ITRM20090252A1 - Aeroturbogeneratore sm - Google Patents

Description

AEROTURBOGENERATORE SM

a - Campo della tecnica a cui l’invenzione fa riferimento.

- Ingegnerizzazione meccanica di un motore termodinamico,

b - Stato della tecnica preesistente

Tutti i motori termici attualmente in commercio funzionano scambiando calore tra due sorgenti mediante cicli termodinamici effettuati su un fluido; in questo modo convertono parte dell'energia chimica del carburante in lavoro.

Generatori rinnovabili come il fotovoltaico o l'eolico convertono, parzialmente, la radiazione solare o l'energia meccanica del vento in lavoro. L'apparato descritto in questo brevetto non esegue alcun ciclo termodinamico ma estrae una parte del calore presente nelfaria trasformandolo in lavoro, in questo modo converte una parte dell'energia termica che il sole cede all'atmosfera in lavoro,

c- Caratteristiche dell’ invenzione

L’invenzione di seguito descritta denominata AEROTURBOGENERATORE SM sostanzialmente à ̈ un apparato che trasforma l’energia termica contenuta nell’aria atmosferica, continuamente reintegrata dal sole, in energia elettrica con un guadagno molto elevato.

L’apparato à ̈ costituito da un ventilatore centrifugo industriale in grado di aspirare dall’atmosfera una determinata quantità di aria nell’unità di tempo imprimendole una data velocità. L’aria, così aspirata, viene immessa in un condotto a pareti rigide ed adiabatiche, cioà ̈ termicamente isolate, in modo da non consentire il passaggio di calore dall’estemo verso l’interno del condotto, né in senso contrario. La parete del condotto ha la forma di una superficie di rotazione, la cui generatrice à ̈ una curva di equazione opportuna, in modo che il raggio della sua sezione normale diminuisca lentamente e senza brusche variazioni lungo il condotto. Così il condotto risulta essere convergente dalla sezione di raggio maggiore ( sezione d'imbocco) a quella di raggio minore ( sezione di espulsione). L’aria aspirata dal ventilatore, prima di entrare nel condotto convergente, à ̈ costretta a passare attraverso una appropriata struttura ( collimatore ) costituita da un insieme di tubi coassiali troncoconici con parete molto liscia. La funzione di tale struttura consiste nell’indurre l’aria a scorrere nelle intercapedini formate da questi tubi smorzando così le componenti radiali delle velocità delle molecole, e quindi smorzando la turbolenza del moto dell’aria e, nello stesso tempo, orientando i filetti fluidi a scorrere lungo l’asse del condotto, verso la sezione di espulsione con moto stazionario e adiabatico. In queste condizioni i parametri che descrivono il moto dell’aria attraverso la generica sezione del condotto, possono essere considerati funzioni di una sola variabile, cioà ̈ della distanza x della sezione considerata da quella d’imbocco. Ed il condotto stesso può essere ritenuto un tubo di corrente. In queste condizioni risultano valide tutte le relazioni che la fluidodinamica classica prevede per una linea di corrente di un gas perfetto. L'aria, durante lo scorrimento accelerato, si espande e poiché l'aria non può cedere né ricevere calore dall'esterno, l'espansione risulta adiabatica. Inevitabilmente ciò comporta che l'aria debba raffreddarsi. Si dimostra che l’aumento dell’energia cinetica di traslazione dell’aria, determinato dall’incremento della sua velocità di scorrimento, risulta esattamente uguale alla perdita di energia termica dell'aria a causa del suo raffreddamento per l'espansione adiabatica subita. Si à ̈ così indotti a ritenere che, durante lo scorrimento accelerato dell'aria nel condotto, parte dell'energia termica dell'aria aspirata si à ̈ convertita in energia cinetica di traslazione. Energia che, mediante un’apposita turbo-dinamo, può essere convertita in energia elettrica.

L’AEROTURBOGENERATORE SM, per il quale viene richiesta la concessione del brevetto, à ̈ una fonte innovativa di energia non esauribile e dunque rinnovabile. Inoltre à ̈ una macchina sempre disponibile, a basso costo ed inquinamento nullo,

d- descrizione disegni

Il disegno allegato riproduce (fatte salve le modifiche di proporzione delle singole parti, per consentire la creazione di un prototipo funzionante) come dovrebbero essere assemblate le varie parti di seguito descritte; le stesse sono in esso nominate tramite la dicitura “fig.†cosi come all’interno della descrizione specifica, cosi da poter più agevolmente comprendere il progetto,

e- Funzionamento dei singoli elementi

L'apparato à ̈ composto da quattro organi a simmetria assiale assemblati sullo stesso asse e collegati l'uno all'altro come nella figura allegata :

a) Camera di compressione (Cc). E' costituita da un cilindro {fìg a) nel quale termina l'orlo del tubo di scarico di un ventilatore centrifugo (fìg b), che ha la funzione di aspirare aria dall'esterno, di trasferirle energia cinetica e di convogliarla nella camera cilindrica. Tra l'orlo del tubo di scarico del ventilatore ed il cilindro à ̈ disposta una guarnizione di gomma (fìg. c) con lo scopo di ammortizzare le vibrazioni indotte dal ventilatore.

b) Collimatore (Coll). Collegata alla Cc à ̈ disposta un' appropriata struttura antiturbolenza (fìg. d) costituita da un insieme di tubi coassiali troncoconici aventi la medesima convergenza del condotto successivo (di seguito descritto). Questa struttura ha la funzione di costringere l’aria aspirata dal ventilatore a scorrere lungo i tubi troncoconici smorzando così le componenti radiali delle velocità molecolari, riducendo per conseguenza i moti vorticosi delfaria e, inoltre, orientando i filetti fluidi verso la sezione di espulsione del condotto che segue.

c) Tubo convergente (Tc).Collegato al Coll si trova un tubo convergente (fìg. e) con pareti rigide e adiabatiche, la cui superfìcie interna presenta una "rugosità" non superiore a 10<5>. La parete di questo condotto convergente ha la forma di una superficie di rotazione la cui generatrice à ̈ una curva di equazione opportuna, in modo che il raggio della sua sezione normale diminuisca lentamente e senza brusche variazioni lungo l'asse del condotto. Con tali caratteristiche geometriche del condotto, la turbolenza residua delfaria si riduce ulteriormente. Dal punto di vista metrico il raggio maggiore del Coll coincide con quello del cilindro in cui fluisce l'aria aspirata dal ventilatore; mentre il raggio minore coincide

D

con quello della sezione più grande (<1>) del condotto convergente (sezione d'imbocco). Il raggio della sezione più piccola del condotto convergente (sezione d'espulsione) à ̈ indicato R

con<2>. Considerazioni empiriche fanno ritenere opportuno le seguenti relazioni metriche :

^ D2 _A T='l Ό

3 e<1>, essendo L la lunghezza del condotto convergente, cioà ̈ la distanza fra i centri delle sezioni d'imbocco e di espulsione, contata sull'asse del condotto.

d) Turbina ad aria compressa (Tac).Col legato alla sezione d'espulsione del condotto à ̈ sistemato l'alloggiamento di una turbina ad aria compressa (fìg. f), a sua volta meccanicamente accoppiata ad una dinamo (fìg. g) per la produzione di energia elettrica. Le dimensioni e le energie erogabili dal complesso turbina-dinamo devono ovviamente essere compatibili con l'energia cinetica dell'aria trasferita alla turbina. Inoltre la disposizione di quest'ultima deve essere tale da intercettare tutta l'aria espulsa dal condotto in modo che possa essere utilizzata tutta l'energia cinetica convogliata dall'aria,

e) Componenti elettrici (Ce).Un inverter (fig. h) ed un regolatore di carica (fìg. i) sono collegati in parallelo alla dinamo (fig. g). A sua volta il regolatore di carica à ̈ collegato ad un accumulatore {fig. 1) per l'alimentazione del motore del ventilatore (fig. m).

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI I. Un apparato che trasforma parte dell’energia termica dell’aria in energia cinetica, composto da un collimatore e da un tubo convergente. II. Apparato secondo la rivendicazione I, caratterizzato da un tubo convergente nella forma R(x) = R, -^-^-x di superfìcie di rotazione la cui generatrice sia la retta di equazione: ^ III. Apparato secondo la rivendicazione I, caratterizzato da un tubo convergente nella forma di superficie di rotazione la cui generatrice sia la cubica di equazione: R. — R73 R. R72 n R(x) = 2 -1- ^ Χ<3>-3 ··<Χ 2>·Ï‡<2>+ R. Z<3>Ù ' IV. Apparato secondo la rivendicazione I, caratterizzato da un tubo convergente nella forma di superficie di rotazione la cui generatrice sia la cosinusoidale di equazione: R\-R2,Ï€ . Λ ^2 R{x) = - — cos(- x) — - -2 2 V. Apparato secondo una delle rivendicazioni dalla I alla IV, caratterizzato da un collimatore costituito da un insieme di tubi coassiali troncoconici, aventi la medesima convergenza del condotto successivo. VI. Apparato secondo una delle rivendicazioni dalla I alla V, caratterizzato da una turbina ad aria compressa ed una dinamo opportunamente collegate all’uscita del tubo convergente. VII. Apparato secondo una delle rivendicazioni dalla I alla VI caratterizzato da un ventilatore centrifugo collegato all’ingresso del tubo convergente. Vili. Apparato secondo le rivendicazioni VI e VII caratterizzato da un inverter collegato alla dinamo ed in cui il ventilatore centrifugo à ̈ alimentato tramite la corrente prodotta dalla dinamo stessa.