ITMI20080728A1 - Sistema per la produzione di energia elettrica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale:

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la generazione e produzione di energia elettrica.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un sistema per la generazione e produzione di energia elettrica che sfrutta fenomeni naturali quali il movimento di un fluido, ad esempio generato da onde del mare, correnti marine, o spostamento di aria generato da fenomeni ventosi.

Sono noti allo stato della tecnica dispositivi per la generazione di energia elettrica che sfruttano un flusso d’aria quali ad esempio i cosiddetti aerogeneratori cioè dispositivi provvisti di pale che vengono messe in rotazione dal vento e che trasmettono la loro rotazione ad un generatore elettrico.

Sono inoltre noti generatori che sfruttano il moto ondoso quali ad esempio quelli descritti nella domanda di brevetto internazionale WO2007019608. Tale documento descrive un dispositivo di cattura dell’energia generata dalle onde marine che comprende una base adatta per essere fissata sul fondo marino ed una pluralità di pale o palette montate su una struttura girevolmente vincolata a tale base. Il movimento di tali pale, generato dalle onde marine, attorno ad un asse orizzontale della struttura, può essere sfruttato da una convenzionale dinamo per generare energia elettrica.

La Richiedente ha osservato che tale dispositivo traduce meccanicamente l’energia generata dalle onde marine in un movimento lungo un unico asse, sul quale viene montata la citata dinamo. Quale mezzo per la produzione di energia, si adotta una macchina rotativa a simmetria cilindrica (la citata dinamo), vincolata meccanicamente a due organi in moto relativo di rotazione tra loro.

La Richiedente si è posta il problema di come trasformare un moto generato in direzioni differenti ed in modo casuale, in energia elettrica senza la necessità di vincolare tale moto ad una o più rotazioni attorno ad un asse e di richiedere un contatto meccanico tra la parte solidale al basamento e la parte mobile azionabile dal fenomeno naturale.

La Richiedente ha realizzato un sistema per la generazione di energia elettrica in cui il movimento di una pala generato da un fenomeno naturale, quale ad esempio il moto ondoso, viene trasmesso tramite un giunto sferico ad un dispositivo di interazione magnetica che trasforma il movimento trasmesso dal giunto sferico in variazioni di flusso magnetico.

Tali variazioni di flusso magnetico possono essere utilizzate sia per generare corrente elettrica, ad esempio tramite avvolgimenti elettrici opportunamente disposti, sia per generare un ulteriore movimento meccanico lungo assi predeterminati.

Un aspetto della presente invenzione riguarda un sistema di generazione di energia elettrica secondo le caratteristiche della rivendicazione 1 allegata. Ulteriori caratteristiche della presente invenzione risulteranno chiare dalla descrizione che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, in cui:

• la figura 1 mostra schematicamente una vista prospettica di una forma di realizzazione del sistema di generazione secondo la presente invenzione;

• la figura 2 mostra in esploso il sistema di generazione di figura 1 secondo la presente invenzione;

• la figura 3 mostra schematicamente in vista prospettica una pala secondo la presente invenzione;

• la figura 4 illustra schematicamente il dispositivo di interazione magnetica secondo la presente invenzione;

• la figura 5 illustra la porzione del sistema di generazione che comprende un giunto sferico.

Con riferimento alle figure menzionate, il sistema per la generazione e produzione di energia elettrica secondo la presente invenzione è atto a sfruttare fenomeni naturali quali i movimenti di un fluido, ad esempio le onde del mare, le correnti marine, o gli spostamenti di aria generati da fenomeni ventosi. Il sistema sfrutta la presenza di almeno una pala o vela, che può essere realizzata in varie forme, atta a muoversi lungo direzioni casuali per effetto del movimento di un fluido.

Il sistema secondo la presente invenzione nella sua forma di realizzazione illustrata comprende, quindi, una pala o vela 2 avente preferibilmente tre ali o fogli 21, disposti sostanzialmente a 120° tra loro e uniti lungo un asse centrale X. Preferibilmente, tali ali presentano un profilo smussato ed una forma tale da adattarsi in modo ottimale alla spinta provocata dal movimento del fluido.

In alternativa, tali ali possono presentare profili differenti o essere presenti in numero differente, o ancora la pala può essere di forma sostanzialmente cilindrica o troncoconica.

La pala comprende, inoltre, un albero baricentrico 22 per mezzo del quale essa viene connessa al sistema. Ai fini della presente invenzione per albero baricentrico si intende che il centro di massa della pala 2 giace su una linea coincidente con l’asse di tale albero 22.

In accordo con la presente invenzione, il sistema comprende, inoltre, mezzi di trasmissione del movimento della pala ad un dispositivo di interazione magnetica atto a convertire l’energia meccanica associata al movimento dalla pala in variazioni di flusso magnetico.

Secondo la presente invenzione tali mezzi di trasmissione comprendono una calotta esterna 3, una calotta interna superiore 4, una porzione sferica 5, un giunto sferico “uniball” la cui parte esterna è vincolata alla calotta esterna 3, ed una calotta interna inferiore 6. L’albero 22 della pala 2 attraversa senza contatto la calotta 3 per mezzo del foro 32, passa per un foro 44 realizzato sulla sfera 45 del giunto “uniball”, e viene vincolato alla porzione sferica 5 attraverso il foro 51. Tale sfera 45 è vincolata a ruotare attorno al suo centro 46 in una sede realizzata da porzioni concave 47 connesse a tale calotta 3. La calotta esterna 3, la calotta interna superiore 4, la calotta interna inferiore 6 sono assemblate tra loro. Tale dispositivo di interazione magnetica comprende almeno un magnete di attivazione MS associato alla porzione sferica 5 che provoca il movimento di uno o più magneti mobili o scorrevoli M determinando una variazione di flusso magnetico o di pressione di un generico fluido.

Tali mezzi di trasmissione ottimizzano il processo di conversione di energia meccanica associata al moto originato da tale movimento di fluido in energia elettrica.

La calotta esterna 3 è preferibilmente sostanzialmente sferica e comprende una cavità 31 centrale, di forma sostanzialmente troncoconica, terminante in un foro centrale 32, nel quale viene inserito l’albero 22 della pala 2. Preferibilmente, tale foro e tale cavità sono assialmente allineati tra loro e con l’asse centrale della calotta. L’albero della pala è anch’esso allineato con tale asse, quando è disposto in verticale rispetto al giunto.

Inferiormente a tale calotta esterna è prevista la calotta interna superiore 4 che comprende una porzione semisferica 41 sormontante una porzione anulare 42. Tale porzione semisferica è provvista di un foro terminale 43.

L’albero della pala 22 è inferiormente vincolato alla porzione sferica 5, provvista di un foro superiore 51 all’interno del quale si inserisce l’estremità di tale albero 22. La porzione sferica 5 è realizzata di dimensioni tali da essere rivestita superiormente dalla porzione semisferica 41 e inferiormente dalla calotta interna inferiore 6, in particolare da una analoga porzione semisferica 61.

Il giunto sferico composto dagli elementi 45 e 47 consente il movimento libero della pala attorno all’asse X e consente a tale albero di inclinarsi rispetto a tale asse X per un angolo di inclinazione α, che dipende dall’angolazione della cavità troncoconica 31, dalle caratteristiche cinematiche del giunto sferico, dall’ampiezza del foro superiore 43 della calotta interna superiore 4 e dall’ampiezza del foro superiore 32 della calotta esterna 3.

Angolazioni adatte allo scopo della presente invenzione, per tale angolo di inclinazione α sono comprese tra 0° e 90° preferibilmente tra 0° e 25°.

Tali mezzi di trasmissione sono preferibilmente inseriti in un elemento cilindrico cavo di base 71 a sua volta posto su un piedistallo di fissaggio 72 atto a fissare il sistema nel suo complesso in una posizione prestabilita, quale ad esempio il fondo marino o in generale un punto favorevole per ricevere il movimento del fluido che attiva la pala.

Il movimento della pala viene trasmesso tramite l’albero 22 alla porzione sferica 5, il cui centro coincide con il centro della sfera 46 del giunto sferico, determinando la rotazione di tale porzione all’interno dello spazio definito tra calotta superiore interna 4 e la calotta inferiore interna 6. Il movimento della porzione sferica 5 determina tramite il dispositivo di interazione magnetica la citata variazione di flusso magnetico che può essere preferibilmente utilizzata per produrre energia elettrica.

In particolare, tale dispositivo di interazione magnetica nella forma di realizzazione illustrata in figura 4, comprende una pluralità di protuberanze cilindriche 62 cave che si estendono dalla porzione semisferica 61 della calotta inferiore interna 6 verso l’esterno, e dalla porzione semisferica 41 della calotta superiore interna 4 verso l’esterno, preferibilmente in direzione radiale.

All’interno di tali protuberanze cave sono inseriti, in modo da poter scorrere, uno o più magneti scorrevoli M aventi polarità predeterminata. Sulla porzione terminale della protuberanza cilindrica sono previsti mezzi di contrasto del movimento di tali magneti, che possono essere realizzati tramite una molla o tramite un ulteriore magnete MC. Il lato del magnete MC che si affaccia ai magneti M ha la stessa polarità del lato del magnete M che si affaccia al magnete MC.

Associato alla superficie esterna di tale elemento cilindrico 62 è previsto almeno un magnete di attivazione MS, vincolato alla porzione sferica 5. Il lato del magnete MS che si affaccia ai magneti M ha la stessa polarità del lato del magnete M che si affaccia al magnete MS.

Preferibilmente, attorno a tale protuberanza cilindrica è prevista la presenza di almeno un avvolgimento elettrico A.

Nella figura 4 si illustrano le direzioni di movimentazione di tali magneti in modo da contribuire a rendere esplicito il funzionamento del dispositivo di interazione magnetica e del sistema di generazione di energia elettrica nel suo complesso.

In particolare, il magnete di attivazione MS si muove lungo la linea L, che coincide sostanzialmente con il profilo esterno della porzione sferica 5.

Il passaggio di tale magnete in prossimità di ogni protuberanza cilindrica genera una forza di repulsione magnetica nei confronti dei magneti scorrevoli M che tendono a spostarsi in direzione del magnete di contrasto MC.

Una volta che il magnete di attivazione si allontana dal lato della protuberanza cilindrica che si affaccia al magnete MS, per effetto di tale magnete di contrasto i magneti scorrevoli tendono a risalire fino ad una posizione predeterminata di equilibrio magnetico.

Il movimento dei magneti scorrevoli determina variazioni di flusso magnetico nella zona circostante ad ogni protuberanza magnetica. Vantaggiosamente uno o più avvolgimenti elettrici possono trasformare tali variazioni di flusso magnetico in corrente elettrica e convogliare, tramite opportuni mezzi quali ad esempio raddrizzatori e trasformatori, tale corrente ad uno o più accumulatori o direttamente ad una rete di distribuzione

In alternativa, il movimento dei magneti scorrevoli può essere utilizzato per determinare all’interno di ogni protuberanza il pompaggio di fluido. Ciò può essere realizzato ad esempio tramite un canale di immissione ed uno di uscita del fluido stesso nella protuberanza ed un pistone associato ai magneti scorrevoli. Il fluido pompato può essere utilizzato anche per generare successivamente corrente elettrica in modo analogo a quanto avviene nelle centrali idroelettriche o semplicemente il sistema della presente invenzione può essere utilizzato per pompare un fluido (i.e. acqua di mare). Una possibile variante della presente invenzione prevede che le citate ali possano essere mobili rispetto alla struttura della pala nel suo complesso per consentire di evitare eccessive sollecitazioni dovute alla forza espressa da un fenomeno naturale molto rilevante.

Inoltre, per regolare il funzionamento del sistema in presenza di un fenomeno naturale di entità molto variabile, è possibile introdurre un dispositivo di controllo della distanza tra i vari magneti per massimizzare la trasformazione, in base alla sollecitazione esterna, stimabile ad esempio tramite un opportuno sistema di sensori.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la generazione di energia elettrica comprendente una pala (2) atta a muoversi lungo direzioni casuali per effetto del movimento di un fluido, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di trasmissione del movimento della pala ad un dispositivo di interazione magnetica atto a convertire l’energia meccanica associata a tale movimento dalla pala in variazioni di flusso magnetico o di pressione di un generico fluido.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui tali mezzi di trasmissione del movimento della pala comprendono un giunto sferico.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui tale dispositivo di interazione magnetica comprende almeno un magnete di attivazione che si muove in modo solidale alla pala e provoca il movimento di un magnete mobile o scorrevole determinando una variazione di flusso magnetico.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui tali mezzi di trasmissione comprendono una calotta esterna (3), un giunto sferico composto dalla sfera (45) e da porzioni concave (47), una calotta interna superiore (4), una porzione sferica (5), associata ad un albero (22) della pala, ed una calotta interna inferiore (6) assemblate tra loro.
5. 5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui la calotta esterna (3) è sostanzialmente semisferica e comprende una cavità (31) centrale, di forma sostanzialmente troncoconica, terminante in un foro centrale (32), nel quale viene inserito l’albero (22) della pala (2).
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui tale foro e tale cavità sono assialmente allineati tra loro e con l’asse centrale della calotta.
7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui la calotta interna superiore (4) comprende una porzione semisferica (41) sormontante una porzione anulare (42) provvista di un foro terminale (43).
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui la porzione sferica (5) comprende un foro superiore (51) all’interno del quale si inserisce l’estremità di tale albero (22).
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui la porzione sferica (5) è realizzata di dimensioni tali da essere rivestita superiormente dalla porzione semisferica (41) e inferiormente dalla calotta interna inferiore (6), in particolare da una analoga porzione semisferica (61).
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui tale pala (2) comprende tre ali o fogli (21), disposti sostanzialmente a 120° tra loro e uniti lungo un asse centrale (X).
11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui, tali ali presentano un profilo smussato.
12. 12. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui tale pala è libera di muoversi attorno all’asse X e tale albero (22) è in grado di inclinarsi rispetto a tale asse X per un angolo di inclinazione α compreso tra 0° e 25°.
13. 13. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui il meccanismo di conversione energetica è inserito in un elemento cilindrico cavo di base (71) a sua volta posto su un piedistallo di fissaggio (72) atto a fissare il sistema nel suo complesso in una posizione prestabilita.
14. 14. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere vincolabile sul fondo marino.
15. 15. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui tale dispositivo di interazione magnetica comprende una pluralità di protuberanze cilindriche (62) cave che si estendono dalla porzione semisferica (61) della calotta inferiore interna (6) verso l’esterno, e dalla porzione semisferica (41) della calotta superiore interna (4) verso l’esterno, all’interno di tali protuberanze cave essendo inseriti, in modo da poter scorrere, uno o più magneti scorrevoli (M) aventi polarità predeterminata, sulla porzione terminale inferiore della protuberanza cilindrica essendo previsti mezzi di contrasto del movimento di tali magneti ed inoltre, associato alla superficie esterna di tale elemento cilindrico, essendo previsto almeno un magnete di attivazione (MS), avente polarità opportuna rispetto ad almeno un magnete scorrevole (M) inserito all’interno della protuberanza cilindrica, tale da determinare una forza magnetica repulsiva tra il magnete (MS) ed almeno uno dei magneti (M).
16. 16. Sistema secondo la rivendicazione 15, in cui tale magnete di attivazione MS è vincolato alla pozione sferica(5).
17. 17. Sistema secondo la rivendicazione 15, in cui tali mezzi di contrasto comprendono una molla o un ulteriore magnete (MC), avente polarità opportuna rispetto ad almeno uno dei magneti scorrevoli (M), tale da determinare una forza magnetica repulsiva tra il magnete (MC) ed almeno uno dei magneti (M).
18. 18. Sistema secondo la rivendicazione 15, in cui attorno ad uno o più magneti scorrevoli (M), all’interno di tale protuberanza cilindrica è prevista la presenza di almeno un avvolgimento elettrico (A).