ITMI20100717A1 - Macchina per la produzione di energia elettrica ad acqua. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo;

“Macchina per la produzione di energia elettrica ad acqua”

La presente invenzione concerne una macchina per la produzione di energia elettrica ad acqua.

Sono noti sistemi di propulsione ecologici ad acqua quali mulini o sistemi atti a convertire l’energia dell’ acqua in energia elettrica come avviene nelle centrali idroelettriche poste lungo fiumi spesso in corrispondenza di cascate.

Detti sistemi presentano il limite di essere localizzati lungo corsi d’acqua e di necessitare di soluzioni impiantistiche molto complesse

Per generare limitate quantità di energia per piccole utenze bisogna ricorrere a compressori o motori a combustione che sono inquinanti ed hanno bassi rendimenti.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una macchina ecologica, avente dimensioni limitate, che sia in grado di produrre energia da fonte rinnovabile, che sia realizzabile con semplicità e che sia utilizzabile da utenze con necessità energetiche anche limitate.

In accordo con l'invenzione tale scopo è raggiunto con una macchina per la produzione di energia elettrica, caratterizzata dal fatto di comprendere

una prima vasca contenente acqua alloggiante una struttura che supporta, in un primo ambiente asciutto ottenuto con una seconda vasca capovolta calata in detta prima vasca in modo da essere completamente circondata da acqua, almeno un albero a gomiti, mezzi di trasmissione ed un elettrogeneratore,

un coperchio atto a chiudere superiormente la prima vasca generando un secondo ambiente asciutto comunicante con l’esterno mediante una camera di compensazione, un compressore esterno alla prima vasca comunicante con detto primo ambiente asciutto,

detto albero a gomiti supportando rotabilmente una pluralità di cilindri atti a contenere acqua,

ciascun cilindro prevedendo un tubo di carico dell’acqua il cui flusso è regolato da una valvola di carico, una valvola di scarico dell’acqua, ed un tubo di cambio pressione con associata una valvola di cambio pressione atto a mettere in comunicazione l’ambiente interno al cilindro con detto secondo ambiente asciutto in fase di carico dell’acqua e con detto primo ambiente asciutto in fase di scarico dell’acqua.

Queste ed altre caratteristiche della presente invenzione saranno rese maggiormente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di un suo esempio di realizzazione pratica illustrato a titolo non limitativo nei disegni allegati, in cui:

la figura 1 mostra una vista laterale della macchina secondo la presente invenzione,

la figura 2 mostra una vista frontale dell’albero a gomiti;

la figura 3 mostra una vista frontale di un cilindro;

la figura 4 mostra una vista laterale del cilindro;

la figura 5 mostra una vista laterale di una trasmissione

Una macchina 100 per la generazione di energia elettrica comprende una struttura portante 9 atta a supportare un albero a gomiti 8, una trasmissione a catena 12 ed un elettrogeneratore 10. L’albero a gomiti 8 supporta rotabilmente cilindri o pistoni 5 atti a contenere acqua 161

Detti componenti sono contenuti in una vasca 16 contenete acqua 161 Una vasca a campana 15 viene fatta calare capovolta dall’alto generando per noti fenomeni fisici un ambiente asciutto 18 pressurizzato a pressione P2 La campana 15 è completamente circondata dall’acqua 161, sopra il pelo libero della quale è previsto un ambiente asciutto 17 pressurizzato a pressione PI minore di P2

Detto ambiente 17 è chiuso da un coperchio a tenuta 3 e posto in comunicazione con l’ambiente esterno a pressione atmosferica mediante una camera di compensazione 2 con valvole di compensazione 1 ed ambiente interno a pressione P3 , Inizialmente P3 è uguale a PI, durante il processo servirà a compensare le variazioni di PI come sarà più chiaro in seguito

Ogni cilindro 5 è in comunicazione con l’ambiente acquoso sovrastante mediante tubi flessibili di carico 14 con flusso controllato da valvole di carico 13.

La pressione interna ai cilindri 5 è controllata da valvole a tre vie di cambio pressione 6 comunicanti con l’ambiente 17 mediante tubi flessibili 61

Un compressore esterno 200 permette di compensare la perdita di pressione dell’ambiente 18 eventualmente togliendo pressione all’ambiente 17 se posto in comunicazione con esso

Funzionalmente la macchina 100 lavora nel seguente modo.

Consideriamo una situazione iniziale in cui tutti i cilindri 5 sono vuoti ed almeno un cilindro 5 si trova nel punto morto superiore PMS ed è privo di acqua. L’ambiente 18 è pressurizzato tramite il compressore 200 a pressione P2 pari a circa 0,4 bar; PI è uguale a P3 ma è inferiore a P2. Inizialmente nel cilindro 5 c’è una pressione PI, se ci fosse P2 l’acqua non scenderebbe

Un’unità di controllo computerizzata 300 (non mostrata) comanda l’apertura della valvola 13 e della valvola 6 che mette in comunicazione l’interno del cilindro 5 con l’ambiente 17: il cilindro 5 si riempie progressivamente determinandone la discesa per forza peso e quindi la rotazione dell’albero 8. Il flusso indotto dalla valvola 13 è tale da determinare il riempimento ben prima del raggiungimento del punto morto inferiore PMI, sostanzialmente dopo circa 90° di rotazione

Raggiunto il PMI, la valvola 13 ruota mettendo in comunicazione l’interno del cilindro 5 con l’ambiente 18, la valvola 4 scarica l’acqua del cilindro 5 nell’ambiente acquoso sottostante la campana 16 Nel cilindro 5 la pressione sale da PI a P2 per essere entrato in contatto con l’ambiente 18

Il cilindro 5 risale grazie all’azione del cilindro 5 seguente che nel frattempo si è riempito, finché raggiunge nuovamente il PMS : qui la valvola 6 apre la comunicazione tra Finterno del cilindro 5 a pressione P2 e l’ambiente 17 portando quest’ultimo alla pressione P2 In tale situazione il ciclo comincerebbe a compromettersi perché diminuirebbe la sovrappressione dell’ambiente 18 rispetto all’ambiente 17.

A compensare questa variazione interviene la camera di compensazione 2 che toglie pressione all’ambiente 17 riportandolo a pressione PI uguale a P3 La pressione in eccesso viene scaricata in atmosfera mediante le valvole 1. PI è preferibilmente minore della pressione atmosferica esterna

A compensare la diminuzione di pressione nell’ambiente 18 interviene invece il compressore 200 che eventualmente toglie pressione dall’ambiente 17 immettendola nell’ambiente 18 reintegrando così il volume d’aria aH’interno del cilindro 5 alla pressione P2 che precedentemente è stato scaricato nell’ambiente 17 al PMS Quindi l’ambiente 18 ritorna alla P2 iniziale Senza il compressore 200 ad un certo punto l’acqua 161 invaderebbe Finterno della campana 15

Il funzionamento degli altri cilindri 5 è lo stesso ma in momenti diversi per generare una forza rotante utile ad essere trasformata in energia elettrica tramite l’elettrogeneratore 10 La trasmissione 12 connette l’albero a gomiti 8 aH’elettrogeneratore 10.

La logica di funzionamento sopra esposta viene gestita dall’unità di controllo 300 e permette di mantenere costante il livello dell’acqua 161 generando un flusso naturale dell’acqua scaricata dai cilindri 5 dal basso verso l’alto assicurando sempre la presenza dell’acqua 161 sopra la campana 15 necessaria ad alimentare i cilindri 5.

E’ essenziale il mantenimento ciclico delle pressioni nei vari ambienti 17, 18 ed all’interno dei cilindri 5 Le variazioni di pressione devono avvenire in tempi rapidissimi per garantire la continuità del movimento rotativo dell’albero 8 comunque aiutato dalla forza d’inerzia

L’unità di controllo 300 tramite opportuni sensori monitora in ogni momento la posizione dei cilindri 5, il loro grado di riempimento, la pressione in ogni ambiente, la velocità di rotazione dell’albero 8, le temperature nei vari ambienti, lo stato delle valvole oltre ovviamente l’energia elettrica in uscita

La macchina 100 rappresentata nelle figure a titolo puramente di esempio prevede un singolo albero a gomiti 8 con quattro cilindri 5; la logica del procedimento è applicabile anche ad impianti più complessi con due o più alberi 8 in parallelo con un numero variabile di cilindri 5 per ciascun albero 8

Considerate le contenute dimensioni strutturali e la bassa rumorosità misurata durante il funzionamento, si valuta che la macchina potrebbe essere inserita in qualsiasi ambiente, civile ed industriale

Trattandosi di macchina per la produzione di energia elettrica ad acqua, è stato valutato che il contesto operativo più consono alla tipologia delle diverse produzioni di energia da fonti rinnovabili, risulta essere quello del micro-elettrico e del miniidroelettrico, a seconda della realizzazione prodotta Altresì è assolutamente necessario precisare che la macchina funziona a ciclo chiuso, pertanto non è necessario installarla in siti dove sono presenti corsi e/o bacini d’acqua

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 Macchina (100) per la produzione di energia eletrica, caraterizzata dal fato di comprendere una prima vasca (16) contenente acqua (161) alloggiante una strutura (9) che supporta, in un primo ambiente asciuto (18) otenuto con una seconda vasca capovolta (15) calata in detta prima vasca (16) in modo da essere completamente circondata da acqua (161), almeno un albero a gomiti (8), mezzi di trasmissione (12) ed un eletrogeneratore (10), un coperchio (3) atto a chiudere superiormente la prima vasca (16) generando un secondo ambiente asciuto (17) comunicante con l’esterno mediante una camera di compensazione (2), un compressore (200) esterno alla prima vasca (16) comunicante con detto primo ambiente asciuto (18), detto albero a gomiti (8) supportando rotabilmente una pluralità di cilindri (5) atti a contenere acqua (161), ciascun cilindro (5) prevedendo un tubo di carico (14) dell’acqua (161) il cui flusso è regolato da una valvola di carico (13), una valvola di scarico (4) dell’acqua (161), ed un tubo di cambio pressione (61) con associata una valvola di cambio pressione (6) atto a mettere in comunicazione l’ambiente interno al cilindro (5) con deto secondo ambiente asciutto (17) in fase di carico dell’acqua (161) e con deto primo ambiente asciuto (18) in fase di scarico dell’acqua (161) 2 Macchina (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ogni cilindro (5) al punto morto superiore (PMS) in fase di carico dell’acqua (161) ha una pressione interna uguale a PI uguale alla pressione del secondo ambiente asciuto (17) e minore della pressione P2 del primo ambiente asciuto (18), al punto morto inferiore (PMI) in fase di scarico dell’acqua (161) ha una pressione interna P2. 3 Macchina (100) secondo la rivendicazione 2, caraterizzata dal fatto che il primo ambiente asciutto (18) è pressurizzato ad una pressione P2 maggiore di una pressione PI a cui è pressurizzato il secondo ambiente asciuto (17) 4 Macchina (100) secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caraterizzato dal fato di prevedere un’unità di controllo (300) atta a monitorare lo stato di ciascun cilindro (5) azionando dete valvole (1, 4, 6, 13) in funzione della posizione di cilindri (5) 5. Macchina (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che P2 è circa 0,4 bar 6 Macchina (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il compressore è in comunicazione con il secondo ambiente asciutto (17). 7 Procedimento per la produzione di energia elettrica mediante una macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere per ciascun cilindro (5) Pavvio del riempimento in corrispondenza del punto morto superiore (PMS), in detto istante la pressione interna al cilindro (5) essendo uguale alla pressione PI di un secondo ambiente asciutto (17) minore della pressione P2 di un primo ambiente asciutto (18), la discesa del cilindro (5) fino al punto morto inferiore (PMI) dove avviene lo scarico dell’acqua (161) ed il cambio di pressione all’interno del cilindro dalla pressione PI alla pressione P2 del primo ambiente asciutto (18), la risalita del cilindro (5) dovuta all’azione propulsiva del cilindro seguente (5) almeno parzialmente riempito, ed il raggiungimento del punto morto superiore (PMS) dove avviene un ulteriore cambio di pressione nel cilindro (5) da P2 a PI, la pressione in eccesso essendo scaricata attraverso una camera di compensazione (2), la perdita di pressione interna al primo ambiente (18) essendo compensata da un compressore esterno (200) in comunicazione con detto secondo ambiente (18).