1,25 1. Tale soluzione è presentata a scopo puramente esemplificativo e non limitativo dell’invenzione. Each cartridge 58 is obtained with a metal tube 59 of adequate thickness, in relation to the operating pressure. In the present embodiment, an aluminum tube with a thickness of 3 mm, a length of about 1000 mm, and an internal diameter of 40 mm has been adopted, which means that the capacity is about 1.25 1. Such a solution is presented for purely illustrative and non-limiting purposes of the invention.

Il tubo 59, una volta posizionato correttamente, è avvolto in una guaina 60 in plastica rinforzata con resina, che funge da protezione contro forature e aumenta ulteriormente la resistenza alla pressione. La valvola di carico 61 è costituita da due componenti disposti rispettivamente sulla cartuccia 58 e sul tubo di carico: un componente valvolare maschio 62 e un componente valvolare femmina 63 . Il componente valvolare maschio 62 comprendente una molla 64 che agisce su un corrispondente ago otturatore 65. Nella presente forma di realizzazione in corrispondenza del componente valvolare maschio 62 è posta una guarnizione O-ring 66, che sigilla efficacemente la cartuccia 58. Once correctly positioned, the tube 59 is wrapped in a resin-reinforced plastic sheath 60, which acts as a puncture protection and further increases pressure resistance. The inlet valve 61 consists of two components arranged respectively on the cartridge 58 and on the inlet pipe: a male valve component 62 and a female valve component 63. The male valve component 62 comprising a spring 64 which acts on a corresponding shutter needle 65. In the present embodiment, an O-ring gasket 66 is placed in correspondence with the male valve component 62, which effectively seals the cartridge 58.

Durante il carico e lo scarico, il componente valvolare femmina 63 è accoppiato con il componente valvolare maschio 62, ed è mantenuto in posizione da molle di bloccaggio 67. Il carico di tali molle di bloccaggio 67 è variato da corrispondenti viti di carico 68, e cilindri mobili di bloccaggio 69, che impegnano corrispondenti scanalature nel componente valvolare maschio 62. Una volta che le due componenti valvolari maschio 62 e femmina 63 sono connesse, l'ago otturatore 65 viene mantenuto aperto, permettendo così il passaggio di idrogeno compresso nella cartuccia 58. L’estremità della cartuccia 58 opposta la valvola è chiusa tramite un tappo 70. During loading and unloading, the female valve component 63 is coupled with the male valve component 62, and is held in position by locking springs 67. The load of these locking springs 67 is varied by corresponding loading screws 68, and movable locking cylinders 69, which engage corresponding grooves in the male valve component 62. Once the two valve components male 62 and female 63 are connected, the shutter needle 65 is kept open, thus allowing the passage of compressed hydrogen in the cartridge 58 The end of the cartridge 58 opposite the valve is closed by a plug 70.

Come detto, quindi, sul tubo di uscita ad alta pressione dal compressore sono poste uno o una pluralità di componenti valvolari femmina 63 da collegare a ciascun componente valvolare maschio 62 corrispondente, presente sulle cartucce 58. As mentioned, therefore, one or a plurality of female valve components 63 to be connected to each corresponding male valve component 62, present on the cartridges 58, are placed on the high pressure outlet pipe from the compressor.

La cartuccia 58 adottata nella presente forma di realizzazione presenta una pressione operativa di 30 MPa, ma può reggere una pressione fino a 60 MPa senza incorrere in rotture, garantendo una adeguata sicurezza di utilizzo. In condizione di pressione nominale di 30 MPa è possibile uno stoccaggio in ciascuna cartuccia di 31 g di idrogeno, che in termini energetici equivale a circa 4,4 MJ. The cartridge 58 adopted in the present embodiment has an operating pressure of 30 MPa, but can withstand a pressure of up to 60 MPa without breaking, ensuring adequate safety of use. At a nominal pressure of 30 MPa, a storage of 31 g of hydrogen in each cartridge is possible, which in energy terms is equivalent to approximately 4.4 MJ.

Il peso totale della cartuccia 58 adottata nella presente forma di realizzazione è di circa 1,7 kg. The total weight of the cartridge 58 adopted in the present embodiment is about 1.7 kg.

Variando la tecnologia di compressione, e quindi ottenendo idrogeno compresso a pressioni maggiori, è possibile realizzare tubi di maggiore spessore, ma con lo stesso diametro esterno e con le stesse caratteristiche sopra esposte, evitando una sostituzione globale dell’impianto. By varying the compression technology, and thus obtaining hydrogen compressed at higher pressures, it is possible to create thicker pipes, but with the same external diameter and with the same characteristics described above, avoiding a global replacement of the system.

Ad esempio, secondo una seconda forma di realizzazione, con spessore del tubo 59 (realizzato sempre in alluminio) pari a 5 mm, stesso volume interno, stesse caratteristiche delle valvole 63 e 64, spessore ridotto della guaina protettiva 60, ed una pressione operativa di 60 MPa, si ottiene una cartuccia 58 con peso di 2,2 kg e con una capacità di circa 62 g di idrogeno, equivalente, in termini energetici, a circa a 8,8 MJ, pari al 3,5% in peso del contenitore. For example, according to a second embodiment, with a thickness of the tube 59 (also made of aluminum) equal to 5 mm, the same internal volume, the same characteristics of the valves 63 and 64, reduced thickness of the protective sheath 60, and an operating pressure of 60 MPa, a cartridge 58 is obtained with a weight of 2.2 kg and with a capacity of approximately 62 g of hydrogen, equivalent, in energy terms, to approximately 8.8 MJ, equal to 3.5% by weight of the container .

La cartucciera 59 della presente forma di realizzazione consente di stoccare fino a 40 cartucce, disposte in 6 file nella cartucciera 59. Le varie file della cartucciera 59 sono ricavate tramite taglio laser o taglio a idrogetto, e successivamente assemblati. Chiaramente è possibile adottare un numero diverso di cartucce 58, o file rispetto a tale cartucciera 59, che è stata qui presentata solo a scopo esemplificativo e non limitativo. The cartridge belt 59 of the present embodiment allows up to 40 cartridges to be stored, arranged in 6 rows in the cartridge belt 59. The various rows of the cartridge belt 59 are obtained by laser cutting or waterjet cutting, and subsequently assembled. Clearly it is possible to adopt a different number of cartridges 58, or rows with respect to said cartridge belt 59, which has been presented here only for illustrative and non-limiting purposes.

Viene di seguito descritto il funzionamento del sistema di generazione e immagazzinamento di energia secondo la presente invenzione. The operation of the energy generation and storage system according to the present invention is described below.

Il sistema CSP 9 tramite il sistema a lenti Fresnel 10 convoglia i raggi solari sul ricevitore 16. Tale ricevitore 16, trovandosi a contatto con le tubazioni 19 contenenti il fluido termoconvettore, riscalda tale fluido. The CSP system 9 by means of the Fresnel lens system 10 conveys the sun's rays onto the receiver 16. This receiver 16, being in contact with the pipes 19 containing the thermoconvector fluid, heats this fluid.

Il sistema di tubazioni 19 conduce il fluido termoconvettore o afl’accumulatore termico 1 affinché si abbia lo stoccaggio dell’energia termica, oppure direttamente verso il motore Stirling a magneti permanenti 20. The piping system 19 conducts the convector fluid or afl heat accumulator 1 so that the thermal energy is stored, or directly to the permanent magnet Stirling engine 20.

Nefl’accumulatore termico: Nefl’s thermal accumulator:

• durante il ciclo attivo, cioè quando l'energia termica disponibile è più del necessario, il fluido termoconvettore passando attraverso la tubazione 19 raccoglie dapprima il calore per poi passare attraverso il sistema di tubazione interno 6 all’accumulatore di calore, nel quale cede il calore accumulato ai mezzi granulari incoerenti; • during the active cycle, that is when the thermal energy available is more than necessary, the convection fluid passing through the pipe 19 first collects the heat and then passes through the internal pipe system 6 to the heat accumulator, in which it transfers the heat heat accumulated to the incoherent granular media;

• durante il ciclo passivo, cioè quando la domanda di energia è superiore a quella disponibile dai generatori, il fluido termoconvettore porta l’energia immagazzinata alle utenze, per il riscaldamento, il condizionamento, o la generazione di energia elettrica. La perdita di calore per dispersione del dispositivo di accumulo di calore 1 è inferiore al 5% al giorno. Si ha dunque un’ottimizzazione in tutte le fasi della giornata e della produzione dei generatori. • during the passive cycle, that is when the demand for energy is higher than that available from the generators, the convection fluid carries the stored energy to the users, for heating, air conditioning, or the generation of electricity. The heat loss by dispersion of the heat storage device 1 is less than 5% per day. There is therefore optimization in all phases of the day and in the production of generators.

Dall’accumulatore termico 1, oppure direttamente dal sistema CSP 9, il calore viene trasferito o direttamente ad utenze che necessitano di energia termica, oppure in corrispondenza dell’estremità calda 24 del motore Stirling a magneti permanenti 20, fungendo da fonte esterna di calore. Viene dunque azionato il motore Stirling 20 che funge da generatore lineare, trasformando l’energia meccanica prodotta dal calore, in energia elettrica. From the thermal accumulator 1, or directly from the CSP 9 system, the heat is transferred either directly to users that need thermal energy, or at the hot end 24 of the permanent magnet Stirling engine 20, acting as an external source of heat. The Stirling 20 engine is then activated which acts as a linear generator, transforming the mechanical energy produced by the heat into electricity.

L’energia elettrica prodotta viene utilizzata dalle varie utenze. Nel caso di una sovra- produzione di energia elettrica, questa viene parzialmente utilizzata per la produzione di idrogeno tramite il compressore 39, che viene, appunto, compresso e quindi stoccato in unità discrete, dette cartucce 58, poste in una unica cartucciera 59. Tali cartucce 58 di idrogeno compresso possono essere utilizzate in un sistema a celle combustibili per la trasformazione inversa in energia elettrica. Possono essere utilizzate anche per differenti scopi. The electricity produced is used by the various users. In the case of an overproduction of electricity, this is partially used for the production of hydrogen by means of the compressor 39, which is, in fact, compressed and then stored in discrete units, called cartridges 58, placed in a single cartridge case 59. These compressed hydrogen cartridges 58 can be used in a fuel cell system for reverse transformation into electrical energy. They can also be used for different purposes.

Vantaggiosamente la possibilità di immagazzinare calore in eccesso, di trasformarne parte in energia elettrica, di sua nobilitazione, tramite pompa di calore, ad entalpia più elevata, di integrare completamente il contributo del sole nel bilancio energetico della casa, permette di gestire l'energia interna in nuovi modi, aprendo nuove possibilità di utilizzo, diminuendo drasticamente la dipendenza di una casa da fonti esterne di energia. Advantageously, the possibility of storing excess heat, of transforming part of it into electricity, of its ennobling, through a heat pump, with a higher enthalpy, of fully integrating the contribution of the sun in the energy balance of the house, allows to manage the internal energy in new ways, opening up new possibilities of use, drastically decreasing the dependence of a house on external sources of energy.

Ulteriore vantaggio è dato dal sistema di compressione e stoccaggio dell’idrogeno. Infatti l’efficienza totale pari a circa il 40%, consente di recuperare, seppur parzialmente, l'energia elettrica in eccesso, che altrimenti sarebbe inutilizzata e sprecata. Inoltre è vantaggioso lo scarto di un sistema a combustione di idrogeno, che consiste in acqua pulita, utilizzabile ulteriormente all’interno di un edificio o ambiente domestico, risultando in un ulteriore recupero. A further advantage is given by the hydrogen compression and storage system. In fact, the total efficiency of about 40% allows to recover, albeit partially, excess electricity, which would otherwise be unused and wasted. It is also advantageous to discard a hydrogen combustion system, which consists of clean water, which can be further used inside a building or domestic environment, resulting in further recovery.

I materiali adottati per ciascuna cartuccia 58 e per la valvola di carico 62 e 63 sono comuni e la tecnologia impiegata nella fabbricazione è semplice, il che permette di minimizzare il costo nella fase di produzione in serie. The materials adopted for each cartridge 58 and for the filling valve 62 and 63 are common and the technology used in the manufacturing is simple, which allows to minimize the cost in the mass production phase.

Le cartucce 58 di idrogeno compresso, se desiderato, possono essere utilizzate anche in diverse applicazioni rispetto al sistema a celle combustibili, come, ad esempio, un piccolo veicolo ad idrogeno. Tale soluzione, data emissione di acqua pulita come scarico di un simile veicolo, consente anche di avere una soluzione ad impatto inquinante nullo. The compressed hydrogen cartridges 58, if desired, can also be used in different applications than the fuel cell system, such as, for example, a small hydrogen vehicle. This solution, given the emission of clean water as an exhaust from such a vehicle, also allows for a solution with zero polluting impact.

Problemi di sicurezza relativi allo stoccaggio di idrogeno compresso non differiscono da quelli di altri tipi di gas combustibili compressi. L'idrogeno non ha odore, brucia rapidamente con fiamma invisibile, è molto leggero e si disperde immediatamente nell' atmosfera una volta fuoriuscito. L'unica precauzione è quindi di posizionare l'impianto di compressione all'esterno, in un ambiente aperto. Lo spazio richiesto è comunque limitato. Il frazionamento della disposizione di idrogeno in un gran numero di unità discrete riduce comunque i rischi in caso di guasto. Safety issues related to the storage of compressed hydrogen do not differ from those of other types of compressed combustible gases. Hydrogen has no smell, burns quickly with an invisible flame, is very light and immediately disperses into the atmosphere once it is released. The only precaution is therefore to place the compression system outdoors, in an open environment. However, the space required is limited. However, splitting the hydrogen arrangement into a large number of discrete units reduces the risk of failure.

Ancora vantaggiosamente da un confronto del bilancio energetico di una casa tradizionale e di una casa provvista del sistema di generazione ed immagazzinamento proposto, le spese di energia elettrica e le emissioni sono notevolmente ridotti. Still advantageously, from a comparison of the energy balance of a traditional house and of a house equipped with the proposed generation and storage system, the electricity costs and emissions are considerably reduced.

Considerando anche un sistema di mobilità che utilizza le cartucce ad idrogeno infatti è possibile stimare un risparmio notevole. Considerando una city-car con motore a combustione interna a metano per la mobilità locale (10000 km), si spendono circa € 500, emettendo ogni anno 500 kg di CH4, che si traducono in circa 1375 kg di C02. Una casa tradizionale media per il riscaldamento, cottura e acqua calda sanitaria, 71200 MJ, corrispondenti a 1865 kg di CH4, che emettono 5130 kg di C02 e quantità consistenti di NOx. La spesa corrisponde a circa € 1450. Il consumo di energia elettrica è stimabile attorno ai 4000 kWh / anno, con un'efficienza stimata di 0,3, corrispondente a 48000 MJ all’anno, pari a 960 kg di CH4 e, quindi a delle emissioni di 2640 kg di C02. La spesa è di circa € 800. In sintesi, la produzione di energia in una casa tradizionale, con un sistema di mobilità tradizionale, causa l’emissione 9145 kg di C02 e di quantità consistenti di NOx, con spese annuali correnti di € 2750. Considering also a mobility system that uses hydrogen cartridges, it is possible to estimate a considerable saving. Considering a city car with a natural gas internal combustion engine for local mobility (10,000 km), about € 500 is spent, emitting 500 kg of CH4 every year, which translates into about 1375 kg of C02. An average traditional house for heating, cooking and domestic hot water, 71200 MJ, corresponding to 1865 kg of CH4, emitting 5130 kg of C02 and substantial quantities of NOx. The cost corresponds to approximately € 1450. Electricity consumption can be estimated at around 4000 kWh / year, with an estimated efficiency of 0.3, corresponding to 48000 MJ per year, equal to 960 kg of CH4 and, therefore, of the emissions of 2640 kg of C02. The cost is about € 800. In summary, the production of energy in a traditional house, with a traditional mobility system, causes the emission of 9145 kg of C02 and substantial quantities of NOx, with current annual costs of € 2750.

Una casa provvista del sistema di generazione ed immagazzinamento proposto, per gli stessi servizi, richiederebbe solo da fonti esterne 2140 kg di CH4, bruciando in modo più efficiente ed emettendo 5886 kg di C02, con limitate quantità di NOx. Le spese annuali sarebbero di circa 1640 €. A house equipped with the proposed generation and storage system, for the same services, would require only 2140 kg of CH4 from external sources, burning more efficiently and emitting 5886 kg of C02, with limited quantities of NOx. Annual expenses would be around € 1640.

Ciò si traduce in un risparmio netto annuo di € 1110 (quasi -40%) e un risparmio netto di impatto ambientale con -35% di C02 e -50% NOx. This translates into an annual net saving of € 1110 (almost -40%) and a net saving of environmental impact with -35% of C02 and -50% NOx.

A latitudini più favorevoli (<40°N e <40S), la convenienza del sistema diviene proporzionalmente maggiore, specie se si considera che nei Paesi della fascia tropicale ed equatoriale non esiste in genere un network di distribuzione capillare di energia At more favorable latitudes (<40 ° N and <40S), the convenience of the system becomes proportionately greater, especially if we consider that in the countries of the tropical and equatorial belt there is generally no capillary energy distribution network

Claims

CLAIMS 1. Energy generation and storage system comprising: • a solar concentration system (CSP) (9) with linear Fresnel lens mirrors (10) to heat a convection fluid; • a thermo-convective circuit for the transport of said thermo-conveying fluid; • a thermal accumulator (1) provided on said thermo-convective circuit and using a material with a high specific heat; · At least one Stirling engine unit (20); characterized by the fact that • said Stirling engine (20) being used as a linear alternator, receiving thermal energy obtained from said thermal accumulator (1) or directly from said solar concentration system (9), and producing electrical energy through the movement of a piston (23) of said motor (20) within a magnetic loop.

2. Energy generation and storage system, according to claim 1, further comprising a hydrogen production system, a compression system (39) and a hydrogen storage system (57), powered by residual electrical energy from said at least a Stirling engine unit.

3. Energy generation and storage system, according to claim 1, comprising one or more units for the production of electrical energy connected to said thermal accumulator.

4. Energy generation and storage system, as in claim 1, in which helium at a pressure of about 0.5 MPa is adopted as a thermoconvective fluid in said Stirling engine (20).

5. Energy generation and storage system, as in claim 1, in which said Stirling engine (20) is reversible, if fed with electrical energy, and therefore acts as a heat pump, cooling one end.

6. Energy generation and storage system, as in claim 3, characterized in that said hydrogen storage system (57) comprises metal cartridges (58) coated with a resin sheath (60) and comprising valves (62) and ( 63) for recharging / discharging said cartridges (58).

7. Energy generation and storage system, as in claim 3, characterized in that said hydrogen compression system (39) is a piston system (49), which directly feeds said cartridges (58) of said storage system (57) of hydrogen.

8. Energy generation and storage system, according to claim 1, wherein said thermal accumulator (1) comprises two containers (2) and (3) separated by an interspace, in whose interspace the vacuum is generated to increase the characteristics insulators of said thermal accumulator (1).

9. Energy generation and storage system, according to claim 1, in which the flow rate of said thermo-convective circuit is regulated by a variable speed pump system connected to a system of inlet and outlet temperature sensors .