IT202000010927A1 - Sistema per la conversione di energia - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:
?SISTEMA PER LA CONVERSIONE DI ENERGIA?
La presente invenzione riguarda il settore tecnico della produzione di energia.
In particolare, la presente invenzione ha per oggetto un sistema ed un corrispondente metodo per la conversione di energia.
Allo stato dell?arte, i sistemi di conversione energetica pi? diffusi sono quelli che, per esempio, riguardano le macchine (dinamiche) a fluido del tipo operatrice o motrice.
Nel caso di una macchina a fluido del tipo operatrice ? possibile ottenere la conversione di energia dalla macchina a un fluido quindi una conversione/trasferimento di energia, per esempio, meccanica in un?energia di tipo potenziale e/o cinetico.
Nel caso di una macchina a fluido del tipo motrice ? possibile ottenere la conversione di energia da un fluido alla macchina stessa, quindi una conversione/trasferimento di energia cinetica e/o potenziale in energia meccanica.
Un esempio pi? pratico delle macchine a fluido pi? note sono i mulini di macinazione che sfruttano l?energia dell?acqua o del vento per azionare la macchina oppure macchinari pi? complessi che utilizzano un fluido in pressione, come del vapore acqueo.
Allo stato dell?arte, le macchine a fluido note sono soggette ad alcune limitazioni dovute alla configurazione strutturale della macchina stessa e soprattutto ai fenomeni fisici coinvolti nel processo d?interazione tra macchina e fluido e viceversa.
In altri termini, ? possibile classificare e valutare ogni macchina a fluido in considerazione di un valore di efficienza della macchina stessa: ? noto che le macchine a fluido hanno un valore di rendimento non elevato in considerazione del fatto che la trasformazione di energia comporta delle dissipazioni della stessa sotto forma di attriti e/o effetti termici correlati. In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un sistema per la conversione di energia ed il rispettivo metodo di conversione che superino gli inconvenienti e le limitazioni della tecnica nota sopra citati.
In particolare, ? scopo della presente invenzione mettere a disposizione un sistema per la conversione di energia ed un rispettivo metodo di conversione che permettono di sfruttare/convertire dell?energia di tipo gravitazionale, cinetica o di altro tipo, per esempio energia scaturita dalla differenza di densit? tra due corpi/fluidi, in una forma di energia utile che pu? essere, a titolo esemplificativo, energia del tipo cinetico o potenziale o elettrica o una combinazione di queste.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un sistema per la conversione di energia ed un rispettivo metodo di conversione che presentino un elevato valore di efficienza in termini di conversione energetica, ovvero un valore di efficienza maggiore rispetto alle macchine e sistemi del tipo noto.
Un ulteriore e diverso scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un sistema per la conversione di energia ed un rispettivo metodo di conversione che siano reversibili e permettano il recupero, almeno parziale di energia che viene immessa nel sistema sotto forma di altro tipo energia conservando un elevato valore di efficienza rispetto a sistemi/macchine reversibili del tipo noto.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un sistema per la conversione di energia che comprende una struttura di supporto presentante un canale di discesa ed un canale di risalita connessi in corrispondenza di rispettive estremit? inferiori ed un dispositivo di tenuta applicato all?estremit? superiore del canale di discesa. Il sistema comprende inoltre una pluralit? di elementi estensibili, commutabili tra una configurazione compressa e una configurazione dilatata, che possono essere organizzati in un cumulo di elementi estensibili interconnessi tra loro.
Gli elementi estensibili sono scorrevoli all?interno della struttura di supporto lungo un percorso che si sviluppa dal canale di discesa al canale di risalita.
Il sistema comprende inoltre una pluralit? di mezzi di bloccaggio configurati per vincolare individualmente e reversibilmente alla struttura di supporto rispettive porzioni degli elementi estensibili.
Forma inoltre oggetto della presente invenzione un metodo per la conversione di energia eseguibile da un sistema secondo la presente invenzione.
In particolare, secondo tale metodo gli elementi estensibili vengono inseriti nel canale di discesa.
Successivamente l?estremit? superiore del canale di discesa viene chiusa ermeticamente e viene versato un fluido nel canale di risalita.
L?aria presente nel canale di discesa rimane cos? intrappolata al suo interno e bilancia la pressione esercitata dal fluido presente nel canale di risalita.
? quindi possibile traferire, sfruttando la forza peso del cumulo stesso, una massa d?aria da un elemento estensibile superiore ad un elemento estensibile inferiore immerso nel fluido.
Spostando quindi questo elemento estensibile inferiore nel canale di risalita ? quindi possibile convertire l?energia dovuta alla spinta archimedea alla quale esso ? soggetto in energia di altra forma.
Vantaggiosamente il sistema ed il metodo qui descritti permettono di sfruttare in maniera particolarmente efficiente le specifiche caratteristiche strutturali della struttura di supporto e degli elementi estensibili per trasformare un?energia potenziale che quest?ultimi accumulano durante il loro spostamento dal canale di discesa al canale di risalita in energia di altra forma (elettrica, potenziale, cinetica?).
Le rivendicazioni dipendenti qui incorporate per riferimento corrispondono a possibili forme di realizzazione dell?invenzione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un sistema per la conversione di energia ed un rispettivo metodo come illustrato negli uniti disegni in cui:
- le figure 1A-1B illustrano viste schematica laterali di una struttura di supporto di un sistema per la conversione di energia in accordo con rispettive forme realizzative;
- le figure 2A-2B mostrano un elemento estensibile in due differenti configurazioni;
- le figure 3A-3G illustrano schematicamente alcune fasi di funzionamento del sistema per la conversione di energia;
- le figure 4A-4E mostrano schematicamente alcune ulteriori fasi di funzionamento del sistema per la conversione di energia.
- le figure 5A-5E mostrano schematicamente alcune fasi di funzionamento di una particolare forma realizzativa del sistema per la conversione di energia.
Nelle figure allegate con il riferimento numerico 1 viene genericamente indicato un sistema per la conversione di energia, al quale viene fatto riferimento nel seguito della presente descrizione semplicemente come sistema 1.
In particolare, il sistema di conversione 1 di energia comprende una struttura di supporto 2 che presenta una conformazione sagomata sostanzialmente a ?U?.
In particolare, la struttura di supporto presenta un canale di discesa 3 ed un canale di risalita 4 che definiscono i bracci della struttura a ?U? ed un canale di collegamento 5 che raccorda tali bracci.
Pi? in dettaglio, il canale di discesa 3 si estende verticalmente tra un?estremit? superiore di discesa 3a ed un?estremit? inferiore di discesa 3b, ovvero presenta in una condizione d?uso normale un?asse di sviluppo principale verticale.
In maniera analoga, il canale di risalita 4 si estende parallelamente al canale di discesa 3 tra un?estremit? superiore di risalita 4a ed un?estremit? inferiore di risalita 4b.
Il canale di collegamento 5 raccorda quindi i due canali 3, 4, in particolare si estende tra l?estremit? inferiore di discesa 3b e l?estremit? inferiore di risalita 4b connettendole tra loro.
Il sistema di conversione 1 comprende inoltre una pluralit? di elementi estensibili impermeabili 4 immergibili all?interno di un fluido 100 durante il normale funzionamento del sistema 1.
Ciascun canale 3, 4, 5 ? operativamente configurato per permettere lo scorrimento della pluralit? di elementi estensibili ?E?, preferibilmente organizzati geometricamente come un cumulo, ovvero impilati uno sull?altro, e meccanicamente interconnessi tra loro a tenuta stagna.
In accordo con esigenze di funzionamento del sistema di conversione 1, il cumulo di elementi estensibili ?E? pu? essere facilmente inserito nel sistema 1 in corrispondenza del canale d discesa 3.
In particolare, il sistema 1 comprende un dispositivo di tenuta 10 applicato all?estremit? superiore di discesa 3a e configurato per richiuderla ermeticamente ed attraverso il quale vengono introdotti gli elementi estensibili ?E? nel canale di discesa 3.
Pi? in dettaglio, il dispositivo di tenuta 10 definisce una camera di trasferimento ?T? racchiusa da un pannello superiore 10a, un pannello inferiore 10b ed una pluralit? di pannelli perimetrali 10c.
Il pannello superiore 10a ? affacciato ad un ambiente esterno e presenta una sede di inserimento adatta a permettere il passaggio degli elementi estensibili ?E? all?interno della camera di trasferimento ?T?.
Il pannello inferiore 10b ? invece affacciato al canale di discesa 3 e presenta una sede di inserimento adatta a permettere il passaggio degli elementi estensibili ?E? all?interno del canale di discesa 3.
La pluralit? di pannelli perimetrali 10c p invece collega a tenuta di fluido il pannello superiore 10a al pannello inferiore 10b.
Il dispositivo di tenuta 10 comprende inoltre due botole 11 accoppiate a rispettive sedi di inserimento e configurate per chiuderle ermeticamente. Come verr? approfondito nel seguito, il dispositivo di tenuta 10 definisce quindi una camera di trasferimento ?T? a tenuta stagna tale per cui ? possibile inserire gli elementi estensibili ?E? (uno alla volta o pi? di uno allo stesso tempo) all?interno della camera di trasferimento ?T? mantenendo il canale di discesa 3 isolato dall?ambiente esterno, mantenendo quindi chiusa la botola associata al pannello inferiore 10b, per poi trasferirli nel canale di discesa 3 stesso dopo aver isolato la camera di trasferimento ?T? dall?ambiente esterno mediante la chiusura della botola accoppiata al pannello superiore 10a.
Strutturalmente, gli elementi estensibili ?E? sono configurati per commutare il loro stato tra una configurazione compressa e una configurazione dilatata e viceversa, per esempio mediante la variazione del proprio volume interno raggiungibile mediante un procedimento di dilatazione/contrazione, meglio descritto in seguito.
Si vuole porre l?attenzione sul fatto che la struttura degli elementi estensibili ?E? ? tale da restare relativamente rigida ed indeformabile anche quando ? soggetta alla pressione esercitata dal fluido nella quale ? immerso l?elemento 4 stesso.
Preferibilmente, gli elementi estensibili ?E? nella configurazione dilatata presentano un volume d?ingombro maggiore di circa 1,1 fino a 2,5 volte il volume presentato nella configurazione compressa.
Ancora pi? preferibilmente gli elementi estensibili ?E? nella configurazione dilatata presentano un volume d?ingombro pari almeno al doppio del volume d?ingombro posseduto nella configurazione compressa.
Inoltre, gli elementi estensibili ?E? sono scorrevoli all?interno della struttura di supporto 2 lungo un percorso di lavoro che si sviluppa dall?estremit? superiore di discesa 3a all?estremit? superiore di risalita 4a.
In altre parole, gli elementi estensibili ?E? sono configurati per muoversi attraverso la struttura di supporto entrando in corrispondenza dell?estremit? superiore di discesa 3a, procedendo lungo il canale di discesa 3 fino all?estremit? inferiore di discesa 3b per poi entrare nel canale di risalita 4 attraverso la sua estremit? inferiore di risalita 4a (passando per il canale di collegamento 5).
A questo punto gli elementi estensibili ?E? possono risalire il canale di risalita 4 per poter essere estratti dalla struttura di supporto 2 attraverso l?estremit? superiore di risalita 4b.
A tal fine, la struttura di supporto comprende preferibilmente delle guide di scorrimento 2a, illustrate a titolo esemplificativo e non limitativo nella figura 1A, disposti lungo ciascun canale 3, 4, 5 e configurati per permettere e guidare uno scorrimento a basso attrito degli elementi estensibili ?E? rispetto alla struttura di supporto 2 stessa.
In accordo con una particolare forma realizzativa, mostrata in figura 1B, la struttura di supporto 2 comprende ulteriormente un canale di passaggio 15 che si estende tra una estremit? superiore di passaggio 15a ed un?estremit? inferiore di passaggio 15b.
L?estremit? superiore di passaggio 15a presenta una sede attraverso la quale pu? passare un fluido (per esempio aria) e comprende una botola configurata per chiudere ermeticamente ed in maniera selettiva tale sede. Potenzialmente ed a titolo di maggior sicurezza, il sistema potrebbe altres? comprendere un ulteriore dispositivo di tenuta 10 accoppiato all?estremit? superiore di passaggio 15a e funzionante in maniera analoga corrispondente al dispositivo di passaggio 10 accoppiato all?estremit? superiore di discesa 3a.
Inoltre, il canale di passaggio 15 si trova interposto tra il canale di discesa 3 ed il canale di risalita 4 ai quali ? connesso tramite il canale di collegamento 5 con il quale si interfaccia in corrispondenza della propria estremit? inferiore di passaggio 15b.
In accordo con tale specifica forma realizzativa, il canale di collegamento 5 presenta quindi tre distinti scompartimenti associati rispettivamente al canale di discesa 3, al canale di passaggio 15 ed al canale di risalita 4 in corrispondenza delle rispettive estremit? inferiori 3b, 4b, 15b.
Sempre in questo contesto, il canale di collegamento 5 comprende delle botole 11 interposte tra ciascuno scompartimento e configurate per chiudere ermeticamente a tenuta stagna ciascuno scompartimento dagli scompartimenti adiacenti.
in altre parole, il canale di collegamento 5 presenta un primo scompartimento 5a associato all?estremit? inferiore di discesa 3b, un secondo scompartimento 5b associato all?estremit? inferiore di passaggio 15b ed un terzo scompartimento 5c associato all?estremit? inferiore di risalita 4b.
Il canale di collegamento 5 comprende inoltre una prima botola 11a interposta tra il primo scompartimento 5a ed il secondo scompartimento 5b ed una seconda botola 11b interposta tra il secondo scompartimento 5b ed il terzo scompartimento 5c.
Pertanto, il percorso di lavoro inizia in corrispondenza dell?estremit? superiore di discesa 3a, sviluppa attraversando il canale di discesa 3 e prosegue attraversando in ordine il primo scompartimento 5a, il secondo scompartimento 5b ed il terzo compartimento 5b per poi terminare nel canale di risalita 4.
Il preciso funzionamento delle varie botole 11, 11a, 11b verr? approfondito nel seguito contestualmente alla descrizione del funzionamento del sistema 1.
In riferimento al funzionamento degli elementi estensibili ?E?, essi sono configurati per spostare un volume complessivo del fluido 100 nel quale sono immersi pari alla differenza di volume totale ottenibile con la commutazione dalla configurazione dilatata alla configurazione compressa di ciascun elemento estensibile ?E?.
In riferimento alla struttura di ciascun elemento estensibile ?E?, illustrata schematicamente nelle figure 2A e 2B annesse, ciascun elemento estensibile ?E? presenta una parete superiore 9a di chiusura e una parete inferiore 9b di chiusura operativamente accoppiate tra loro mediante una parete perimetrale 9c di collegamento deformabile e/o estensibile. Preferibilmente, la parete superiore 9a e la parete inferiore 9b sono sagomate con una forma idrodinamica, ovvero rivolta a ridurre gli attriti dinamici col fluido 100.
Ancora pi? preferibilmente la parete superiore 9a ? sagomata con forma convessa e la parete inferiore 9b ? sagomata con forma concava.
La parete perimetrale 9c di collegamento ? realizzata mediante una guaina impermeabile di tipo elastico oppure mediante una composizione di una pluralit? di elementi rigidi (non illustrati) tali da essere collassabili uno sull?altro in una configurazione di elemento estensibile ?E? compresso e da essere svolgibili in una configurazione di elemento estensibile ?E? dilatato. Gli elementi rigidi non illustrati sono configurati per essere impermeabili e a tenuta di pressione, come finora descritto per la struttura degli elementi estensibili ?E?, senza alcuna limitazione nelle soluzioni tecniche adottabili in accordo con il concetto inventivo della presente invenzione.
La capacit? di deformazione della parete perimetrale 9c di collegamento permette l?avvicinamento/allontanamento della parete superiore 9a con la parete inferiore 9b di ciascun elemento estensibile ?E? durante la commutazione della configurazione dilatata a quella compressa e viceversa del cumulo.
Come accennato sopra, gli elementi estensibili ?E? presentano mezzi di interconnessione 6 configurati per essere connessi meccanicamente uno all?altro.
Preferibilmente, anche i mezzi di interconnessione 6 sono configurati per essere connessi meccanicamente a tenuta stagna uno all?altro, ovvero i mezzi di interconnessione 6 sono del tipo a tenuta stagna.
I mezzi di interconnessione 6 permettono il collegamento meccanico tra un elemento estensibile ?E? e gli elementi adiacenti superiormente ed inferiormente ad esso.
In particolare, in accordo con la forma realizzativa preferita della presente invenzione, i mezzi di interconnessione 6 sono disposti in corrispondenza di ciascuna parete superiore 9a e parete inferiore 9b di ciascun elemento estensibile ?E?.
Ciascun elemento estensibile ?E? comprende inoltre un condotto di comunicazione 7 configurato per porre in comunicazione di fluido un elemento estensibile ?E? del cumulo almeno un ulteriore elemento estensibile ?E? adiacente, ovvero con almeno uno degli elementi estensibili ?E? che lo precedono e/o lo seguono nel cumulo (che sono cio? disposti superiormente od inferiormente ad esso).
Preferibilmente, i condotti di comunicazione 7 dei singoli elementi estensibili ?E? sono sono reciprocamente connettibili in modo tale da realizzare un condotto di comunicazione 7 unico che si estende ininterrottamente da un elemento estensibile superiore ?E1? (ovvero un elemento estensibile ?E? al di sopra del quale non ? presenta alcun ulteriore elemento estensibile ?E?) del cumulo ad un elemento estensibile inferiore ?E2? (ovvero un elemento estensibile ?E? al di sotto del quale non ? presenta alcun ulteriore elemento estensibile ?E?) del cumulo ed ? preferibilmente tale da variare una propria lunghezza in accordo con un?altezza del cumulo tra la configurazione compressa e la configurazione dilatata dei vari elementi estensibili ?E? che lo compongono e viceversa. Il condotto di comunicazione 7 permette che gli elementi estensibili ?E? si possano dilatare/contrarre sia con l?aria esterna sia con l?aria gi? presente all?interno del cumulo durante la commutazione del loro stato tra la configurazione compressa e la configurazione dilatata e viceversa.
Ovvero la dilatazione dei vari elementi estensibili ?E? pu? avvenire mediante l?introduzione di una massa d?aria dall?ambiente esterno oppure mediante il passaggio di una medesima massa d?aria da un elemento estensibile ?E? all?altro.
In una possibile forma realizzativa, il condotto di comunicazione 7 comprende dei settori interposti tra un elemento estensibile ?E? e quelli adiacenti (per esempio sopra e sotto) come un tubo attraversante dei diaframmi che suddividono gli elementi estensibili ?E? stessi.
In una diversa forma realizzativa, il condotto di comunicazione 7 pu? comprendere un tubo telescopico estensibile ed attraversante tutti gli elementi estensibili ?E? del cumulo, a partire dall?elemento estensibile inferiore ?E2? fino all?elemento estensibile superiore ?E1?.
In una diversa ed ulteriore forma realizzativa, non illustrata, il condotto di comunicazione 7 pu? essere ottenuto lungo una o pi? delle guide di scorrimento 2a del sistema 1 mediante sistemi di condutture a tenuta e tecniche di collegamento di fluidi.
Inoltre, il sistema 1 comprende dei mezzi di bloccaggio 8 configurati per vincolare ciascun elemento estensibile ?E? individualmente e reversibilmente alla struttura di supporto 2.
In altre parole, ogni singolo elemento estensibile ?E? pu? essere bloccato individualmente alla struttura di supporto 2 (preferibilmente alle guide di scorrimento 2a) in modo tale che anche la movimentazione di ciascun elemento estensibile ?E? sia indipendente rispetto a quella di ogni altro elemento estensibile ?E? che forma il cumulo.
Per esempio, con il sistema secondo la presente invenzione, sarebbe possibile mantenere bloccati tutti gli elementi estensibili ?E? di un cumulo tranne uno, che potrebbe essere quindi individualmente movimentato senza richiedere lo spostamento dell?intero cumulo.
In particolare, i mezzi di bloccaggio 8 possono essere configurati per ingaggiare la parete inferiore 9b e/o la parete superiore 9a di ciascun elemento estensibile ?E?.
Il sistema 1 pu? ulteriormente comprendere un organo di movimentazione, non illustrato nelle figure allegate, realizzabile per esempio mediante un sistema di movimentazione a paranco, un sistema meccanico a leve oppure sistemi idraulici e/o pneumatici.
L?organo di movimentazione ? configurato per movimentare almeno un elemento estensibile ?E? per portarlo in corrispondenza del dispositivo di tenuta 10 e/o per promuovere il trasferimento degli elementi estensibili ?E? all?interno del canale di discesa 3 attraverso il dispositivo di tenuta 10 e/o per movimentare gli elementi estensibili ?E? attraverso il canale di collegamento e/o attraverso la camera di trasferimento ?T?.
In uso, come varr? approfondito nel seguito, gli elementi estensibili vengono inseriti nel canale di discesa e l?estremit? superiore del canale di discesa viene chiusa ermeticamente.
Viene quindi versato un fluido nel canale di risalita e l?aria presente nel canale di discesa rimane cos? intrappolata al suo interno bilanciando la pressione esercitata dal fluido presente nel canale di risalita.
? quindi possibile traferire, sfruttando la forza peso del cumulo stesso, una massa d?aria da un elemento estensibile superiore ad un elemento estensibile inferiore immerso nel fluido.
Spostando quindi questo elemento estensibile inferiore nel canale di risalita ? quindi possibile convertire l?energia dovuta alla spinta archimedea alla quale esso ? soggetto in energia di altra forma.
In accordo con il concetto inventivo della presente invenzione, il sistema di conversione 1 di energia ? quindi configurato per commutare l?energia accumulata dagli elementi estensibili ?E? dalla configurazione dilatata sotto forma di una spinta archimedea, alla quale ? soggetto l?elemento estensibile inferiore ?E2? completamente dilatato ? disposto ad una distanza sotto il pelo libero 110 del fluido 100, in energia utile il cui valore ? proporzionale alla profondit? alla quale tale elemento estensibile inferiore ?E2? si trova ed al volume totale del fluido 100 da esso spostato a causa dell?assunzione della configurazione.
In altri termini, la risorsa energetica maggiore che il sistema ? in grado di sfruttare e convertire in altro tipo di energia ? data dalla spinta archimedea che si genera a causa della diversa densit? tra il fluido contenuto nell?elemento estensibile inferiore ?E2? quando dilatato (preferibilmente aria atmosferica) e la densit? del fluido 100 (preferibilmente acqua) oltre alla sua distanza dal pelo libero 110.
In particolare, il sistema di conversione 1 di energia ? configurato per determinare una conversione di energia potenziale in energia utile sfruttabile sotto forma di energia cinetica e/o potenziale accumulabile mediante un sistema del tipo meccanico, oppure un sistema del tipo idraulico o di altro tipo.
Preferibilmente, l?energia utile ottenuta mediante conversione dal sistema di conversione 1 della presente invenzione ? energia cinetica sfruttabile mediante la movimentazione di un corpo avente una massa prestabilita. Preferibilmente, il sistema di conversione 1 di energia della presente invenzione permette di sfruttare e/o accumulare l?energia utile ottenuta dalla conversione trasferendo al corpo una quantit? di moto.
In alternativa, a titolo esemplificativo e non limitativo, il sistema di conversione 1 di energia comprende dei mezzi di conversione che comprendono una girante ed un generatore elettrico o altri corpi aventi una massa variabile in base alle condizioni di utilizzo del sistema, come per esempio una catenaria di elementi zavorra.
Il sistema di conversione 1 di energia ? configurato per gestire anche la commutazione degli elementi estensibili nella configurazione compressa a partire dalla configurazione dilatata (completa o parziale).
In accordo con il concetto inventivo della presente invenzione, la commutazione degli elementi estensibili ?E? dalla configurazione dilatata alla configurazione compressa avviene preferibilmente mediante l?effetto di una forza di gravit? agente almeno su un elemento estensibile ?E? che si trovi in configurazione dilatata (completa o parziale).
In altri termini, il sistema di conversione 1 di energia della presente invenzione ? tale da ripristinare la configurazione compressa degli elementi estensibili mediante lo sfruttamento della forza di gravit? agente sulla struttura di ciascun elemento estensibile ?E?.
Durante il ripristino della configurazione compressa degli elementi estensibili ?E?, la quantit? di aria in eccesso contenuta negli stessi elementi 4 fuoriesce mediante il condotto di comunicazione 7 sopra descritto.
Lo stesso condotto di comunicazione 7 ? configurato per contrarsi e ridurre la propria lunghezza.
Vantaggiosamente, il sistema di conversione di energia permette di sfruttare una componente (in termini di forza) della spinta di Archimede, determinata dalla variazione di volume che ciascun elemento estensibile effettua, in modo da convertirla/accumularla sotto forma di energia cinetica e/o potenziale oppure in un aumento della quantit? di moto di un corpo avente una massa prestabilita.
Forma altres? oggetto della presente invenzione un metodo per la conversione di energia eseguibile preferibilmente da un sistema 1 per la conversione di energia presentante una o pi? delle caratteristiche tecniche sopra descritte, come viene ad esempio mostrato in figura 3A.
In particolare, come si pu? vedere in figura 3B, il metodo viene eseguito preparando il sistema 1 ad operare mediante la disposizione di un cumulo di elementi estensibili ?E? all?interno del canale di discesa 3 in corrispondenza della sua estremit? superiore 3a.
In particolare, il cumulo viene preparato in modo tale che l?elemento estensibile superiore ?E1? risulti nella configurazione dilatata (il quale contiene quindi una massa d?aria), mentre ciascun altro elemento estensibile ?E? componente il cumulo si trova nella configurazione compressa.
Contestualmente viene anche bloccata completamente la movimentazione di ciascun elemento estensibile ?E? in modo tale da vincolarli alla struttura di supporto 2 ed impedirne la movimentazione indesiderata.
In particolare, come si pu? osservare in figura 3C, tale risultato pu? essere ottenuto attivando i mezzi di bloccaggio 8 sulla parete superiore 9a dell?elemento estensibile superiore ?E1? e sulla parete inferiore 9b dell?elemento estensibile inferiore ?E2?.
Viene quindi chiusa ermeticamente l?estremit? superiore di discesa 3a mediante il dispositivo di tenuta 10 andando in questo modo a sigillare il canale di discesa 3.
SI procede quindi a versare un fluido 100 (preferibilmente acqua) all?interno del canale di risalita 4 in modo tale da riempirlo almeno parzialmente allagando conseguentemente in maniera completa il canale di collegamento.
Come visibile ancora in figura 3C, A causa della presenza del dispositivo di tenuta 10, l?aria presente all?interno del canale di discesa 3 rimane intrappolata al suo interno e una volta che il canale di collegamento 5 ? completamente allagato non pu? pi? fuoriuscirne, per cui il fluido che viene introdotto nel canale di risalita 4 non pu? entrare nel canale di discesa 3, ma generer? semplicemente una spinta che comprimer? l?aria presente al suo interno fino ad essere bilanciata dal conseguente aumento di pressione.
In altre parole, una volta introdotto il fluido 100 all?interno del canale di risalita 4 ci si viene a trovare in una situazione in cui il canale di collegamento 5 ? completamente riempito dal fluido 100, il canale di risalita ? almeno parzialmente riempito dal fluido 100, mentre il canale di discesa 2 (all?interno del quale si trova il cumulo di elementi estensibili ?E?) ? pieno di aria.
L?aria presente all?interno del canale di discesa 2 ? in equilibrio di pressione con il fluido presente all?interno del canale di risalita 4 e del canale di collegamento 5 con un?interfaccia tra i due (corrispondente ad un pelo libero 110 del fluido 100) che si dispone in corrispondenza dell?estremit? inferiore di discesa 3b.
In particolare, sotto la spinta della forza peso del fluido 100 presente nel canale di risalita 4, il pelo libero 110 del fluido 100 raggiunge un livello tale per cui l?elemento estensibile inferiore ?E2? risulta affacciato ad esso, preferibilmente presentando la propria parete inferiore in diretto contatto con tale pelo libero 110.
Si osserva che le fasi fin qui identificate rappresentano di fatto una procedura di installazione/predisposizione del sistema 1 e pertanto la loro esecuzione non ? necessaria in ognuno dei singoli cicli di funzionamento del sistema 1 stesso che sono descritti nel seguito.
Tali fasi possono quindi essere effettuate o durante la prima installazione del sistema 1 oppure in seguito ad eventuali operazioni di manutenzione in cui si sia reso necessario rimuovere il fluido 100 dal sistema 1 oppure estrarre in un medesimo momento l?intera pila di elementi estensibili ?E? (per esempio per sostituirne/manutenerne uno o pi? di essi).
Come mostrato in figura 3D, il funzionamento del metodo prevede quindi di sbloccare l?elemento estensibile inferiore ?E2? in modo tale da distaccarlo dall?elemento estensibile immediatamente sovrastante ?E3?, identificato e richiamato nel seguito semplicemente come penultimo elemento estensibile ?E3?.
In questo modo l?elemento estensibile inferiore ?E2? si trova distaccato dal cumulo e libero di muoversi lungo il canale di discesa e viene fatto cadere nel fluido 100, preferibilmente fino a farlo immergere completamente in quest?ultimo, ancora pi? preferibilmente facendolo immergere in modo tale che la parete superiore dell?elemento estensibile inferiore ?E2? si trovi a filo del pelo libero 110 del fluido 100 (contestualmente per evitare il movimento dell?intero cumulo viene bloccata la movimentazione della parete inferiore 9b del penultimo elemento estensibile ?E3?).
Come si mostra in figura 3E, Si sblocca quindi unicamente la parete inferiore 9b del penultimo elemento estensibile ?E3?, bloccandone al contempo la parete superiore 9a, e viene trasferita la massa d?aria contenuta nell?elemento estensibile superiore ?E1? al penultimo elemento estensibile ?E3?, ripristinando la configurazione compressa dell?elemento estensibile superiore ?E1? e causando conseguentemente la dilatazione del penultimo elemento estensibile ?E3?.
Lo spostamento della massa di aria pu? essere eseguito in maniera passiva, vale a dire unicamente sotto l?effetto del peso dell?elemento estensibile superiore ?E1? che ne promuove la compressione che viene compensata dalla contestuale dilatazione del penultimo elemento estensibile ?E3?.
Alternativamente lo spostamento della massa di aria pu? essere eseguito in maniera attiva, vale a dire che possono essere impiegati opportuni attuatori (integrati o meno nel sistema 1) che agiscono spingendo sulla parete superiore dell?elemento estensibile superiore ?E1? spingendone fuori la massa d?aria oppure tirando la parete inferiore 9b del penultimo elemento estensibile ?E3? risucchiando la massa d?aria al suo interno. Operativamente, sempre come si pu? osservare in figura 3E, la dilatazione del penultimo elemento estensibile ?E3? lo espande fino al punto in cui la sua parete inferiore va in battuta contro la parete superiore dell?elemento estensibile inferiore ?E2? (ponendosi quindi preferibilmente a livello del pelo libero 110 del fluido 100) permettendo ai due di riconnettersi reciprocamente uno all?altro.
Mediante le fasi appena descritte la massa d?aria viene quindi trasferita all?interno del penultimo elemento estensibile ?E3? e tutti gli elementi estensibili ?E? del cumulo sono connessi tra loro, in particolare con il solo elemento estensibile inferiore ?E2? immerso nel fluido 100.
Come mostrato in figura 3F, si procede bloccando la movimentazione della parete superiore 9a dell?elemento inferiore ?E2? e quindi sbloccando la movimentazione di ciascun altro elemento estensibile ?E?.
In questo modo, la spinta della forza peso esercitata del cumulo di elementi estensibili ?E? posti al di sopra del penultimo elemento estensibile ?E3? ne causa la compressione, spingendo la massa d?aria contenuta al suo interno dentro all?elemento estensibile inferiore ?E2?.
In altre parole, viene ripristinata la configurazione compressa del penultimo elemento estensibile ?E3? e contestualmente causata la dilatazione dell?elemento estensibile inferiore ?E2?.
Si osserva che la forza peso esercitata dal cumulo di elementi estensibili ?E? ? in particolare superiore alla pressione esercitata dal fluido 100 contro l?elemento estensibile inferiore ?E2?.
Come mostrato in figura 3G, L?elemento estensibile inferiore ?E2? viene quindi spostato dall?estremit? inferiore di discesa 3a all?estremit? inferiore di risalita 3b convogliandolo attraverso il canale di collegamento 5.
In questo modo l?elemento estensibile inferiore ?E2? si trova alla base del canale di risalita 4 dove ? quindi sovrastato dalla colonna di fluido 100 presente al suo interno e risultando quindi soggetto ad una spinta archimedea la cui intensit? ? proporzionale alla massa d?aria contenuta al suo interno ed alla profondit? in cui si trova rispetto al pelo libero 110 del fluido 100 nel canale di risalita 4.
? quindi possibile portare a termine un primo ciclo di conversione dell?energia convertendo tale spinta archimedea agente all?interno del canale di risalita 4 sull?elemento estensibile inferiore ?E2? immerso nel fluido 100 in energia cinetica mediante la movimentazione di un corpo avente una massa prestabilita, preferibilmente accumulando detta energia cinetica sotto forma di una quantit? di moto di detto corpo; e/o in energia potenziale mediante la movimentazione di un corpo avente una massa prestabilita; in energia elettrica mediante l?azionamento di un generatore elettrico.
L?esecuzione di cicli successivi di conversione pu? essere semplicemente eseguita preparando un ulteriore elemento estensibile ?E?, che pu? vantaggiosamente essere l?elemento estensibile inferiore ?E2? di un ciclo appena concluso.
Come mostrato in figura 4A, tale ulteriore elemento estensibile ?E? viene portato nella configurazione dilatata e quindi inserito all?interno della camera di trasferimento ?T?.
Come mostrato in figura 4B, mentre l?elemento estensibile ?E? viene messo all?interno della camera di trasferimento ?T? la botola accoppiata alla sede di inserimento del pannello inferiore 10b ? chiusa in maniera tale da sigillare ermeticamente l?estremit? superiore di discesa 3a e garantire cos? il mantenimento della condizione di equilibrio tra il fluido 100 presente nel canale di risalita 4 e l?aria intrappolata all?interno del canale di discesa 3.
Come mostrato in figura 4C, si procede quindi a chiudere la botola accoppiata alla sede di inserimento del pannello superiore 10a sigillando in questo modo in maniera ermetica la camera di trasferimento ?T?.
A questo punto ? possibile aprire la botola accoppiata alla sede di inserimento del pannello inferiore 10c (l?aria presente nel canale di discesa 3 non pu? fuoriuscirne essendo chiusa la sede di inserimento del pannello superiore 10a) e, come illustrato in figura 4D, traferire l?elemento estensibile ?E? nel canale di discesa 3.
Come mostrato in figura 4E, l?elemento estensibile ?E? viene connesso al cumulo di elementi estensibili ?E? gi? presente all?interno del canale di discesa 3, andando in questo modo a diventare l?elemento estensibile superiore ?E1? di tale cumulo.
? possibile a questo punto rieseguire le fasi gi? indicate precedentemente ed illustrate schematicamente nelle figure 3C-3G per poter portare a compimento un ulteriore ciclo di conversione.
Nelle figure 5A-5E vengono invece mostrate in dettaglio alcune fasi relative al funzionamento di un sistema 1 comprendente una struttura di supporto 2 realizzata in accordo con la specifica forma realizzativa mostrata in figura 1B, ovvero una struttura di supporto 2 presentante oltre al canale di discesa 3 ed al canale di risalita 4 anche il canale di passaggio 15 interposto tra i due.
Si osserva che le fasi preliminari di predisposizione del sistema 1, ovvero quelle illustrate nelle figure 3A-3C, vengono svolte in maniera sostanzialmente analoga anche per la predisposizione di un sistema 1 comprendente anche il canale di passaggio 15.
In altre parole, si inserisce il cumulo di elementi estensibili ?E? all?interno del canale di discesa 3 mantenendo solamente l?elemento estensibile superiore ?E1? in configurazione dilatata e si chiudono ermeticamente le estremit? superiori di discesa 3a e di passaggio 15a (la prima mediante il dispositivo di tenuta 10 e la seconda mediante la rispettiva botola 11).
Si versa quindi il fluido 100 nel canale di risalita 5 fino ad allagare completamente il canale di collegamento 5 in modo tale che il pelo libero 100 del fluido 110 si trovi in corrispondenza delle estremit? inferiori di discesa 3b e di passaggio 15b e si trasferisce il volume di aria contenuto all?interno dell?elemento estensibile superiore ?E1? nel penultimo elemento estensibile ?E3?.
In accordo con tale forma realizzativa, una volta che il volume di aria ? stato trasferito al penultimo elemento estensibile ?E3?, vengono aperte la prima botola 11a e la botola associata all?estremit? superiore di passaggio 15a, mentre tutte le altre botole del sistema 1 (la seconda botola 11b e le botole 11 del dispositivo di tenuta 10) rimangono chiuse, come mostrato in figura 5A.
In questa situazione l?unica pressione che grava sull?ultimo elemento estensibile ?E2? ? quella generata dal fluido 100 presente nel primo scompartimento 5a e nel secondo scompartimento 5b del canale di collegamento 5, in quanto tutto il fluido 100 presente nel canale di risalita ? isolato grazie alla seconda botola 11b.
? quindi possibile trasferire con maggiore semplicit? ed efficienza il volume d?aria all?interno dell?elemento estensibile inferiore ?E2? secondo le modalit? gi? discusse e portarlo all?interno del secondo scompartimento 5b come illustrato in figura 5B.
A questo punto ? possibile chiudere la botola 11 accoppiata all?estremit? superiore di passaggio 15b per isolare completamente il canale di passaggio 15 ed il canale di discesa 3 dall?ambiente esterno come mostrato in figura 5C.
In questo modo durante la successiva apertura della seconda botola 11b, mostrata in figura 5D, viene mantenuta la condizione di equilibrio tra il fluido 100 contenuto del canale di risalita 4 e nel canale di collegamento 5 con l?aria presente nel canale di passaggio 15 e nel canale di discesa 5 la quale non pu? fuoriuscire dai rispettivi canali 3, 15.
? quindi possibile convogliare l?elemento estensibile inferiore ?E2? al terzo scompartimento 5c come mostrato in figura 5E per poi farlo risalire lungo il canale di risalita 4 trasformando la spinta archimedea alla quale ? sottoposto in energia cinetica/potenziale/elettrica secondo le modalit? gi? discusse.
Anche il reinserimento degli elementi estensibili ?E? all?interno del canale di discesa 3 pu? essere eseguito in questo contesto secondo le modalit? gi? descritte ed illustrate schematicamente nelle figure 4A-4E.
Vantaggiosamente il metodo secondo la presente invenzione supera gli inconvenienti e le inefficienze evidenziate ed evidenziabili nell?arte nota permettendo di sfruttare la forza peso del cumulo di elementi estensibili ?E? per trasferire in maniera energeticamente efficiente una massa d?aria ad una certa profondit? all?interno della colonna di fluido 100 presente nel canale di risalita.
Tale massa d?aria genera ? quindi soggetta ad un?energia potenziale dovuta alla spinta archimedea alla quale ? soggetto che pu? essere convertita in altre forme di energia secondo una o pi? delle specifiche procedure sopra delineate.
Claims (11)
1. Sistema per la conversione di energia, comprendente:
- una struttura di supporto (2) presentante un canale di discesa (3) estendentesi verticalmente tra un?estremit? superiore di discesa (3a) ed un?estremit? inferiore di discesa (3b), un canale di risalita (4) estendentesi parallelamente al canale di discesa (3) tra un?estremit? superiore di risalita (4a) ed un?estremit? inferiore di risalita (4b) ed un canale di collegamento (5) estendentesi tra l?estremit? inferiore di discesa (3b) e l?estremit? inferiore di risalita (4b);
- un dispositivo di tenuta (10) applicato all?estremit? superiore di discesa (3a) e configurato per chiudere ermeticamente detta estremit? superiore di discesa (3a);
- una pluralit? di elementi estensibili (E) commutabili tra una configurazione compressa e una configurazione dilatata e viceversa e configurati per spostare un volume di un fluido (100) pari alla differenza di volume prestabilita tra la configurazione dilatata e la configurazione compressa di ciascun elemento estensibile (E), detta pluralit? di elementi estensibili (E) essendo organizzabile in un cumulo di elementi estensibili (E) interconnessi tra loro, detti elementi estensibili (E) essendo scorrevoli all?interno della struttura di supporto (2) lungo un percorso di lavoro sviluppantesi dall?estremit? superiore di discesa (3a) all?estremit? superiore di risalita (4a);
- una pluralit? di mezzi di bloccaggio (8) configurati per vincolare individualmente e reversibilmente alla struttura di supporto (2) rispettive porzioni degli elementi estensibili (E).
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di tenuta (10) definisce una camera di trasferimento (T) e comprende:
- un pannello superiore (10a) affacciato ad un ambiente esterno e presentante una sede di inserimento atta a permettere il passaggio degli elementi estensibili (E) all?interno della camera di trasferimento (T);
- un pannello inferiore (10b) affacciato al canale di discesa (3) e presentante una sede di inserimento atta a permettere il passaggio degli elementi estensibili (E) all?interno del canale di discesa (3);
- una pluralit? di pannelli perimetrali (10c) configurati per collegare a tenuta di fluido (100) il pannello superiore (10a) al pannello inferiore (10b); - due botole (11) accoppiate a rispettive sedi di inserimento e configurate per chiudere ermeticamente dette sedi di inserimento.
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, configurato per determinare una conversione di energia potenziale in energia utile sfruttabile sotto forma di energia cinetica e/o potenziale accumulabile, preferibilmente detta energia utile essendo energia cinetica sfruttabile mediante la movimentazione di un corpo avente una massa prestabilita oppure essendo energia cinetica/potenziale sfruttabile per azionare un generatore elettrico e produrre energia elettrica.
4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli elementi estensibili (E) presentano nella configurazione dilatata un volume maggiore di circa 1,1 fino a 2,5 volte il volume presentato nella configurazione compressa, ancora pi? preferibilmente detti elementi estensibili (E) nella configurazione dilatata presentano un volume pari almeno al doppio del volume presentato nella configurazione compressa.
5. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascun elemento estensibile (E) presenta una parete superiore (9a) di forma convessa e una parete inferiore (9b) concava reciprocamente accoppiate mediante una parete perimetrale (9c) di collegamento deformabile e/o estensibile.
6. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la parete perimetrale (9c) di collegamento comprende una guaina impermeabile di tipo elastico oppure una composizione di una pluralit? di elementi rigidi impermeabili tali da essere collassabili uno sull?altro in una configurazione di elemento estensibile (E) compresso e da essere svolgibili in una configurazione di elemento estensibile (E) dilatato.
7. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui gli elementi estensibili (E) comprendono mezzi di interconnessione (6) configurati per connettere meccanicamente e a tenuta di fluido (100) ciascun elemento estensibile (E) ad almeno un elemento estensibile (E) adiacente e presentano un condotto di comunicazione (7) configurato per porre in comunicazione di fluido (100) ciascun elemento estensibile (E) e almeno un elemento estensibile (E) adiacente in una condizione di elementi estensibili (E) disposti a cumulo.
8. Sistema secondo la rivendicazione 12, in cui i condotti di comunicazione (7) degli elementi estensibili (E) sono reciprocamente connettibili in modo tale da realizzare un condotto di comunicazione (7) unico estendentesi da un elemento estensibile superiore (E1) del cumulo ad un elemento estensibile inferiore (E2) del cumulo.
9. Sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui i mezzi di bloccaggio (8) sono configurati per vincolare reversibilmente la parete superiore (9a) e/o la parete inferiore (9b) di ciascun elemento estensibile (E) ad una parete interna del canale di discesa (3).
10. Metodo per la conversione di energia, comprendente le fasi di:
- predisporre un sistema (1) per la conversione di energia secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni;
- disporre in corrispondenza dell?estremit? superiore di discesa (3a) un cumulo di elementi estensibili (E) in cui un elemento estensibile superiore (E1) ? in configurazione dilatata e contiene una massa d?aria e ciascun altro elemento estensibile (E) ? in configurazione compressa;
- bloccare, mediante i rispettivi mezzi di bloccaggio (8), una movimentazione degli elementi estensibili (E) all?interno del canale di discesa (3);
- chiudere ermeticamente l?estremit? superiore di discesa (3a) mediante il dispositivo di tenuta (10);
- versare un fluido (100) all?interno del canale di risalita (4) in modo tale da riempirlo almeno parzialmente allagando completamente il canale di collegamento (5) in modo tale che un elemento estensibile inferiore (E2) risulti affacciato ad un pelo libero (110) del fluido (100) nel canale di collegamento (5);
- sbloccare l?elemento estensibile inferiore (E2) distaccandolo da un elemento estensibile immediatamente sovrastante (E3) detto elemento estensibile inferiore (E2) fino ad immergere completamente detto elemento estensibile inferiore (E2) nel fluido (100);
- sbloccare una parete inferiore (9b) dell?elemento estensibile immediatamente sovrastante (E3);
- trasferire la massa d?aria dall?elemento estensibile superiore (E1) all?elemento estensibile immediatamente sovrastante (E3), ripristinando la configurazione compressa dell?elemento estensibile superiore (E1) e causando la dilatazione dell?elemento estensibile immediatamente sovrastante (E3) fino a riconnetterlo con l?elemento estensibile inferiore (E2);
- bloccare la parete superiore (9a) dell?elemento estensibile inferiore (E2) sbloccando ciascun altro elemento estensibile (E), in modo tale da promuovere lo spostamento della massa d?aria all?elemento estensibile inferiore (E2) sotto la spinta della forza peso del cumulo di elementi estensibili (E);
- spostare l?elemento estensibile inferiore (E2) dall?estremit? inferiore di discesa (3b) all?estremit? inferiore di risalita (4b) convogliandolo attraverso il canale di collegamento (5);
- convertire una spinta archimedea agente all?interno del canale di risalita (4) su detto elemento estensibile inferiore (E2) in energia cinetica e/o potenziale mediante la movimentazione di un corpo avente una massa prestabilita, e/o in energia elettrica mediante l?azionamento di un generatore elettrico.
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui la fase di predisposizione del sistema (1) viene eseguita predisponendo un sistema (1) per la conversione di energia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 9, detto metodo comprendendo ulteriormente le fasi di:
- predisporre un elemento estensibile (E) in configurazione dilatata;
- inserire l?elemento estensibile (E) nella camera di trasferimento (T) attraverso la sede di inserimento del pannello superiore (10a) mentre la botola (11) accoppiata alla sede di inserimento del pannello inferiore (10b) ? chiusa;
- chiudere la botola (11) accoppiata alla sede di inserimento del pannello superiore (10a);
- aprire la botola (11) accoppiata alla sede di inserimento del pannello inferiore (10b) e traferire l?elemento estensibile (E) nel canale di discesa (3) connettendolo al cumulo di elementi estensibili (E) in modo tale da definire un elemento estensibile superiore (E1) di detto cumulo.
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