ITPV20130010U1 - ENERGY GENERATOR EXPLOITING MOTION WAVES - Google Patents
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Description
DOMANDA DI BREVETTO PER MODELLO DI UTILITÀ PATENT APPLICATION FOR UTILITY MODEL
AVENTE PER TITOLO "GENERATORE ENERGETICO SFRUTTANTE MOTI ONDOSI" HAVING THE TITLE "ENERGY GENERATOR EXPLOITING WAVES"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Questa invenzione riguarda un generatore di energia che sfrutta le onde o le correnti marine, con funzionalità migliorate rispetto ai meccanismi analoghi di tipo noto e con rendimento superiore. This invention relates to an energy generator which exploits sea waves or currents, with improved functionality with respect to similar mechanisms of known type and with higher efficiency.
Nella storia della tecnologia energetica, più volte sono stati fatti tentativi di trasformare il movimento delle masse d'aCqua marina in una fonte rinnovabile e pulita di approvvigionamento energetico: sono stati ideati, in diversi anni e con diverse modalità costruttive, differenti tipi di apparati generatori, che in genere sono immersi in un tratto di mare e che subiscono la pressione delle onde o delle correnti, trasformando quindi questo movimento in energia cinetica adatta a muovere un generatore elettrico. In the history of energy technology, attempts have been made several times to transform the movement of sea water masses into a renewable and clean source of energy supply: different types of generating equipment have been devised over several years and with different construction methods. , which are generally immersed in a stretch of sea and undergo the pressure of waves or currents, thus transforming this movement into kinetic energy suitable for moving an electric generator.
Gli impianti di tipo noto hanno diversi problemi, tra cui bassi rendimenti (causati ad esempio dal tipo di movimento molto caotico delle onde), elevati costi di gestione ed intense condizioni di usura e corrosione (causate dall'acqua marina). Known systems have various problems, including low yields (caused for example by the type of very chaotic movement of the waves), high operating costs and intense wear and corrosion conditions (caused by sea water).
Nell'ottica di migliorare i problemi della tecnica nota, questa invenzione ha quindi come scopo quello di realizzare un generatore energetico che sfrutta moti ondosi più economico, con rendimento energetico sensibilmente maggiore e con elevata affidabilità costruttiva ed alta resistenza all’usura ed alla corrosione. In order to improve the problems of the prior art, this invention therefore has the purpose of creating an energy generator that uses more economical wave motions, with significantly higher energy efficiency and with high constructive reliability and high resistance to wear and corrosion.
Questi scopi sono raggiunti da un generatore energetico sfruttante moti ondosi secondo quanto qui descritto e rivendicato, e qui di seguito illustrato nel dettaglio di una sua possibile forma realizzativa, nonché illustrato nelle seguenti figure dove: These purposes are achieved by an energy generator exploiting wave motions according to what is described and claimed herein, and hereinafter illustrated in detail of a possible embodiment thereof, as well as illustrated in the following figures where:
- la figura 1 mostra una visione d'insieme di un generatore secondo l'invenzione in un suo primo momento operativo; Figure 1 shows an overall view of a generator according to the invention in its first operative moment;
- la figura 2 mostra una visione d'insieme del generatore di figura 1 in un suo secondo momento operativo; e Figure 2 shows an overall view of the generator of Figure 1 in a second operating moment thereof; And
- la figura 3 mostra uno schema idraulico o pneumatico dei sottogruppi operativi inclusi nel generatore di figura 1 e 2. - figure 3 shows a hydraulic or pneumatic diagram of the operating subgroups included in the generator of figures 1 and 2.
Nelle figure della presente invenzione il generatore è complessivamente indicato con il riferimento numerico 1 e comprende di base un corpo captatore (2) di moto ondoso, che viene immerso in una massa acquea in movimento e che quindi è adatto a muoversi in corrispondenza di un fronte di onde e/o di una corrente che colpiscono o impattano sul corpo captatore (2) stesso; esiste poi un gruppo di conversione energetica (3) collegato al corpo captatore (2) e che è a sua volta asservito ad un gruppo di generazione (4) (ad esempio un comune generatore elettrico). In the figures of the present invention, the generator is indicated as a whole with the numerical reference 1 and basically comprises a body (2) of wave motion, which is immersed in a moving water mass and which is therefore suitable for moving in correspondence with a front. of waves and / or a current that strike or impact on the collecting body (2) itself; then there is an energy conversion unit (3) connected to the collecting body (2) and which is in turn enslaved to a generation unit (4) (for example a common electric generator).
L’invenzione si caratterizza principalmente per la presenza di un collegamento distanziatore (5) posizionato tra il corpo captatore (2) ed il gruppo di conversione energetica (3): questo collegamento distanziatore (5) permette al corpo captatore (2) di rimanere esposto costantemente al fronte di onde e/o alla corrente, mentre allo stesso tempo permette al gruppo di conversione energetica (3) di rimanere posizionato al di sopra del livello di pelo libero della massa acquea (rimanendo quindi esposto il meno possibile All’azione erosiva dell’acqua, che lavora soltanto sul captatore). The invention is mainly characterized by the presence of a spacer connection (5) positioned between the collector body (2) and the energy conversion unit (3): this spacer connection (5) allows the collector body (2) to remain exposed constantly at the wave front and / or current, while at the same time allowing the energy conversion unit (3) to remain positioned above the free surface level of the water mass (thus remaining exposed as little as possible to the erosive action of water, which works only on the sensor).
Come già detto prima, il gruppo di conversione energetica (3) comprende un gruppo elettrogeno (6) ed è quindi in grado di trasformare movimenti pluri-direzionali del captatore (2) (che sono corrispondenti ai movimenti pluri-direzionali che può assumere il moto ondoso o l’andamento di corrente all’interno della massa acquea) in un movimento in direzione o in verso univoco del gruppo elettrogeno (6) stesso. As already said before, the energy conversion group (3) includes a generator (6) and is therefore able to transform multidirectional movements of the sensor (2) (which correspond to the multidirectional movements that can assume the motion wave or the current trend inside the water mass) in a movement towards or in a univocal direction of the generator (6) itself.
Guardando le qui riportate figure si può notare che il collegamento distanziatore (5) è realizzato tramite un corpo astiforme allungato e si può anche vedere che il gruppo di conversione energetica (3) comprende: Looking at the figures shown here, it can be seen that the spacer connection (5) is made through an elongated rod-shaped body and it can also be seen that the energy conversion unit (3) includes:
- Un sottogruppo di collegamento (3a) che riceve movimenti del collegamento distanziatore (5); - A connection subgroup (3a) which receives movements of the spacer connection (5);
- un sottogruppo di trasformazione cinematica (3b) collegato al sottogruppo di collegamento (3a) che converte i movimenti del collegamento distanziatore (5) in movimenti rettilinei “avanti e indietro” di almeno un corpo di spinta (7); e - a kinematic transformation sub-assembly (3b) connected to the connection sub-assembly (3a) which converts the movements of the spacer connection (5) into straight "forward and backward" movements of at least one thrust body (7); And
- un sottogruppo di trasformazione idraulica o pneumatica (3c) che sfrutta in modo selettivo ed alternato i movimenti rettilinei “avanti e indietro” del corpo di spinta (7) per imporre al gruppo elettrogeno (6) il suo movimento in direzione o verso univoco. - a subgroup of hydraulic or pneumatic transformation (3c) which selectively and alternately exploits the straight "back and forth" movements of the thrust body (7) to force the generator set (6) to move in a single direction or towards.
Spiegando con più dettaglio la struttura generale appena descritta, si osservi come il sottogruppo di collegamento (3a) comprende una base di supporto (8) distanziata dal livello di pelo libero della massa acquea, che di fatto porta e sostiene tutti i componenti dei gruppo di conversione (3) che in particolare porta e sostiene un perno di infulcramento (9) connesso alla base di supporto (8): questo perno di infulcramento (9) permette al collegamento distanziatore (5) di eseguire movimenti pendolari. Explaining in more detail the general structure just described, it is observed how the connection subgroup (3a) includes a support base (8) spaced from the free surface level of the water mass, which in fact carries and supports all the components of the group of conversion (3) which in particular carries and supports a pivot pin (9) connected to the support base (8): this pivot pin (9) allows the spacer connection (5) to perform pendular movements.
Naturalmente, ne ’ambito di questa invenzione altri possibili movimenti e geometrie del collegamento distanziatore sono possibili (traslazioni rettilinee o rotazioni di corpi palettati, ad esempio): in questi casi alternativi, il perno di infulcramento potrà essere sostituito da una costruzione cinematica equivalente senza per questo uscire dallo scopo del brevetto. Naturally, within the scope of this invention other possible movements and geometries of the spacer connection are possible (rectilinear translations or rotations of bladed bodies, for example): in these alternative cases, the pivot pin can be replaced by an equivalent kinematic construction without for this goes beyond the scope of the patent.
Per quanto riguarda i particolari del sottogruppo di trasformazione cinematica (3b), esso comprende uno o (come nelle figure) due alberi di rinvio (10) collegati al perno di infulcramento (9) ed alla base di supporto (8) in modo da sviluppare i movimenti rettilinei “avanti e indietro” necessari: questi movimenti avanti e indietro vengono sfruttati dal sottogruppo di trasformazione idraulica o pneumatica (3c), che per questo fine comprende uno o due pistoni (11) (che possono essere a singolo o a doppio effetto, ad esempio se si può sfruttare moti ondosi o correnti particolarmente forti) rispettivamente collegati agli alberi di rinvio (10). As regards the details of the kinematic transformation subgroup (3b), it includes one or (as in the figures) two return shafts (10) connected to the pivot pin (9) and to the support base (8) so as to develop the necessary straight forward and backward movements: these forward and backward movements are exploited by the hydraulic or pneumatic transformation subgroup (3c), which for this purpose includes one or two pistons (11) (which can be single or double acting, for example if it is possible to exploit particularly strong waves or currents) respectively connected to the transmission shafts (10).
I pistoni (11) sono a loro volta connessi ad uno o due circuiti idraulici (12) uscenti rispettivamente dai pistoni (11): questi circuiti idraulici convergono verso una valvola raddrizzatrice di flusso (13) connessa ai circuiti idraulici (12) e che serve per operare selettivamente ed alternativamente su flussi (di fluido di lavoro: liquido o gassoso) provenienti dai circuiti idraulici (12). The pistons (11) are in turn connected to one or two hydraulic circuits (12) exiting respectively from the pistons (11): these hydraulic circuits converge towards a flow straightening valve (13) connected to the hydraulic circuits (12) and which serves to operate selectively and alternatively on flows (of working fluid: liquid or gaseous) coming from the hydraulic circuits (12).
La selezione alternata dei flussi appena chiamati in causa viene impiegata, dalla valvola raddrizzatrice (13), per generare un flusso complessivo unidirezionale verso il gruppo elettrogeno (6) per attuarne il suo movimento in direzione o verso univoco: ad esempio, qualora il gruppo elettrogeno sia costituito da un rotore e da uno statore, viene attuato un movimento rotatorio in un unico verso del rotore stesso. The alternating selection of the flows just called into question is used, by the straightening valve (13), to generate an overall unidirectional flow towards the generator (6) in order to move it in a single direction or towards: for example, if the generator set consists of a rotor and a stator, a rotational movement of the rotor is carried out in a single direction.
Dato che in genere i moti ondosi o le correnti marine sono altamente incostanti nel tempo, il generatore 1 può essere vantaggiosamente dotato di un ulteriore sottogruppo funzionale: questo sottogruppo può essere definito come sottogruppo di trasformazione idraulica o pneumatica (3c) e fondamentalmente si basa su un polmone di accumulazione (14) collegato ai circuiti idraulici (12) e alla valvola raddrizzatrice di flusso (13) in modo da permettere un'ammortizzazione dei picchi o cali di pressione idraulica o pneumatica. Since generally the wave motions or sea currents are highly variable over time, the generator 1 can be advantageously equipped with a further functional subgroup: this subgroup can be defined as a hydraulic or pneumatic transformation subgroup (3c) and is basically based on an accumulation lung (14) connected to the hydraulic circuits (12) and to the flow straightening valve (13) so as to allow a cushioning of hydraulic or pneumatic pressure peaks or drops.
Per meglio capire la funzione del polmone (14), si può dire che esso garantisce una costanza di parametri del movimento in direzione o verso univoco del gruppo elettrogeno (6): inoltre, la sua struttura di dettaglio è più chiara nella figura 3, dove si può notare che esso è costituito da un serbatoio che ospita un quantitativo di fluido di lavoro, il quale può essere a sua volta posto in interazione da una sovrastante massa di gas/aria di compensazione: le fluttuazioni di pressione del fluido di lavoro nei circuiti (12) vengono quindi compensate dalla pressurizzazione/depressurizzazione spontanea di questo serbatoio. To better understand the function of the lung (14), it can be said that it guarantees a constancy of parameters of the movement in the direction or univocal direction of the generator (6): furthermore, its detailed structure is clearer in figure 3, where it can be seen that it consists of a tank that houses a quantity of working fluid, which can in turn be placed in interaction by an overlying mass of compensation gas / air: the pressure fluctuations of the working fluid in the circuits (12) are then compensated by the spontaneous pressurization / depressurization of this tank.
Nella panoramica di figura 3 si possono anche osservare altri particolari costruttivi, come ad esempio: In the overview of figure 3 you can also observe other construction details, such as:
- i possibili andamenti bidirezionali dei flussi del fluido di lavoro nei circuiti (12) che partono dalle due semicamere opposte dei pistoni (11) verso la valvola raddrizzatrice (13); - the possible bidirectional trends of the working fluid flows in the circuits (12) which depart from the two opposite half chambers of the pistons (11) towards the straightening valve (13);
- il flusso unidirezionale uscente dalla valvola raddrizzatrice (13) verso il generatore (6) (o più in dettaglio, verso la turbina (6a) che fa parte del generatore e che è collegata ad un riduttore di giri (6b) messo in entrata al rotore (6c) del generatore vero e proprio); e - la valvola distributrice (15) che è idraulicamente o pneumaticamente posizionata tra il polmone (14) ed i circuiti idraulici o pneumatici (12), ed allo stesso tempo è anche collegata alla turbina (6a) almeno sulla sua linea di scarico. - the unidirectional flow outgoing from the rectifier valve (13) towards the generator (6) (or more in detail, towards the turbine (6a) which is part of the generator and which is connected to a speed reducer (6b) placed in the rotor (6c) of the actual generator); and - the distribution valve (15) which is hydraulically or pneumatically positioned between the lung (14) and the hydraulic or pneumatic circuits (12), and at the same time is also connected to the turbine (6a) at least on its discharge line.
Sempre tenendo in conto l’estrema variabilità non solo in termini di forza ma anche di direzione e di condizioni, ad esempio al variare dell'altezza dei fondali o del livello delle maree, questo innovativo generatore si caratterizza anche per la presenza di mezzi di regolazione dell'altezza della base di supporto (9) e/o del collegamento distanziatore (5) rispetto al livello di pelo libero della massa acquea: questi mezzi alzano e abbassano la “parte lavorante” del generatore in modo da mantenere sempre un’ottimale esposizione del captatore (2) alle onde o alle correnti, e mantenendo sempre il gruppo di conversione energetica (3) al riparo dalle condizioni ambientali avverse legate alla massa acquea. Always taking into account the extreme variability not only in terms of strength but also of direction and conditions, for example when the depth of the seabed or the level of the tides varies, this innovative generator is also characterized by the presence of adjustment means. of the height of the support base (9) and / or of the spacer connection (5) with respect to the level of free surface of the water mass: these means raise and lower the "working part" of the generator in order to always maintain an optimal exposure of the sensor (2) to waves or currents, and always keeping the energy conversion unit (3) protected from adverse environmental conditions linked to the water mass.
Sempre per questioni di efficienza e sfruttamento massimo dell'energia di onde o correnti, si può anche avere la presenza di mezzi di orientamento del captatore (2) e/o del gruppo di conversione energetica (3) rispetto ad una direzione prevalente di un moto ondoso o di una corrente all'interno della massa acquea, come visibile nei due possibili orientamenti schematizzati nelle figure: ovviamente, grazie alla tecnologia elettronica di oggi, tutte le regolazioni in altezza o in “direzione” appena riportate possono essere determinate con mezzi di controllo automatico (ed elettronico): questi mezzi di controllo quindi regolano in automatico almeno l'altezza rispetto al livello di pelo libero dell'acqua e/o l'orientamento rispetto alla direzione prevalente di un moto ondoso o di una corrente e sono quindi integrabili o sovrapponibili ai mezzi di regolazione dell'altezza e/o ai mezzi di orientamento del captatore. Again for reasons of efficiency and maximum exploitation of the energy of waves or currents, it is also possible to have the presence of means for orienting the sensor (2) and / or the energy conversion unit (3) with respect to a prevailing direction of a motion. wave or a current inside the water mass, as visible in the two possible orientations schematized in the figures: obviously, thanks to today's electronic technology, all the adjustments in height or in "direction" just reported can be determined with control means automatic (and electronic): these control means therefore automatically adjust at least the height with respect to the level of free surface of the water and / or the orientation with respect to the prevailing direction of a wave or a current and can therefore be integrated or superimposable on the height adjustment means and / or on the sensor orientation means.
L'invenzione risolve i problemi della tecnica nota, soprattutto nel senso del miglioramento del rendimento e della resistenza all'usura meccanica/corrosione. The invention solves the problems of the known art, above all in the sense of improving the efficiency and the resistance to mechanical wear / corrosion.
Infatti, la minima parte del generatore che rimane in effettivo e prolungato contatto con l'acqua marina rende molto basse le probabilità di soffrire di eccessivi stress meccanici sulla struttura, e contemporaneamente espone all'ambiente umido e salin solo una porzione molto ridotta della struttura stessa. In fact, the smallest part of the generator that remains in effective and prolonged contact with sea water makes the chances of suffering from excessive mechanical stress on the structure very low, and at the same time exposes only a very small portion of the structure itself to the humid and saline environment. .
Di riflesso, il posizionamento di tutta la parte di trasformazione dell'energia cinetica ondosa al di sopra del livello del mare è comunque legato alla possibilità rapida e semplice di riposizionare e ri-orientare l'intero complesso del generatore secondo il flusso ottimale dei moti ondosi o secondo la direzione più allineata possibile di una corrente sfruttabile. Consequently, the positioning of the entire part of the transformation of wave kinetic energy above the sea level is in any case linked to the rapid and simple possibility of repositioning and re-orienting the entire generator complex according to the optimal flow of wave motions. or according to the most aligned possible direction of an exploitable current.
Si deve anche notare che la possibilità di riposizionare il generatore in diversi orientamenti rispetto ai fronti d'onda o rispetto a diverse profondità di corrente rende l'intera invenzione estremamente adattabile a diversi ambienti marini (baie, settori di mare aperto e così via). It should also be noted that the ability to reposition the generator in different orientations with respect to wave fronts or with respect to different current depths makes the whole invention extremely adaptable to different marine environments (bays, offshore sectors, and so on).
Infine, va rilevato che l'estrema compattezza in termini di dimensioni complessive, e soprattutto in termini di sviluppo verticale al di sopra del mare permette di integrare e occultare questo generatore anche in opere civili marittime come ad esempio frangiflutti o banchine di porti o moli, che in questo modo potrebbero sfruttare i moti ondosi marini e addirittura le onde artificialmente generate dal passaggio delle imbarcazioni. Finally, it should be noted that the extreme compactness in terms of overall dimensions, and above all in terms of vertical development above the sea, allows this generator to be integrated and hidden even in civil maritime works such as breakwaters or docks of ports or piers, which in this way could exploit the marine waves and even the waves artificially generated by the passage of boats.
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