IT201800006280A1 - BLANKING ELEMENT WITH INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM - Google Patents
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Description
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
“ELEMENTO DI TAMPONATURA CON SISTEMA DI ACCUMULO ENERGETICO INTEGRATO” "BUFFER ELEMENT WITH INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM"
La presente invenzione è relativa a un innovativo elemento di tamponatura con caratteristiche tecniche tali da svolgere anche il compito di stoccaggio dell’energia elettrica. The present invention relates to an innovative infill element with technical characteristics such as to also perform the task of storing electricity.
Negli ultimi anni, nell’edilizia il tema del risparmio energetico sta occupando un ruolo fondamentale. A tale riguardo si sta diffondendo sia l’utilizzo di materiali da costruzione a bassa trasmittanza termica, sia la tecnologia per la produzione autonoma di energia da fonti alternative. In recent years, the topic of energy saving has been playing a fundamental role in construction. In this regard, both the use of low thermal transmittance building materials and the technology for the autonomous production of energy from alternative sources is spreading.
L’utilizzo nei fabbricati di sistemi di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili presenta spesso il problema relativo alla sincronia tra produzione di energia e la sua effettiva richiesta. Ossia, qualora l’energia elettrica da fonti rinnovabili venga prodotta senza che ci sia una corrispondente richiesta di consumo, bisognerà necessariamente gestire l’eccedenza di energia prodotta. The use in buildings of electricity production systems from renewable sources often presents the problem of the synchrony between energy production and its actual demand. That is, if electricity from renewable sources is produced without there being a corresponding demand for consumption, it will be necessary to manage the excess energy produced.
Una soluzione a questa eccedenza di energia può consistere nel suo stoccaggio mediante degli appositi dispositivi di accumulo, quali ad esempio batterie o condensatori elettrici. A tale riguardo, esistono in commercio dei dispositivi di accumulo proposti secondo un modello “elettrodomestico", da collocare o all'interno o all'esterno dell'unità residenziale. A solution to this surplus of energy can consist in its storage by means of suitable storage devices, such as for example batteries or electric capacitors. In this regard, there are on the market storage devices proposed according to a "household appliance" model, to be placed either inside or outside the residential unit.
La scelta di tali dispositivi deriva necessariamente dal compromesso tra capacità di accumulo, ingombro, peso, ciclo di vita e costo. A tale riguardo, le batterie hanno un’accettabile, seppur bassa, densità energetica sia volumetrica sia gravimetrica, ma soffrono di un rapido degrado delle prestazioni nel tempo. Inoltre, alcune tipologie di batterie comprendono una tecnologia particolarmente inquinante (come quelle al piombo) o con limitati cicli di carica-scarica (come quelle al metalidruro o cadmio) e, per questo, non si prestano ad essere utilizzate secondo i contesti della presente invenzione. The choice of these devices necessarily derives from the compromise between storage capacity, size, weight, life cycle and cost. In this regard, the batteries have an acceptable, albeit low, energy density both volumetric and gravimetric, but suffer from a rapid degradation of performance over time. Furthermore, some types of batteries include a particularly polluting technology (such as lead-based) or with limited charge-discharge cycles (such as metalhydride or cadmium) and, for this reason, they are not suitable for use according to the contexts of the present invention. .
Diversamente, i condensatori pur avendo una minore densità energetica, tuttavia soffrono in misura minore del degrado delle prestazioni in rapporto al tempo di vita dell'applicazione. In particolare, i condensatori elettrolitici sono di maggiore capacità specifica ma possono presentare problemi di sicurezza legati a perdite chimiche o infiammabilità, mentre quelli a film sottili, anche se presentano una minore capacità specifica, godono dei vantaggi relativi a una maggiore stabilità dei materiali e a una relativa semplicità di produzione anche in grande taglia. On the other hand, the capacitors, despite having a lower energy density, nevertheless suffer to a lesser extent from the degradation of performance in relation to the life time of the application. In particular, electrolytic capacitors are of higher specific capacity but can present safety problems related to chemical losses or flammability, while those with thin films, even if they have a lower specific capacity, enjoy the advantages related to greater stability of the materials and a relative simplicity of production even in large sizes.
Per rispondere all’esigenza di garantire in maniera efficace e vantaggiosa lo stoccaggio dell’eccedenza di energia prodotta da fonti rinnovabili, gli inventori della presente invenzione hanno realizzato una soluzione che prevede l’integrazione di condensatori elettrici all’interno di elementi di tamponatura migliorando, al contempo, le caratteristiche funzionali della tamponatura stessa. In order to respond to the need to guarantee in an effective and advantageous way the storage of the surplus of energy produced from renewable sources, the inventors of the present invention have developed a solution that provides for the integration of electric capacitors inside infill elements, improving, at the same time, the functional characteristics of the infill itself.
Per tamponatura si intendono le pareti di chiusura perimetrale di un fabbricato. Nella categoria delle pareti, le tamponature si differenziano sia dai tramezzi che servono a separare due spazi interni, sia dalle mura portanti che svolgono funzioni statiche. By infill we mean the perimeter closing walls of a building. In the category of walls, the infill panels differ both from the partitions that serve to separate two internal spaces, and from the load-bearing walls that perform static functions.
Le caratteristiche di funzionalità della tamponatura devono riguardare l’isolamento termico, l’isolamento acustico e l’antisismicità. Inoltre, la tamponatura deve risultare impermeabile all’aria e all’acqua, pur rimanendo al contempo traspirante. Infine, benché non si tratti di elementi strutturali, le tamponature devono comunque garantire una funzione autoportante rispetto ai carichi statici. The functional characteristics of the infill must relate to thermal insulation, sound insulation and anti-seismicity. In addition, the infill must be impermeable to air and water, while remaining breathable at the same time. Finally, although they are not structural elements, the infill panels must still guarantee a self-supporting function with respect to static loads.
Inoltre, la tamponatura dovrà rispettare i requisiti di leggerezza e di durevolezza. In addition, the infill must comply with the requirements of lightness and durability.
Oggetto della presente invenzione è un elemento di tamponatura con sistema di accumulo energetico integrato, le cui caratteristiche essenziali sono riportate nella rivendicazione 1, e le cui caratteristiche preferite e/o ausiliari sono riportate nelle rivendicazioni 2-8. The object of the present invention is an infill element with integrated energy storage system, the essential characteristics of which are reported in claim 1, and whose preferred and / or auxiliary characteristics are reported in claims 2-8.
Di seguito sono riportati degli esempi realizzativi a puro titolo illustrativo e non limitativo con l’ausilio delle figure allegate in cui: Below are examples of construction for illustrative and non-limiting purposes with the aid of the attached figures in which:
- la figura 1 è una vista prospettica con parti in trasparenza di una prima forma di realizzazione dell’elemento di tamponatura secondo la presente invenzione; - Figure 1 is a perspective view with parts in transparency of a first embodiment of the infill element according to the present invention;
- la figura 2 è una vista prospettica con parti in trasparenza di una seconda forma di realizzazione dell’elemento di tamponatura secondo la presente invenzione. - Figure 2 is a perspective view with parts in transparency of a second embodiment of the infill element according to the present invention.
In figura 1 è indicato nel suo complesso con 1 un elemento di tamponatura secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione. In Figure 1, the number 1 indicates as a whole an infill element according to a first embodiment of the present invention.
L’elemento di tamponatura 1 comprende una struttura scatolare 2 parallelepipeda composta da pannelli 3 realizzati in materiale elettricamente e termicamente isolante, un condensatore a film sottili piani 4 disposto all’interno della struttura scatolare 2 e due strutture metalliche di collegamento 5, disposte anch’esse all’interno della struttura scatolare 2 e adiacenti a due facce opposte del condensatore a film sottili piani 4 con il quale è connesso elettricamente. The infill element 1 comprises a parallelepiped box-like structure 2 composed of panels 3 made of electrically and thermally insulating material, a flat thin-film capacitor 4 arranged inside the box-like structure 2 and two metal connection structures 5, also arranged they inside the box-like structure 2 and adjacent to two opposite faces of the flat thin film capacitor 4 with which it is electrically connected.
Due dei sei pannelli 3 che compongono la struttura scatolare 2, sono definiti come pannelli esteriori 3a. I pannelli esteriori 3a sono disposti da parti opposte e rappresentano parte delle superfici verticali della tamponatura che viene realizzata. Two of the six panels 3 that make up the box-like structure 2 are defined as exterior panels 3a. The exterior panels 3a are arranged on opposite sides and represent part of the vertical surfaces of the infill that is created.
I pannelli 3 possono essere realizzati in legno, in canapa o in materiale lapideo leggero. Alternativamente, i pannelli 3 possono essere costituiti da un pannello stratificato comprendente uno strato di un materiale isolante quale ad esempio polistirolo, fibra di vetro, lana di roccia, poliuretano o fibre naturali. The 3 panels can be made of wood, hemp or light stone material. Alternatively, the panels 3 can be constituted by a stratified panel comprising a layer of an insulating material such as for example polystyrene, glass fiber, rock wool, polyurethane or natural fibers.
Qui e nel seguito si indicherà “condensatore a film sottili piani” per distinguerlo dal “condensatore a film sottili avvolti a cilindro”. Come è noto, un condensatore a film sottili piani 4 è costituito da uno o più pacchi di fogli di materiale generalmente dielettrico su cui è stato depositato un sottile strato metallico che costituisce l’armatura del condensatore. Il materiale dielettrico può vantaggiosamente essere un materiale plastico compreso nel gruppo costituito da polipropilene (PP), polietilene tereftalato (PET), polietilene naftalato (PEN), polifenilsulfide (PPS), politetrafluoroetilene (PTFE), polistirene (PS), policarbonato (PC). Solitamente, i condensatori a film sottili comprendono un involucro isolante di contenimento dal quale fuoriescono dei terminali di connessione elettrica. Here and in the following we will indicate "flat thin film capacitor" to distinguish it from "cylinder wound thin film capacitor". As is known, a flat thin film capacitor 4 consists of one or more packs of sheets of generally dielectric material on which a thin metal layer has been deposited which constitutes the armature of the capacitor. The dielectric material can advantageously be a plastic material included in the group consisting of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylsulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polystyrene (PS), polycarbonate (PC) . Usually, thin film capacitors comprise an insulating containment casing from which electrical connection terminals protrude.
Ognuna delle strutture metalliche di collegamento 5 è realizzata con dei profili in acciaio, per esempio sagomati a freddo. Each of the metal connecting structures 5 is made with steel profiles, for example cold-formed.
Le strutture metalliche di collegamento 5 comprendono dei terminali di collegamento 5a che permettono l’accoppiamento con le strutture metalliche di collegamento 5 di altri elementi di tamponatura 1 adiacenti. Come verrà di seguito meglio descritto, l’accoppiamento delle varie strutture metalliche di collegamento realizza sia un circuito elettrico sia una rete di rinforzo strutturale ad azione antisismica. The metal connection structures 5 include connection terminals 5a which allow the coupling with the metal connection structures 5 of other adjacent infill elements 1. As will be better described below, the coupling of the various metal connection structures creates both an electrical circuit and a structural reinforcement network with anti-seismic action.
Poiché un condensatore necessita di almeno due capi di collegamento mai in cortocircuito fra loro, le due strutture metalliche di collegamento 5, che sono connesse elettricamente ai due capi del condensatore a film sottili piani 4, non dovranno mai essere in contatto elettrico tra loro. In uso, l’accoppiamento delle diverse strutture metalliche di collegamento 5 fornirà il completo collegamento in parallelo di tutti gli accumulatori presenti nella tamponatura. Since a capacitor requires at least two connection ends that are never short-circuited to each other, the two metal connection structures 5, which are electrically connected to the two ends of the flat thin-film capacitor 4, must never be in electrical contact with each other. In use, the coupling of the different metal connection structures 5 will provide the complete parallel connection of all the accumulators present in the infill.
In particolare, le strutture metalliche di collegamento 5 illustrate in figura 1 hanno una conformazione a “H”, il cui profilo orizzontale 5b è connesso elettricamente a un polo del condensatore a film sottili piani 4, mentre i due profili verticali 5a costituiscono i terminali di collegamento. In particolare, uno dei profili verticali 5a ha una scanalatura longitudinale a coda di rondine, mentre l’altro ha una nervatura longitudinale a coda di rondine. La scanalatura longitudinale è atta a alloggiare la nervatura longitudinale di una struttura metallica di collegamento 5 di un altro elemento di tamponatura, e la nervatura longitudinale è atta a impegnare una scanalatura longitudinale di una struttura metallica di collegamento 5 di un altro elemento di tamponatura. In questo modo si realizza tra le diverse strutture metalliche di collegamento sia una rete elettrica sia una rete strutturale. L’incastro a coda di rondine garantisce la tenuta dell’accoppiamento. In particular, the metal connection structures 5 illustrated in Figure 1 have an "H" conformation, the horizontal profile 5b of which is electrically connected to a pole of the flat thin film capacitor 4, while the two vertical profiles 5a constitute the terminals of link. In particular, one of the vertical profiles 5a has a longitudinal dovetail groove, while the other has a longitudinal dovetail rib. The longitudinal groove is adapted to house the longitudinal rib of a connecting metal structure 5 of another infill element, and the longitudinal rib is adapted to engage a longitudinal groove of a connecting metal structure 5 of another infill element. In this way, both an electrical network and a structural network are created between the different metal connection structures. The dovetail joint guarantees the tightness of the coupling.
In uso, gli elementi di tamponatura 1 sono disposti tra loro in posizione sfalsata, portando ognuno degli elementi di tamponatura 1 ad essere collegato con altri quattro elementi di tamponatura 1. In questo modo, la rete che si viene a realizzare dall’accoppiamento delle rispettive strutture metalliche di collegamento 5 ha una valenza strutturale maggiore rispetto a una organizzazione per linee degli elementi di tamponatura 1. In use, the infill elements 1 are arranged with each other in an offset position, bringing each of the infill elements 1 to be connected with four other infill elements 1. In this way, the net that is formed by the coupling of the respective metal connecting structures 5 has a higher structural value than an organization by lines of the infill elements 1.
Inoltre, gli elementi di tamponatura 1 sono collegati tra loro disponendo i fogli piani dei condensatori paralleli ai due pannelli di materiale isolanti affacciantisi rispettivamente all’interno e all’esterno della parete di tamponatura formatasi. In questo modo il condensatore a film sottili piani svolge una duplice funzione: quella di accumulo energetico e quella di isolamento termico e acustico. Infatti, gli stessi fogli dielettrici disposti come sopra descritto, realizzano una sorta di barriera alla conduzione termica e alle vibrazioni acustiche in senso normale. In addition, the infill elements 1 are connected to each other by arranging the flat sheets of the capacitors parallel to the two panels of insulating material facing respectively inside and outside the infill wall formed. In this way the flat thin film condenser performs a double function: that of energy storage and that of thermal and acoustic insulation. In fact, the dielectric sheets themselves arranged as described above create a sort of barrier to thermal conduction and acoustic vibrations in the normal sense.
Come sopra riportato appare evidente come l’elemento di tamponatura secondo la presente invenzione comporti, in un’unica soluzione, i vantaggi di garantire un accumulo di energia elettrica (mediante la rete di condensatori a film sottili piani integrati nella parete di tamponatura), di conferire alla parete di tamponatura maggiori proprietà di isolamento termico e acustico (mediante l’azione di “barriera” dei fogli dei condensatori a film sottili piani) e, in ultimo, di realizzare all’interno della parete di tamponatura una rete di rinforzo strutturale ad azione antisismica (mediante la rete metallica formata dall’accoppiamento delle strutture metalliche di collegamento dei diversi elementi di tamponatura). As reported above, it is evident that the infill element according to the present invention entails, in a single solution, the advantages of guaranteeing an accumulation of electrical energy (by means of the network of flat thin film capacitors integrated in the infill wall), of to give the infill wall greater thermal and acoustic insulation properties (through the "barrier" action of the sheets of flat thin-film condensers) and, finally, to create a structural reinforcement mesh inside the infill wall anti-seismic action (by means of the metal mesh formed by the coupling of the metal structures connecting the various infill elements).
Relativamente all’efficienza di stoccaggio della energia elettrica da parte degli elementi della presente invenzione, va considerato che la disponibilità dei volumi all’interno delle pareti di tamponatura rimedia alla più bassa densità energetica degli accumulatori a film sottili rispetto ad altre tecnologie. With regard to the storage efficiency of electricity by the elements of the present invention, it should be considered that the availability of the volumes within the infill walls remedies the lower energy density of thin-film accumulators compared to other technologies.
Inoltre, è stato verificato che gli elementi di tamponatura secondo la presente invenzione hanno un peso inferiore dei mattoni tradizionali utilizzati per la realizzazione della tamponatura. Furthermore, it has been verified that the infill elements according to the present invention have a lower weight than the traditional bricks used for the realization of the infill.
In figura 2 è illustrata una seconda forma di realizzazione dell’elemento di tamponatura della presente invenzione. In figura 2 è indicato nel suo complesso con 11 la seconda forma di realizzazione dell’elemento di tamponatura della presente invenzione. L’elemento di tamponatura 11 si distingue dall’elemento di tamponatura 1 per essere nella forma di un “pannello” anziché nella forma di un “mattone”. L’elemento di tamponatura 11 comprende una struttura scatolare 12 parallelepipeda composta da pannelli 13 realizzati in materiale elettricamente isolante, un condensatore a film sottili piani 14 disposto all’interno della struttura scatolare 12 e due strutture metalliche di collegamento 15, disposte anch’esse all’interno della struttura scatolare 12 e adiacenti a due facce opposte del condensatore a film sottili piani 14. Figure 2 shows a second embodiment of the infill element of the present invention. In figure 2 the second embodiment of the infill element of the present invention is indicated as a whole with 11. The infill element 11 differs from the infill element 1 by being in the form of a "panel" rather than in the form of a "brick". The infill element 11 comprises a parallelepiped box-like structure 12 composed of panels 13 made of electrically insulating material, a flat thin-film capacitor 14 arranged inside the box-like structure 12 and two metal connection structures 15, also arranged at the same inside the box-like structure 12 and adjacent to two opposite faces of the flat thin film capacitor 14.
I pannelli 13 e il condensatore a film sottili piani 14 hanno le medesime caratteristiche dei pannelli 3 e del condensatore a film sottili piani 4 sopra descritti. The panels 13 and the flat thin film condenser 14 have the same characteristics as the panels 3 and the flat thin film condenser 4 described above.
Analogamente a quanto descritto per l’elemento di tamponatura 1, due dei sei pannelli 13 che compongono la struttura scatolare 12, sono definiti come pannelli esteriori 13a. I pannelli esteriori sono disposti da parti opposte e rappresentano parte delle superfici verticali della tamponatura che viene realizzata. Similarly to what is described for the infill element 1, two of the six panels 13 that make up the box-like structure 12 are defined as external panels 13a. The exterior panels are arranged on opposite sides and represent part of the vertical surfaces of the infill that is created.
Le due strutture metalliche di collegamento 15 sono realizzate con dei profili in acciaio ad esempio sagomati a freddo ed hanno una conformazione a griglia, derivante dalla necessità di dover supportare una superficie più estesa rispetto a quella dell’elemento di tamponatura 1. Le strutture metalliche di collegamento 15 comprendono almeno due terminali di collegamento 15a, che permettono l’accoppiamento con altre strutture metalliche di collegamento 15 per la realizzazione sia di un circuito elettrico sia di una rete di rinforzo strutturale ad azione antisismica. The two metal connecting structures 15 are made with steel profiles, for example cold-shaped and have a grid conformation, deriving from the need to support a larger surface than that of the infill element 1. The metal structures of connection 15 comprise at least two connection terminals 15a, which allow coupling with other metal connection structures 15 for the realization of both an electric circuit and a structural reinforcement network with anti-seismic action.
Gli elementi di tamponatura 11 trovano una vantaggiosa applicazione nella realizzazione di strutture prefabbricate dove presentano diversi vantaggi rispetto ai pannelli per prefabbricati dell’arte nota. Infatti, gli elementi di tamponatura 11 oltre a comportare tutti i vantaggi in termini di stoccaggio dell’energia, di isolamento termico e acustico e di azione antisismica già descritti per l’elemento di tamponatura 1, comportano anche una maggiore facilità di realizzazione e un peso minore rispetto ai pannelli per prefabbricati dell’arte nota. The infill elements 11 find an advantageous application in the construction of prefabricated structures where they have various advantages compared to the panels for prefabricated buildings of the known art. In fact, the infill elements 11 in addition to having all the advantages in terms of energy storage, thermal and acoustic insulation and anti-seismic action already described for the infill element 1, also entail greater ease of manufacture and weight less than the panels for prefabricated buildings of the known art.
Infine, diversamente da quanto sopra descritto, gli elementi di tamponatura secondo la presente invenzione possono comprendere solo i due pannelli esteriori 3a e 13a di materiale isolante disposti da facce opposte, anziché sei pannelli disposti a formare la struttura scatolare. Questi due pannelli esteriori 3a e 13a si affacceranno rispettivamente verso l’intero e verso l’esterno della tamponatura che si viene a realizzare e sostanzialmente sono gli unici pannelli essenziali della struttura scatolare. Infatti, nella formazione della tamponatura è essenziale che gli elementi siano ricoperti da pannelli in corrispondenza delle facce interna e esterna rispetto alla tamponatura, mentre le altre quattro facce, risultando all’interno della tamponatura stessa, possono anche risultare scoperte. Finally, unlike what has been described above, the infill elements according to the present invention can only comprise the two outer panels 3a and 13a of insulating material arranged on opposite faces, instead of six panels arranged to form the box-like structure. These two exterior panels 3a and 13a will face respectively towards the inside and towards the outside of the infill that is created and are essentially the only essential panels of the box-like structure. In fact, in the formation of the infill it is essential that the elements are covered with panels in correspondence of the internal and external faces with respect to the infill, while the other four faces, resulting within the infill itself, can also be uncovered.
Claims (8)
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2018
- 2018-06-13 IT IT102018000006280A patent/IT201800006280A1/en unknown
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