ITGE20130113A1 - Impianto per lo sfruttamento dell¿energia del moto ondoso, particolarmente per la produzione di energia elettrica - Google Patents

Description

“Impianto per lo sfruttamento dell’energia del moto ondoso, particolarmente per la produzione di energia elettrica”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Il presente trovato fa riferimento agli impianti per lo sfruttamento dell’energia del moto ondoso dei mari, particolarmente per la produzione di energia elettrica.

Come stato dell’arte nota più prossima al ritrovato, si citano i brevetti US 4883 411, US 6 388 342. Tutti questi impianti secondo l’arte nota prevedono l’uso di almeno una pompa idraulica di tipo alternativo, sommersa verticalmente, ancorata col corpo a mezzi di supporto fissi e sommersi e collegata con lo stantuffo ad un galleggiante che viene sollevato ed abbassato dal moto ondoso, in modo da essere da questo animato del movimento alternativo assiale necessario per aspirare acqua dal mare e per pomparla verso mezzi d’impiego, ad esempio per azionare una turbina collegata ad un alternatore per la produzione di energia elettrica. Il galleggiante segue anche la componente orizzontale del movimento ondoso per cui è usualmente previsto che il corpo della pompa sia ancorato al fondo marino con la propria estremità inferiore, in modo che la pompa stessa possa oscillare per mantenersi col proprio asse longitudinale sempre allineata al galleggiante, per evitare deformazioni ed usure dello stelo, tirante o cavo che collega reciprocamente il galleggiante ed il pistone della pompa ed usure dell’estremità del corpo pompa attraversata da tale stelo, tirante o cavo.

Dal brevetto USA No.8 093 743 a nome del medesimo richiedente della presente domanda di brevetto, è noto un impianto per la produzione di corrente elettrica mediante sfruttamento del moto ondoso secondo il quale si prevede di far scorrere assialmente un galleggiante in un pozzo addossato alla, o ricavato nell’opera muraria di una diga foranea, e comunicante col mare aperto attraverso una bocca nella quale entra e rifluisce l’onda che solleva ed abbassa il galleggiante guidato assialmente nel detto pozzo, il tutto in modo che lo stesso galleggiante può essere collegato al pistone della pompa con uno stelo rigido e la stessa pompa può avere una collocazione fissa, con semplificazioni anche nel ritorno del gruppo mobile galleggiante-pistone nella posizione bassa per effetto della gravità ed in concomitanza col cavo dell’onda. Grazie a questa costruzione è possibile sfruttare in pieno l’effetto noto come “clapotis” secondo il quale l’onda entrante riflessa da una parete genera un’onda clapotis avente una ampiezza doppia rispetto sia all’onda entrante che a quella di ritorno, rendendo così possibile l’elevazione del galleggiante ad una altezza, a parità di altezza d’onda, non raggiungibile con i normali sistemi a galleggiante.

Tuttavia, condizione essenziale per l’ottenimento di questo sorprendente risultato è che l’impianto sia appoggiato o ricavato all’interno di una diga foranea a parete verticale. Nel caso di porti che hanno una diga foranea a massi (tetrapodi di cemento, blocchi di cemento o massi di pietra) tale sistema non è applicabile.

Costituisce pertanto lo scopo della presente invenzione di utilizzare, in presenza di dighe foranee del tipo a massi, una palizzata costituita da tubi di grosso diametro piantati come pali nel fondo marino, in maniera da realizzare una vera e propria diga di tubi posta davanti alla diga di massi, che alloggiano al loro interno l’impianto motore a galleggianti. Conformemente alla presente invenzione, vengono usati dei tubi portanti di grande diametro che possono essere piantati come pali nel fondo marino, che sporgono dal livello del mare con un tratto di sufficiente altezza e che sono posti uno di fianco all’altro, per formare una vera e propria diga posta ad esempio davanti ad una diga foranea a massi. In presenza di una diga foranea a parete verticale, i detti tubi portanti possono essere fissati all’opera muraria della diga e collocati sul fronte rivolto verso il mare aperto. Ogni tubo portante è dotato al livello dell’acqua, di almeno una finestra presso la quale staziona un galleggiante collegato ad un gruppo di pompaggio posto assialmente nel tubo. Secondo una forma preferita di attuazione, il galleggiante è fissato all’estremità superiore del corpo di una pompa a stantuffo che con la propria estremità inferiore comunica con la camera interna del tubo portante e con l’acqua che lo impegna, attraverso un mezzo a valvola unidirezionale che s’apre e lascia entrare acqua dorante il movimento di discesa del galleggiante. Lo stantuffo della pompa è di forma cava, con la propria estremità superiore è fisso alla sommità del tubo portante, è coassialmente disposto in questo ed è collegato ad un condotto di mandata dell’acqua pompata attraverso un mezzo a valvola unidirezionale che s’apre durante la corsa di sollevamento del galleggiante. Secondo una forma preferita di realizzazione, nel tubo portante sono previste delle guide longitudinali ed in rilievo, sulle quali scorre guidato lateralmente il galleggiante e tali guide possono attraversare la detta finestra anche con funzione di griglia di protezione contro l’ingresso di corpi indesiderati. Dei mezzi a paratoia possono essere previsti per regolare la luce della finestra di ingresso dell’onda in ogni tubo portante, per adattare il sistema alle diverse condizioni del mare e/o alle diverse necessità di funzionamento.

Maggiori caratteristiche del trovato ed i vantaggi che ne derivano, appariranno meglio evidenti dalla seguente descrizione di alcune forme preferite di realizzazione dello stesso, illustrate a puro titolo d’esempio, non limitativo, nelle figure delle quattro tavole allegate di disegno, in cui:

� La fig. 1 è una vista laterale e con parti in sezione di una possibile forma esecutiva di un modulo di trasformazione di un impianto secondo il trovato, particolarmente nell’abbinamento ad una diga foranea a parete verticale;

� La fig. 2 illustra ingrandito e sezionato il complesso portante e telescopico del modulo di cui alla figura precedente, nella versione utile alla formazione di una pompa con un componente fisso e con l’altro collegato al galleggiante che sfrutta il moto ondoso;

� La fig.3 illustra dei dettagli rilevati secondo la linea di sezione trasversale III-III del modulo di cui alle precedenti figure 1 e 2;

� La fig.4 è una pianta dell’impianto secondo il trovato che impiega una pluralità di moduli di trasformazione del tipo di cui alla figura 1 od alla successiva figura 5; � La fig. 5 è una vista laterale e con parti in sezione di una ulteriore forma esecutiva di un modulo di trasformazione di un impianto secondo il trovato, particolarmente nell’abbinamento ad una diga foranea a massi;

� La fig.6 illustra schematicamente una variante esecutiva di un diverso sistema di fissaggio in opera di un modulo di trasformazione come dalla figura 5;

� Le figure 7 ed 8 illustrano sezionate longitudinalmente le parti relativamente mobili di un modulo di trasformazione, con sistemi diversi per la produzione di energia meccanica od elettrica.

Dalle figure 1 e 5 si rileva che il trovato prevede l’uso di tubi 1,1’ preferibilmente a sezione tonda o con altra adatta sezione equivalente, di grande diametro, ad esempio sull’ordine di circa 2,5-3 metri, di qualsiasi materiale adatto per gli usi di cui trattasi, preferibilmente di tipo prefabbricabile, che di preferenza vengono collocati sul fronte esterno di una diga foranea D ad esempio del tipo a fronte verticale F come dalla figura 1, o sul fronte esterno di una diga foranea a massi D’ come dalla figura 5, essendo gli stessi tubi 1,1’ di lunghezza tale da appoggiare con la loro estremità inferiore sul fondo marino, come nell’esempio di figura 1 o da poter essere conficcati per un giusto tratto nello stesso fondo marino, come illustrato per i tubi 1’ di figura 5 e gli stessi tubi 1,1’ sono caratterizzati dallo sporgere per un giusto tratto dal livello 2 del mare, in modo che la loro estremità superiore risulti ad esempio circa alla stessa quota della sommità della diga D o D’.

I tubi 1,1’ sono dotati sulla superficie laterale esterna, di una struttura longitudinale di riporto 3 che li interessa almeno per il tratto emerso e che nella soluzione di figura 1 viene fissata ad una struttura di staffaggio 4 fissa alla diga D, per solidarizzare saldamente a questa i tubi 1, mentre nella soluzione di figura 5, dove i tubi 1’ sono piantati, la stessa struttura di staffaggio 4 può non essere prevista, come indicato con segno a trattini. La variante di figura 6 illustra che i tubi 1 possono essere fissati stabilmente sul fronte esterno di una diga foranea del primo o del secondo tipo, per mezzo di pali di fondazione 5 saldamente piantati nel suolo marino ed ai quali gli stessi tubi 1 sono fissati con la loro struttura esterna 3 e per mezzo di ancoraggi 104 opportunamente conformati e distribuiti. Questa variante consentirebbe di non piantare i tubi 1 nel suolo e di predisporre sulla loro estremità inferiore delle aperture laterali 6 come dall’esempio di figura 1, od anche del tipo a becco di flauto, utili per consentire il continuo deflusso della sabbia trasportata dall’acqua, per evitare che la sabbia stessa si accumuli nel tratto sommerso del tubo 1 impegnato da un componente mobile del modulo di trasformazione secondo il trovato, a seguito descritto, evitando così di pregiudicare il funzionamento di questo componente mobile.

I tubi 1,1’ sono dotati lateralmente di una finestra 7 rivolta verso il mare aperto, di altezza tale da essere intersecata dal livello 2 dell’acqua in qualsiasi condizione di marea, in modo che il movimento ondoso possa entrare nei tubi 1, 1’ attraverso tale finestra 7, come indicato dalle frecce Z. Secondo una forma preferita di realizzazione del trovato, all’interno dei tubi 1,1’ sono fissate in rilievo delle guide longitudinali 8 (fig. 2,3), in giusto numero e tra loro simmetricamente distanziate, che interessano sia il tratto sommerso che quello emerso degli stessi tubi 1,1’ ed una parte di tali guide 8 attraversa la finestra 7 per assolvere oltre alle funzioni fondamentali, più avanti precisate, anche le funzioni di griglia di protezione, utili per evitare l’ingresso nel tubo 1 di corpi estranei.

Dalle figure 1 e 5 si rileva che la struttura 3 sostiene un condotto a gomito 9 che per mezzo di un dispositivo di clampatura 10, anch’esso vincolato a detta struttura 3, è collegato amovibilmente ad una canna verticale 11, con la interposizione di mezzi a valvola unidirezionale 12 che s’aprono automaticamente in presenza di un flusso che va dalla canna 11 al gomito 9 e che in presenza di un flusso contrario si chiudono automaticamente. La canna 11 è disposta assialmente nel tubo 1, ha una estensione tale da oltrepassare la finestra 7 e sulla stessa scorre telescopicamente, con minima interferenza o con la interposizione di eventuali mezzi di tenuta 13 (fig. 2), una canna mobile 14 che sull’estremità inferiore è dotata di una valvola unidirezionale 15 che s’apre in presenza di un flusso entrante nella stessa canna 14 e che con l’estremità superiore è solidale ad un galleggiante 16 superiormente ed inferiormente conicizzato, che pesca sul livello 2 del mare e che con la propria base è normalmente collocato in corrispondenza della finestra laterale 7 del tubo 1 od 1’ per rilevare il movimento ondoso. Il galleggiante 16 ha sezione tonda ed ha una larghezza tale da cooperare con sufficiente gioco con le guide 8, in modo da poter scorrere agevolmente su queste e da poter essere dalle stesse indotto a disporsi col proprio asse in sostanziale allineamento con quello del tubo 1 od 1’. La superficie esterna del galleggiante può essere rivestita con anelli sostituibili (non illustrati) di materie plastiche che ne agevolino lo scorrimento sulle guide 8.

Nella figura 1, con 16’ e 16” sono indicate rispettivamente le posizioni di massimo sollevamento e di massimo abbassamento del galleggiante 16 nel tubo 1 per effetto dell’azione su questo del movimento ondoso, per cui le canne 11 e 14 saranno dimensionate con una estensione tale da consentire un tale movimento relativo ed in modo da non interferire tra loro nella condizione di massimo sollevamento del galleggiante 16. Le valvole 15 e 12 sono state illustrate come valvole unidirezionali a sfera per facilitare la comprensione della loro funzione di blocco e sblocco, ma resta inteso che nella realtà le stesse saranno più correttamente del tipo a membrana, a farfalla, a wafer o d’altro tipo adatto per gli scopi di cui trattasi.

E’ evidente come in seguito al movimento di abbassamento e di sollevamento del galleggiante 16 da parte delle onde che entrano nella finestra 7 dei tubi 1,1’, il volume delle camere interne delle canne 11,14 rispettivamente aumenti, aspirando acqua dal mezzo a valvola 15, e diminuisca pompando acqua attraverso il mezzo a valvola 12 ed attraverso il gomito 9 che, come illustrato nello schema di figura 4, potrà essere collegato mediante condotti di derivazione 17 ad un collettore 18 che attraverso una eventuale unità di compensazione idropneumatica 19 potrà alimentare una turbina schematicamente indicata con 20, il cui condotto di scarico 21 scarica a valle della diga D,D’ e sul cui asse è calettato un generatore di corrente elettrica 22, essendo tutti i componenti critici 19,20,22 opportunamente protetti ed alloggiati in un’apposita struttura associata in modo noto alla diga e per questo non illustrata.

Va rilevato che con la soluzione delle figure 5 e 6 l’impianto può eventualmente essere disgiunto dalla diga foranea in quanto i tubi 1’,1 possono essi stessi formare una diga con caratteristiche tali da poter sostenere da soli od in combinazione con pali di fondazione del tipo indicati con 5 nella figura 6, la struttura necessaria per il supporto e l’alloggiamento dei componenti critici 19,20,22 prima considerati con riferimento alla figura 4.

I vantaggi che derivano dall’impianto secondo il trovato rispetto a quelli dell’arte nota, possono essere così compendiati:

� Il modulo di trasformazione può essere adattato a qualsiasi tipo di diga foranea o, come detto in precedenza può esso stesso formare una diga portante;

� All’interno del tubo 1,1’ di ogni modulo di trasformazione è alloggiato, protetto ed è mantenuto nella necessaria condizione di allineamento assiale il gruppo formato dal galleggiante e dall’unità di pompaggio;

� La presenza delle guide longitudinali 8 garantisce l’autocentratura del sistema galleggiante-pompa rispetto all’asse del tubo 1,1’ per cui il vincolo dello stesso sistema al supporto superiore 3 risulta estremamente semplificato;

� Lo stesso sistema galleggiante-pompa è sostenuto in posizione dal solo supporto superiore 3 per cui, in qualsiasi momento, è possibile intervenire con grande comodità su tale supporto esterno per sfilare il sistema dal tubo 1,1’ per revisionarlo o sostituirlo e per effettuare eventuali manutenzioni o pulizie all’interno degli stessi tubi portanti 1,1’;

� La parte sommersa del tubo 1,1’ rimane sempre piena d’acqua anche col cavo dell’onda e per questo funge da efficace ammortizzatore e freno alla discesa del galleggiante, particolarmente in presenza di onde molto alte, con le quali il galleggiante non segue il cavo dell’onda, ma si ferma prima;

� E’ possibile prevedere sul tubo 1, con un comando dall’alto facilmente realizzabile dal tecnico del ramo in modo manuale o servocomandato, una paratoia indicata schematicamente nella figura 2 dalla doppia freccia 23, per regolare l’ampiezza della luce della finestra 7, per adattare il funzionamento dell’impianto alle condizioni variabili del mare e per neutralizzare e proteggere i sistemi interni ai tubi 1,1’ anche in presenza di burrasche.

Resta inteso che con l’impianto descritto è possibile realizzare impianti per la produzione di energia elettrica che siano alternativi o combinati a quello idroelettrico prima considerato, ad esempio con la soluzione di figura 7 che prevede il fissaggio di cremagliere longitudinali 24 sulla canna mobile 14’ che in questo caso è si estende con un tratto al di sopra del galleggiante 16 e che coopera con pignoni 25 posti sopra al livello dell’acqua, sostenuti girevoli dal tubo 1,1’ e coi quali è possibile trasmettere la rotazione ad un generatore di energia elettrica.

Un altro sistema alternativo di produzione di energia elettrica è illustrato nella figura 8 e prevede l’alloggiamento preferibilmente nella canna fissa 11 di bobine elettriche 26 con relativi terminali 126, nelle quali viene generata una corrente elettrica per effetto del campo magnetico indotto da unità magnetiche 27 alloggiate nella canna mobile 14 che anche in questo caso è dotata di un tratto 14’ che si estende di preferenza al di sopra del galleggiante 16, in modo che l’equipaggio elettromagnetico 26,27 possa essere collocato fuori acqua.

Resta inteso che la descrizione si è riferita a forme preferite di realizzazione del trovato, alle quali possono essere apportate numerose modifiche costruttive ed equivalenze tecniche, il tutto per altro senza abbandonare il principio informatore dell’invenzione, come descritto, illustrato e come a seguito rivendicato. Nelle rivendicazioni, i riferimenti riportati tra parentesi sono puramente indicativi e non limitativi dell’ambito di protezione delle stesse rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per lo sfruttamento dell’energia del moto ondoso, particolarmente per la produzione di energia elettrica, del tipo che comprende un galleggiante collegato al componente mobile ed inferiore di un gruppo pompante che scorre assialmente in un corpo fisso che pesca nel mare e che è predisposto per aspirare acqua in seguito all’abbassamento del galleggiante e che in concomitanza col sollevamento energico dello stesso galleggiante da parte dell’onda, pompa acqua e la invia a mezzi d’impiego, ad esempio a mezzi di conversione idroelettrica (20,22), caratterizzato dal fatto che il detto galleggiante (16) scorre guidato lateralmente in un tubo di guida (1,1’) di grande diametro, immerso nel mare con la propria estremità inferiore, che con l’altra estremità è orientato verso l’alto, che è fissato a qualsiasi adatti mezzi di supporto e che è dotato lateralmente di almeno una finestra (7) posta a livello del mare, presso la quale staziona normalmente il detto galleggiante ed attraverso la quale entra l’onda del mare per sollevare ed abbassare lo stesso galleggiante che è solidale assialmente ad una canna mobile (14) che si estende verso il basso per pescare acqua dal mare attraverso mezzi a valvola d’aspirazione (15) e che attraversa assialmente il detto galleggiante per consentire l’ingresso nella stessa di una canna fissa di pompaggio (11) che attraverso mezzi a valvola di scarico (12) è collegata superiormente ad un condotto fisso (9) posto sull’estremità superiore del detto tubo di guida (1,1’) per la mandata dell’acqua pompata dal detto sistema di canne fisse e mobili (11,14) azionato dal galleggiante (16) e provvisto dei detti mezzi a valvola (12,15), essendo previsto che il detto condotto fisso (9) abbia una conformazione a gomito od altra equivalente e che tale condotto (9) e/o la detta canna fissa (11) siano sostenuti da una struttura di supporto (3,10) posta nella parte alta ed emersa del detto tubo di guida (1,1’), così che agendo con facilità su tale struttura di supporto (3,10) è possibile rimuovere il complesso pompa-galleggiante per ogni sua manutenzione ed è possibile accedere all’interno dello stesso tubo di guida (1,1’) per ogni sua necessità di manutenzione e/o di pulizia.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1), in cui il tubo guida (1,1’) è dotato esternamente ed almeno sul tratto emerso, di una struttura di riporto (3) predisposta per poter essere fissata ad una struttura di accoglimento e di supporto (4) a sua volta predisposta per la collocazione ed il fissaggio sul fronte esterno dell’opera muraria di una diga foranea (D) a fronte verticale (F).
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1), in cui il tubo guida (1,1’) è dotato esternamente ed almeno sul tratto emerso, di una struttura di riporto (3) predisposta per poter essere fissata ad una struttura di accoglimento e di supporto (104) fissata su pali di fondazione (5) saldamente piantati nel fondo marino, preferibilmente sul fronte esterno di una diga foranea a massi (D’).
4. 4. Impianto secondo la rivendicazione 1), il cui il tubo guida (1) viene piantato nel fondo marino, preferibilmente sul fronte esterno di una diga foranea a massi (D’), in modo da risultare saldamente fisso nella posizione d’uso, con od anche senza alcun collegamento strutturale alla stessa diga (D’).
5. 5. Impianto secondo la rivendicazione 1), in cui il tubo guida (1,1’) è dotato inferiormente di aperture (6) per limitare od evitare il deposito di sabbia nel tratto immesso dello stesso tubo guida e/o per facilitare la periodica pulizia interna del medesimo tubo guida (1,1’).
6. 6. Impianto secondo la rivendicazione 1), in cui il tubo guida (1,1’) è dotato internamente di guide longitudinali (8) che interessano sia il tratto emerso che quello immerso dello stesso tubo guida e sulle quali scorre guidato assialmente il galleggiante (16) che può essere esternamente dotato di parti a basso coefficiente d’attrito, sostituibili, per facilitare lo scorrimento dello stesso galleggiante sulle dette guide (8).
7. 7. Impianto secondo la rivendicazione 6), in cui le dette guide (8) attraversano in parte la luce della detta finestra (7) di ingresso dell’onda nel tubo guida (1,1’) e fungono da griglia di protezione o da supporti per una tale griglia che evita l’ingresso di corpi estranei nel tubo guida (1,1’).
8. 8. Impianto secondo la rivendicazione 1), in cui le dette canne mobile (14) e fissa (11) del gruppo pompante, possono essere usate per produrre energia meccanica da destinare a qualsiasi impiego, sfruttando la mobilità rettilinea e relativa delle stesse canne ed un qualsiasi meccanismo che permette di convertire il detto movimento rettilineo in un movimento rotatorio, ad esempio con un meccanismo a cremagliere (24) ed a pignoni (25).
9. 9. Impianto secondo la rivendicazione 1), in cui le dette canne mobile (14) e fissa (11) del gruppo pompante, possono essere usate per produrre energia elettrica sfruttando la mobilità rettilinea e relativa delle stesse canne ed un qualsiasi apparato che permette di convertire il detto movimento rettilineo in energia elettrica, ad esempio attraverso un apparato elettromagnetico a bobine (26) preferibilmente fisse ed a magneti mobili (27).
10. 10. Impianto secondo la rivendicazione 1), in cui sul tubo guida (1,1’) è prevista in corrispondenza della finestra laterale (7), con possibilità di movimentazione manuale o servocomandata, almeno una paratoia (23) per regolare l’ampiezza della luce della stessa finestra (7), per adattare il funzionamento dell’impianto alle condizioni variabili del mare e per neutralizzare e proteggere i sistemi interni ai tubi guida (1,1’) anche in presenza di forti mareggiate.