ITCT20120003U1

ITCT20120003U1 - SINGLE TYPE HYDRAULIC SYSTEM FOR ELECTRIC ENERGY PRODUCTION BY EXPLOITATION OF THE CHIMNEY EFFECT

Info

Publication number: ITCT20120003U1
Authority: IT
Inventors: Francesco Galvagno
Original assignee: Francesco Galvagno
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-13

Description

2.1 - DESCRIZIONE del modello d’utilità avente per TITOLO: 2.1 - DESCRIPTION of the utility model with TITLE:

“IMPIANTO ELIOTERMICO SINGOLO TIPO PER PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA MEDIANTE SFRUTTAMENTO DELL’EFFETTO CAMINO” "SINGLE TYPE ELIOTHERMAL SYSTEM FOR ELECTRICITY PRODUCTION BY USING THE CHIMNEY EFFECT"

2.2 - RIASSUNTO 2.2 - SUMMARY

il modello di utilità è: the utility model is:

- nuovo, perchè è impianto eliotermico di produzione di energia elettrica innovativo rispetto al fotovoltaico o alle centrali solari, in quanto utilizza come principio base il fenomeno di ventilazione naturale denominato effetto camino,' a differenza di quanto si riscontra in letteratura, dove esistono degli impianti progettati di grandi dimensioni basati sullo stesso principio ma che costituiscono delle centrali di produzione energia elettrica collettiva, il modello presentato è concepito come applicazione industriale, riproducibile in serie per una produzione di energia elettrica individuale e diffusa; - new, because it is an innovative heliothermic system for the production of electricity compared to photovoltaics or solar power plants, as it uses the natural ventilation phenomenon called the chimney effect as a basic principle, 'unlike what is found in literature, where there are systems designed of large dimensions based on the same principle but which constitute collective electricity production plants, the model presented is conceived as an industrial application, reproducible in series for an individual and widespread production of electricity;

- originale, per la semplicità funzionamento: la produzione di energia elettrica che viene immessa nella rete avviene attraverso semplici dispositivi che sfruttano fenomeni naturali (effetto serra, effetto camino, dilatazione termica, energia eolica, accumulo termico delle masse scure); - original, for its simplicity of operation: the production of electricity that is fed into the grid takes place through simple devices that exploit natural phenomena (greenhouse effect, chimney effect, thermal expansion, wind energy, thermal accumulation of dark masses);

- efficace per comodità di impiego e applicazione, per la facilità di realizzazione: rimpianto è concepito per una produzione di energia diffusa, da assemblare e montare in giardino e smontare all’occorrenza; essendo semplicemente poggiato nel terreno, non costituisce impatto ambientale; il sistema costruttivo semplificato di assemblaggio ha tempi di costruzione brevissimi; tutti gli elementi costituivi sono riciclabili e reimpiegabili, adatti ad uno sviluppo sostenibile. - effective for ease of use and application, for ease of implementation: regret is designed for a widespread energy production, to be assembled and mounted in the garden and disassembled if necessary; being simply placed on the ground, it does not constitute an environmental impact; the simplified assembly construction system has very short construction times; all the constituent elements are recyclable and reusable, suitable for sustainable development.

- oggetto di fabbricazione industriale per tutte le parti costitutive il sistema costruttivo. - object of industrial manufacture for all the constituent parts of the construction system.

Il modello ideato consiste in un impianto eliotermico singolo tipo per la produzione di energia elettrica mediante lo sfruttamento dell 'effetto camino, il fenomeno di ventilazione naturale causato dalla differenza di pressione dovuta a differenti densità deH'aria a diverse temperature, per cui l'aria calda meno densa tende a risalire ingenerando una depressione a valle e richiamando aria fredda più densa. The model conceived consists of a single-type solar thermal system for the production of electricity by exploiting the chimney effect, the phenomenon of natural ventilation caused by the difference in pressure due to different densities of the air at different temperatures, so that the air less dense hot air tends to rise, generating a depression downstream and drawing in more dense cold air.

L’impianto essenzialmente si compone di una serra a pareti vetrate inclinate (camera del camino), in cui l'aria atmosferica contenuta nell'ambiente viene riscaldata per effetto della radiazione solare, di una alta canna di aspirazione naturale (camino) a sezione decrescente che genera il moto del flusso d’aria, di una giranda o mini turbina azionata dal flusso d’aria collegata ad una dinamo, che produce la corrente continua, collocati nella sommità del camino. The system essentially consists of a greenhouse with sloping glass walls (chimney chamber), in which the atmospheric air contained in the environment is heated by the effect of solar radiation, a high natural suction pipe (chimney) with a decreasing section which generates the motion of the air flow, of a winder or mini turbine driven by the air flow connected to a dynamo, which produces the direct current, placed in the top of the chimney.

L’efficienza dell’impianto di produzione è proporzionale alla portata e alla velocità, e di conseguenza alla pressione, dell’aria generata dall’effetto camino, che aziona la miniturbina. The efficiency of the production plant is proportional to the flow rate and speed, and consequently to the pressure, of the air generated by the chimney effect, which drives the mini turbine.

Vengono prospettate varie soluzioni della camera del camino di diverse dimensioni e inclinazione delle pareti, al fine di adattarle alle esigenze e ai luoghi di collocamento, nonché 3 varianti di camino più complessi integrati ed abbinati a sistemi sostenibili. Various solutions of the chimney chamber with different dimensions and inclination of the walls are proposed, in order to adapt them to the needs and places of placement, as well as 3 more complex chimney variants integrated and combined with sustainable systems.

La prima variante prevede l’integrazione del camino energetico con un edificio per dotarlo di un sistema di raffrescamento passivo estivo: il camino aspira l’aria dall’edificio favorendo il ricambio e il raffreddamento naturale degli ambienti. The first variant involves the integration of the energy chimney with a building to equip it with a passive summer cooling system: the chimney draws air from the building, favoring the exchange and natural cooling of the rooms.

La seconda variante consiste neH’abbinamento di un generatore eolico alla torre di sostegno del camino: la rotazione delle pale aziona una seconda dinamo e favorisce la espulsione dell’aria dal comignolo. The second variant consists in combining a wind generator with the chimney support tower: the rotation of the blades activates a second dynamo and favors the expulsion of air from the chimney.

La terza variante di dimensioni più grandi riguarda un impianto abbinato, eliotermico - eolico, con sistema di accumulo termico per una maggiore produzione di energia elettrica. The third, larger variant concerns a combined solar-wind power plant with a thermal storage system for greater electricity production.

Lo stato della tecnica allo stato odierno, esclusi ovviamente gli impianti eliotermici tipo fotovoltaico o centrali solari, vede la progettazione di alcuni esempi di impianti di grandi dimensioni basati sullo stesso principio che costituiscono delle centrali di produzione di energia elettrica a grande scala. The current state of the art, obviously excluding heliothermic plants such as photovoltaic or solar power plants, sees the design of some examples of large plants based on the same principle that constitute large-scale electricity production plants.

2.3 - DESCRIZIONE 2.3 - DESCRIPTION

L'aria atmosferica contenuta nella camera a causa dell'innalzamento di temperatura si dilata proporzionalmente alla temperatura raggiunta, diminuendo così la sua densità e di conseguenza il suo peso specifico. L’aria così riscaldata tende a salire innescando il moto ascensionale naturale all'interno del camino posto nella sommità della camera e determinando contemporaneamente un richiamo dall’esterno di aria più fredda; questo fenomeno garantisce una continua alimentazione di aria all'interno dell’impianto. Due to the temperature rise, the atmospheric air contained in the chamber expands proportionally to the temperature reached, thus decreasing its density and consequently its specific weight. The heated air tends to rise, triggering the natural upward motion inside the chimney located at the top of the room and at the same time causing colder air to be drawn from the outside; this phenomenon guarantees a continuous supply of air inside the system.

Il moto convettivo ascensionale del fluido all'interno della camera è funzione della pressione, dell’umidità e della temperatura dell’aria: a pressione e umidità dell’aria esterna costanti, la velocità del flusso d’aria aspirata dall’esterno da bocchette posizionate in basso ed immessa verso l’alto nella bocca del camino dipende dal gradiente della temperatura: più alta è la differenza di temperatura tra interno ed esterno, maggiore sarà il moto convettivo del flusso. Di conseguenza, la portata dell’aria calda all’interno del condotto aumenta con la velocità di immissione nella bocca. The upward convective motion of the fluid inside the chamber is a function of the pressure, humidity and temperature of the air: at constant pressure and humidity of the external air, the speed of the air flow sucked from the outside by positioned vents downwards and fed upwards into the chimney mouth depends on the temperature gradient: the higher the temperature difference between inside and outside, the greater the convective motion of the flow. Consequently, the flow of hot air inside the duct increases with the speed of introduction into the mouth.

La velocità della giranda della mini turbina è proporzionale alla portata di aria e conseguentemente alla sua velocità; occorre che il camino abbia un alto tiraggio e pertanto sia più alto possibile, mantenga calda la temperatura dell’aria immessa con una buona coibentazione e abbia una efficiente espulsione nell’atmosfera tramite un comignolo girevole. Per aumentare ulteriormente la velocità del flusso alla bocca della turbina, il camino deve avere sezione decrescente con l’altezza. The speed of the mini turbine wheel is proportional to the air flow and consequently to its speed; the chimney must have a high draft and therefore be as high as possible, keep the temperature of the injected air warm with good insulation and have an efficient expulsion into the atmosphere via a rotating chimney. To further increase the flow velocity at the turbine mouth, the chimney must have a section that decreases with height.

Infine, la dispersione dell’aria calda dal comignolo nella circostante atmosfera dipende dalla pressione, temperatura e direzione dei venti dominanti della zona. Finally, the dispersion of hot air from the chimney into the surrounding atmosphere depends on the pressure, temperature and direction of the prevailing winds in the area.

L’impianto tipo prevede vari accorgimenti per incrementare l’effetto camino: The typical system provides various measures to increase the chimney effect:

a) per aumentare la temperatura dell’aria all’interno della camera del camino: pareti vetrate inclinate con esposizione privilegiata a sud e parete coibentata a nord; rivestimento interno con materiali scuri per favorire l’effetto serra e l’accumulo di calore; a) to increase the air temperature inside the chimney chamber: sloping glass walls with privileged exposure to the south and insulated wall to the north; internal lining with dark materials to promote the greenhouse effect and the accumulation of heat;

b) per aumentare il moto del flusso, l’aria fredda più densa viene immessa dall’esterno attraverso una griglia collocata in basso nella parete a nord; b) to increase the motion of the flow, the denser cold air is introduced from the outside through a grille located at the bottom of the north wall;

c) per aumentare il tiraggio dell’aria dal basso verso l’alto: la canna del camino è alta, coibentata ed ha sezione decrescente con l’altezza; comignolo girevole per favorire l’espulsione dell’aria calda nell’atmosfera; c) to increase the draft from bottom to top: the chimney flue is high, insulated and has a decreasing section with height; rotating chimney to facilitate the expulsion of hot air into the atmosphere;

d) la velocità, e di conseguenza la pressione, del getto d’aria che aziona la mini turbina viene modulata da una serranda la cui apertura viene azionata da un semplice dispositivo tarato, a molla metallica o pistoncino a mercurio, che si dilata in funzione della temperatura del flusso d’aria che lo attraversa. - disegni dal n.1 al n.6. d) the speed, and consequently the pressure, of the air jet that drives the mini turbine is modulated by a shutter whose opening is activated by a simple calibrated device, with a metal spring or mercury piston, which expands as a function the temperature of the air flow passing through it. - drawings from n.1 to n.6.

I componenti dell’impianto (volume della camera, altezza del camino, sezioni dei condotti, turbina e dinamo) vanno dimensionati in funzione delle caratteristiche del luogo (pressione, temperatura media stagionale, umidità delTaria, ecc.) e della potenza massima producibile, ma comunque per dimensioni modulari facilmente aggregabili. The components of the system (volume of the chamber, height of the chimney, sections of the ducts, turbine and dynamo) must be sized according to the characteristics of the place (pressure, average seasonal temperature, air humidity, etc.) and the maximum power that can be produced, but in any case for modular dimensions that can be easily combined.

Vengono presentate varie soluzioni della camera del camino di diverse dimensioni e inclinazione delle pareti, al fine di adattarle alle esigenze e ai luoghi di collocamento. - disegni dal n.7 al n.13. Various solutions of the chimney chamber of different dimensions and inclination of the walls are presented, in order to adapt them to the needs and places of placement. - drawings from 7 to 13.

Sono previste inoltre tre varianti di abbinamento. There are also three combination variants.

La prima variante prevede l’integrazione del camino energetico con un edificio per dotarlo di un sistema di raffrescamento passivo estivo: il camino aspira l'aria dall’edificio favorendo il ricambio e il raffreddamento naturale degli ambienti attraverso apposite canne di aspirazione disposte all’interno dell’edificio, dotate di valvole. Il sistema di aspirazione va integrato da prese d’aria diretta esterna, azionate da apposite valvole di apertura/chiusura. - disegno n.14. The first variant involves the integration of the energy chimney with a building to equip it with a passive summer cooling system: the chimney sucks the air from the building, favoring the exchange and natural cooling of the rooms through special intake pipes arranged inside. of the building, equipped with valves. The suction system must be integrated by direct external air intakes, operated by special opening / closing valves. - drawing n.14.

A seconda dei luoghi di installazione e dei relativi venti dominanti, all’impianto eliotermico può essere abbinato un generatore eolico a tre pale leggere in plastica o alluminio con profilo modulato, impiantato nella sommità della torre di sostegno del camino. La rotazione delle pale aziona una seconda dinamo, che incrementa la produzione dell’energia, e favorisce la espulsione deH’aria dal comignolo. - disegni nn.15, 16. Depending on the place of installation and the relative prevailing winds, a wind turbine with three light plastic or aluminum blades with modulated profile, implanted in the top of the chimney support tower, can be combined with the heliothermic system. The rotation of the blades activates a second dynamo, which increases energy production, and favors the expulsion of air from the chimney. - drawings nos. 15, 16.

La terza variante, finalizzato ad una maggiore efficienza e produzione di energia elettrica, consiste in un impianto di dimensioni più grandi abbinato ad un sistema eolico e ad un originale accumulatore termico interrato al di sotto della serra. In questo caso, l’aria fredda esterna aspirata dal basso si riscalda attraversando una massa di materiale sciolto nero di origine vulcanica tramite delle tubazioni flessibili metalliche di spessore minimo atte a favorire lo scambio termico. La massa nera interrata costituisce un ottimo serbatoio termico; esso durante le ore di massima irradiazione solare accumula energia termica per poi restituirla durante la giornata all’interno della serra mediante il pavimento e aH’aria aspirata nelle tubazioni che la attraversano. - disegni nn.17, 18, 19, 20. The third variant, aimed at greater efficiency and production of electricity, consists of a larger system combined with a wind system and an original thermal accumulator underground below the greenhouse. In this case, the cold external air drawn in from below is heated by passing through a mass of black loose material of volcanic origin through flexible metal pipes of minimum thickness designed to promote heat exchange. The underground black mass constitutes an excellent thermal reservoir; during the hours of maximum solar radiation it accumulates thermal energy and then returns it during the day inside the greenhouse through the floor and the air sucked into the pipes that pass through it. - drawings nos. 17, 18, 19, 20.

I risultati sono un impianto di produzione energia sostenibile, innovativo e tecnologicamente avanzato, che, per la facilità e brevità di realizzazione nonché per economicità, potrebbe soddisfare il fabbisogno di energia elettrica diffusa, specie per edifici e comunità isolate. The results are a sustainable, innovative and technologically advanced energy production plant, which, due to the ease and brevity of construction as well as cost-effectiveness, could satisfy the widespread electricity needs, especially for isolated buildings and communities.

L’impianto, non comportando opere di scavo, ad eccezione della variante eolica pur modeste per la realizzazione della platea di fondazione, presenta un impatto ambientale quasi nullo: concettualmente, si inserisce nel paesaggio come un oggetto rimovibile poggiato sul terreno. The system, which does not involve excavation works, with the exception of the aeolian variant, albeit modest for the construction of the foundation slab, has an almost zero environmental impact: conceptually, it fits into the landscape as a removable object resting on the ground.

Sotto il profilo economico: la facilità di trasporto di tutti i componenti smontati dell'impianto, abbinata alla semplicità di montaggio e alla modesta necessità di manutenzione, abbattono i costi di realizzazione e di esercizio, rispetto ad un impianto fotovoltaico di pari potenza. A fine esercizio, a differenza degli impianti fotovoltaici, lo smaltimento di tutti componenti è totale in quanto riutilizzabili in From an economic point of view: the ease of transport of all the disassembled components of the system, combined with the simplicity of assembly and the modest need for maintenance, reduce construction and operating costs, compared to a photovoltaic system of the same power. At the end of the year, unlike photovoltaic systems, the disposal of all components is total as they can be reused in

toto, adatto ad uno sviluppo sostenibile. toto, suitable for sustainable development.

Claims

2.4 - CLAIMS CLAIM N.1: The solar thermal system, through simple devices, uses two natural phenomena, such as the greenhouse effect and the chimney effect, to generate a continuous jet of atmospheric air that turns a mini turbine and an energy generator continuous electricity - dynamo - which is fed into the public grid through an inverter and a meter. The plant consists of a greenhouse with inclined glass walls (chimney chamber), in which the atmospheric air contained in the environment is heated by the effect of solar radiation, a natural suction pipe (chimney) with an extended section height decreasing which generates the motion of the air flow, of a winder or mini turbine driven by the air flow connected to a dynamo, which produces the direct current, placed at the top of the chimney, of a rotating terminal. The speed, and consequently the pressure, of the air jet that drives the mini turbine is modulated by a shutter whose opening is activated by a simple calibrated device, with a metal spring or mercury piston, which expands according to the temperature. of the air flow passing through it. The model is conceived as an industrial application, reproducible in series for an individual and widespread electricity production. CLAIM N.2: Combined wind power plant. Depending on the place of installation and the relative prevailing winds, a wind turbine with three light plastic or aluminum blades with modulated profile, implanted in the top of the chimney support tower, can be combined with the heliothermic system. The rotation of the blades favors the expulsion of air from the chimney and activates a second dynamo which increases the production of continuous electricity. CLAIM N.3: Passive cooling system of a combined building. The eiothermic system, with or without the wind power plant referred to in claim 2, can be integrated into a building to equip it with a passive summer cooling system: the chimney, creating a depression in the chamber, draws in heated air from the building, favoring the exchange and natural cooling of the rooms, through special suction pipes arranged inside the building, equipped with valves. The suction system must be integrated by direct external air intakes, activated by special opening / closing dampers. CLAIM N.4: Thermal storage system. Thermal accumulator underground below the greenhouse, consisting of a mass of black loose material of volcanic origin crossed by flexible metal pipes of minimum thickness designed to promote heat exchange. The black mass, during the hours of maximum solar irradiation, accumulates thermal energy by solar irradiation inside the greenhouse and then exchanges it, through the pipes, with the cold air drawn in, heating it. In order to optimize the accumulation of heat, the mass of loose volcanic material must be buried and appropriately waterproofed by the ground.