IT201800010096A1 - Apparato termomagnetico per la generazione di corrente elettrica e relativo metodo - Google Patents

Description

Apparato termomagnetico per la generazione di corrente elettrica e relativo metodo

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per la conversione di energia termica in energia elettrica.

Nei processi industriali, ad esempio fornaci di fusione dei metalli, sintesi di cemento, fornaci per la produzione del vetro, raffinerie, ecc., vanno disperse grandi quantità di energia termica. I processi di conversione dell’energia termica sono spesso caratterizzati dal passaggio di energia dalla forma termica a quella meccanica e da quest’ultima in elettricità. Tuttavia, questo passaggio è considerato economico per salti entalpici di elevata ampiezza, mentre per fluidi a bassa entalpia si preferisce smaltire nell’ambiente l’eccesso di calore.

Un approccio diverso è offerto dalle macchine termomagnetiche, che sono basate sugli effetti indotti dal calore sulle proprietà magnetiche dei materiali ferromagnetici, ferrimagnetici o antiferromagnetici. I materiali ferromagnetici subiscono una subitanea transizione di fase in prossimità della temperatura di transizione. La temperatura di transizione, o temperatura di Curie o punto di Curie è quel valore di temperatura in cui scompare la magnetizzazione permanente e il materiale diventa paramagnetico. Un primo esempio di macchina termomagnetica è descritto in US396121 di Nikola Tesla. Le variazioni rapide dello stato di magnetizzazione possono essere usate per convertire l’energia termica direttamente o indirettamente (attraverso l’energia meccanica) in elettricità.

R.A. Kishore e S. Priya in “A review on design and performance of thermomagnetic devices”, pubblicato in Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 81, Jan. 2018, pagine 33-44, riportano alcuni studi su tecnologie di raccolta dell’energia termomeccanica.

Negli ultimi anni, sono stati studiati generatori di corrente che utilizzano campi magnetici alternati e in movimento piuttosto che il riscaldamento e raffreddamento di fluidi ferromagnetici.

WO 2008/010202 descrive un convertitore di energia ad anello chiuso per convertire energia termica in energia elettrica a corrente alternata. Il convertitore comprende un contenitore per assorbire energia da una fonte esterna di calore, un contenitore per dissipare energia circondato da un dissipatore di calore, un condotto di ingresso e un condotto di uscita tra i due contenitori così da formare un anello chiuso, elementi di generazione di campo magnetico attorno a sezioni dei condotti e fili conduttivi avvolti attorno a sezioni dei conduttori nei quali è indotta una corrente alternata. Quando la miscela ferromagnetica è trasportata lungo i condotti, i campi magnetici hanno un’intensità sufficiente da indurre dipoli magnetici nelle particelle magnetiche per formare “proiettili” che comprendono gruppi discreti di particelle magnetiche del fluido magnetico.

US 2013/0076158 è relativo a un generatore di energia elettrica che comprende un condotto avvolto attorno a un nucleo magnetico, una fonte di calore, un dissipatore di calore e un fluido di particelle ferromagnetiche all’interno del condotto per produrre un flusso magnetico.

I fluidi magnetici sono generalmente classificati come “ferrofluidi” se sono sospensioni colloidali composte da particelle magnetiche di dimensione in scala nanometrica (tipicamente circa 10 nm) sospese in un veicolo liquido, di solito acqua o un solvente organico. Le particelle della sospensione colloidale saranno indicate nel seguito con nanoparticelle. E’ frequente inoltre l’uso di agenti cappanti, ossia di rivestimenti molecolari caratterizzati da un certo ingombro spaziale, che si vincolano alle nanoparticelle e fanno sì che dette nanoparticelle, nello stato di riposo, non possano attrarsi per via della forza magnetostatica ed agglomerarsi per formare un aggregato troppo pesante per poter galleggiare nel solvente (precipitato).

Una proprietà fondamentale dei ferrofluidi è che, in presenza di un campo magnetico non omogeneo, sono attratti verso una regione di maggiore intensità di campo.

Poiché le particelle magnetiche di un ferrofluido sono solitamente dell’ordine di 10 nm, l’interesse è stato rivolto anche ai sistemi micro- e nano-elettromeccanici (MEMS e NEMS). US 6,982,501 concerne un generatore di corrente, nel quale una pompa spinge un fluido magnetico da un reservoir in un anello fatto da un tubo non-conduttivo e nonmagnetico. Un campo magnetico alternato e in movimento fa circolare il fluido lungo l’anello riducendo la viscosità effettiva del fluido e inducendo rotazioni nelle particelle magnetiche sospese nel fluido magnetico. Le rotazioni inducono un flusso magnetico che varia nel tempo e conseguentemente una corrente elettrica attraverso bobine di raccolta avvolte esternamente. Un elettromagnete a corrente continua assicura una forza magnetomotrice positiva.

US 2007/0110260 descrive un generatore di energia con un generatore micro vortex per un ferrofluido.

L’utilizzo dei ferrofluidi per la raccolta di energia vibrazionale è stato studiato in “Electromagnetic ferrofluid-based energy harvester”, di A. Bibo et al., pubblicato in Physics Letters A 376 (2012), 2163-2166. Un generatore di micro-energia elettromagnetica utilizza lo sciabordio di una colonna cilindrica di ferrofluido in un serbatoio eccitato con vibrazioni meccaniche per trasformare il moto meccanico direttamente in elettricità. Il ferrofluido era sottoposto a un campo magnetico esterno per generare un momento magnetico netto nelle particelle del fluido e l’eccitazione meccanica era a una frequenza corrispondente a uno degli infiniti modi di frequenza del fluido nella colonna (condizioni di risonanza). Gli autori concludono che, sebbene i livelli di energia ottenuti siano modesti, la soluzione può essere vantaggiosa nel caso in cui non sia possibile utilizzare un magnete solido in movimento.

Com’è in generale noto, i processi di trasporto di ferrofluido indotto termicamente sono caratterizzati dalla dimensione delle nanoparticelle, la distribuzione delle dimensioni delle particelle, la loro concentrazione e viscosità dinamica, la loro natura chimica e quella del veicolo liquido in cui sono disperse.

Un fenomeno che interessa i ferrofluidi è la diffusione termica che ha luogo in presenza, in un volume finito, di un gradiente termico che crea un gradiente di concentrazione nelle particelle magnetiche del ferrofluido. L’intensità e la direzione del trasporto è rappresentata dal coefficiente di Soret. Un coefficiente positivo sposta le particelle verso una regione più fredda del volume (termofobia), mentre un coefficiente negativo sposta le particelle verso una regione più calda (termofilia). A questo effetto si aggiunge la diffusione termomagnetica, o avvezione termica, la quale consta in un moto vorticoso il cui asse di rotazione si instaura perpendicolarmente rispetto al gradiente termico, collineare con il campo magnetico.

Sommario

La Richiedente ha rivolto l’attenzione a un generatore di energia che, producendo un gradiente termico in un ferrofluido contenuto in un volume e applicando un campo magnetico sullo stesso, sia in grado di produrre energia elettromagnetica che può essere raccolta come energia elettrica. In particolare, ha osservato che sarebbe vantaggioso concepire una macchina termomagnetica che utilizza calore, in particolare calore di scarto, e i cui costi di fabbricazione e messa in opera siano tali da consentire una produzione su larga scala. Il calore di scarto può provenire dal recupero di calore da processi industriali ad alta intensità energetica, di solito a temperature inferiori a 250°C, quali vapore per il raffreddamento di processi industriali, oppure processi che avvengono in sistemi autonomi quali i gas di scarico da motori a combustione interna (al di sopra di tale temperatura si procede solitamente alla cogenerazione). Sono altresì possibili per l’approvvigionamento del cascame termico le cosiddette fonti rinnovabili di energia elettrica, quali geotermico a bassa entalpia, fotovoltaico per il raffreddamento dei moduli, eventualmente anche eolico per le operazioni di raffreddamento delle componenti rotanti, nonché il calore radiante fornito dai corpi umani, se rapportato alla temperatura dell’ambiente esterno e in grado di generare un salto entalpico. Nell’ultimo caso si richiede l’utilizzo di sistemi termomagnetici di dimensione particolarmente contenuta (MEMS).

La creazione di un gradiente termico in un volume finito che contiene un ferrofluido e racchiuso da una superficie induce una variazione della densità del ferrofluido attiguo a tale superficie e genera quindi un gradiente di densità (o di concentrazione) nel ferrofluido. La Richiedente ha osservato che quando si crea un gradiente di densità variabile in un ferrofluido contenuto in un recipiente mediante una successione di gradienti termici prodotti sulla parete del recipiente e viene applicato un campo magnetico parallelo al vettore gradiente termico, una geometria incurvata del recipiente crea una traiettoria circolare del flusso di nanoparticelle magnetiche, ossia del gradiente di densità. La Richiedente ha capito che una geometria toroidale del recipiente consente una minimizzazione delle deformazioni delle linee di flusso delle nanoparticelle del ferrofluido, che sono spesso dovute a brusche variazioni nella forma del recipiente.

La Richiedente ha considerato un recipiente a forma torica e una suddivisione della superficie esterna del recipiente in regioni adiacenti alternate a temperatura relativamente maggiore e a temperatura relativamente minore, così da creare un gradiente termico lungo una rispettiva linea di gradiente termico in ciascuna coppia di regioni adiacenti. In particolare, la Richiedente ha capito che la creazione di una successione di linee di gradiente termico attorno alla superficie esterna del recipiente di forma torica e l’applicazione di un campo magnetico esterno parallelo al gradiente termico sulla stessa superficie creano un flusso netto di momento magnetico circolare, lungo la direzione toroidale del recipiente, e in alcune condizioni la sua stabilizzazione nel tempo in una forma che combina la componente toroidale con quella trasversale e preferibilmente poloidale, assicurando quindi un moto continuo, ad elica, intorno all’asse del toroide stesso.

In forme realizzative preferite della presente invenzione, la successione di linee di gradiente termico attorno alla superficie esterna del recipiente di forma toroidale è realizzata mediante una pluralità di elementi di trasferimento termico disposti sulla superficie esterna del recipiente toroidale in una direzione trasversale al diametro del recipiente, in cui elementi di trasferimento termico prossimi adiacenti sulla superficie esterna sono a rispettive diverse temperature. In forme di realizzazione preferite, gli elementi di trasferimento termico sono condotti idraulici. La pluralità di condotti idraulici agiscono da elementi di trasferimento termico per il riscaldamento o il raffreddamento di zone superficiali della parete torica così da riscaldare o raffreddare localmente il flusso di nanoparticelle.

In accordo con la presente divulgazione è descritto un metodo per raccogliere energia elettrica utilizzando energia termomagnetica che comprende:

fornire un recipiente cavo di forma torica delimitato da una parete avente una superficie torica esterna avente una direzione toroidale, in cui la parete torica racchiude un volume che contiene un ferrofluido che comprende nanoparticelle magnetiche disperse o sospese in un veicolo fluido;

generare una pluralità di gradienti di temperatura lungo la direzione toroidale creando una pluralità di zone superficiali estese sulla superficie torica esterna trasversalmente alla direzione toroidale e alternate tra una temperatura relativamente maggiore e una temperatura relativamente minore, così da creare una differenza di temperatura in ciascuna coppia di zone superficiali prossime adiacenti, ciascun gradiente di temperatura della pluralità di gradienti essendo rappresentato da un vettore tangente alla superficie torica esterna di valore scalare pari alla differenza di temperatura; parimenti, per geometria di costruzione di contenitore e condotti, il gradiente può essere rappresentato dalla differenza di temperatura tra zone diametralmente opposte che si affacciano sulla superficie torica;

generare un flusso magnetico sulla superficie torica esterna e avente direzione vettoriale tangente alla stessa superficie, e raccogliere corrente elettrica da una bobina di estrazione, la bobina di estrazione comprendendo una pluralità di spire di filo elettrico conduttivo, le spire essendo disposte sulla superficie torica esterna.

Preferibilmente, il veicolo fluido del ferrofluido in cui sono sospese o disperse le nanoparticelle magnetiche è un veicolo liquido.

Preferibilmente, generare una pluralità di gradienti di temperatura lungo la direzione toroidale comprende:

disporre a contatto termico la pluralità di zone superficiali con rispettivi elementi di trasferimento termico che sono alternativamente a una temperatura relativamente maggiore e a una temperatura relativamente minore.

Il metodo preferibilmente comprende inoltre controllare la temperatura di ciascun elemento di trasferimento termico variando ciclicamente nel tempo la temperatura di ciascun elemento di trasferimento termico tra la temperatura relativamente maggiore e la temperatura relativamente minore in modo tale che a ogni variazione della temperatura il valore scalare del gradiente di temperatura tra zone superficiali prossime adiacenti sia invertito di segno.

Nella presente descrizione e rivendicazioni che seguono, con direzione o linea trasversale rispetto alla direzione toroidale del recipiente a forma toroidale (generalmente corrispondente al diametro del recipiente) si intende preferibilmente che la direzione o linea trasversale forma un angolo con la direzione toroidale compreso tra 50° e 140°, più preferibilmente tra 70° e 110°. In una forma particolarmente preferita, la direzione (o linea) trasversale forma un angolo di 90° con la direzione toroidale. In un recipiente a superficie torica, le direzioni trasversali disposte a 90° rispetto alla direzione toroidale sono le direzioni poloidali, per definizione perpendicolari alla direzione toroidale.

Preferibilmente, le zone superficiali estese sulla superficie torica esterna alternate tra una temperatura relativamente maggiore e una temperatura relativamente minore sono estese lungo direzioni trasversali parallele tra loro, preferibilmente lungo direzioni poloidali.

La presente invenzione concerne inoltre un apparato termomagnetico per la produzione di energia elettrica che comprende: un recipiente cavo di forma torica delimitato da una parete avente una superficie torica esterna avente una direzione toroidale, in cui la parete torica racchiude un volume che contiene un ferrofluido che comprende nanoparticelle magnetiche disperse o sospese in un veicolo fluido;

una pluralità di condotti idraulici in contatto termico con la superficie torica esterna e disposti su di essa lungo direzioni trasversali alla direzione toroidale, in cui condotti idraulici prossimi adiacenti sono distanziati lungo la direzione toroidale l’uno dall’altro in modo da definire sulla superficie torica esterna una rispettiva pluralità di zone superficiali intermedie che si estendono trasversalmente alla direzione toroidale;

una sorgente di campo magnetico accoppiata alla superficie torica esterna per generare un flusso magnetico su di essa, e

una bobina di estrazione che comprende una pluralità di spire di filo conduttore elettrico disposte sulla superficie torica esterna, le spire della bobina di estrazione essendo avvolte lungo direzioni trasversali rispetto alla direzione toroidale e disposte in corrispondenza di almeno una prima sotto-pluralità della pluralità di zone superficiali intermedie.

Preferibilmente, ciascun condotto della pluralità di condotti è avvolto attorno alla superficie esterna con almeno un avvolgimento di condotto che si estende lungo una rispettiva direzione trasversale alla direzione toroidale. Preferibilmente, le direzioni trasversali degli avvolgimenti sono genericamente parallele tra loro e i rispettivi avvolgimenti di condotto della pluralità di condotti sono disposti adiacenti in modo alternato l’uno rispetto all’altro così che avvolgimenti di condotto tra loro prossimi adiacenti siano avvolgimenti di due diversi condotti della pluralità di condotti. Le zone superficiali intermedie sono delimitate da avvolgimenti di condotto prossimi adiacenti.

Preferibilmente, la parete torica del recipiente è fatta di un materiale rigido, ossia che non soggetto a deformazioni significative durante il suo funzionamento ordinario nell’apparato.

Preferibilmente, la parete torica del recipiente è fatta di un materiale diamagnetico. Preferibilmente, il materiale che forma la parete torica è termicamente conduttivo in modo da consentire un trasferimento di energia termica dagli elementi di trasferimento termico al ferrofluido che scorre all’interno del recipiente, come descritto più in dettaglio nel seguito. Preferibilmente, la parete torica è fatta in un materiale con conducibilità termica maggiore di 10 W/mK.

Preferibilmente, la parete torica del recipiente è fatta di un materiale a conducibilità elettrica inferiore a 1 mS/cm oppure elettricamente isolante.

La parete torica del recipiente può avere uno spessore inferiore a 5 mm, preferibilmente compreso tra 1 mm e 4 mm.

Preferibilmente, la pluralità di spire di filo conduttore elettrico della bobina di estrazione sono disposte in corrispondenza di ciascuna della pluralità di zone superficiali intermedie.

Preferibilmente, la sorgente di campo magnetico è configurata per creare un campo magnetico esterno avente direzione tangente alla superficie torica esterna.

Preferibilmente, la sorgente di campo magnetico comprende una pluralità di magneti permanenti disposti sulla superficie torica esterna in corrispondenza di almeno una seconda sotto-pluralità di zone superficiali intermedie. Più preferibilmente, i magneti sono disposti su ciascuna delle zone superficiali intermedie.

Nella forma realizzativa in cui la sorgente di campo magnetico comprende una pluralità di magneti permanenti, ciascun magnete della pluralità è configurato per creare un campo magnetico esterno avente direzione tangente alla superficie torica esterna. Ciascun magnete della pluralità di magneti può essere disposto a contatto con la superficie torica esterna. Ad esempio, i magneti della pluralità possono essere magneti a piastra montati sulla superficie torica esterna.

La pluralità di magneti permanenti può essere suddivisa in sottopluralità di magneti, ciascuna sotto-pluralità essendo disposta su una rispettiva zona superficiale intermedia. Preferibilmente, su ciascuna della seconda sotto-pluralità di zone superficiali intermedie è disposta una sotto-pluralità di magneti della pluralità di magneti, ciascuna sottopluralità di magneti essendo disposta sulla rispettiva zona superficiale intermedia lungo una linea trasversale alla direzione toroidale e genericamente parallela alle direzioni trasversali di disposizione dei condotti idraulici.

Preferibilmente, i condotti idraulici della pluralità sono tubi flessibili così da poter essere disposti lungo una superficie curva quale la superficie torica e in particolare avvolti attorno alla superficie torica.

Preferibilmente, il diametro dei condotti è compreso tra 1/5 e 1/10 del diametro massimo esterno del recipiente, ossia preso lungo la linea toroidale.

I condotti idraulici sono preferibilmente fatti di un materiale a buona conducibilità termica in modo da realizzare un trasferimento termico tra il fluido di lavoro che scorre in essi e la parete torica del recipiente. Preferibilmente, i condotti idraulici sono fatti di un materiale a conducibilità termica maggiore di 10 W/mK, più preferibilmente maggiore di 20 W/mK.

La Richiedente ha osservato che una geometria torica del recipiente consente l’espansione poloidale (ovvero la contrazione lungo l’asse longitudinale di detto condotto e l’espansione lungo il piano radiale) di un condotto idraulico che realizzi un circuito chiuso. Un vantaggio che si ottiene rispetto ad un circuito chiuso che compie percorsi generalmente complessi rispetto agli avvolgimenti attorno alla superficie torica lungo direzioni poloidali è rappresentato dalla compattezza realizzativa (maggiore densità energetica per volume e per massa), dal risparmio di materiali, e dalle minori perdite di carico rispetto ad un percorso più lungo.

In particolare, la Richiedente ha realizzato che una opportuna variazione nel tempo del segno dei gradienti di temperatura induce un movimento netto delle nanoparticelle del ferrofluido lungo la direzione toroidale e porta alla generazione di onde di densità di aggregati di nanoparticelle stabili nel tempo.

Senza voler essere vincolati da una particolare teoria o spiegazione, il movimento delle nanoparticelle del ferrofluido può essere rappresentato da onde di densità (o concentrazione) che si propagano all’interno del recipiente lungo le linee di gradiente termico per effetto Ludwig-Soret e per effetto dell’avvezione termica. Il gradiente termico può essere rappresentato da un campo vettoriale la cui direzione è tangenziale alla superficie torica e quindi come essa si avvita lungo gli assi toroidale e poloidale. Il gradiente di densità, il cui segno rispetto al campo

dipende dalla natura chimica delle nanoparticelle e del veicolo liquido in cui sono sospese o disperse, crea a sua volta una variazione di campo magnetico “interno”, ossia presente anche quando il campo magnetico esterno H=0, che agisce da forza trainante per la convezione. L’applicazione di un campo magnetico esterno H≠0, parallelo al gradiente termico, induce un’aggregazione delle nanoparticelle in condensati (“cluster”) dal cui movimento è possibile estrarre energia elettromagnetica.

L’alternanza tra zone superficiali a temperature distinte crea un gradiente di temperatura, il cui vettore è tangente alla superficie torica esterna.

In un sistema di riferimento solidale con il recipiente a forma torica, il gradiente termico varia nel tempo spazialmente attraversando la successione delle zone superficiali a temperature diverse. In un sistema di riferimento solidale con il ferrofluido in una determinata posizione all’interno del volume racchiuso dalla superficie torica del recipiente, il gradiente termico si muove nel tempo lungo la linea toroidale del recipiente per effetto dell’inversione di segno del gradiente termico.

In una condizione operativa dell’apparato termomagnetico, ciascun condotto della pluralità di condotti contiene un fluido di lavoro a una data temperatura. La pluralità di condotti può essere costituita da un numero pari N di condotti idraulici formato da N/2 condotti dispari e da N/2 condotti pari, gli avvolgimenti di condotto dei condotti dispari e dei condotti pari essendo disposti alternati tra loro, in cui ciascuno degli N/2 condotti dispari contiene un fluido di lavoro a una temperatura relativamente minore e ciascuno degli N/2 condotti pari contiene un fluido di lavoro a una temperatura relativamente maggiore, creando sulla superficie esterna lungo la direzione toroidale una pluralità di zone superficiali alternate tra la temperatura relativamente minore, in corrispondenza degli avvolgimenti degli N/2 condotti dispari, e la temperatura relativamente maggiore, in corrispondenza degli avvolgimenti degli N/2 condotti pari, dette zone alternandosi lungo la direzione toroidale, così da creare una pluralità di gradienti di temperatura in corrispondenza delle rispettive zone superficiali intermedie.

L’apparato in accordo con la presente divulgazione può comprendere un gruppo generatore di gradiente termico configurato per controllare la temperatura del fluido di lavoro contenuto in ciascun condotto della pluralità di condotti variando ciclicamente nel tempo la temperatura del fluido di lavoro di detto condotto tra la temperatura relativamente maggiore e la temperatura relativamente minore e viceversa.

Sebbene la descrizione delle forme realizzative preferite faccia riferimento principalmente a un gradiente termico di valore scalare costante tra due distinte temperature, la presente invenzione contempla la creazione di un gradiente termico tra più di due temperature distinte.

Nella presente descrizione e rivendicazioni, con “prossimo adiacente” riferito agli elementi di trasferimento termico e in particolare ai condotti idraulici per il riscaldamento/raffreddamento della superficie torica esterna si intende che tra i due elementi di trasferimento termico, lungo la direzione toroidale (o lungo il diametro) non è presente alcun elemento intermedio.

Un apparato in accordo con la presente divulgazione è scalabile così da poter essere utilizzato per applicazioni che spaziano da dispositivi indossabili (“wearable”), al recupero energetico per autoveicoli, e all’apparato industriale.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di attuazione preferita, fatta a titolo puramente esemplificativo, e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. In tali disegni:

- la figura 1 è una rappresentazione concettuale di un recipiente a forma toroidale per l’utilizzo in un apparato in accordo con la presente invenzione.

- la figura 2 è una rappresentazione schematica di un apparato generatore di energia in accordo con una forma realizzativa preferita della presente invenzione.

- la figura 3 è un diagramma schematico visto dall’alto di una forma realizzativa di un circuito idraulico di controllo della temperatura del fluido di lavoro dell’apparato di figura 2, parte del gruppo generatore di gradiente termico.

- la figura 3a è un ingrandimento di alcuni dettagli del circuito idraulico di figura 3, in una vista laterale.

Descrizione dettagliata

La figura 1 è una rappresentazione concettuale di un recipiente a forma toroidale, in altre parole un toro solido, idoneo per l’utilizzo in un apparato in accordo con la presente invenzione. Un recipiente rigido e cavo 10 a forma toroidale comprende una parete 11 a superficie torica, indicata nel seguito con parete torica, che racchiude un volume V. La parete torica 11 ha una superficie esterna, che delimita spazialmente il recipiente, e una superficie interna. Come è in generale noto, dal punto di vista geometrico, una superficie torica può essere ottenuta come superficie di rivoluzione facendo ruotare una sezione conica non degenere, detta generatrice, lungo una direttrice conica, non degenere. L’asse di rotazione lungo la direttrice appartiene allo stesso piano della generatrice ed è perpendicolare alla direttrice. La superficie torica può essere a generatrice costante o variabile. Preferibilmente, la superficie torica definita dalla parete 11 è a generatrice costante circolare o ellittica con apertura passante, preferibilmente centrale.

Nella presente invenzione, il recipiente 10 può essere un toroide sferico oppure oblato.

La superficie torica esterna della parete 11 può essere descritta geometricamente da un sistema di coordinate poloidale-toroidale (i,j), in cui la coordinata toroidale i è lungo la direttrice o lungo linee parallele alla direttrice, indicate con linee toroidali che definiscono una direzione toroidale, e la coordinata poloidale j è lungo le linee tra i poli del toro, perpendicolari alle linee toroidali e indicate con linee poloidali. In figura 1, è indicata la direttrice 23, ovvero la linea “equatoriale” del recipiente 10 che divide simmetricamente la superficie toroidale. L’origine del sistema di coordinate (i,j)=(0,0) è presa quale arbitrario punto di intersezione tra la direttrice 23 e una linea poloidale 21, indicata nel seguito con linea poloidale di riferimento.

La superficie esterna 31a della parete torica del recipiente 10 può essere geometricamente suddivisa in una pluralità di zone superficiali 13 fra loro adiacenti che formano un tassellamento della superficie esterna definito da un reticolo di meridiani corrispondenti alle linee poloidali 21, 21a, 21b, 21c ecc. nella direzione poloidale, e di paralleli corrispondenti alle linee toroidali 23, 23a, 23b, 23b, ecc. nella direzione toroidale. Ogni zona superficiale 13 ha forma quadrangolare e si estende lungo le direzioni toroidale e poloidale. Le zone superficiali 13 sono indicate nel seguito con celle. In questa rappresentazione concettuale, la superficie esterna del toro è pertanto tassellata, ossia suddivisa in celle adiacenti e a contatto l’una con l’altra. Il numero delle celle può essere compreso da 10 a 10<4>, in dipendenza, tra l’altro, dall’area dell’intera superficie esterna del toro solido 10. Nell ́esempio illustrato in figura 1, la superficie toroidale sferica è suddivisa in segmenti toroidali e poloidali di apertura angolare di 10° in entrambe le direzioni toroidale e poloidale (360°/10°=36 per segmento) per un totale di celle pari a 1296 (36<2>). In un altro esempio (non illustrato), la suddivisione è in segmenti toroidali di apertura angolare di 45° e segmenti poloidali di apertura angolare di 90° per un totale di celle pari a 32 (8x4).

L’area superficiale di ciascuna cella può essere compreso tra 1x1 m<2 >e 1000x1000 mm<2>.

In coordinate cartesiane, sono definiti un asse radiale x nel piano (x,y) equatoriale che comprende la direttrice 23 e un asse poloidale z, che coincide con l’asse di rotazione del toro ed è perpendicolare all’asse radiale x, centrale rispetto al toro solido.

Il recipiente cavo 10 a forma toroidale è configurato per contenere un fluido, in particolare un ferrofluido, che riempie un volume V delimitato dalla parete torica 11, in particolare dalla superficie interna della parete.

La figura 2 è una rappresentazione schematica di una vista prospettica di un apparato termomagnetico per la produzione di energia elettrica, in accordo con una forma realizzativa della presente invenzione. L’apparato termomagnetico 20 comprende un recipiente rigido e cavo 30 di forma toroidale. Il recipiente 30 comprende una parete torica 31 che ha una superficie torica esterna 31a, che delimita spazialmente il recipiente, e una superficie opposta interna (non visibile). Preferibilmente, la superficie torica definita dalla parete 31 è a generatrice costante circolare o ellittica. Nella forma realizzativa mostrata nelle figure, la parete torica ha forma genericamente a ciambella con un’apertura passante, preferibilmente centrale (toro di genere 1).

Sulla superficie torica 31a è definita una direzione toroidale 67, lungo il diametro massimo della superficie stessa. Dal punto di vista geometrico, la direzione toroidale 67 corrisponde alla direttrice del toro solido formato dal recipiente 30.

Preferibilmente, il recipiente cavo 30, ossia la parete a superficie torica 31 è fatta di un materiale diamagnetico con permeabilità magnetica relativa minore dell'unità così da non interferire in modo significativo con un campo magnetico esterno applicato sulla sua superficie e/o con flusso delle nanoparticelle magnetiche del ferrofluido, come descritto più in dettaglio nel seguito.

Preferibilmente, il materiale della parete torica 31 è a bassa conducibilità elettrica, preferibilmente inferiore a circa 1 mS/cm, o elettricamente isolante.

La parete torica 31 è fatta di un materiale termicamente conduttivo e diamagnetico. Preferibilmente, la parete torica è in un materiale ad alta conducibilità termica, preferibilmente superiore a 10 W/mK, più preferibilmente superiore a 20 W/mK, così da facilitare il trasferimento di calore dall’esterno all’interno del recipiente e dall’interno all’esterno dello stesso.

Preferibilmente, lo spessore della parete 31 è inferiore a 5 mm, più preferibilmente compreso tra 1 mm e 4 mm.

In alcune forme realizzative, il recipiente è fatto di un materiale polimerico quale poliammide (PA) o acrilonitrile butadiene stirene (ABS).

Il recipiente può essere prodotto mediante tecniche note quali la tecnologia stereolitografica o la modellizzazione a filamento fuso per la stampa 3D di un oggetto.

Preferibilmente, la superficie interna (non visibile) della parete 31 del recipiente 30 presenta una rugosità ridotta per avere una riduzione di possibili frizioni tra la superficie e il ferrofluido e quindi un migliore scorrimento dello stesso.

In alcune forme di realizzazione, la superficie interna della parete è rivestita con un polimero a bassa rugosità superficiale e ad elevata conducibilità termica, quale ad esempio il PTFE, preferibilmente, PTFE caricato con carbonio in peso percentuale compreso fra 10% e 35%.

All’interno del recipiente cavo 30 è contenuto un ferrofluido (non visibile in figura), ossia una dispersione colloidale stabile di nanoparticelle in un fluido, i.e. il veicolo (carrier) liquido, in cui le nanoparticelle hanno momento magnetico non nullo e tipicamente elevato. Preferibilmente, le nanoparticelle hanno un valore minimo di saturazione di 10 mT e preferibilmente di 100 mT. Ad esempio, il ferrofluido è composto da un solvente liquido nel quale sono sospese o disperse nanoparticelle di un composto contenente Fe<2+ >o Fe<3+ >o una combinazione dei due stati di ossidazione. La scelta del veicolo liquido dipende almeno in parte dall’applicazione e in particolare dalla temperatura di lavoro dell’apparato. Ad esempio, se le temperature di lavoro sono inferiori a 100°C, il veicolo liquido può essere selezionato nel gruppo costituito da acqua, etanolo, cicloesano, benzina e acetone. Per temperature di lavoro più elevate, il solvente liquido può essere un olio fluorurato oppure un liquido ionico.

In alcune forme realizzative particolarmente preferite, il veicolo liquido del ferrofluido contenuto nel recipiente 30 ha una bassa viscosità, preferibilmente inferiore a 100 mPa·s.

Le nanoparticelle sospese o disperse nel veicolo liquido possono essere nanoparticelle ferromagnetiche, ferrimagnetiche, superparamagnetiche o multiferroiche. Preferibilmente, le nanoparticelle hanno una distribuzione in grandezza tra 1 nm e 50 nm di diametro. Le nanoparticelle possono essere monodisperse o polidisperse nel carrier liquido. Le nanoparticelle possono avere una forma sferica o ellissoidale e sono fatte ad esempio da ferro, magnetite, maghemite, ferrite di bario, cobalto, nickel, oro-platino, neodimio-ferro-boro o samario-cobalto.

In alcune forme di realizzazione preferite, le nanoparticelle sono ferrimagnetiche con spin non compensato, che è tipico degli ossidi metallici, che in generale sono chimicamente più stabili rispetto ai metalli puri o alle leghe metalliche.

L’apparato 20 comprende una pluralità di elementi di trasferimento termico in contatto termico con la superficie esterna 31a della parete torica 31, indicati complessivamente con il numero di riferimento 28, e un gruppo generatore di gradiente termico 35 configurato per generare un gradiente termico sulla parete torica 31. Il gruppo generatore di gradiente termico 35 è indicato schematicamente con un riquadro tratteggiato in figura 2 e descritto con riferimento alla figura 3. Gli elementi di trasferimento termico sono configurati e disposti in modo da creare un gradiente termico che si estende lungo direzioni trasversali alla direzione toroidale 67 del recipiente in modo tale da indurre un flusso di nanoparticelle di ferrofluido lungo la direzione toroidale 67. Preferibilmente, il gradiente termico si estende lungo direzioni poloidali della parete torica 31, genericamente perpendicolari alla direzione toroidale 67.

Nella forma realizzativa mostrata nelle figure 2 e 3, la pluralità di elementi di trasferimento termico 28 è una pluralità di N condotti idraulici 36, 37, 38 e 39 avvolti sulla superficie esterna 31a della parete 31 del recipiente torico 30. Ciascun condotto 36, 37, 38, 39 è avvolto attorno alla superficie esterna 31a con almeno un avvolgimento di condotto e gli avvolgimenti dei rispettivi condotti sono disposti adiacenti l’uno rispetto all’altro sulla superficie esterna così da essere spaziati tra loro nella direzione toroidale 67.

Gli avvolgimenti di condotto coprono parzialmente la superficie torica esterna 31a della parete 31 del recipiente 30, lasciando “libere”, in particolare non coperte dagli avvolgimenti di condotto, una pluralità di zone superficiali intermedie 63 disposte tra ciascuna coppia di avvolgimenti di condotto prossimi adiacenti. Le zone superficiali intermedie 63 sono delimitate da avvolgimenti di condotto prossimi adiacenti

Preferibilmente, i condotti idraulici della pluralità sono tubi flessibili così da poter essere disposti su una superficie curva quale è la superficie torica 31a, in particolare così da poter essere avvolti attorno a tale superficie.

Ciascun condotto 36, 37 38, 39 della pluralità è avvolto attorno alla superficie esterna 31a con un numero k di avvolgimenti, con k≥1.

Preferibilmente, ciascun condotto della pluralità è avvolto attorno alla superficie esterna 31a con una pluralità k di avvolgimenti di condotto, con k≥2, in cui i k avvolgimenti si estendono lungo direzioni trasversali rispetto alla direzione toroidale 67 del recipiente e sono disposti l’uno rispetto all’altro lateralmente attorno alla superficie esterna 31a così da essere spaziati l’uno dall’altro nella direzione toroidale. Gli avvolgimenti di condotto della pluralità di condotti sono disposti adiacenti in modo alternato l’uno rispetto all’altro così che, per ciascuna coppia di avvolgimenti di condotto tra loro adiacenti, gli avvolgimenti della coppia siano avvolgimenti di due diversi conduttori della pluralità. In particolare, un avvolgimento j-esimo (j=1,…,k) di un condotto i-esimo (i=1,..., N), ad esempio 36, è disposto adiacente a un avvolgimento j di un condotto (i+1)-esimo della pluralità N, ad esempio 37, da un lato e a un avvolgimento j di un condotto (i-1)-esimo dal lato opposto, rispetto alla direzione toroidale. La sequenza degli avvolgimenti di condotto per i condotti i=1, …, N è ripetuta k volte, se k>1.

Il numero N di condotti della pluralità è un numero pari maggiore o uguale a 2, il numero dipendendo dalla dimensione del recipiente, in particolare il suo diametro massimo, e dal numero delle zone alternate a temperatura fredda e calda che si desidera generare sulla parete torica 31. Nella forma realizzativa mostrata in figura 2, la pluralità di condotti è composta da N=4 condotti, un primo condotto 36, un secondo condotto 37, un terzo condotto 38 ed un quarto condotto 39. Nella forma realizzativa della figura 2, il numero di avvolgimenti k è uguale a 4. Una tale configurazione può essere ottenuta avvolgendo contemporaneamente i quattro condotti 36, 37, 38,39, spaziati lateralmente tra loro, attorno alla superficie torica 31a.

Nella forma realizzativa mostrata in modo schematico in figura 2, gli avvolgimenti di condotto sono disposti lungo direzioni trasversali tra loro genericamente parallele.

Preferibilmente, i condotti idraulici 36, 37, 38, 39 sono avvolti lungo linee poloidali 68 della superficie torica 31a e in modo tale che gli avvolgimenti di condotto siano genericamente paralleli tra loro, ad esempio formando un angolo di preferibilmente 45° con l’asse toroidale z. In una condizione operativa dell’apparato termomagnetico 20, i condotti della pluralità 36, 37, 38, 39 sono riempiti con un fluido di lavoro a una data temperatura e in due condotti con avvolgimenti di condotto prossimi adiacenti l’uno all’altro sulla superficie torica scorre un fluido di lavoro a due temperature distinte: una prima temperatura relativamente maggiore, T2, e una seconda temperatura relativamente minore, T1, con T2> T1 e differenza di temperatura �T=(T2-T1). Essendo i condotti a contatto termico con la superficie esterna 31a della parete torica 31, si crea una differenza di temperatura �T=(T2-T1) tra una zona superficiale a contatto termico con il condotto che contiene il fluido di lavoro a temperatura T1 e una zona superficiale a contatto termico con il condotto che contiene il fluido di lavoro a temperatura T2, in corrispondenza delle regioni superficiali intermedie 63.

La temperatura T1 verrà indicata nella presente descrizione e rivendicazioni che seguono con “prima temperatura”, mentre la temperatura T2 verrà indicata con “seconda temperatura”. Con “temperatura relativamente maggiore” e “temperatura relativamente minore” si intende che una temperatura sia maggiore/minore relativamente all’altra temperatura.

Nella forma realizzativa mostrata nelle figure 2-3, il contatto termico tra i condotti idraulici 36-39 della pluralità di condotti è un contatto diretto tra la superficie esterna dei condotti e la superficie esterna 31a della parete toroidale 31. Tuttavia, il contatto termico tra condotto e superficie torica potrebbe non essere un contatto (fisico) diretto, a condizione che garantisca un trasferimento termico adeguato alla parete torica.

La pluralità di N condotti (N essendo un numero pari) può essere suddivisa in una sotto-pluralità N/2 di condotti pari e una sotto-pluralità N/2 di condotti dispari, i condotti pari e dispari essendo disposti sulla superficie 31a alternativamente gli uni rispetto agli altri. Ad esempio, nel caso in cui N=2, la pluralità di condotti è costituita da un condotto pari e da un condotto dispari. In particolare, gli avvolgimenti dei condotti pari e quelli dei condotti dispari sono disposti sulla superficie 31a alternativamente gli uni rispetto agli altri. La pluralità di avvolgimenti di condotto disposta lungo il diametro del recipiente toroidale 30 crea, sulla superficie esterna 31a della parete torica 31, una successione di regioni adiacenti alternate a temperatura relativamente maggiore, T2, e a temperatura relativamente minore, T1, così da creare una differenza di temperatura ΔT=(T2-T1) e quindi un gradiente termico in ciascuna coppia di regioni adiacenti lungo una direzione trasversale al diametro del recipiente 30 di forma torica.

Le zone superficiali della superficie torica esterna 31a in corrispondenza degli avvolgimenti di condotto alle temperature T1 e T2 vengono anche indicate nel seguito con zone superficiali di raffreddamento e zone superficiali di riscaldamento.

Si definisce con linea di gradiente termico una linea ideale di confine tra una zona superficiale a temperatura T1 (zona di raffreddamento) e una zona superficiale a temperatura T2 (zona di riscaldamento) della parete torica, ossia una linea che rappresenta la differenza di temperatura ΔT. E’ da intendersi che, in molte implementazioni pratiche, la linea di gradiente termico è compresa in una regione di transizione che si estende parallelamente ai condotti, nella quale la temperatura è compresa tra T1 e T2. Nella presente forma realizzativa, le linee di gradiente termico giacciono su rispettive zone superficiali intermedie 63.

Il numero di linee di gradiente termico corrisponde al prodotto N·k, con N il numero di condotti che costituisce la pluralità di condotti e k il numero di avvolgimenti di ciascun condotto della pluralità sulla superficie torica esterna 31a. Nell’apparato di figura 2, il numero di linee di gradiente termico è pari a 16.

Preferibilmente, la differenza di temperatura ΔT è compresa tra 10°C e 200°C, più preferibilmente tra 50°C e 200°C. In generale, maggiore è il gradiente termico ΔT, maggiore è l’energia che si può estrarre dal dispositivo, la quale è direttamente proporzionale a ΔT. Sebbene sia in molti casi sia preferibile un valore di ΔT il più grande possibile, tale valore dipende dal particolare campo di applicazione, ad esempio automotive o industria metallurgica.

In un esempio, un recipiente a forma torica adatto per l’estrazione di energia da un gradiente di temperatura ΔT pari a 50°C ha le seguenti dimensioni: volume interno pari a 1 litro; diametro interno = 220 mm (corrispondente al diametro dell’apertura passante); diametro esterno = 260 mm; altezza = 80 mm.

Il gradiente termico crea un gradiente di concentrazione nelle particelle magnetiche del ferrofluido che scorre all’interno del recipiente 30 in prossimità della sua parete 31. Il ferrofluido scorre attorno al toro solido nella direzione toroidale 67 lungo un percorso ad anello passando attraverso una pluralità di zone a temperatura alta alternate a una pluralità di zone a bassa temperatura, ossia attraverso una pluralità di linee di gradiente termico.

Preferibilmente, il diametro dei condotti è compreso tra 1/5 e 1/10 del diametro massimo esterno del recipiente, ossia preso lungo la linea toroidale. Ad esempio, se i condotti hanno diametro compreso tra 1 mm e 100 mm, il diametro massimo del recipiente è compreso tra 10 mm e 1000 mm. Si indicherà con diametro del recipiente, l’estensione massima del contorno del toroide in un piano che è una proiezione ortogonale del volume torico che include la direzione toroidale (piano cartesiano xy in figura 2). Per semplicità, si parlerà di diametro anche nel caso di contorno quasi circolare o ellittico lungo la direzione toroidale, sebbene in questo caso l’estensione massima sia propriamente rappresentata dall’asse maggiore dell’ellisse definita dal contorno.

In alcune forme realizzative, il diametro dei condotti è compreso tra 1 mm e 100 mm, in relazione al quantitativo di energia termica a disposizione per l’applicazione specifica.

I condotti 36, 37, 38, 39 sono fatti di un materiale non magnetico, per non interferire con il campo magnetico interno al ferrofluido e, come descritto nel seguito e con il campo magnetico esterno applicato alla superficie torica 31a. Il materiale è preferibilmente ad alta conducibilità termica per consentire il trasferimento di calore tra i condotti e la parete torica 31 del recipiente, preferibilmente maggiore di 10 W/mK, più preferibilmente maggiore di 20 W/mK, ad esempio 30 W/mK.

Preferibilmente, i condotti idraulici sono fatti di un materiale a bassa conducibilità elettrica, preferibilmente inferiore a circa 1 mS/cm, o elettricamente isolante. Ad esempio, i condotti 36-39 sono tubi flessibili fatti di un nanocomposito a matrice polimerica con fibra di carbonio.

Le zone superficiali della superficie torica 31a in contatto termico con gli avvolgimenti di condotto dei condotti 36, 37, 38, 39 contenenti il fluido di lavoro sono a una temperatura sostanzialmente corrispondente alla temperatura del fluido di lavoro. Sulla superficie torica esterna 31a si può quindi definire una pluralità di segmenti longitudinali trasversali alla direzione toroidale con larghezza (lungo la direzione toroidale) sostanzialmente corrispondente alla superficie di contatto dei condotti, ossia zone superficiali longitudinali di raffreddamento o di riscaldamento del ferrofluido contenuto nel recipiente 30.

La distanza lateralmente, lungo la linea toroidale, tra due avvolgimenti di condotto prossimi adiacenti di due distinti condotti è preferibilmente compresa tra 1 mm e 100 mm. Tale distanza definisce la larghezza, nella direzione toroidale 67, delle zone superficiali intermedie 63. Preferibilmente, il limite inferiore della distanza laterale tra due avvolgimenti prossimi adiacenti di due distinti condotti è circa pari al diametro degli stessi condotti per evitare o ridurre eventuali scambi di calore tra i condotti e conseguenti fluttuazioni termiche del valore di �T. Il limite superiore può essere scelto in base a eventuali necessità costruttive.

A titolo esemplificativo, nella forma realizzativa illustrata in figura 2 e in una particolare configurazione operativa, il fluido di lavoro dei condotti 36 e 38 sono alla prima temperatura T1 (fluido di lavoro “freddo”) e il fluido di lavoro dei condotti 37 e 39 è alla seconda temperatura T2 (fluido di lavoro “caldo”).

Il fluido di lavoro può essere lo stesso per ciascun condotto 36, 37, 38, 39, ad esempio un fluido liquido quale acqua, glicole etilenico miscelato con acqua, oppure olio diatermico.

Preferibilmente, la temperatura del fluido di lavoro in ciascun condotto è ottenuta e/o mantenuta per un tempo desiderato attraverso uno scambio di calore tra il fluido di lavoro in ciascun condotto 36, 37, 38, 39 e un fluido di servizio alla temperatura T1 o T2. Nelle forme realizzative qui illustrate e in una condizione operativa, ciascun condotto di raffreddamento o riscaldamento 36-39 è connesso a un gruppo generatore di gradiente termico 35. La figura 3 è un diagramma schematico semplificato, visto in pianta, di una forma realizzativa di gruppo generatore di gradiente termico 35 per la selezione della temperatura del fluido di lavoro T1 o T2 che circola nei condotti 36, 37, 38 e 39 della pluralità di condotti mostrati in figura 2.

Il gruppo 35 di generazione del gradiente termico comprende un primo condotto di distribuzione 42 un primo e un secondo condotto di distribuzione 42, 43 collegati idraulicamente a una rispettiva sorgente di fluido di servizio a temperatura rispettivamente T1 (“freddo”) e T2 (“caldo”), ad esempio un rispettivo serbatoio. La sorgente fredda a temperatura T1 non è mostrata in figura 3, se non schematicamente con rispettive frecce, il flusso entrante 44 dalla sorgente fredda a temperatura T1 al primo condotto di distribuzione 42 e il flusso uscente 46 dallo stesso condotto di distribuzione. Analogamente, la sorgente calda a temperatura T2 non è mostrata in figura 3, ma sono indicati, con rispettive frecce, il flusso entrante 45 dalla sorgente calda al secondo condotto di distribuzione 43 e il flusso uscente 46 dallo stesso condotto.

Preferibilmente il fluido di servizio contenuto nelle sorgenti calda e fredda è diatermico e può essere lo stesso fluido per entrambe le sorgenti, ad esempio acqua, che alimentano i circuiti idraulici, tra loro indipendenti, di raffreddamento e di riscaldamento. Tuttavia, la presente invenzione non è limitata all’utilizzo di uno stesso fluido di servizio per il raffreddamento e il riscaldamento. Ad esempio, il fluido di servizio può essere un gas di scarico di un motore di combustione e aria ambiente, oppure ancora il liquido di raffreddamento di un motore a combustione e aria ambiente.

Una porzione del primo condotto di distribuzione 42 passa attraverso un primo scambiatore di calore 48a per lo scambio termico tra il fluido di servizio alla temperatura T1 e il fluido di lavoro e una porzione del secondo condotto di distribuzione 43 passa attraverso un secondo scambiatore di calore 48b per lo scambio termico tra il fluido di servizio alla temperatura alla temperatura T2 e il fluido di lavoro. A questo scopo, una porzione di ciascun condotto di raffreddamento/riscaldamento 36, 37, 38, 39 passa attraverso uno tra i due scambiatori di calore 48a, 48b in modo da venire in contatto termico con uno dei fluidi di servizio distribuiti dai condotti di distribuzione 42, 43 per il raffreddamento/riscaldamento o per il mantenimento della temperatura del fluido di lavoro alla prima o alla seconda temperatura.

Preferibilmente, ciascun condotto 36, 37, 38, 39 forma un rispettivo circuito idraulico ad anello chiuso di raffreddamento o di riscaldamento che comprende una prima porzione costituita dall’uno o più avvolgimenti attorno alla parete torica 31 del recipiente e una seconda porzione non-avvolta che non è a contatto con la superficie torica 31a e si estende esternamente al recipiente 30. In questa forma realizzativa, porzione non-avvolta comprende o è costituita dalla porzione interessata dallo scambio di calore che passa attraverso uno tra i due scambiatori di calore 48a, 48b. Ciascun scambiatore di calore 48a, 48b comprende rispettivamente un condotto di raffreddamento 49a e un condotto di riscaldamento 49b. Nello scambiatore di calore 48a, il condotto di raffreddamento 49a è in contatto termico con il primo condotto di distribuzione 42. Analogamente, nello scambiatore di calore 48b, il condotto di raffreddamento 49b è in contatto termico con il secondo condotto di distribuzione 43.

La porzione non-avvolta di ciascuno dei condotti di riscaldamento/raffreddamento 36, 37, 38, 39 comprende o è costituita dalla porzione interessata dallo scambio di calore, che può essere a contatto termico selettivamente con il condotto di raffreddamento 42 o con il condotto di riscaldamento 43. Nella forma realizzativa di figura 3, il gruppo generatore 35 di gradiente di temperatura comprende un primo distributore 50 configurato per ricevere il flusso entrante del fluido di lavoro dai rispettivi condotti 36-39, e un secondo distributore 51 configurato per la fuoruscita del flusso uscente del fluido di lavoro dai rispettivi condotti 36-39. Il primo e il secondo distributore 50, 51 sono in tutto e per tutto simili. La figura 3a è un ingrandimento parziale della figura 3, indicato con un ovale tratteggiato 56 in figura 3, in una vista laterale.

Il primo distributore 50 (oppure il secondo distributore 51) comprende un primo condotto collettore 52 connesso fluidamente al primo scambiatore 48a a temperatura T1, in particolare connesso a un condotto di raffreddamento 49a, e un secondo condotto collettore 53 connesso fluidamente al secondo scambiatore 48b a temperatura T2, in particolare connesso al condotto di riscaldamento 49b. Un elemento di commutazione 54 connette selettivamente ciascuno dei condotti 36-39 al primo o al secondo condotto collettore 52, 53, quindi al primo o al secondo scambiatore di calore. Nella forma realizzativa illustrata in figura 3, l’elemento di commutazione 54 comprende un’unica parte rotante, internamente cava in grado di connettere due rispettivi primo e secondo condotti di raccordo convergenti 55 e 56, nell’esempio, tubi flessibili corrugati, alternativamente ai condotti collettore 52 o 53. I condotti di raccordo 55 e 56 hanno forma ad “Y” e connettono dall’altro lato la sottopluralità di condotti dispari 36, 38 e alla sotto-pluralità di condotti pari 37, 39, rispettivamente. L’elemento rotante 54 ha solo due posizioni di commutazione: una prima posizione che connette il primo condotto di raccordo 55 al primo condotto collettore 52 e il secondo condotto di raccordo 56 al secondo condotto connettore 53, e una seconda posizione che connette il primo condotto di raccordo 55 al secondo condotto collettore 53 e il secondo condotto di raccordo 56 al primo condotto collettore 52. Preferibilmente, l’elemento rotante 54 del distributore 50 nonché l’analogo elemento rotante del distributore 51 (non mostrato in figura 3a) sono servoassistiti da un rispettivo attuatore (ad esempio un motore elettrico, non mostrato in figura), controllato elettronicamente da un controllore elettronico 57. Il controllore elettronico è collegato al primo e al secondo attuatore dei rispettivi elementi rotanti per impartire a entrambi segnali di controllo per la commutazione simultanea di entrambi gli elementi rotanti tra la prima e la seconda posizione di commutazione. Le linee elettriche di controllo da/al controllore elettronico sono rappresentate in figura 3a con linee tratteggiate 58. Il controllore elettronico 57 è configurato per controllare le combinazioni dei distributori in modo tale che i fluidi scorrano correttamente nei condotti abbinati 36 e 38, 37 e 39.

Gli scambiatori di calore 48a e 48b possono avere una costruzione per sé nota e lo scambio di calore può avvenire secondo varie modalità. Il fluido di lavoro dei condotti 36 e 38 e dei condotti 37 e 39 che fluisce all’interno dello scambiatore di calore esce raffreddato/riscaldato o mantenuto alla temperatura di servizio T1 o T2. Il circuito idraulico che comprende o è costituito da ciascun condotto (36, 37, 38 o 39) unito al tubo di raccordo (55 o 56), al condotto collettore (52 o 53) e al condotto di raffreddamento o di riscaldamento (49a o 49b) è ad anello chiuso.

La porzione del circuito chiuso che comprende il rispettivo condotto, che è interessata dallo scambio di calore è indicata schematicamente in figura 3 con i quadrati 48a e 48b, ove i condotti che contengono il fluido di lavoro vengono posti in contatto termico con il primo condotto di distribuzione 42 o il condotto di distribuzione 43. Nella forma realizzativa di figura 3, i condotti 36 e 38 miscelano i propri fluidi all’interno del primo distributore 50 circolando nel condotto di raffreddamento 49a e vengono smistati nuovamente nei rispettivi condotti 36, 38 all’interno del secondo distributore 51, mentre i condotti 37, 39, che vengono posti in contatto termico con il secondo condotto di distribuzione 43, miscelano i propri fluidi all’interno del primo distributore 50 circolando nel condotto di riscaldamento 49b e vengono smistati nei rispettivi condotti 37, 39 all’interno del secondo distributore 51.

In una forma realizzativa (non mostrata in figura), la porzione di condotto non-avvolta di ciascun condotto 36-39 comprende o è costituita dalla porzione interessata dallo scambio di calore che passa attraverso uno tra i due scambiatori di calore 48a, 48b. In questa forma realizzativa, il circuito idraulico formato da ciascuno dei condotti 36-39 è a circuito chiuso.

In una diversa forma realizzativa, i condotti della pluralità di condotti 36, 37, 38, 39 sono collegati alternativamente al primo o al secondo condotto di distribuzione 42 e 43. In tale forma realizzativa, il fluido di servizio che scorre nei condotti di distribuzione è il fluido di lavoro e i circuiti idraulici dei condotti 36, 37, 38 e 39 sono ad anello aperto.

Preferibilmente, il gruppo generatore di gradiente termico 35 è configurato per controllare la temperatura di ciascun condotto della pluralità di condotti variando nel tempo la temperatura del fluido di lavoro che fluisce all’interno dello stesso tra la prima temperatura e la seconda temperatura e viceversa.

In alcune forme realizzative preferite, il dispositivo 35 è configurato per variare ciclicamente la temperatura del fluido di lavoro di ciascun condotto tra la prima e la seconda temperatura e viceversa.

Preferibilmente, la temperatura del fluido di lavoro viene cambiata tra i due valori T1, T2 simultaneamente per ciascun condotto della pluralità di condotti. In questo modo, il valore scalare �T del gradiente termico rimane costante mentre varia il segno del valore scalare di ciascun gradiente termico lungo la direzione toroidale 67 percorsa in uno stesso verso, i.e. orario o antiorario.

Con riferimento alla forma realizzativa della figura 3, la variazione della temperatura del fluido di lavoro di ciascun condotto 36, 37, 38, 39 è controllata mediante il controllore elettronico 57 collegato logicamente agli elementi rotanti 54 del primo e del secondo distributore 50 e 51. Il controllore elettronico 57 è configurato per controllare simultaneamente tali elementi rotanti 54 in modo tale da variare simultaneamente la loro posizione di commutazione e collegare alternativamente i condotti 36, 38 e 37, 39 al condotto di raffreddamento 49a e al condotto di riscaldamento 49b dei rispettivi scambiatori di calore 48a, 48b. In modi per sé noti, il controllore elettronico 57 comprende un processore per l’esecuzione di un programma software per il controllo della commutazione degli elementi rotanti 54 tra le due posizioni e una memoria per la memorizzazione del programma software.

Ad esempio, a un tempo iniziale t0, la sotto-pluralità N/2 di condotti pari è connessa fluidamente con alla prima sorgente 44 di fluido a temperatura T1 mentre la sotto-pluralità N/2 di condotti dispari è connessa fluidamente con la sorgente 45 di fluido a temperatura T2. In un tempo successivo t1, il controllore elettronico 57 comanda la commutazione simultanea della connessione fluidica dei condotti pari e dei condotti dispari con l’altra sorgente alla diversa temperatura. Un effetto della variazione termica sulla superficie interna della parete torica e quindi sul ferrofluido può non essere immediato e in generale è prodotto dopo un certo tempo che dipende dalla diffusione termica del calore attraverso gli elementi costitutivi del dispositivo e l’inversione della distribuzione di zone di temperatura. L’ampiezza dell’intervallo temporale richiesto per l’avanzamento della distribuzione termica e l’inversione di temperatura che contribuisce ad innescare il moto del ferrofluido nel toro, �t, in generale dipende dall’entalpia totale disponibile. Ad una maggiore entalpia è generalmente associato un tempo di latenza inferiore (il calore maggiore diffonde più rapidamente attraverso le pareti del contenitore).

Nel presente contesto e secondo alcune forme realizzative, si intende con simultaneità nel controllo elettronico di una commutazione della connessione con la sorgente di fluido a T1 o T2 di tutti di condotti di riscaldamento/raffreddamento quando avviene in un tempo dell’ordine dei ms.

L’energia disponibile a monte per la conversione in forza elettromotrice viene valutata, nota la capacità termica del fluido diatermico, semplicemente dal salto entalpico tra il serbatoio freddo e quello caldo, basandosi quindi sulla misura delle temperature T1 e T2, che può essere effettuata a mezzo di termocoppie a contatto con il fluido, in tempo reale. La retroazione sui tempi di commutazione dei condotti 36, 37, 38 e 39 rispetto a dette temperature può essere fatta assegnando una funzione di trasferimento lineare che produca l’avanzamento dei fronti caldi rispetto ai circuiti idraulici che comprendono i condotti 36, 37, 38 e 39 mediante commutazione della connessione fluidica di tutti i condotti tra la sorgente fredda e la sorgente calda di fluido. Il tempo di latenza può essere ad esempio compreso tra 10<3 >s per ΔT di 1°C a 10<-1 >s per ΔT di 200°C.

Controllori elettronici che possono implementare la temporizzazione retroazionata linearmente sulla base di una lettura differenziale di temperatura sono ad esempio processori commerciali quali FPLA (Fully Programmable Logic Array), PLC (Programmable Logic Controller) oppure microcontrollori quali Arduino.

Con riferimento nuovamente alla figura 2, su almeno alcune della pluralità di regioni intermedie 63 della superficie torica esterna 31a del recipiente 30 è applicato un campo magnetico esterno parallelo al vettore gradiente termico, ossia tangente alla superficie torica esterna per mezzo di una sorgente di campo magnetico. Nella forma realizzativa illustrata nella figura, un campo magnetico esterno uniforme è generato da una pluralità di magneti permanenti 62 disposti su regioni della pluralità di zone intermedie 63 della superficie esterna 31a. Preferibilmente, su ciascuna zona superficiale intermedia 63 tra due avvolgimenti di condotto prossimi adiacenti è disposto almeno un magnete permanente 62, preferibilmente una sotto-pluralità di magneti della pluralità di magneti. I magneti di ciascuna sotto-pluralità sono preferibilmente disposti in una schiera lungo una rispettiva direzione trasversale alla direzione toroidale del recipiente 30, preferibilmente lungo una linea poloidale 68. E’ definita una pluralità di schiere di magneti permanenti in numero corrispondente al numero delle sotto-pluralità di magneti, le schiere di magneti essendo disposte su rispettive regioni intermedie 63 di superficie esterna 31a lungo linee genericamente parallele alle linee di gradiente termico.

La Richiedente ha capito che un parallelismo tra il campo magnetico generato dalla schiera di magneti e le linee di gradiente termico rappresenta una condizione “geometrica” preferita per avviare l’avvezione termomagnetica. Preferibilmente, la pluralità di magneti 62 è suddivisa in sotto-pluralità (schiere) di magneti, in cui ogni schiera ha almeno 2 magneti. Le schiere di magneti sono preferibilmente disposti sulla superficie in una direzione trasversale alla direzione toroidale 67 e genericamente parallela alla direzione trasversale degli avvolgimenti di condotto. Pertanto, in questa forma realizzativa, le schiere di magneti sono disposte in parallelo alle linee di gradiente termico.

Ciascun magnete permanente 62 ha un piano di estensione principale e crea un campo magnetico locale lungo una direzione di magnetizzazione nel piano di estensione principale del magnete. I magneti 62 sono montati sulla superficie esterna 31a in modo che la direzione di magnetizzazione (quindi il campo magnetico locale) sia sostanzialmente parallelo al vettore gradiente termico.

I magneti permanenti 62 possono essere ad esempio magneti a piastra montati sulla superficie esterna 31a del recipiente 30. Preferibilmente, lo spessore di ciascun magnete è compreso tra 1 mm e 25 mm, in generale sufficientemente sottile per adattarsi alla curvatura bidimensionale del toroide.

Preferibilmente, i magneti 62 sono fatti di un materiale che è in grado di mantenere il suo magnetismo anche a temperature relativamente elevate, quale può essere la temperatura relativamente maggiore T2. Un esempio di materiale magnetico idoneo è il AlNiCo che ha un intervallo di temperatura di lavoro tra 25°C e 125°C.

L’apparato 20 comprende inoltre una bobina di estrazione 65 che comprende una pluralità di spire di filo conduttore avvolte sulla superficie esterna 31a della parete torica 31 del recipiente 30, le spire della bobina 65 essendo disposte in corrispondenza di almeno una sotto-pluralità della pluralità di zone superficiali intermedie 63. Le spire della pluralità di spire della bobina di estrazione 65 si estendono lungo direzioni trasversali rispetto alla direzione toroidale del recipiente, preferibilmente in una direzione poloidale 68 genericamente parallela agli avvolgimenti della pluralità di condotti 36, 37, 38 e 39.

Preferibilmente, la pluralità di spire 65' della bobina di estrazione 65 è disposta su ciascuna zona superficiale intermedia 63 della superficie esterna 31a della parete torica 31. Preferibilmente, le spire 65' della bobina 65 genericamente ricoprono ogni regione superficiale libera. Per ragioni di chiarezza, in figura 2 gli avvolgimenti 65' di filo conduttore sono mostrati solo su sette regioni intermedie 63 adiacenti l’una all’altra.

Il campo magnetico variabile nel tempo prodotto dalla variazione del gradiente di densità degli aggregati di nanoparticelle ferromagnetiche induce una forza elettromotrice nella bobina di estrazione 65 che a sua volta genera una corrente elettrica che può essere raccolta ai capi 64 della bobina di estrazione 65. I capi 64 possono essere le estremità libere del filo conduttore elettrico avvolto per formare le spire 65'.

In modi per sé noti, i capi 64 possono essere collegati a un supercapacitore, un accumulatore elettrochimico o di altra natura, oppure a un carico elettrico che utilizza direttamente l’energia disponibile.

Senza volere limitare l’invenzione a una particolare teoria, un concetto principale alla base della presente divulgazione è la stabilizzazione dei solitoni topologici noti come “Hopfioni” che, dal punto di vita matematico, descrivono le onde di densità delle nanoparticelle di ferrofluido. I solitoni topologici sono nodi torici che si avvolgono p volte intorno alla coordinata toroidale i e q volte intorno alla coordinata poloidale j. Le coordinate p e q sono note come cariche topologiche che rappresentano le costanti del moto e il loro prodotto, c=pq, è noto come carica di Hopf. Un Hopfione può quindi descrivere le onde di densità che si producono all’interno del recipiente toroidale, le onde di densità essendo causate dalla distribuzione dei gradienti termici e dalla distribuzione dei campi magnetici sulla superficie torica, quando all’interno di detta superficie è confinato un ferrofluido. Con riferimento nuovamente alla Figura 1, viene fornita una rappresentazione grafica concettuale di due Hopfioni coesistenti 24 e 25 con carica di Hopf pari a 3, p=1 e q=3.

Il numero di Hopfioni che si producono all’interno del recipiente toroidale è pari al numero totale di circuiti idraulici collegati al serbatoio caldo (per sistemi termofilici) oppure al numero totale di circuiti idraulici collegati al serbatoio freddo (per sistemi termofobici). Il numero di Hopfioni coesistenti all’interno di un dispositivo spesso dipende dalle dimensioni del recipiente torico. In recipienti particolarmente piccoli, questo numero potrebbe essere pari a 1, mentre per recipienti a elevata capienza per dispositivi industriali potrebbe aumentare fino a 100. La carica topologica, c, è preferibilmente compresa tra 1 e 10, al fine di non rendere troppo complessa la distribuzione delle onde di densità all’interno del recipiente.

La somma degli effetti di Ludwig-Soret e dell’avvezione termica fa sì che la concentrazione delle nanoparticelle magnetiche all’interno del fluido carrier non sia omogenea, bensì oscilli tra valori alti e valori bassi, in corrispondenza di punti caldi e freddi in relazione alla termofilia e termofobicità. La successione temporale che porta ciascun conduttore ad un avvicendarsi di condizioni freddo/caldo non distrugge le onde di densità di nanoparticelle, ma semplicemente trasla le onde di densità facendole ruotare attorno all’asse toroidale, producendo il moto del fluido ferromagnetico che si vuole ottenere per la conversione dell’energia elettromagnetica.

Naturalmente, all’invenzione sopra descritta un tecnico del ramo potrà apportare ulteriori modifiche e varianti allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze applicative, varianti e modifiche comunque rientranti nell’ambito di protezione quale definito dalle successive rivendicazioni.

Claims (14)

1. Rivendicazioni 1. Apparato termomagnetico per la produzione di energia elettrica che comprende: un recipiente cavo di forma torica (30) delimitato da una parete (31) avente una superficie torica esterna (31a) avente una direzione toroidale (67), in cui la parete torica (31) racchiude un volume che contiene un ferrofluido che comprende nanoparticelle magnetiche disperse o sospese in un veicolo fluido; una pluralità di condotti idraulici (36, 37, 38, 39) in contatto termico con la superficie torica esterna (31a) e disposti su di essa lungo direzioni trasversali alla direzione toroidale (67), in cui condotti idraulici prossimi adiacenti sono distanziati lungo la direzione toroidale (67) l’uno dall’altro in modo da definire sulla superficie torica esterna una rispettiva pluralità di zone superficiali intermedie (63), ciascuna zona superficiale intermedia (63) estendendosi trasversalmente alla direzione toroidale (67); una sorgente di campo magnetico (62) accoppiata alla superficie torica esterna (62) per generare un flusso magnetico su di essa, e una bobina di estrazione (65) che comprende una pluralità di spire (65') di filo conduttore elettrico disposte sulla superficie torica esterna (31a), le spire della bobina di estrazione (65) essendo avvolte lungo direzioni trasversali rispetto alla direzione toroidale e disposte in corrispondenza di almeno una prima sotto-pluralità della pluralità di zone superficiali intermedie (63).
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui la sorgente di campo magnetico comprende una pluralità di magneti permanenti (62) disposti sulla superficie torica esterna (31a) in corrispondenza di almeno una seconda sotto-pluralità di zone superficiali intermedie (63).
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 2, in cui su ciascuna della seconda sotto-pluralità di zone superficiali intermedie (63) è disposta una sotto-pluralità di magneti (62) della pluralità di magneti, ciascuna sotto-pluralità di magneti (62) essendo disposta sulla rispettiva zona superficiale intermedia (63) lungo una direzione trasversale alla direzione toroidale (67) e genericamente parallela alle direzioni trasversali di disposizione dei condotti idraulici (36, 37, 38, 39).
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la seconda sottopluralità di zone superficiali intermedie (63) corrisponde alla prima sotto-pluralità di zone superficiali intermedie (63) sulle quali sono disposte le spire (65') della bobina di estrazione (65).
5. 5. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la sorgente di campo magnetico (62) è configurata per creare un campo magnetico esterno avente direzione tangente alla superficie torica esterna (31a).
6. 6. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le spire della bobina di estrazione (65) sono avvolte attorno alla superficie torica esterna (31a) lungo direzioni trasversali genericamente parallele tra loro e alle direzioni trasversali di disposizione dei condotti idraulici (36-39).
7. 7. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun condotto della pluralità di condotti (36, 37, 38, 39) è avvolto attorno alla superficie esterna (31a) con almeno un avvolgimento di condotto che si estende lungo una rispettiva direzione trasversale alla direzione toroidale (67), e in cui i rispettivi avvolgimenti di condotto della pluralità di condotti (36, 37, 38, 39) sono disposti adiacenti in modo alternato l’uno rispetto all’altro così che avvolgimenti di condotto tra loro prossimi adiacenti siano avvolgimenti di due diversi condotti della pluralità di condotti (36, 37, 38, 39).
8. 8. Apparato in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il recipiente cavo (30) ha forma di un toroide con un’apertura passante e la direttrice del toroide definisce la direzione toroidale (67) e in cui la pluralità di condotti idraulici (36, 37, 38, 39) sono avvolti attorno alla superficie torica esterna (31a) lungo direzioni trasversali genericamente parallele tra loro.
9. 9. Apparato in accordo con la rivendicazione 7 o 8, in cui , le direzioni trasversali degli avvolgimenti di condotto sono genericamente parallele tra loro e la pluralità di condotti (36, 37, 38, 39) è costituita da un numero pari N di condotti idraulici formato da N/2 condotti dispari (36, 38) e da N/2 condotti pari (37, 39), gli avvolgimenti di condotto dei condotti dispari (36, 38) e dei condotti pari (37, 39) essendo disposti alternati tra loro, in cui ciascuno degli N/2 condotti dispari contiene un fluido di lavoro a una temperatura relativamente minore e ciascuno degli N/2 condotti pari contiene un fluido di lavoro a una temperatura relativamente maggiore, creando sulla superficie esterna (31a) lungo la direzione toroidale (67) una pluralità di zone superficiali alternate tra la temperatura relativamente minore, in corrispondenza degli avvolgimenti degli N/2 condotti dispari, e la temperatura relativamente maggiore, in corrispondenza degli avvolgimenti degli N/2 condotti pari, dette zone alternandosi lungo la direzione toroidale (67), così da creare una pluralità di gradienti di temperatura in corrispondenza delle rispettive zone superficiali intermedie (63).
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 9, che comprende inoltre un gruppo generatore di gradiente termico (35) configurato per controllare la temperatura del fluido di lavoro contenuto in ciascun condotto della pluralità di condotti (36, 37, 38, 39) variando ciclicamente nel tempo la temperatura del fluido di lavoro di detto condotto tra la temperatura relativamente maggiore e la temperatura relativamente minore e viceversa.
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 10, in cui il gruppo generatore di gradiente termico (35) è configurato per variare la temperatura del fluido di lavoro tra una prima temperatura T1 e una seconda temperatura T2, con T2> T1, e viceversa, simultaneamente per ciascun condotto della pluralità di condotti (36, 37, 38, 39) così da variare nel tempo il segno della differenza tra la prima e la seconda temperatura tra ciascuna coppia di avvolgimenti di condotto prossimi adiacenti della pluralità di condotti (36, 37, 38, 39).
12. 12. Apparato secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui il generatore di gradiente termico (35) comprende una prima sorgente (44) di fluido di servizio a una prima temperatura T1 e una seconda sorgente (45) di fluido di servizio a una seconda temperatura T2 e ciascun condotto della pluralità di condotti (36, 37, 38, 39) comprende una prima porzione di condotto costituita da uno o più avvolgimenti attorno alla superficie torica esterna (31a) e una seconda porzione di condotto non-avvolta che non è a contatto con la superficie torica esterna (31a) e che si estende esternamente dal recipiente (30), il fluido di lavoro della seconda porzione di condotto di ciascun condotto degli N/2 condotti dispari (36, 38) e il fluido di lavoro della seconda porzione di condotto di ciascun condotto degli N/2 condotti pari (37, 39) essendo a contatto termico alternativamente con il fluido di servizio alla prima temperatura T1 o con il fluido di servizio alla seconda temperatura T2 così da realizzare uno scambio termico per mantenere o per variare la temperatura del fluido di lavoro contenuto nella pluralità di condotti (36, 37, 38, 39).
13. 13. Metodo per raccogliere energia elettrica utilizzando energia termomagnetica che comprende: - fornire un recipiente cavo di forma torica (30) delimitato da una parete (31) avente una superficie torica esterna (31a) avente una direzione toroidale (67), in cui la parete torica (31) racchiude un volume che contiene un ferrofluido che comprende nanoparticelle magnetiche disperse o sospese in un veicolo fluido; - generare una pluralità di gradienti di temperatura lungo la direzione toroidale (67) creando una pluralità di zone superficiali estese sulla superficie torica esterna (31a) trasversalmente alla direzione toroidale e alternate tra una temperatura relativamente maggiore e una temperatura relativamente minore, così da creare una differenza di temperatura in ciascuna coppia di zone superficiali prossime adiacenti, ciascun gradiente di temperatura della pluralità di gradienti essendo rappresentato da un vettore tangente alla superficie torica esterna (31a) di valore scalare pari alla differenza di temperatura; - generare un flusso magnetico (62) sulla superficie torica esterna (31a) e avente direzione vettoriale tangente alla stessa superficie, e - raccogliere corrente elettrica da una bobina di estrazione (65), la bobina di estrazione comprendendo una pluralità di spire (65') di filo elettrico conduttivo, le spire essendo disposte sulla superficie torica esterna (31a).
14. 14. Metodo in accordo con la rivendicazione 13, in cui generare una pluralità di gradienti di temperatura lungo la direzione toroidale (67) comprende: porre a contatto termico la pluralità di zone superficiali con rispettivi elementi di trasferimento termico (36, 37, 38, 39) che sono alternativamente a una temperatura relativamente maggiore e a una temperatura relativamente minore, il metodo comprendendo inoltre controllare la temperatura di ciascun elemento di trasferimento termico (36, 37, 38, 39) variando ciclicamente nel tempo la temperatura di ciascun elemento di trasferimento termico tra la temperatura relativamente maggiore e la temperatura relativamente minore in modo tale che a ogni variazione della temperatura il valore scalare del gradiente di temperatura tra zone superficiali prossime adiacenti sia invertito di segno.