ITGE20100015A1 - Aerogeneratore verticale con deflettori statici e dinamici - Google Patents

Description

L'AEREOGENERA TORE VERTICALE CON DEFLETTORI STATICI E DINAMICI

Descrizione

Il generatore eolico VERTICALE, oggetto della presente richiesta di brevetto, è frutto di una particolare elaborazione della tipologia "Savonius".

A differenza dei precedenti modelli già in commercio che hanno si più stabilità e silenziosità dei aerogeneratori orizzontali ma più scarsa efficienza rispetto a questi ( il 30% contro, in genere il 45%), il presente aerogeneratore supera abbondantemente tale limite. Come questo può avvenire è presto spiegato. In un usuale aerogeneratore Savonius le superfici sono tutte esposte e la velocità di rotazione è direttamente proporzionata alla pressione di spinta che il vento esercita sul rotore. La pressione di spinta dipende a sua volta dalla velocità del vento, dalla pressione barometrica, quindi anche dall'altitudine e dalla sagomatura delle pale stesse. Ora awiene che sia la parte concava attiva che la convessa passiva interagiscono simultaneamente alla pressione esercitata e la parte pasiva, colpita dal vento, frena inesorabilmente l'azione esercitata dalla parte attiva In commercio già sono esistenti i sistemi studiati per limitare il fenomeno negativo ma fin d'ora mai in modo così radicale. A tale problema con il presente progetto si è trovata una serie di espedienti in sinergia tra loro che hanno permesso di aumentare l'efficienza della macchina in modo considerevole. Tale soluzione sono: a) il rotore è composto da quattro sezioni semicilindriche ortogonali e non da due o tre;

b) solidali e alloggiati nel rotore abbiamo quattro piccoli deflettori interni;

c) quattro grandi deflettori esterni la cui forma e la cui proiezione rispetto al vento è pari o maggiore ( massimo fina a 1,3 volte) del raggio del rotore e ciò permette sia una concentrazione maggiore della portata dinamica del fluido sia la liberazione del rotore dalla forza frenante sulla parte convessa;

d) il rotore stesso presenta delle sagomature di raccordo adiacenti all'asse di rotazione per poter offrire al vento il miglior percorso possibile e amplificare così l'efficienza del generatore tramite gli effetti della forza centrifuga indotta;

e) setti di compartizione ogni 1/2 o 1/3 dell'intera altezza del rotore per la solidità e la stabilità del rotore e per ottimizzare la cattura del vento, da qualsiasi parte giunga.

Già in un normale generatore Savonius senza deflettori esterni, da qualsiasi direzione il vento giunca, la macchina ne sfrutta il potenziale energetico, ma il residuo positivo va dal 40.al 50% dell'energia che agisce sulla parte concava, occorre anche dire che di tutta la gran quantità di energia rinnovabile che ci arriva dal Sole, circa 1'1-2% viene convertito in vento, grazie alle differenze delle temperature nelle diverse zone e altitudini che awiano il movimento dell'aria. Tuttavia, inoltre, la legge di Betz dice che è possibile convertire in energia meccanica solo il 59% dell'energia contenuta nel vento. Infatti, una turbina eolica devia il vento già prima che esso arrivi alla turbina stessa, ragion per cui non è possibile sfruttare per intero l'energia del vento. Una pala verticale di fatto arriva massimo ad un efficienza del 30% dell'energia disponibile (59%x51 %=30%). Con i deflettori esterni in progetto tale deviazione viene in gran parte evitata e il residuo positivo viene nel presente progetto amplificato fino a circa 2.5 volte rispetto alle versioni che sono comunemente in commercio.

In realtà la vera particolarità della presente richiesta di brevetto è relativa alla sinergia tra deflettori interni. solidali con il rotore. e quelli esterni. Con tali deflettori, anche se per una frazione della rotazione completa, quattro volte a rotazione, 10 volte al secondo in genere, la potenza sfruttata viene amplificata enormemente per la concatenazione dell'energia ricavabile dal vento in Watt a una certa velocità (2,5 volte) dovuta alla forma ad imbuto che si viene a creare, e la forza centrifuga generata dal flusso nella sagomatura tra i deflettori statici e il rotore. In effetti avviene secondo leggi già studiate e verificate.

1) per la legge di Betz: Secondo la "legge di Betz" per calcolare l'energia in Watt ricavabile dal vento abbiamo: Velocità (in m/s) al<cubo x densità dell'aria(1,225 KG per m3) x 0,5>=<Watt (per mq).>Un esempio con velocità del vento a 6 m/s: 6<A>3 x 1,225 x 0,5 = 132,3 Watt/mq.

Nel presente aerogeneratore, per le ragioni sopra descritte, avremo<invece: (6x2,5=)15J\3 x 1,225 x 0,5>=<2.067.18 Watt/mq (contro i>132,3 Watt/mq; come si può vedere siamo ad oltre 15 volte superiore).

E' chiaro che per i vortici che comunque i deflettori stessi generano sarà di fatto utilizzabile solo una parte di questo consistente incremento.

2) Per la forza generata all'interno del vortice e l'effetto centrifugo che in ciò si innesca: Attraverso i piccoli deflettori rotanti quattro volte ogni rotazione avremo un'accelerazione centrifuga pari alla massa ( 1,225 per m3) per la velocità del vento* al quadrato, fratto il raggio di rotazione:

<:Fc>=<mVJ\2/r : _ massa 1,225 kg al mc - V = 15m x 60secondi x>60minuti 11.000= 54 km/h - r = ( si considera da 0,10 a 0,30) 0,20

Quindi: 18.225 kg/m.

A quanti kW/MQ questi 18.225 kg/m possa equivalere a 300 giri al minuto quindi (2,5x4) 20 volte al secondo per un tempo pari a circa 1/40 di secondo, è difficile da dire con precisione, ma di certo incrementerà abbondantemente il valore già ottenuto, per cui se su un 4,8 mq di aerogeneratore verticale in genere si monta un generatore a magneti permanenti da 7 kWp con la presente tecnologia comodamente si potrà istallare un generatore anche da 30 kWp in luoghi dove la media del vento è pari o persino inferiore ai 6 m/s.

Il rotore i deflettori e i setti di compartizione saranno, per le forze in gioco, preferibilmente costruiti in alluminio mentre l'asse con il mozzo di trasmissione sarà in acciaio. In specifico il mozzo di trasmissione sarà calcolato volta per volta in base alla potenza trasmissibile. Se il costrutto re preferisce invece un solo generatore (in genere a magneti permanenti) alla base due, di potenza finale identica, agli estremi dell'asse di rotazione questa certamente è una soluzione molto più razionale e efficace. Personalmente ho verificato che a secondo delle condizioni ventose medie si possono adottare per il motore nudo dai 0,40 mq ai 0,60 per ogni KWp istallato.

La struttura portante e i montanti saranno preferibilmente in acciaio così i deflettori esterni agganciati agli stessi montanti.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Aerogeneratore verticale composto da un rotore formato da quattro pale semicilindriche e una struttura montante con quattro deflettori (B) solidari ad essa che, per la sua forma sostiene il rotore attraverso un cuscinetto conico alla base ed un altro a sfere in sommità, convogliando il vento sul rotore, quasi completamente, da qualunque direzione esso giunga. 2 - Aerogeneratore secondo la rivendicazione 1, che è caratterizzato dal fatto che all'interno del rotore, solidari con esso, e inframmezzati alle quattro pale semicilindriche, vi sono quattro deflettori interni (A), anch’essi semi-cilindrici, che convertono l’esposizione della pala ad impatto, (in EVI), comune a tutti gli aerogeneratori tipo “Savonius", in flusso ad alta velocità in una traiettoria semi-cilindrica, creando così un campo di centrifugazione (EVII) che amplifica notevolmente la potenza produttiva dell'aerogeneratore verticale in oggetto, facendo così la differenza sostanziale con tutti gli altri tipi simili in commercio. 3 - Aerogeneratore secondo le rivendicazioni 1 e 2, nelle sagomature di raccordo intorno all'asse di rotazione (C) ottimizzate in tale forma con setti o piano circolari lungo l'altezza, ad ogni 1/3 di essa, per offrire al fluido ventoso il miglior scorrimento al percorso possibile: in base a ciò il il fenomeno “centrifuga” ha maggiore efficacia nell'accelerazione del rotore. CLAIMING 1 - Vertical aeolic generator composed from a rotor formed from fourshovels nearlvcvlindrical and a structure mounting with four solidaribaffle plates (B) to it that, for its form it supports the rotor through abearing conical to the base and an other to spheres in top are carring the wind on rotor, nearly completely, from any direction it reaches. 2 - Vertical aeolic generator second claming 1 , that it is characterized from fact that all' inside of the rotor, solidari with it and interpolated to four semi-cylindrical shovels, are four inner baffle plates (A), they are nearly - cylindrical too, that convert Γ exposure of the shovel to impact, (like in EVI), common to all the wind turbine generators “Savonius” type , in flow to high speed and a nearly - ylindrical trajectory, thus creating a field of centrifugalization (EVI I) that it amplifies remarkablly productive power of the vertical wind turbine generator in object, thus making the substantial difference with all the other similar types in commerce. 3 - Vertical aeolic generator second claning 1 and 2, in the shape of connection around the spin axis (C) optimized in such form with circular septa or plan along l height, to every 1/3 of it, in order to offer to fluid of the wind the better sliding to the possible distance: on based on this “centrifugal” phenomenon has greater effectiveness in the acceleration of rotor