ITGE20120002A1 - "WIND TOWER" - Google Patents
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Description
"Torre eolica", "Wind tower",
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
La presente invenzione riguarda una torre eolica. The present invention relates to a wind tower.
Come à ̈ noto l'energia eolica deriva dalla converSIOne dell' energia cinetica posseduta dal vento In energIa meccanIca ed elettrica. Tra gli apparati che sfruttano l'energia eolica vi sono le cosiddette torri eoliche, le quali comprendono generalmente delle pale ad asse orizzontale o verticale che vengono azionate dal vento e sono solidali ad un albero cooperante in maniera nota con un alternatore di produzione di energia elettrica. As is known, wind energy derives from the conversion of the kinetic energy possessed by the wind into mechanical and electrical energy. Among the apparatuses that exploit wind energy there are the so-called wind towers, which generally include blades with horizontal or vertical axis that are driven by the wind and are integral with a shaft cooperating in a known way with an alternator for producing electricity. .
Lo scopo della presente invenzione à ̈ la realizzazione di una torre eolica ad asse verticale che SI riveli estremamente efficiente, che possa funzionare anche con venti di deboli entità e diretti in una qualsiasi direzione. The purpose of the present invention is the realization of a vertical axis wind tower which is extremely efficient, which can operate even with light winds and directed in any direction.
Tale scopo VIene raggiunto dalla presente invenzione mediante una torre eolica, comprendente un albero sostanzialmente verticale collegato ad un generatore elettrico, caratterizzata dal fatto che comprende una sene di giranti eoliche, disposte a cerchio e collegate a dei mezzi di supporto solidali a detto albero verticale, essendo dette giranti a vento rotanti rispetto a detti mezzi di supporto ed atte a porre In rotazione detti mezzi di supporto e detto albero verticale grazie all' azione del vento che, in primo luogo mette in rotazione tali giranti con una velocità di rotazione proporzionale alla sua intensità , mentre in secondo luogo, per un effetto scoperto dal titolare della presente domanda e da qui in seguito denominato "effetto Bozano", determina sugli assi di ciascuna delle giranti in rotazione, delle forze perpendicolari alla direzione del vento che, nella fase iniziale, cioà ̈ con velocità del vento fino ad un certo valore, sono dirette nel senso contrario al movimento di rotazione delle giranti, mentre successivamente, quindi per un ulteriore incremento della velocità del vento, il senso di rotazione si inverte e le spinte sono dirette nello stesso senso di rotazione delle giranti. This object is achieved by the present invention by means of a wind tower, comprising a substantially vertical shaft connected to an electric generator, characterized in that it comprises a set of wind turbines, arranged in a circle and connected to support means integral with said vertical shaft, said wind impellers rotating with respect to said support means and able to rotate said support means and said vertical shaft thanks to the action of the wind which, in the first place, rotates said impellers with a rotation speed proportional to its intensity, while secondly, due to an effect discovered by the owner of this application and hereinafter referred to as the "Bozano effect", it determines on the axes of each of the rotating impellers, forces perpendicular to the direction of the wind which, in the initial phase, that is, with wind speed up to a certain value, they are directed in the opposite direction to the movement of rotation of the impellers, while subsequently, therefore for a further increase in wind speed, the direction of rotation is reversed and the thrusts are directed in the same direction of rotation as the impellers.
In sostanza per tale effetto Bozano che si applica alle giranti eoliche, si riscontrano fenomeni diversi da quelli che si manifestano nel noto effetto "Magnus", che invece prende in considerazione solo cilindri o geometrie piene rotanti. Basically, for this Bozano effect that is applied to wind turbines, phenomena different from those that occur in the well-known "Magnus" effect, which instead takes into consideration only rotating cylinders or solid geometries, are encountered.
La prima differenza più evidente à ̈ che le giranti, dallo stato di quiete, per effetto dell' azione del vento InIZIanO In manIera automatica a ruotare innescando quindi le suddette forze perpendicolari alla direzione del vento, mentre il cilindro considerato da Magnus, se si trova allo stato di quiete, permane in tale stato e non compaiono forze indotte. The first most evident difference is that the impellers, from the state of rest, due to the action of the wind, start automatically to rotate thus triggering the aforementioned forces perpendicular to the direction of the wind, while the cylinder considered by Magnus, if it is in the state of rest, it remains in this state and no induced forces appear.
Altra differenza compare nel caso di bassa intensità del vento durante questa fase infatti, la direzione delle forze perpendicolari à ̈ in senso contrario rispetto a quello che si ha per effetto Magnus nel caso di un cilindro rotante e con pari intensità del vento. Another difference appears in the case of low wind intensity during this phase, in fact, the direction of the perpendicular forces is in the opposite direction to that which occurs due to the Magnus effect in the case of a rotating cylinder and with equal wind intensity.
Di grande importanza à ̈ pOI il fenomeno che SI manifesta solo con le giranti e non con<1>cilindri dell' effetto Magnus e cioà ̈ che aumentando la velocità del vento aumenta anche in maniera automatica la velocità di rotazione delle giranti, quindi entrambi i fattori intervengono in maniera automatica ad incrementare le forze perpendicolari alla direzione del vento; mentre nei cilindri Magnus la loro velocità di rotazione non dipende dalla velocità del vento ma dagli apparati motore, per cui rimane costante all'aumentare del vento, a meno che non venga variata la velocità dei motori che li fanno girare. The phenomenon that occurs only with the impellers and not with the <1> cylinders of the Magnus effect is of great importance and that is that increasing the wind speed also automatically increases the rotation speed of the impellers, therefore both factors intervene automatically to increase the forces perpendicular to the direction of the wind; while in the Magnus cylinders their speed of rotation does not depend on the speed of the wind but on the engine systems, so it remains constant as the wind increases, unless the speed of the motors that make them turn is varied.
Fondamentale infine à ̈ la differenza di rendimento per la produzione di energia tra i due impianti, ovvero uno del tipo a effetto Magnus, composto da cilindri rotanti e l'altro del tipo a effetto Bozano, composto da giranti eoliche: nell' impianto Bozano che utilizza le giranti tutta l'energia prodotta può essere inviata all' utenza, mentre nell' impianto che utilizza i cilindri tipo Magnus, una parte dell' energia prodotta deve essere utilizzata per far girare i cilindri stessi, quindi maggiore à ̈ il numero di cilindri che compongono l'impianto, maggiore à ̈ l'energia che deve essere utilizzata per porli In rotazione. Nell'impianto Bozano Invece maggiore à ̈ il numero di giranti, maggiore à ̈ l'energia che l'impianto della torre eolica può produrre, senza alcun spreco. Finally, the difference in efficiency for the production of energy between the two plants is fundamental, i.e. one of the Magnus effect type, consisting of rotating cylinders and the other of the Bozano effect type, consisting of wind turbines: in the Bozano system that uses the impellers all the energy produced can be sent to the user, while in the system that uses Magnus-type cylinders, a part of the energy produced must be used to turn the cylinders themselves, therefore the greater the number of cylinders that make up the system, the greater the energy that must be used to rotate them. In the Bozano plant On the other hand, the greater the number of impellers, the greater the energy that the wind tower plant can produce, without any waste.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione verranno meglio compresI nel corso della seguente descrizione, considerata a titolo esemplificativo e non limitativo e riferita ai disegni allegati, nei quali: Further characteristics and advantages of the present invention will be better understood in the course of the following description, considered by way of non-limiting example and referring to the attached drawings, in which:
la fig. 1 illustra una vista in sezione di una torre eolica ad asse verticale secondo la presente invenzione e provvista di una serie di giranti eoliche rotanti imperniate sulla circonferenza esterna di due ruote; fig. 1 illustrates a sectional view of a vertical axis wind tower according to the present invention and provided with a series of rotating wind impellers hinged on the outer circumference of two wheels;
la fig. 2 illustra una vista In pianta di una ruota inferiore della torre eolica di fig. 1; fig. 2 shows a plan view of a lower wheel of the wind tower of fig. 1;
la fig. 3 illustra una vista frontale della torre eolica di fi g. 1; fig. 3 shows a front view of the wind tower of fig. 1;
la fig. 4 illustra una vista<1ll>seZIOne di una variante esecutiva della presente torre eolica nella quale all'interno sono poste delle ventole, aventi la funzione di aspirare il flusso d'aria interno e incanalarlo<1ll>un movimento ascendente verso l'esterno attraverso la ruota superiore; fig. 4 shows a section view of an executive variant of the present wind tower in which fans are placed inside, having the function of sucking in the internal air flow and channeling it an ascending movement towards the outside through the upper wheel;
la fig. 5 illustra una vista frontale della presente torre eolica provvista di una carenatura esterna; fig. 5 shows a front view of the present wind tower provided with an external fairing;
la fig. 6 illustra una vista in pianta della torre eolica provvista di carenatura di fig. 5; fig. 6 shows a plan view of the wind tower provided with fairing of fig. 5;
la fig. 7 illustra una vista laterale della presente torre eolica provvista di carenatura esterna; fig. 7 shows a side view of the present wind tower provided with an external fairing;
la fig. 8 illustra la torre eolica di fig. 4 provvista di carenatura esterna; fig. 8 illustrates the wind tower of fig. 4 equipped with external fairing;
la fig. 9 illustra una vista in pianta della torre eolica provvista della particolare carenatura di fig. lO, atta ad ottimizzare i flussi; e fig. 9 shows a plan view of the wind tower provided with the particular fairing of fig. 10, designed to optimize flows; And
la fig. lO illustra la vista frontale della torre eolica provvista della particolare carenatura di fig. 9. fig. 10 illustrates the front view of the wind tower provided with the particular fairing of fig. 9.
Con riferimento a tali disegni allegati e con particolare riferimento alla fig. 1 degli stessi, con 1 à ̈ indicata la struttura di sostegno di una torre eolica ad asse verticale secondo la presente invenzione. Tale struttura 1 comprende una base 101 fissata al suolo ed un vano 201 di alloggiamento di un generatore elettrico 2 posizionato su tale base 101. Tale generatore 2 comprende un albero 3 collegato mediante un giunto 4 ad un asse verticale 5, che attraversa un montante cilindrico 3 O 1 posto superiormente a tale vano 201. Tale asse verticale 5 à ̈ collegato al mozzo centrale di una prima ruota inferiore 6, situata sostanzialmente alla sommità del montante cilindrico 301, ed al mozzo centrale di una seconda ruota supenore 7, situata sostanzialmente all'estremità superIore di detto asse. Tale prIma ruota 6 à ̈ supportata sul montante cilindrico 3O1 mediante un organo 8 a rotolamento, ad esempio un cuscinetto o simile, che le consente di ruotare rispetto alla struttura fissa 1. Sulla periferia di ciascuna delle due ruote 6 e 7 sono imperniate delle giranti eoliche 9. Ciascuna di tali ruote sarà provvista di un certo numero di raggi, si vedano ad esempio i raggi 12 della ruota inferiore in fig. 2. Ciascuna di tali giranti 9 à ̈ attraversata centralmente da un perno lO che à ̈ fissato all'estremità superiore in prossimità della periferia della ruota superiore 7 e all'estremità inferiore in prossimità della periferia della ruota inferiore 6. With reference to these accompanying drawings and with particular reference to fig. 1 of the same, 1 indicates the support structure of a vertical axis wind tower according to the present invention. Said structure 1 comprises a base 101 fixed to the ground and a compartment 201 for housing an electric generator 2 positioned on said base 101. Said generator 2 comprises a shaft 3 connected by means of a joint 4 to a vertical axis 5, which crosses a cylindrical upright 3 or 1 placed above this compartment 201. This vertical axis 5 is connected to the central hub of a first lower wheel 6, substantially located at the top of the cylindrical upright 301, and to the central hub of a second upper wheel 7, located substantially at the upper end of said axis. This first wheel 6 is supported on the cylindrical upright 3O1 by means of a rolling member 8, for example a bearing or the like, which allows it to rotate with respect to the fixed structure 1. On the periphery of each of the two wheels 6 and 7, some impellers are hinged. wind turbines 9. Each of these wheels will be provided with a certain number of spokes, see for example the spokes 12 of the lower wheel in fig. 2. Each of these impellers 9 is centrally crossed by a pin 10 which is fixed at the upper end near the periphery of the upper wheel 7 and at the lower end near the periphery of the lower wheel 6.
In fig. 2 à ̈ illustrata una vista<1ll>pianta della presente torre eolica nella quale si può comprendere meglio la disposizione a cerchio delle giranti 9, equamente distanziate l'una dall'altra e dall'asse verticale 5. La ruota inferiore 6 comprende una serie di raggi 12 di numero pari al numero delle giranti 9. In fig. 2 shows a plan view of the present wind tower in which it is possible to better understand the circular arrangement of the impellers 9, equally spaced from each other and from the vertical axis 5. The lower wheel 6 comprises a series of spokes 12 equal in number to the number of impellers 9.
Ciascuna di tali giranti 9 à ̈ posta in rotazione ad esempio nel senso del frecce R di fig. 2 dall' azione del vento V. Supponendo che la torre eolica sia investita da un vento avente la direzione delle frecce V, per l'effetto Bozano sulle giranti eoliche rotanti 9 investite dal vento, si vengono a creare delle forze perpendicolari alla direzione del vento e dirette nel senso T contrario alla rotazione delle giranti: tali forze sono simboleggiate in figura dalle frecce Al, A2, A3, A4, A5, A6. Tali forze A 1-A6 perpendicolari alla direzione V del vento sono applicate sugli assi lO delle giranti 9 che quindi mettono in rotazione nel senso della freccia T tutto il complesso mobile della torre eolica, cioà ̈ le due ruote 6 e 7, l'asse verticale 5 e le giranti stesse 9. Come visto l'asse verticale 5 à ̈ collegato mediante un giunto 4 all'albero di un generatore elettrico 2, pertanto mediante tale rotazione T verrà generata da tale generatore una corrente elettrica sostanzialmente proporzionale alla velocità del vento e quindi al moto rotatorio del complesso mobile della torre eolica, cioà ̈ l'asse, le ruote e le giranti. Each of these impellers 9 is rotated for example in the direction of the arrows R of fig. 2 by the action of the wind V. Assuming that the wind tower is hit by a wind having the direction of the arrows V, due to the Bozano effect on the rotating wind impellers 9 hit by the wind, forces perpendicular to the direction of the wind are created and directed in the direction T contrary to the rotation of the impellers: these forces are symbolized in the figure by the arrows Al, A2, A3, A4, A5, A6. These forces A 1-A6 perpendicular to the wind direction V are applied on the axes 10 of the impellers 9 which then rotate in the direction of the arrow T the whole mobile assembly of the wind tower, i.e. the two wheels 6 and 7, the axis vertical axis 5 and the impellers themselves 9. As seen, the vertical axis 5 is connected by means of a joint 4 to the shaft of an electric generator 2, therefore by means of this rotation T an electric current substantially proportional to the wind speed will be generated by this generator and then to the rotary motion of the mobile unit of the wind tower, that is, the axis, the wheels and the impellers.
In fig. 4 à ̈ illustrata una variante esecutiva della presente torre eolica nella quale all'interno sono poste delle ventole Il, aventi la funzione di aspirare il flusso d'aria interno e incanalarlo in un movimento ascendente, verso l'esterno attraverso la ruota superiore. Infatti le ventole Il hanno lo scopo di risucchiare l'aria dall' interno della torre eolica nel senso delle frecce D quando il complesso à ̈ in rotazione, facendolo fuoriuscire dalla parte superiore della torre. Tale risucchio d'aria genera un flusso verticale che sostanzialmente segue il percorso indicato dalle frecce D di fig. 4 fuoriuscendo all'esterno dalla parte superiore della torre eolica. Tale flusso d'aria verticale verso l'alto in direzione D richiamerà quindi l'aria dall' esterno In senso radiale. Tale richiamo di aria dall'esterno faciliterà il flusso d'aria anteriore dovuto al vento e produrrà un flusso d'aria centri peto dall' esterno verso l'interno anche ai lati e nella parte posteriore della torre, contribuendo quindi ulteriormente al movimento rotatorio R e creando un'ulteriore spinta Ap nelle giranti laterali e posteriori. In sostanza grazie al risucchio d'aria verso l'alto, generato dalle ventole Il della presente torre eolica viene richiamata aria dall' esterno verso l'interno della torre, che nella parte anteriore aumenterà l'azione del vento, creando anche ulteriore impulso alle giranti 9 poste ai lati e posteriormente dove non sarebbero esposte all'azione del vento V. La forza Tale carenatura 14 à ̈ anche provvista nella parte supenore, di una copertura bombata 214 che ha il compito di agevolare la fuoriuscita dell' aria, grazie alla spinta delle ventole, dalla parte supenore della torre eolica e di convogliare il vento in direzione delle giranti in maniera tale da eliminare il più possibile le spinte V 1-V2- V3 in fig. 2 contrarie al moto dell' interno complesso e dovute all'azione diretta del vento, per cui come si vede in fig. 6 le spinte V2-V3- V 4 essendo dirette lungo i raggi, non hanno componenti che vadano ad ostacolare il moto dell' impianto. In fig. 4 illustrates an executive variant of the present wind tower in which fans 11 are placed inside, having the function of sucking in the internal air flow and channeling it in an upward movement, towards the outside through the upper wheel. In fact, the fans II have the purpose of sucking the air from the inside of the wind tower in the direction of the arrows D when the complex is in rotation, making it come out from the top of the tower. This suction of air generates a vertical flow which substantially follows the path indicated by the arrows D of fig. 4 coming out from the top of the wind tower. This vertical air flow upwards in direction D will then draw the air from the outside in a radial direction. This recall of air from the outside will facilitate the front air flow due to the wind and will produce a center fart air flow from the outside to the inside also to the sides and rear of the tower, thus further contributing to the rotational movement R and creating an additional thrust Ap in the side and rear rotors. Basically, thanks to the upward suction of air, generated by the fans II of this wind tower, air is drawn from the outside towards the inside of the tower, which in the front part will increase the action of the wind, also creating a further impulse to the impellers 9 placed at the sides and rear where they would not be exposed to the action of the wind V. The force This fairing 14 is also provided in the upper part, with a rounded cover 214 which has the task of facilitating the escape of air, thanks to the thrust of the fans, from the upper part of the wind tower and to convey the wind in the direction of the impellers in such a way as to eliminate as much as possible the thrusts V 1-V2-V3 in fig. 2 contrary to the motion of the complex interior and due to the direct action of the wind, so as seen in fig. 6 the thrusts V2-V3-V 4 being directed along the spokes, have no components that obstruct the motion of the system.
Allo stesso modo nelle figure 9 e lO VIene rappresentata una delle varie tipologie di carenature che si possono realizzare per ottimizzare fl ussi d'aria, aumentando la spinta delle giranti e annullando, si veda la fig. 9, le spinte del vento V2-V3-V4, per avere quindi il maggIOre rendimento possibile dalle torri eoliche dell' impianto per la trasformazione dell' energia eolica in energia elettrica. In definitiva con la carenatura delle figure 9 e lO si cerca di eliminare le spinte negative, cioà ̈ quelle ri volte nella direzione contraria al moto dell' intero complesso. Similarly, figures 9 and 10 show one of the various types of fairings that can be made to optimize air fl ows, by increasing the thrust of the impellers and canceling them, see fig. 9, the thrusts of the wind V2-V3-V4, to therefore have the greatest possible yield from the wind towers of the plant for the transformation of wind energy into electricity. Ultimately, with the fairing of figures 9 and 10 we try to eliminate the negative thrusts, that is, those turned in the opposite direction to the motion of the whole complex.
Di seguito viene descritto l'effetto Bozano scoperto dal titolare della presente domanda mediante alcune sperimentali. In base ai test effettuati si à ̈ riscontrato un comportamento fondamentalmente diverso da quello che si ha per il cilindro dell' effetto Magnus. In primo luogo SI constata che se il cilindro usato per l'effetto Magnus à ̈ fermo, ovvero non in rotazione, per qualsiasi velocità del vento incidente non si ha nessuna spinta laterale, invece utilizzando la girante dell' effetto Bozano al posto del cilindro, partendo sempre da girante ferma, per una certa velocità del vento la girante si mette In moto e Innesca quindi in maniera autonoma il fenomeno della spinta laterale perpendicolare alla direzione del vento. The Bozano effect discovered by the owner of the present application is described below by means of some experiments. On the basis of the tests carried out, it was found a fundamentally different behavior from that which occurs for the cylinder of the Magnus effect. First of all, it is noted that if the cylinder used for the Magnus effect is stationary, i.e. not rotating, for any incident wind speed there is no lateral thrust, instead using the impeller of the Bozano effect instead of the cylinder, always starting from a stationary impeller, for a certain wind speed the impeller starts moving and therefore independently triggers the phenomenon of lateral thrust perpendicular to the direction of the wind.
In questa fase si presenta la seconda differenza rispetto all' effetto Magnus, infatti per basse intensità del vento e quindi con la corrispondente bassa rotazione della girante, SI innesca una spinta laterale perpendicolare alla direzione del vento ma contraria al senso di rotazione della girante, quindi contraria alla rotazione che si ha nel cilindro per l'effetto Magnus a pari intensità di vento. In this phase the second difference with respect to the Magnus effect occurs, in fact for low wind intensities and therefore with the corresponding low rotation of the impeller, SI triggers a lateral thrust perpendicular to the direction of the wind but contrary to the direction of rotation of the impeller, therefore contrary to the rotation that occurs in the cylinder due to the Magnus effect at the same intensity of wind.
Con l'aumentare della velocità del vento si ha pOI anche un corrispondente aumento della velocità di rotazione della girante, cosa che non avviene per il cilindro di Magnus, per CUI l'aumento della spinta laterale sarà dovuto ad entrambe le componenti, sia l'aumento dell' intensità del vento che l'aumento della rotazione della girante. With the increase of the wind speed there is also a corresponding increase in the rotational speed of the impeller, which does not happen for the Magnus cylinder, for which the increase in lateral thrust will be due to both components, both the increase of the intensity of the wind that the increase of the rotation of the impeller.
Inoltre nell' effetto Bozano aVVIene un fenomeno singolare, che non si riscontra nell' effetto Magnus per il cilindro rotante, e cioà ̈ che per una certa velocità del vento cambia il senso della spinta laterale che diventa l'opposto, ovvero nello stesso senso di rotazione della girante, rimanendo pOI tale anche per un ulteriore incremento dell' intensità del vento. Furthermore, in the Bozano effect there is a singular phenomenon, which is not found in the Magnus effect for the rotating cylinder, and that is that for a certain wind speed the direction of the lateral thrust changes which becomes the opposite, or in the same sense of rotation of the impeller, remaining so also for a further increase in the intensity of the wind.
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- 2013-01-07 WO PCT/EP2013/050147 patent/WO2013104578A1/en active Application Filing
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