ITRN20090029A1 - Impianto per lo sfruttamento dell'energia solare - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
"IMPIANTO PER LO SFRUTTAMENTO DI ENERGIA SOLARE"
La presente invenzione ha per oggetto un impianto per lo sfruttamento di energia solare in particolare per la produzione di energia elettrica fotovoltaica o per il riscaldamento di un fluido. Sono noti impianti fotovoltaici comprendenti:
-primi mezzi di captazione dell'energia solare comprendenti una prima fila di moduli fotovoltaici inclinati rispetto all'orizzontale;
-secondi mezzi di captazione dell'energia solare comprendenti una seconda fila di moduli fotovoltaici inclinati rispetto all'orizzontale.
La seconda fila di moduli fotovoltaici si sviluppa parallelamente alla prima fila ad una predeterminata distanza non nulla. I moduli fotovoltaici della prima e della seconda fila sono tutti rivolti verso un medesimo piano verticale. I moduli fotovoltaici della prima fila sono interposti tra detto piano verticale e i moduli fotovoltaici della seconda fila.
Vantaggiosamente possono essere presenti ulteriori file di moduli fotovoltaici tutti rivolti verso il medesimo piano. Inoltre tutti i moduli fotovoltaici presentano la medesima inclinazione rispetto ad un piano orizzontale. La predeterminata distanza tra le file permette di ridurre l'ombreggiamento che i pannelli di una fila esplicano sui pannelli della fila successiva.
Scopo della presente invenzione è mettere a disposizione un impianto per lo sfruttamento di energia solare particolarmente efficiente.
Scopo della presente invenzione è inoltre quello di mettere a disposizione un impianto per lo sfruttamento di energia solare che permetta di ottimizzare gli spazi in cui tale impianto è collocato.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un impianto per lo sfruttamento di energia solare comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva di un impianto per lo sfruttamento di energia, come illustrato negli uniti disegni in cui:
- la figura 1 illustra una figura schematica prospettica di una soluzione costruttiva secondo la presente invenzione;
- la figura 2 mostra schematicamente una vista laterale di una soluzione costruttiva secondo la presente invenzione indicando schematicamente il percorso dei raggi solari.
Oggetto della presente invenzione è un impianto per lo sfruttamento di energia solare. Con riferimento alle unite figure con il numero di riferimento 1 si è indicato un impianto per lo sfruttamento di energia solare comprendente:
- primi mezzi 2 di captazione e trasformazione della energia solare comprendenti una prima superficie 21 di captazione dell'energia solare almeno in parte inclinata rispetto all'orizzontale;
secondi mezzi 3 di captazione e trasformazione dell'energia solare comprendenti almeno una seconda superficie 31 di captazione dell'energia solare almeno in parte inclinata rispetto all'orizzontale. I primi e i secondi mezzi 2, 3 di captazione e trasformazione permettono quindi lo sfruttamento dell'energia solare. I primi e i secondi mezzi 2, 3 di captazione e trasformazione permettono infatti una trasformazione almeno parziale della radiazione solare intercettata in altre forme di energia (tipicamente energia termica o elettrica) .
Definito un primo e un secondo piano 4, 5 verticale immaginario di riferimento reciprocamente paralleli tra cui sono interposte la prima e la seconda superficie 21, 31 di captazione, detta prima e detta seconda superficie 21, 31 di captazione sono rivolte verso il primo piano 4. Detto prima superficie 21 di captazione è interposta tra detto primo piano 4 e detta seconda superficie 31 di captazione .
L'impianto 1 comprende inoltre mezzi 6 riflettenti dell'energia solare comprendenti una superficie 60 riflettente che è inclinata rispetto all'orizzontale, fisicamente interposta tra detto prima e detta seconda superficie 21, 31 di captazione e rivolta verso detto secondo piano 5 per riflettere verso detta seconda superficie 31 di captazione almeno parte dell'energia solare intercettata. L'energia riflessa dai mezzi 6 riflettenti verso la seconda superficie 31 di captazione fa si che i secondi mezzi 3 di captazione e trasformazione incrementino la propria produzione di energia elettrica. La superficie 60 riflettente è dunque rivolta verso detto secondo piano 5 verticale.
I primi mezzi 2 di captazione e trasformazione della radiazione solare comprendono un primo pannello 212 solare. Opportunamente anche i secondi mezzi 3 di captazione e trasformazione della radiazione solare comprendono un secondo pannello 312 solare.
Vantaggiosamente detto primo pannello 212 solare è un primo modulo 211 fotovoltaico per la produzione di energia elettrica. Vantaggiosamente detto secondo pannello 312 solare è un secondo modulo 311 fotovoltaico per la produzione di energia elettrica.
Da prime verifiche sperimentali condotte dalla Richiedente l'incremento di produzione elettrica rispetto ad un impianto convenzionale (senza mezzi 6 riflettenti) è pari a circa il 15% annuo, con picchi del 30% in corrispondenza del solstizio d'estate.
In una soluzione costruttiva alternativa l'impianto 1 per lo sfruttamento di energia potrebbe essere finalizzato a riscaldare un fluido. Ciò potrebbe essere utilizzato ad esempio per riscaldare acqua corrente da utilizzare negli edifici. In tal caso il primo e il secondo pannello 212, 312 solare potrebbero essere pannelli solari termici (o collettori termici).
In una ulteriore soluzione costruttiva l'impianto 1 per 10 sfruttamento di energia potrebbe essere finalizzato sia per la produzione di energia elettrica sia per il riscaldamento di un fluido; in tal caso il primo pannello 212 solare potrebbe essere un modulo fotovoltaico e il secondo pannello 312 solare potrebbe essere un collettore termico o viceversa.
11 collettore termico potrebbe essere di vario tipo ad esempio piano o sottovuoto.
La superficie 60 riflettente è opportunamente planare. Vantaggiosamente l'angolo acuto formato dalla superficie 60 riflettente rispetto all'orizzontale è in valore assoluto sostanzialmente il medesimo dell'angolo acuto formato dal secondo modulo 31 e l'orizzontale. La prima superficie 21 di captazione, la superficie 60 riflettente e il suolo sono reciprocamente inclinate come le facce laterali di un prisma avente come base un triangolo isoscele (i due angoli in corrispondenza del suolo sono sostanzialmente uguali; non necessariamente il primo pannello 212, la superficie 60 riflettente e il suolo sono in contatto reciproco, ma potrebbero essere solamente avvicinati l'un l'altro). Ciò permette di avere un compromesso tra i raggi solari che colpiscono la superficie 60 riflettente e la quantità di raggi solari riflessi verso l'alto dai mezzi 6 riflettenti e non intercettati dalla seconda superficie 31 di captazione. Al ridursi dell'angolo di inclinazione della superficie 60 riflettente rispetto all'orizzontale sarà maggiore la quantità di raggi solari che colpiscono i mezzi 6 riflettenti, ma nel contempo vi è un incremento dei raggi solari riflessi in una direzione tale da impedire di essere intercettati dalla seconda superficie 31 di captazione. I mezzi 6 riflettenti potrebbero comprendere una pluralità di superfici 60 riflettenti affiancate. Vantaggiosamente le superfici 60 riflettenti sono planari e tra loro complanari. I primi e i secondi mezzi 2, 3 di captazione e trasformazione (in particolare il primo e il secondo pannello 212, 312 solare) si trovano ad una distanza reciproca non nulla. Tale distanza è dettata dall'esigenza di evitare che i primi mezzi 2 di captazione e trasformazione mettano in ombra i secondi mezzi 3 di captazione. L'invenzione prevede dunque di sfruttare almeno parzialmente tale spazio per collocare i mezzi 6 riflettenti e incrementare la produzione di energia elettrica dell'impianto 1. Approssimativamente la distanza tra i primi e i secondi mezzi 2, 3 di captazione e trasformazione è tale che a mezzogiorno del solstizio d'inverno l'ombreggiamento generato dai primi mezzi 2 di intercettazione (in particolare dal primo pannello 212 solare) non interessi i secondi mezzi 3 di intercettazione (in particolare il secondo pannello 312 solare). Tale distanza è pari a D=H*tan(A+B) in cui (vedasi figura 2):
D= è la componente orizzontale della distanza minima tra i primi e i secondi mezzi 2, 3 di captazione (in particolare tra il primo e il secondo pannello 212, 312 solare);
H= è la massima altezza dei primi mezzi 2 di captazione (in particolare del primo pannello 212 solare);
A= 23,5° è la declinazione al solstizio invernale;
B= la latitudine del sito.
Opportunamente la distanza tra i primi e i secondi mezzi 2, 3 di captazione (in particolare tra il primo e il secondo pannello 212, 312 solare) è pari a circa tre volte la massima altezza dei primi mezzi 2 di captazione .
Opportunamente, preso un punto qualunque della superficie 60 riflettente e un punto qualunque della seconda superficie 31 di captazione esiste un segmento rettilineo che li congiunge senza intercettare alcun ulteriore componente dell'impianto 1.
Opportunamente detta prima superficie 21 di captazione è interposta tra detti mezzi 6 riflettenti e detto primo piano 4 verticale.
Come esemplificativamente illustrato in figura 1, la superficie 60 riflettente e detta prima superficie 21 di captazione sono reciprocamente convergenti spostandosi da una quota più bassa ad una quota più alta.
Nel caso in cui l'impianto 1 sia almeno in parte destinato alla produzione di energia elettrica opportunamente detto secondo modulo 311 fotovoltaico è un modulo che permette un incremento dell'energia prodotta anche qualora non tutto il secondo modulo 311 sia interessato dalla riflessione di energia compiuta dai mezzi 6 riflettenti (ad esempio potrebbe essere un modulo amorfo o microcristallino).
Vantaggiosamente i primi mezzi 2 di captazione e trasformazione (preferibilmente il primo pannello 212 solare) e/o i secondi mezzi 3 di captazione e trasformazione (preferibilmente il secondo pannello 312 solare) e/o i mezzi 6 riflettenti si sviluppano direttamente dal suolo verso l'alto oppure distano dal suolo meno di 15 centimetri.
L'impianto 1 prevede inoltre una corsia 8 di passaggio per un operatore interposta tra detti mezzi 6 riflettenti e detti secondi mezzi 3 di captazione e trasformazione (in particolare interposta tra detti mezzi 6 riflettenti e detta seconda superficie 31 di captazione) . Tale corsia 8 di passaggio agevola le operazioni di assemblaggio, ispezione, manutenzione dell'impianto 1. La corsia 8 di passaggio presenta una direzione 81 preponderante di sviluppo; ortogonalmente a tale direzione 81 preponderante di sviluppo, la corsia 8 presenta una larghezza compresa tra 30 e 50 centimetri. Vantaggiosamente tale corsia 8 presenta una copertura rasoterra impermeabile alla luce per impedire la crescita di erba al di sotto. Tale copertura è vantaggiosamente un tappeto in materiale plastico. Ciò permette di evitare ad esempio la cementificazione di un'area che in futuro potrà essere destinata ad altri impieghi. Evitare la crescita di erba lungo la corsia 8 è importante per evitare che si debba provvedere a tagliarla con macchinari che potrebbero danneggiare i secondi mezzi 3 di captazione e trasformazione e i mezzi 6 riflettenti.
L'inclinazione ottimale a cui collocare la prima superficie 21 di captazione varia con la latitudine.
Opportunamente (questo è particolarmente vero in una fascia di latitudine compresa tra i tropici e i circoli polari) la prima superficie 21 di captazione è piana e inclinata rispetto all'orizzontale di un angolo compreso tra 20° e 40°, preferibilmente tra 25° e 35°, ancor più preferibilmente tra 29° e 34°.
L'inclinazione ideale è quella che ottimizza 1'intercettazione di energia solare nel corso dell'anno. Nell'emisfero boreale l'inclinazione ottimale è minore a sud e maggiore a nord.
L' intercettazione di energia da parte di un pannello solare è tanto maggiore quanto più i raggi solari incidenti sono ad esso ortogonali.
In corrispondenza del 44° parallelo l'inclinazione rispetto all'orizzontale della prima superficie 21 di captazione e/o della seconda superficie 31 di captazione è opportuno che sia pari a circa 33°.
Le considerazioni sopraindicate relativamente all'inclinazione della prima superficie 21 di captazione possono essere ripetute per la seconda superficie 31 di captazione .
Opportunamente la seconda superficie 31 di captazione è piana e inclinata rispetto all'orizzontale di un angolo compreso tra 20° e 40°, preferibilmente tra 25° e 35°, ancor più preferibilmente tra 29° e 34°.
La superficie 60 riflettente è piana e inclinata rispetto all'orizzontale di un angolo compreso tra 20° e 40°, preferibilmente tra 25° e 35°, ancor più preferibilmente tra 29° e 34°. Vantaggiosamente la prima superficie 21 di captazione e la seconda superficie 31 di captazione presentano la medesima inclinazione rispetto all'orizzontale. Inoltre la prima superficie 21 di captazione giace in un piano parallelo ad un piano in cui giace la seconda superficie 31 di captazione.
Nell'emisfero boreale in estate bisogna ridurre l'angolo acuto formato dalla prima e/o dalla seconda superficie 21, 31 di captazione rispetto all'orizzontale, mentre in inverno è opportuno aumentarlo.
Esemplificativamente, ma non limitativamente una soluzione costruttiva prevede che:
-i primi e i secondi moduli 211, 311 fotovoltaici siano rettangoli e abbiano dimensioni 1,10 metri x 1,30 metri, e presentino inclinazione di 30° rispetto all'orizzontale;
-la superficie 60 riflettente sia inclinata di 30° rispetto all'orizzontale;
-i primi e i secondi moduli fotovoltaici 211, 311 presentino la medesima geometria;
-la distanza tra due punti omologhi dei primi e dei secondi moduli 211, 311 fotovoltaici sia pari a 2,3 metri .
Vantaggiosamente la prima superficie 21 di captazione, la seconda superficie 31 di captazione e detta superficie 60 riflettente sono orientate spazialmente secondo una configurazione prestabilita che rimane invariata nel tempo. Normalmente non è dunque presente un dispositivo di inseguimento del Sole che permette una variazione dell'orientamento dei primi e dei secondi mezzi 2, 3 di captazione.
Opportunamente la superficie 60 riflettente presenta una capacità riflettente superiore o uguale al 70% in particolare superiore o uguale al 80%, ancor più preferibilmente superiore al 85%.
Vantaggiosamente la superficie 60 riflettente è realizzata in mylar, preferibilmente in mylar diamantato o mylar argentato, ma in alternativa potrebbe essere anche uno specchio o un telo riflettente bianco-nero. In una soluzione costruttiva esemplificativa i primi mezzi 2 di captazione e trasformazione comprendono una pluralità di prime superfici 21 di captazione rivolte verso detto primo piano 4 ed affiancate a formare una prima fila 22 che si sviluppa orizzontalmente. Vantaggiosamente dette prime superfici 21 di captazione sono tra loro complanari.
Analogamente i secondi mezzi 3 di captazione e trasformazione comprendono una pluralità di seconde superfici 31 di captazione rivolte verso detto primo piano 4 e affiancate a formare una seconda fila 32 che si sviluppa orizzontalmente in modo sostanzialmente parallelo alla prima fila 22.
Indicando che la seconda fila 32 si sviluppa in modo sostanzialmente parallelo alla prima fila 22 si intende che la prima e la seconda fila 22, 32 si sviluppano mantenendo approssimativamente la stessa distanza.
I mezzi 6 riflettenti si sviluppano in lunghezza tra la prima e la seconda fila 22, 32 e sono rivolti verso le seconde superfici 31 di captazione della seconda fila 32. Vantaggiosamente i mezzi 6 riflettenti si sviluppano in lunghezza per l'intera estensione della prima e della seconda fila 22, 32.
In una soluzione costruttiva la prima fila 22 potrebbe essere posizionata tra due file di superfici di captazione (almeno una delle quali sarebbe la seconda fila 32). Analogamente tra la prima superficie 21 di captazione e il primo piano 4 potrebbe essere interposta almeno un'altra superficie di captazione (soluzione non illustrata).
Definita una prima direzione 7 congiungente detta prima superficie 21 di captazione e detta seconda superficie 31 di captazione, detta seconda superficie 31 di captazione e detta superficie 60 riflettente definiscono un sistema di base che partendo dalla prima superficie 21 di captazione può essere ripetuto n volte alternando lungo detta prima direzione 7 la superficie 60 riflettente e la seconda superficie 31 di captazione, n essendo maggiore o uguale a 1 (preferibilmente essendo maggiore o uguale a 2; nel caso n sia uguale a 2 si veda figura 2). Nel caso in cui n sia uguale a 1 si ottiene quanto illustrato in figura 1. Opportunamente la prima direzione 7 è ortogonale al primo e al secondo piano 4, 5. Lungo la prima direzione 7, ad una prima estremità 101 di una struttura 10 ottenuta ripetendo n volte detto sistema di base, l'impianto 1 prevede detta prima superficie 21 di captazione. Ad una seconda estremità 102 della struttura 10 detto impianto 1 comprende una parete 9 inclinata rispetto all'orizzontale e convergente con la seconda superficie 31 di captazione cui è accostata. Detta struttura 10 in corrispondenza della prima e della seconda estremità 101, 102 della struttura 10 è dunque aerodinamicamente sagomata grazie all'inclinazione della prima superficie 21 di captazione e della parete 9. Ciò riduce la pressione esercitata dal vento. La prima estremità 101 della struttura 10 non coincide necessariamente con un'estremità dell'impianto 1. Conseguentemente tra detta prima estremità 101 della struttura 10 e detto primo piano 4 potrebbe anche essere interposto almeno un'ulteriore superficie di captazione. Opportunamente l'impianto 1 comprende:
- un primo basamento 91 e un supporto 210 del primo modulo 21; il peso del primo pannello 212 solare è scaricato sul primo basamento 91 attraverso una porzione inferiore del supporto 210;
- un secondo basamento 92, detta parete 9 inclinata scaricando sul secondo basamento 92 il proprio peso attraverso una porzione inferiore del pannello 9.
L'invenzione consegue importanti vantaggi. Innanzitutto permette di incrementare la produzione energetica annua, specialmente in corrispondenza del solstizio d'estate. Immediata conseguenza di ciò è la riduzione dei tempi di recupero degli investimenti fatti per la realizzazione dell'impianto (riduzione del termine di pay-back).
Un ulteriore importante vantaggio è di tipo strutturale legato alla particolare conformazione dell'impianto che permette di ridurre gli effetti del vento (riduzione dell'effetto vela).
Un ulteriore vantaggio è legato al fatto che tale impianto può fornire un contributo alla riduzione del riscaldamento della superficie terrestre dal momento che parte dei raggi solari che colpiscono la superficie terreste sono riflessi verso l'alto dai mezzi 6 riflettenti.
L'invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo che la caratterizza. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, tutti i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze in particolare potrebbero essere scelte in funzione della latitudine, del costo relativo del terreno e del costo relativo dei materiali.
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1.Impianto per lo sfruttamento di energia solare comprendente: - primi mezzi (2) di captazione e trasformazione della energia solare comprendente una prima superficie (21) di captazione dell'energia solare almeno in parte inclinata rispetto all'orizzontale; secondi mezzi (3) di captazione e trasformazione dell'energia solare comprendenti almeno una seconda superficie (31) di captazione dell'energia solare almeno in parte inclinata rispetto all'orizzontale; definito un primo e un secondo piano (4, 5) verticale immaginario di riferimento reciprocamente paralleli tra cui sono interposte la prima e la seconda superficie (21, 31) di captazione, detta prima e detta seconda superficie (21, 31) di captazione essendo rivolte verso il primo piano (4); caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (6) riflettenti dell'energia solare comprendenti una superficie (60) riflettente che è inclinata rispetto all'orizzontale, fisicamente interposta tra detto prima e detta seconda superficie (21, 31) di captazione e rivolta verso detto secondo piano (5) per riflettere verso detta seconda superficie (31) di captazione almeno parte dell'energia solare intercettata.
- 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi (2) di captazione e trasformazione della radiazione solare comprendono un primo pannello (212) solare e detti secondi mezzi (3) di captazione e trasformazione della radiazione solare comprendono un secondo pannello (312) solare.
- 3.Impianto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo pannello (212) solare è un primo modulo (211) fotovoltaico e/o detto secondo pannello (312) solare è un secondo modulo (311) fotovoltaico.
- 4 .Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la superficie (60) riflettente e detta prima superficie (21) di captazione sono reciprocamente convergenti spostandosi da una quota più bassa ad una quota più alta.
- 5.Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere una corsia (8) di passaggio per un operatore interposta tra detti mezzi (6) riflettenti e detti secondi mezzi (3) di captazione e trasformazione.
- 6.Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che: -detta prima superficie (21) di captazione è piana e inclinata rispetto all'orizzontale di un angolo compreso tra 25° e 35°; e/o -detta seconda superficie (31) di captazione è piana e inclinata rispetto all'orizzontale di un angolo compreso tra 25° e 35°; e/o -detta superficie riflettente (60) è piana e inclinata rispetto all'orizzontale di un angolo compreso tra 25° e 35°.
- 7.Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto prima superficie (21) di captazione, detta seconda superficie (31) di captazione, detta superficie (60) riflettente sono orientate spazialmente secondo una configurazione prestabilita che rimane invariata nel tempo.
- 8. Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta superficie (60) riflettente presenta una capacità riflettente superiore o uguale al 80%.
- 9. Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta superficie (60) riflettente è realizzata in mylar diamantato .
- 10.Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che: -i primi mezzi (2) di captazione e trasformazione comprendono una pluralità di prime superfici (21) di captazione rivolte verso detto primo piano (4) e reciprocamente affiancate a formare una prima fila (22) che si sviluppa orizzontalmente; -i secondi mezzi (3) di captazione comprendono una pluralità di seconde superficie (31) di captazione rivolte verso detto primo piano (4) e reciprocamente affiancate a formare una seconda fila (32) che si sviluppa orizzontalmente in modo sostanzialmente parallelo alla prima fila (22); -i mezzi (6) riflettenti sviluppandosi in lunghezza tra la prima e la seconda fila (22, 32) ed essendo rivolti verso le seconde superfici (31) di captazione.
- 11.Impianto secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, definita una prima direzione (7) congiungente detta prima superficie (21) di captazione e detta seconda superficie (31) di captazione, detta seconda superficie (31) di captazione e detta superficie (60) riflettente definiscono un sistema di base che partendo dalla prima superficie (21) di captazione può essere ripetuto n volte alternando lungo detta prima direzione (7) la superficie (60) riflettente e la seconda superficie (31) di captazione, n essendo maggiore o uguale a 1; lungo la prima direzione (7), ad una prima estremità (101) di una struttura (10) ottenuta ripetendo n volte detto sistema di base l'impianto (1) prevedendo detta prima superficie (21) di captazione, ad una seconda estremità (102) della struttura (10) detto impianto (1) comprendendo una parete (9) inclinata rispetto all'orizzontale e convergente con la seconda superficie (31) di captazione del sistema di base a cui è accostata.
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2009
- 2009-07-07 IT IT000029A patent/ITRN20090029A1/it unknown
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