ITBO20110402A1 - Sistema idrostatico e metodo per la generazione di energia - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

"SISTEMA E METODO IDROSTATICO PER LA GENERAZIONE DI ENERGIA"

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema ed un metodo idrostatico per la generazione di energia.

ARTE ANTERIORE

È noto sfruttare la spinta idrostatica che agisce su un corpo immerso in un fluido per azionare un'utenza finale, come un generatore elettrico.

Ad esempio, sono noti sistemi comprendenti una pluralità di corpi di galleggiamento, i quali sono collegati alla periferia di una ruota montata girevole attorno ad un albero motore del generatore elettrico; i corpi di galleggiamento venendo gonfiati o sgonfiati in modo da provocare sotto l'azione della spinta idrostatica la rotazione della ruota stessa. In alternativa, à ̈ noto applicare una pluralità di corpi di galleggiamento ad un convogliatore e/o cinghia che si estende lungo un percorso chiuso .

I sistemi del tipo sopra descritto presentano lo svantaggio di avere dei rendimenti energetici bassi.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un sistema ed un metodo idrostatico per la generazione di energia, che consentano di eliminare l'inconveniente sopra descritto e siano nel contempo di facile ed economica realizzazione .

Secondo la presente invenzione viene fornito un sistema ed un metodo idrostatico per la generazione di energia secondo quanto stabilito nelle rivendicazioni allegate .

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista laterale schematica e con parti asportate per chiarezza di un sistema idrostatico secondo la presente invenzione; e

- la figura 2 Ã ̈ una vista in pianta della figura 1. FORMA DI ATTUAZIONE PREFERITA DELL'INVENZIONE

Nelle figure 1 e 2, con il numero 1 à ̈ indicato nel suo complesso un sistema idrostatico per la generazione di energia comprendente un'unità di azionamento 2 ed un generatore 3 elettrico (illustrato nella figura 2), il quale comprende a sua volta un albero motore 4 montato girevole attorno ad un asse 5. Preferibilmente, il generatore 3 elettrico comprende un motore asincrono.

Secondo quanto illustrato nelle figure, il sistema 1 comprende un bacino 6, ad esempio un pozzo, riempito con un fluido 7 (in particolare acqua). Preferibilmente, il bacino 6 presenta una profondità, vale a dire la distanza tra il pelo libero del fluido 7 ed il fondo del bacino 6 stesso, superiore ai 2 metri. In particolare, il bacino 6 presenta una profondità uguale o superiore ai 5 metri.

Il sistema 1 comprende, inoltre, almeno un gruppo meccanico 8 che à ̈ interposto tra l'unità di azionamento 2 ed il generatore 3 in modo da trasmettere al generatore 3 un momento torcente Mt generato da una forza ricevuta in ingresso dall'unità di azionamento 2. In particolare, il sistema 1 à ̈ atto a moltiplicare la spinta idrostatica Fi che agisce sul corpo di galleggiamento 10 riempito dall'unità di azionamento 2.

Il gruppo meccanico 8 comprende, a sua volta, un leveraggio 9 ed un corpo di galleggiamento 10, il quale presenta una cavità 11 interna ed à ̈ disposto all'interno del bacino 6. La cavità 11 à ̈ in comunicazione fluidica con l'unità di azionamento 2 e comprende un elemento valvolare 12 per mettere in comunicazione diretta la cavità 11 con l'esterno, in particolare con il bacino 6.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, il leveraggio 9 comprende una leva 13 presentante un fulcro 14; il corpo di galleggiamento 10 essendo collegato ad una porzione 15 di applicazione ed il generatore 3 essendo collegato ad una porzione 16 resistente. Il fulcro 14 à ̈ interposto tra la porzione 15 di applicazione e la porzione 16 resistente. In particolare, la distanza Ba tra la porzione 15 di applicazione ed il fulcro 14 à ̈ uguale o maggiore alla distanza Br tra la porzione 16 resistente ed il fulcro 14 stesso. Preferibilmente, la distanza Ba à ̈ dalle 2 alle 7 volte maggiore della distanza Br. In particolare, la distanza Ba à ̈ 5 volte la distanza Br.

Si osserva che il gruppo meccanico 8 comprende, inoltre, un'unità di trasmissione 17 interposta tra il generatore 3 e la leva 13. L'unità di trasmissione 17 comprende, a sua volta, una molla 18, un volano 19 calzato attorno all'albero motore 4 ed un convertitore 20, il quale à ̈ interposto tra la molla 18 e l'albero motore 4 stesso. Il volano 19 à ̈ atto ad accumulare energia cinetica e regolarizzare la rotazione dell'albero motore 4 in una direzione W attorno all'asse 5.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, la molla 18 à ̈ disposta all'interno di un corpo 22 a tazza ed il leveraggio 9 comprende un cavo 23(in particolare un cavo di acciaio) , che à ̈ collegato mediante un piattello 24 ad una porzione 25 di estremità della molla 18. La porzione 25 della molla 18 à ̈ montata traslante all'interno del corpo 22 ed il cavo 23 à ̈ incernierato in corrispondenza del piattello 24 e della porzione 16 resistente.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, il convertitore 20 comprende una ruota 28 ed una cremagliera 29 ingranate tra loro. La cremagliera 29 à ̈ collegata al piattello 24 ed à ̈ montata traslante alternativamente lungo un percorso A; la ruota 28 à ̈ montata girevole attorno ad un asse 33 parallelo all'asse 5. Il convertitore 20 comprende, inoltre, una ruota 30 dentata calzata attorno all'albero motore 4. La ruota 30 ingrana con la ruota 28. Preferibilmente, la ruota 28 à ̈ una ruota libera ed à ̈ atta a trasmettere un momento torcente Mt alla ruota 30 solo in una direzione R di rotazione, in modo che la ruota 30 sia ruotata sempre nella direzione W.

Preferibilmente, l'unità di azionamento 2 comprende una macchina operatrice (ad esempio una pompa idraulica od un compressore pneumatico) ed il gruppo meccanico 8 comprende una conduttura 31, la quale collega, in modo noto ed illustrato schematicamente, la cavità 11 del corpo di galleggiamento 10 all'unità di azionamento 2. Preferibilmente, la leva 13 almeno parzialmente cava e la conduttura 31 à ̈ disposta all'interno della cavità della leva 13 stessa. L'unità di azionamento 2 à ̈ atta a riempire la cavità 11 del corpo di galleggiamento 10 con un fluido 32 presentante una densità differente dalla densità del fluido 7 contenuto nel bacino 6. Secondo quanto illustrato nella figura 1, il corpo di galleggiamento 10 comprende, una gabbia 36 esterna ed un corpo elastico 37 disposto all'interno della gabbia 36; il corpo elastico 37 presentando la cavità 11 e comprendendo l'elemento valvolare 12. La gabbia 36 essendo collegata in modo noto ed illustrato schematicamente alla leva 13. Secondo una variante, non illustrata, il corpo di galleggiamento 10 presenta unicamente un corpo elastico (ad esempio solo il corpo elastico 37 senza la gabbia 36). Secondo un'ulteriore variante, non illustrata, il corpo di galleggiamento 10 à ̈ realizzato come un corpo rigido e la cavità 11 à ̈ riempita preferibilmente con un gas (ad esempio il corpo di galleggiamento ha la forma di una campana cava). Preferibilmente, il corpo di galleggiamento 10 presenta una forma con ridotta resistenza fluidodinamica.

Secondo una variante, non illustrata, l'unità di trasmissione 17 comprende un sistema di pulegge. In altre parole, l'unità di trasmissione 17 à ̈ un dispositivo meccanico atto a trasformare un moto lineare (la traslazione della porzione 25 di estremità della molla 18) in una rotazione (dell'albero motore 4).

Secondo quanto illustrato nella figura 1, l'unità di trasmissione 17 comprende un elemento di bloccaggio 34 che à ̈ atto a regolare la traslazione della porzione 25 di estremità della molla 18 da una posizione di carico L ad una posizione di riposo U, in cui la molla 18 à ̈ sostanzialmente scarica oppure applica alla cremagliera 29 una forza al di sotto di un valore predeterminato. In particolare, l'elemento di bloccaggio 34 à ̈ atto a regolare la traslazione della porzione 25 di estremità dalla posizione di carico L alla posizione di riposo U. Preferibilmente, l'elemento di bloccaggio 34 viene inserito/disinserito tramite un attuatore pneumatico/idraulico di tipo noto e non illustrato. Secondo una variante non illustrata, al posto della molla 18 l'unità di trasmissione 17 comprende un sistema pneumatico od oleodinamico, il quale à ̈ atto ad assorbire momentaneamente energia sotto l'azione del cavo 23 ed a cederla gradualmente all'albero motore 4 attraverso la traslazione della cremagliera 29.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, il sistema 1 comprende una coppia di bacini 6a e 6b, i quali sono paralleli tra loro, ed una coppia di gruppi meccanici 8a e 8b sostanzialmente speculari tra loro. Il gruppo meccanico 8a à ̈ disposto almeno in parte all'interno del bacino 6a; il gruppo meccanico 8b à ̈ disposto almeno in parte all'interno del bacino 6b .

Si osserva che il gruppo meccanico 8a comprende, una ruota 35 oziosa con asse 38 parallelo all'asse 5 ed interposta tra la ruota 28a e la ruota 30. La ruota 28a à ̈ atta ad invertire la direzione di rotazione trasmessa dalla ruota 28a alla ruota 30, in modo che l'albero motore 4 sia sempre ruotato nella direzione W.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il sistema 1 comprende una pluralità di gruppi meccanici 8a, i quali sono disposti all'interno del bacino 6a, ed una pluralità di gruppi meccanici 8b, ì quali sono disposti all'interno del bacino 6b. I gruppi meccanici 8a ed 8b sono atti a trasmettere alternativamente un momento torcente Mt all'albero motore 4.

Secondo una variante non illustrata, ciascuna leva 13 collegata ad un rispettivo corpo di galleggiamento 10 Ã ̈ disposta al di fuori del rispettivo bacino 6. In altre parole, ciascuna leva 13 Ã ̈ disposta al di fuori del fluido 7. Preferibilmente secondo una variante non illustrata, ciascun gruppo meccanico 8 Ã ̈ disposto prevalentemente al di fuori del fluido 7.

In uso, l'unità di azionamento 2 riempie la cavità 11 con il fluido 32, il quale presenta una densità differente dalla densità del fluido 7. Secondo la soluzione illustrata, nella figura 1, il fluido 32 espande il corpo elastico 37 del corpo di galleggiamento 10, aumentando il volume di acqua spostata all'interno del bacino 6 dal corpo di galleggiamento 10 stesso. Preferibilmente, il fluido 32 presenta una densità inferiore alla densità del fluido 7. In particolare, il fluido 32 à ̈ un gas. Ad esempio, vengono pompati all'interno del corpo di galleggiamento 10 circa 1,2 m<3>di aria.

Il corpo di galleggiamento 10 viene mosso alternativamente all' interno del bacino 6 lungo un percorso D da una forza risultante Fr, la quale à ̈ funzione sia della forza peso Fp del corpo di galleggiamento 10 pieno sia della spinta idrostatica Fi. La forza risultante Fr agisce, attraverso il corpo di galleggiamento 10, sulla porzione 15 di applicazione della leva 13. In particolare, la forza risultante Fr viene trasmessa attraverso il leveraggio 9 all'unità di trasmissione 17. Preferibilmente, la forza risultante Fr viene moltiplicata mediante la leva 13 in modo da ottenere una forza finale Ff maggiore della forza risultante Fr stessa. Secondo quanto illustrato nella figura 1, la forza finale Ff à ̈ atta a comprimere la molla 18. In particolare, la leva 13 trasmette all'unità di trasmissione 17 una forza finale Ff, il cui valore à ̈ determinato sostanzialmente dalla relazione:

Ff =Fr·â€”

Br

in cui Ba à ̈ la distanza tra la porzione 15 di applicazione ed il fulcro 14; e

Br à ̈ la distanza tra la porzione 16 resistente ed il fulcro 14 stesso.

In particolare, durante la fase di riempimento la forza risultante Fr spinge il corpo di galleggiamento 10 da una posizione inferiore I ad una posizione superiore S. Contemporaneamente, la forza finale Ff carica la molla 18 portando il piattello 24, e conseguentemente la porzione 25 di estremità della molla 18, dalla posizione di riposo U alla posizione di carico L. In corrispondenza della posizione di carico L, la molla 18 à ̈ chiusa a pacchetto. Ad esempio, la forza Ff à ̈ atta a comprimere la molla 18 per circa 1 metro prima dell'attivazione dell'elemento di bloccaggio 34.

Durante la fase di riempimento, la ruota 28 libera non trasmette un momento torcente Mt all'albero motore 4.

Secondo una preferita forma di attuazione, l'unità di azionamento 2 comprende un compressore, il quale riempie la cavità 11 del corpo di galleggiamento 10 con un gas (ad esempio aria) in un periodo di tempo compreso tra i 5 ed i 15 secondi.

Una volta raggiunto sostanzialmente il pelo libero del fluido 7 contenuto nel bacino 6, l'elemento valvolare 12 del corpo di galleggiamento 10 viene aperto in modo da provocare la fuoriuscita del fluido 32 contenuto all'interno della cavità 11. Durante la fase di svuotamento la forza risultante Fr spinge (scende per gravità) il corpo di galleggiamento 10 dalla posizione superiore S alla posizione inferiore I. Preferibilmente, durante la fase di svuotamento la molla 18 rimane bloccata fino a quando il corpo di galleggiamento 10 non raggiunge la posizione inferiore I (sostanzialmente fino a quando il corpo di galleggiamento 10 non raggiunge il fondo). Mentre il corpo di galleggiamento 10 trasla dalla posizione superiore S alla posizione inferiore I, il cavo 23 si affloscia. Quando il corpo di galleggiamento 10 raggiunge la posizione inferiore I, l'elemento di bloccaggio 34 si disimpegna dalla molla 18; quindi, la molla 18 scarica tutta la sua energia sull'albero 47 tramite la cremagliera 29 che trasla verso l'alto. Dopo questa fase, il cavo 23 viene di nuovo teso .

E' importante osservare che il momento torcente Mt viene trasmesso attraverso la ruota 28 libera all'albero motore 4 del generatore 3 solo dopo lo sbloccaggio della molla 18 (cioà ̈, come detto in precedenza, sostanzialmente fino a quando il corpo di galleggiamento 10 non raggiunge il fondo).

Secondo una preferita forma di attuazione, la cavità 11 del corpo di galleggiamento 10 à ̈ riempita con un gas, il quale durante la fase di svuotamento fuoriesce dalla cavità 11 in un tempo compreso tra 0,01 e 3 secondi.

Il sistema 1 può essere azionato in modo da ripetere consecutivamente una pluralità di fasi di riempimento e di svuotamento del corpo di galleggiamento 10.

Il volano 19 accumula energia cinetica e permette di mantenere costante la rotazione dell'albero motore 4 attorno all'asse 5 durante l'alternanza dell'applicazione del momento torcente Mt.

Durante il funzionamento del sistema 1 comprendente una pluralità di gruppi meccanici 8 (illustrato nelle figure 1 e 2), preferibilmente le fasi di riempire e di svuotare il corpo di galleggiamento 10 vengono cadenzate in modo da avere un'applicazione uniforme del momento torcente Mt all'albero motore 4.

Da quanto sopra esposto discende che il sistema 1 idrostatico del tipo sopra descritto sfrutta sia la spinta idrostatica che agisce su un corpo di galleggiamento 10 sia il leveraggio 9 per aumentare il valore della forza in ingresso nel sistema 1 utilizzata per gonfiare il corpo di galleggiamento 10 stesso. In particolare, il sistema 1 del tipo sopra descritto permette di generare energia elettrica sfruttando l'amplificazione mediante una macchina semplice, come la leva, della spinta idrostatica agente sul corpo di galleggiamento 10 e generata dal riempimento della cavità 11 attraverso l'unità di attivazione 2. Il sistema 1 idrostatico del tipo sopra descritto permette di generare energia mediante il generatore 3 azionato dal gruppo meccanico 8 e presenta un rendimento energetico superiore rispetto ai sistemi idrostatici di tipo noto.

Claims (16)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Sistema idrostatico per la generazione di energia; il sistema (1) idrostatico comprendendo un’unità di azionamento (2), un’utenza finale (3) ed almeno un gruppo meccanico (8; 8a;8b) interposto tra l’unità di azionamento (2) e l’utenza finale (3); il sistema (1) idrostatico presentando almeno un volume (6; 6a; 6b) riempito con un primo fluido (7); il sistema (1) idrostatico essendo caratterizzato dal fatto che il gruppo meccanico (8; 8a; 8b) comprende un meccanismo (9) di moltiplicazione della forza ed un corpo di galleggiamento (10), il quale presenta una cavità (11) interna à ̈ disposto all’interno del detto volume (6; 6a; 6b) ed à ̈ montato mobile alternativamente lungo un primo percorso (D) di lavoro; la cavità (11) essendo in comunicazione fluidica con l’unità di azionamento (2), la quale à ̈ atta ad alimentare selettivamente un secondo fluido (32) all’interno della cavità (11) stessa; il corpo di galleggiamento (10) essendo collegato ad una prima porzione (15) del meccanismo (9); una seconda porzione (25) del meccanismo (9) essendo mobile in funzione della detta prima porzione (15) ed essendo atta ad azionare l’utenza finale (3).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il meccanismo (9) comprende una leva (13), la quale presenta la prima porzione (15) ed una terza porzione (16), ed un’unità di accumulo (18) di energia meccanica, in particolare una molla (18); l’unità di accumulo presentando la detta seconda porzione (25) ed essendo interposta tra la leva (13) e l’utenza finale (3).
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui l’elemento di accumulo (18) comprende una molla di tipo pneumatico.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la leva (13) Ã ̈ disposta al di fuori del primo fluido (7).
5. 5. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 2 a 3, in cui la leva (13) à ̈ disposta almeno in parte all’interno del primo fluido (7).
6. 6. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui il fulcro (14) della leva (13) Ã ̈ interposto tra la prima e la terza porzione (15, 16); una prima distanza (Ba) tra la prima porzione (15) ed il fulcro (14) essendo uguale o maggiore di una seconda distanza (Br) tra la terza porzione (16) ed il fulcro (14).
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui la prima distanza (Ba) Ã ̈ dalle 2 alle 7 volte maggiore della seconda distanza (Br); in particolare, la prima distanza (Ba) essendo 5 volte maggiore della seconda distanza (Br).
8. 8. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l’utenza finale (3) comprende un generatore elettrico (3) con un albero (4) montato girevole attorno ad un asse (5).
9. 9. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 2 a 8, in cui la porzione (25) di uscita à ̈ collegata alla terza porzione (16) della leva (13) ed à ̈ atta a traslare lungo un secondo percorso (A) di lavoro in funzione della posizione della detta terza porzione (16).
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui il gruppo meccanico (8; 8a; 8b) comprendente un’unità di trasmissione (17), la quale collega la detta seconda porzione (25) all’albero (4) motore; l’unità di trasmissione (17) essendo atta a trasformare il moto lineare della seconda porzione (25) in un moto rotatorio dell’albero (4) motore.
11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui l’unità di trasmissione (17) comprende un elemento di bloccaggio (34), il quale à ̈ atto ad impegnare la seconda porzione (25) in una direzione di lavoro; in particolare, l’elemento di bloccaggio (34) à ̈ atto ad ostacolare selettivamente lo spostamento della seconda porzione (25) da una posizione di carico (L) verso una posizione di riposo (U).
12. 12. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l’unità di azionamento (2) comprende una macchina operatrice; in particolare, il secondo fluido (32) essendo un gas e l’unità di azionamento (2) comprendendo un compressore.
13. 13. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo di galleggiamento (10) comprende un corpo elastico (37).
14. 14. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente due o più gruppi meccanici (8; 8a, 8b); in particolare, il sistema (1) comprendendo due o più volumi (6a, 6b) riempiti con il primo fluido (7), ciascun volume (6a; 6b) alloggiando almeno un rispettivo gruppo meccanico (8a; 8b).
15. 15. Metodo per la generazione di energia mediante un sistema (1) idrostatico comprendente un’unità di azionamento (2), un’utenza finale (3) ed almeno un gruppo meccanico (8; 8a; 8b) interposto tra l’unità di azionamento (2) e l’utenza finale (3); il sistema (1) idrostatico presentante almeno un volume (6; 6a; 6b) riempito con un primo fluido (7); il gruppo meccanico (8; 8a; 8b) comprendendo, a sua volta, un meccanismo (9) di moltiplicazione della forza ed un corpo di galleggiamento (10), il quale presenta una cavità (11) ed à ̈ disposto all’interno del detto volume (6; 6a; 6b); il corpo di galleggiamento (10) essendo collegato ad una prima porzione (15) del meccanismo (9) ed essendo mobile alternativamente lungo un percorso (D) di lavoro; una seconda porzione (25) del meccanismo (9) essendo atta ad azionare l’utenza finale (3) ed essendo mossa in funzione della detta prima porzione (15); il metodo comprendendo: una fase di riempire la cavità (11) del corpo di galleggiamento (10), almeno parzialmente e mediante l’unità di azionamento (2); una fase di svuotare, almeno parzialmente, la cavità (11) del corpo di galleggiamento (10); durante la fase di riempire e/o la fase di svuotare una forza risultante (Fr) agente sul corpo di galleggiamento (10) venendo trasmessa all’utenza finale (3) (in particolare un generatore elettrico (3)) attraverso il meccanismo (9); la forza risultante (Fr) essendo funzione sia della forza peso (Fp) sia della spinta idrostatica (Fi) che agiscono sul corpo di galleggiamento (10).
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui il meccanismo (9) comprende una leva (13) ed un’unità di accumulo (18) di energia meccanica, in particolare una molla (18); l’unità di accumulo (18) essendo interposta tra la leva (13) e l’utenza finale (3); in cui la forza risultante (Fr) agente sul corpo di galleggiamento (10) viene moltiplicata attraverso la leva (13) in modo da ottenere una forza finale (Ff) per azionare l’utenza finale (3) attraverso l’elemento di accumulo (18); la forza finale (Ff) essendo superiore alla forza risultante (Fr).