IT202000004660A1 - Generatore marino - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
?GENERATORE MARINO?
La presente invenzione ha per oggetto un generatore marino, in particolare un generatore adatto a trasformare in energia elettrica una quota dell?energia cinetica delle correnti marine.
In modo noto ci sono 10-11 fonti principali di energia attualmente nel mondo, fossili e biomasse (carbone/gas/petrolio, carbone, biomasse), nucleare, rinnovabili (acqua dighe, vento turbine, sole fotovoltaico/concentratori solari, geotermica).
Le fossili e le biomasse hanno un alto costo di trasporto e inquinano l?ambiente, avrebbero un impatto minore sull?ambiente se fossero trasformate in loco in energia elettrica, azzerando cos? i costi di trasporto e riducendo per la possibilit? di filtri efficaci in modo drastico l?inquinamento. Le nucleari sono pericolose e il costo della sicurezza ? in continuo aumento.
Le rinnovabili non biomasse offrono la miglior soluzione costi-benefici, impatto ambientale ridotto, costi in continua diminuzione, nel 1975 il Richiedente aveva calcolato che se il costo dei pannelli fotovoltaici avesse mantenuto il trend continuo che aveva avuto fino ad allora, circa 13% annuo di diminuzione dei costi, entro alcuni decenni l?energia fotovoltaica avrebbe potuto diventare la fonte principale del pianeta.
Attualmente si sta cercando di sfruttare tra le rinnovabili anche l?energia marina, ma quest?ultima per il momento comporta costi molto alti per la difficile realizzazione di impianti con soluzioni sicure ed efficaci.
La presente invenzione cerca di sfruttare le correnti marine a bassissimo costo invece che in modo efficiente.
Il mare prende energia dal sole e dai vulcani sottomarini, dalla crosta terrestre ed ? senza alcun dubbio pi? grande accumulatore di energia del pianeta.
Semplificando, ci sono 2 grandi fonti di energia: il sole e il nucleo della terra, che ? una grande massa di energia ancora attiva, che inviano energia al mare e quest?ultimo funziona da immenso accumulatore.
Se si riuscisse a sfruttare questa energia accumulata in modo efficace si risolverebbero tutti i problemi legati alle necessit? di energia umane.
Attualmente la tecnica cerca di sfruttare il mare con turbine rotanti o prendendo energia dalle onde con tecniche abbastanza tradizionali. Il Richiedente invece propone una soluzione differente, non sfruttabile o difficilmente sfruttabile sulla terra, che permetterebbe di abbassare tantissimo i costi.
Le soluzioni note, pur apprezzate, non sono prive di inconvenienti. Infatti, i generatori marini di tipo noto hanno strutture complicate.
Scopo della presente invenzione ? pertanto quello di superare gli inconvenienti evidenziati sopra in relazione alla tecnica nota.
In particolare, un compito della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore marino avente una struttura semplice.
Inoltre, un compito della presente invenzione ? quello di rendere disponibile un generatore marino che sfrutti il volume dell?acqua per produrre energia.
Tale scopo e tali compiti vengono raggiunti mediante un generatore marino in accordo con la rivendicazione 1.
Per meglio comprendere l?invenzione e apprezzarne i vantaggi, vengono di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative e non limitative, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:
? la figura 1 rappresenta schematicamente una vista assonometrica di un generatore marino in accordo con l?invenzione;
? la figura 2 rappresenta schematicamente una vista laterale di un dettaglio del generatore marino di figura 1, in una prima fase di funzionamento o fase di rilasciare il dispositivo di trascinamento;
? la figura 3 rappresenta il dettaglio di figura 2, in una seconda fase di funzionamento o fase di produrre energia elettrica;
? la figura 4 rappresenta il dettaglio di figura 2, in una terza fase di funzionamento o fase di riavvolgere il cavo;
? la figura 5 rappresenta schematicamente un dettaglio di un altro generatore marino in accordo con l?invenzione, nella fase di produrre energia elettrica;
? la figura 6 rappresenta schematicamente un dettaglio di un altro generatore marino in accordo con l?invenzione, nella fase di produrre energia elettrica;
? la figura 7 rappresenta schematicamente un dettaglio di un altro generatore marino in accordo con l?invenzione, nella fase di produrre energia elettrica;
? la figura 8 rappresenta schematicamente il dettaglio di figura 7, nella fase di riavvolgere il cavo;
? la figura 9 rappresenta schematicamente un dettaglio di un altro generatore marino in accordo con l?invenzione, nella fase di produrre energia elettrica; e
? la figura 10 rappresenta schematicamente il dettaglio di figura 9, nella fase di riavvolgere il cavo.
Nell?ambito della presente trattazione, sono state assunte alcune convenzioni terminologiche al fine di rendere pi? semplice e scorrevole la lettura. Tali convenzioni terminologiche vengono chiarite di seguito con riferimento alle figure allegate.
Con il termine ?corrente d?acqua? si intende una corrente oceanica, una corrente marina, una corrente lacustre, il flusso di un fiume o di un canale e simili.
Poich? l?invenzione ? destinata ad essere utilizzata in presenza della accelerazione di gravit? g, si intende che quest?ultima definisca in modo univoco la direzione verticale. In base alla accelerazione di gravit? g ? definita anche la direzione orizzontale. Inoltre si intende che in base alla accelerazione di gravit? g siano definiti in modo univoco i termini ?alto?, ?superiore?, ?sopra? e simili, rispetto ai termini ?basso?, ?inferiore?, ?sotto? e simili.
L?invenzione riguarda un generatore marino 20 comprendente un dispositivo di trascinamento 22, un cavo 24, un tamburo 26, un moltiplicatore di velocit? 28, un generatore elettrico 30 e un elettrodotto 32 per il collegamento alla rete elettrica, in cui:
- il tamburo 26, il moltiplicatore di velocit? 28, il generatore elettrico 30 e l?elettrodotto 32 sono fissi rispetto ad un fondale 34;
- il dispositivo di trascinamento 22 ? immerso in una corrente d?acqua 36 avente una direzione preferenziale;
- il dispositivo di trascinamento 22 ? collegato al tamburo 26 tramite il cavo 24;
- il cavo 24 ? almeno parzialmente avvolto sul tamburo 26;
- il tamburo 26 ? collegato al generatore elettrico 30 tramite il moltiplicatore di velocit? 28;
in modo tale che:
- quando il dispositivo di trascinamento 22 ? trascinato dalla corrente d?acqua 36 nella sua direzione preferenziale, il cavo 24 viene svolto mettendo in rotazione il tamburo 26 in una direzione di svolgimento s; - la rotazione del tamburo 26 mette in rotazione il generatore elettrico 30 tramite il moltiplicatore di velocit? 28;
- la rotazione del generatore elettrico 30 produce energia elettrica; e - l?energia elettrica prodotta dal generatore elettrico 30 viene immessa almeno parzialmente nella rete tramite l?elettrodotto 32.
Preferibilmente, il generatore marino 20 dell?invenzione comprende inoltre mezzi per mettere in rotazione il tamburo 26 in una direzione di avvolgimento a, opposta alla direzione di svolgimento s, per riavvolgere il cavo 24 sul tamburo 26.
Preferibilmente, nel generatore marino 20 dell?invenzione il dispositivo di trascinamento 22 pu? assumere alternativamente una configurazione dispiegata d e una configurazione collassata c.
Il dispositivo di trascinamento 22 pu? assumere una forma selezionata nel gruppo comprendente le forme di: un pallone, un paracadute, una mongolfiera, un solido comprendente una pluralit? di pareti piane.
In accordo con una forma di realizzazione, il generatore marino 20 comprende inoltre binari 38 fissi rispetto al fondale 34 e disposti lungo la direzione preferenziale della corrente. In tale forma di realizzazione, quando il dispositivo di trascinamento 22 ? trascinato dalla corrente d?acqua 36, trasla lungo i binari 38.
In accordo con una forma di realizzazione, il generatore marino 20 comprende inoltre mezzi 40 adatti a far emergere il dispositivo di trascinamento 22 al di fuori dell?acqua.
In accordo con una forma di realizzazione, il generatore marino 20 comprende inoltre un tubo di recupero 42 adatto ad accogliere il dispositivo di trascinamento 22 in configurazione collassata c.
L?invenzione riguarda inoltre un impianto di generazione di energia elettrica comprendente una pluralit? di generatori marini 20 in accordo con quanto descritto sopra.
L?invenzione riguarda infine un metodo di generazione di energia elettrica comprendente la fase preliminare di predisporre un generatore marino 20 in accordo con quanto descritto sopra e comprendente le fasi cicliche di: - predisporre il dispositivo di trascinamento 22 in una posizione iniziale; - rilasciare il dispositivo di trascinamento 22 nella corrente d?acqua 36 in modo tale che sia trascinato nella sua direzione preferenziale;
- far s? che il dispositivo di trascinamento 22 svolga il cavo 24 dal tamburo 26;
- far s? che il cavo 24 metta in rotazione il tamburo 26 in una direzione di svolgimento s;
- moltiplicare la velocit? di rotazione del tamburo 26 per ottenere una velocit? di generazione;
- mettere in rotazione il generatore elettrico 30 alla velocit? di generazione; - produrre energia elettrica;
- immettere almeno parzialmente l?energia elettrica prodotta nella rete tramite l?elettrodotto 32;
- quando il dispositivo di trascinamento 22 arriva ad un fine corsa, riportare il dispositivo di trascinamento 22 alla posizione iniziale;
- riavvolgere il cavo 24 sul tamburo 26; e
- ripetere le fasi cicliche.
In accordo con una forma di realizzazione, il metodo di generazione di energia elettrica comprendente la fase preliminare di predisporre un impianto di generazione di energia elettrica comprendente una pluralit? di generatori marini 20. In accordo con questa forma di realizzazione le fasi di funzionamento dei generatori sono sfalsate tra loro in modo che in ogni momento di funzionamento del impianto ci sia almeno un generatore marino 20 nella fase di produrre energia elettrica.
Di seguito vengono fornite alcune spiegazioni relative all?invenzione, al suo sviluppo, ai principi ai quali si ispira e ad alcune possibili forme di realizzazione.
L?invenzione trae origine da alcune osservazioni del Richiedente. Se si immerge un cubo (dispositivo di trascinamento 22) con quattro pareti di plastica in una corrente 36 e lo si richiude in sei, ma anche no se il cubo rimane parallelo alla corrente, l?acqua rimarr? nel cubo aperto a causa della incomprimibilit?. Il cubo trasporter? esattamente il volume di acqua con cui si ? riempito.
La massa in acqua riceve una spinta dal basso verso l?alto esattamente uguale al volume spostato, sarebbe in questo caso neutra e non sarebbe sfruttabile. Ma non ? cos? se si considera lo spostamento in orizzontale di una massa di acqua all?interno dell?acqua; questa ha una sua massa, con una certa inerzia, e quando viene spostata accumula una determinata quantit? di energia che pu? essere sfruttata.
Un punto molto importante che rende vincente l?invenzione e ne abbassa drasticamente i costi ? il seguente: se un contenitore pieno di acqua o aperto in modo che si riempia viene inserito nell?acqua, essendo l?acqua quasi incomprimibile il contenitore non viene schiacciato dalla pressione dell?acqua quando viene immerso, interno ed esterno del contenitore si bilanciano e restano praticamente inalterati. Questo permette di usare strutture che costano pochissimo, anche di plastica con costi tendenti allo zero.
Dalle leggi della fluidodinamica si ha che l?energia cinetica di una massa d?acqua in movimento ?:
Energia cinetica = ? * densit? del fluido (quasi 1 quella dell?acqua) * Velocit? al quadrato.
In un esperimento effettuato dal Richiedente in un corso d?acqua costante (corrente 36), due cilindri (dispositivi di trascinamento 22) di diametro uguale e lunghezza diversa sono stati riempiti d?acqua e attaccati a rispettivi elastici di uguale lunghezza e costruzione di circa 10 metri. I due cilindri sono stati poi immersi nello stesso istante nel flusso del canale. Il cilindro contenente maggior massa d?acqua ha sempre esteso la corsa di parecchi metri pi? in l? del cilindro pi? corto, contenente minor massa d?acqua.
Tubo pi? lungo (circa 60 cm) diametro di circa 10 cm: messo in acqua in uguale flusso e estensione massima elastico A ? finita energia cinetica stabilizzato ad estensione C (a quel punto conta solo la fluodinamica). Tubo pi? corto (circa 15 cm) diametro di circa 10 cm: in acqua di uguale flusso estensione massima elastico B ? finita energia cinetica stabilizzato ad estensione C (a quel punto conta solo la fluodinamica).
? sempre come indicato dalla fluidodinamica: estensione massima A maggiore di estensione massima B (A > B), ovvero energia cinetica di A > energia cinetica di B.
Una volta esaurita l?energia cinetica, entrambi i cilindri sono ritornati a C < B < A
Quindi ? possibile estrapolare un insieme di fluido e calcolare l?Energia cinetica posseduta.
Quanto sopra significa che una massa d?acqua in movimento contiene una energia cinetica che dipende, come detto dalle leggi della fluidodinamica, dalla massa e dalla velocit? di cui ? in possesso, indipendentemente dalla forza di gravit? e dalla fluidodinamica del corpo.
Ne risulta anche come conseguenza logica che se si varia le velocit? di una massa, si varia anche tutta l?energia degli elementi contenuti nella massa e anche quelli in cui ? contenuta la massa.
Dato che tutto ? incluso nell?universo e non esiste nulla di completamente fermo, la terra ? in movimento, le galassie pure, le particelle anche, ne risulta che tutto ? connesso con tutto da legame massa-velocit? e che ogni variazione di velocit? del pi? piccolo elemento modifica alla velocit? supposta infinita l?elemento pi? lontano nell?universo.
Quindi se ad un cubo, o a qualunque struttura solida in acqua trascinata da una corrente, viene applicato un cavo 24 collegato ad un dispositivo rotante (tamburo 26) a cui ? collegato un moltiplicatore di velocit? 28 che a sua volta ? collegato ad un generatore 30, si ottiene generazione di energia che ? legata alla massa spostata.
Il dispositivo (generatore marino 20) ? simile ai dispositivi che recuperano energia nei sistemi frenanti, solo che in questo caso si sottrae energia a delle masse d?acqua in movimento (corrente 36).
Diversamente dalle turbine tradizionali che utilizzano soprattutto la velocit?, in questo caso si usa la potenza che viene trasformata in velocit? con dei moltiplicatori di velocit? 28 per azionare un generatore elettrico 30. Il cubo, o altro dispositivo solido (dispositivo di trascinamento 22), pu? essere svuotato e riportato indietro alla fine della corsa, o in modo piatto/aperto in modo da non fare resistenza (figure 4 e 10), o esternamente all?acqua sfruttando la via area (figura 8), il generatore e il moltiplicatore possono essere messi esternamente.
Il tutto ? riportato nelle figure allegate.
Nelle figure da 1 a 6 e 9-10 ? rappresentato un corpo di trascinamento 22 a pallone, aperto simile a paracadute o sacco, che pu? essere usato per contenere la massa d?acqua al posto del cubo e rilasciato a fine corsa. Gli involucri possono essere di qualunque tipo, basta che riescano a contenere la massa d?acqua.
Facendo dei calcoli approssimativi, una struttura cubica di circa 10 metri, con l?acqua ad un metro al secondo offre una potenzialit? simile ad una turbina da 100 MW, e comunque non ? scopo di questo brevetto calcolare esattamente il potenziale sfruttabile.
Esempio:
La Bieudron Hydroelectric Power Station ? un impianto idroelettrico localizzato sulle Alpi svizzere nel Cantone Vallese in Svizzera. L?energia cinetica di ciascuna delle cinque correnti (cio? una da ciascun getto) ? approssimativamente 92.16 MW (Q = 5 metri cubi al secondo, v = 191.5 m/s, H = 1869 m). La pressione nominale di montaggio ? 203.2 bar (2944 psi).
Invece di 5 metri cubi a 191 m/s si potrebbero avere 91.202,5 metri cubi ad 1 m/s (considerando la velocit? al quadrato in Ec = ? * densit? * volume * velocit? al quadrato) ma la turbina dovrebbe essere gigantesca. In un flusso marino con un cubo di 56,7125 metri arrotondato alla velocit? di un metro al secondo abbiamo 91.202,9 metri cubi in un secondo, indi si potrebbe teoricamente erogare la stessa potenza di una turbina di 5 metri cubi alla velocit? di 191 m/s, se potenza, massa e velocit? come ci dice la fisica sono in qualche modo legate. Resta che la formula della potenza ? empirica ed ? tutto da verificare, inoltre il rendimento delle turbine tradizionali ? inferiore al 50%, il che potrebbe rendere ancora pi? piccolo il cubo o la massa d?acqua da usare per avere la stessa potenza, ma non ? lo scopo di questo brevetto verificare esattamente tutti i dati, dispersioni, rendimenti di ogni singolo elemento e con precisione ogni misura.
Per rendere l?idea della potenza sfruttabile, se si butta un secchiello abbastanza grande dentro un fiume in piena e si lega la corda che tiene il secchiello ad un ponte, questo verr? buttato gi?, dipende solo dalla grandezza del secchiello e dalla resistenza delle connessioni.
Nelle figure 1-6 e 9-10 inoltre ? rappresentato un dispositivo (generatore marino 20), sempre con un generatore 30 e un moltiplicatore 28, ma funzionante con un pallone, simile ad un paracadute o mongolfiera, che serve a contenere la massa d?acqua. Il pallone e pu? essere attaccato al moltiplicatore con un filo di qualunque tipo, e pu? essere fatto sfilare a fine corsa.
A fine corsa il pallone pu? essere ritornato indietro attraverso un tubo 42 (figura 10) che pu? essere vuoto, contenete valvole o ritornato indietro al punto inziale esternamente all?acqua (figura 8) e/o con un galleggiante (non mostrato).
Le variabili sono infinite.
Come la persona esperta pu? ben comprendere, l?invenzione permette di superare gli inconvenienti evidenziati in precedenza con riferimento alla tecnica nota.
In particolare, la presente invenzione rende disponibile un generatore marino 20 che ha una struttura semplice.
Inoltre, la presente invenzione rende disponibile un generatore marino 20 che sfrutta il volume dell?acqua per produrre energia.
? chiaro che le specifiche caratteristiche sono descritte in relazione a diverse forme di realizzazione dell?invenzione con intento esemplificativo e non limitativo. Ovviamente un tecnico del ramo potr? apportare alla presente invenzione ulteriori modifiche e varianti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche. Ad esempio le caratteristiche tecniche descritte in relazione ad una forma di realizzazione dell?invenzione potranno essere estrapolate da essa ed applicate ad altre forme di realizzazione dell?invenzione. Tali modifiche e varianti sono peraltro contenute nell?ambito di protezione dell?invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Generatore marino (20) comprendente un dispositivo di trascinamento (22), un cavo (24), un tamburo (26), un moltiplicatore di velocit? (28), un generatore elettrico (30) e un elettrodotto (32) per il collegamento alla rete elettrica, in cui: - il tamburo (26), il moltiplicatore di velocit? (28), il generatore elettrico (30) e l?elettrodotto (32) sono fissi rispetto ad un fondale (34); - il dispositivo di trascinamento (22) ? immerso in una corrente d?acqua (36) avente una direzione preferenziale; - il dispositivo di trascinamento (22) ? collegato al tamburo (26) tramite il cavo (24); - il cavo (24) ? almeno parzialmente avvolto sul tamburo (26); - il tamburo (26) ? collegato al generatore elettrico (30) tramite il moltiplicatore di velocit? (28); in modo tale che: - quando il dispositivo di trascinamento (22) ? trascinato dalla corrente d?acqua (36) nella sua direzione preferenziale, il cavo (24) viene svolto mettendo in rotazione il tamburo (26) in una direzione di svolgimento s; - la rotazione del tamburo (26) mette in rotazione il generatore elettrico (30) tramite il moltiplicatore di velocit? (28); - la rotazione del generatore elettrico (30) produce energia elettrica; e - l?energia elettrica prodotta dal generatore elettrico (30) viene immessa almeno parzialmente nella rete tramite l?elettrodotto (32).
- 2. Generatore marino (20) in accordo con la rivendicazione 1, comprendente inoltre mezzi per mettere in rotazione il tamburo (26) in una direzione di avvolgimento a, opposta alla direzione di svolgimento s, per riavvolgere il cavo (24) sul tamburo (26).
- 3. Generatore marino (20) in accordo con la rivendicazione 1 o 2, in cui il dispositivo di trascinamento (22) pu? assumere alternativamente una configurazione dispiegata d e una configurazione collassata c.
- 4. Generatore marino (20) in accordo con una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo di trascinamento (22) assume una forma selezionata nel gruppo comprendente le forme di: un pallone, un paracadute, una mongolfiera, un solido comprendente una pluralit? di pareti piane.
- 5. Generatore marino (20) in accordo con una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre binari (38) fissi rispetto al fondale (34) e disposti lungo la direzione preferenziale della corrente d?acqua (36) e in cui, quando il dispositivo di trascinamento (22) ? trascinato dalla corrente d?acqua (36), il dispositivo di trascinamento (22) trasla lungo i binari (38).
- 6. Generatore marino (20) in accordo con una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi adatti a far emergere il dispositivo di trascinamento (22) al di fuori dell?acqua.
- 7. Generatore marino (20) in accordo con una o pi? delle rivendicazioni da 3 a 6, comprendente inoltre un tubo di recupero adatto ad accogliere il dispositivo di trascinamento (22) in configurazione collassata c.
- 8. Impianto di generazione di energia elettrica comprendente una pluralit? di generatori marini (20) in accordo con una o pi? delle rivendicazioni precedenti.
- 9. Metodo di generazione di energia elettrica comprendente la fase preliminare di predisporre un generatore marino (20) in accordo con una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 7 e comprendente le fasi cicliche di: - predisporre il dispositivo di trascinamento (22) in una posizione iniziale; - rilasciare il dispositivo di trascinamento (22) nella corrente d?acqua (36) in modo tale che il dispositivo di trascinamento (22) sia trascinato nella direzione preferenziale; - far s? che il dispositivo di trascinamento (22) svolga il cavo (24) dal tamburo (26); - far s? che il cavo (24) metta in rotazione il tamburo (26) in una direzione di svolgimento s; - moltiplicare la velocit? di rotazione del tamburo (26) per ottenere una velocit? di generazione; - mettere in rotazione il generatore elettrico (30) alla velocit? di generazione; - produrre energia elettrica; - immettere almeno parzialmente l?energia elettrica prodotta nella rete tramite l?elettrodotto (32); - quando il dispositivo di trascinamento (22) arriva ad un fine corsa, riportare il dispositivo di trascinamento (22) alla posizione iniziale; - riavvolgere il cavo (24) sul tamburo (26); e - ripetere le fasi cicliche.
- 10. Metodo di generazione di energia elettrica comprendente la fase preliminare di predisporre un impianto di generazione di energia elettrica in accordo con la rivendicazione 8, in cui le fasi di funzionamento dei generatori sono sfalsate tra loro in modo che in ogni momento di funzionamento dell?impianto ci sia almeno un generatore marino (20) nella fase di produrre energia elettrica.
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2020
- 2020-03-05 IT IT102020000004660A patent/IT202000004660A1/it unknown
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