ITTO20100578A1 - Dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria compressa - Google Patents

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turbine
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Darwin G Caldwell
Stefano Cordasco
Michele Focchi
Emanuele Guglielmino
Gianluca Pane
Carlo Tacchino
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Description

"Dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria compressa"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce a un dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria o altro gas compresso, come specificato nel preambolo dell'annessa rivendicazione indipendente 1.
Sono attualmente in commercio dispositivi per la generazione di energia elettrica a bassa tensione (tipicamente 24 V) sfruttando l'energia fornita da una sorgente di aria compressa. Tali dispositivi comprendono fondamentalmente un generatore elettrico, una microturbina radiale accoppiata a rotazione al rotore del generatore elettrico e un ugello attraverso il quale l'aria compressa fornita da una sorgente di aria compressa viene diretta contro le palette della microturbina in modo da azionare in rotazione la microturbina e con essa il rotore del generatore elettrico, producendo così energia elettrica a partire dall'energia di pressione e cinetica del flusso di aria compressa. Tali dispositivi comprendono inoltre un'unità di controllo elettronica predisposta per assicurare una tensione di uscita costante al variare del carico elettrico collegato al dispositivo e della pressione dell'aria compressa con cui il dispositivo viene alimentato. La disposizione in serie della microturbina e del generatore elettrico rende il dispositivo piuttosto ingombrante, soprattutto in direzione assiale (cioà ̈ nella direzione dell'asse di rotazione della microturbina e del rotore del generatore elettrico).
E' noto dalla domanda di brevetto statunitense US2005/0258694 un generatore elettrico per un utensile pneumatico, comprendente un rotore munito di palette e uno statore anulare assialmente disposto fra il rotore e un cuscinetto di supporto del rotore, laddove il rotore presenta, sulla sua faccia di estremità assialmente rivolta verso lo statore, una pluralità di cave cilindriche che si estendono parallelamente all'asse del rotore e accolgono ciascuna un rispettivo corpo magnetico permanente (fatto ad esempio di neodimio-ferro-boro) di forma cilindrica inserito in un rispettivo corpo non magnetico (fatto ad esempio di zinco, allumino od ottone) a forma di bicchiere. Tale soluzione nota à ̈ tuttavia anch'essa affetta dall'inconveniente del notevole ingombro assiale, essendo lo statore disposto assialmente affiancato al rotore. Inoltre, tale generatore elettrico noto presenta un elevato numero di componenti.
Scopo della presente invenzione à ̈ quindi fornire un dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria compressa che non sia affetto dagli inconvenienti della tecnica nota sopra menzionati.
Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a un dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria compressa avente le caratteristiche definite nella parte caratterizzante dell'annessa rivendicazione indipendente 1.
Forme di realizzazione preferite di un dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria compressa secondo la presente invenzione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto à ̈ da ritenersi come parte integrale e integrante della presente descrizione.
In sintesi, l'invenzione si fonda sull'idea di realizzare un dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria o altro gas compresso, comprendente uno statore e un rotore, laddove lo statore comprende a sua volta una disposizione di avvolgimenti intorno a una superficie cilindrica e laddove il rotore à ̈ montato all'interno dello statore coassialmente a questo e comprende a sua volta una girante realizzata come girante di turbina assiale e un magnete permanente a forma di cilindro cavo all'interno del quale à ̈ inserita la girante. Grazie al fatto che la girante à ̈ integrata all'interno di un magnete permanente a forma di cilindro cavo e al fatto che l'insieme formato dalla girante e dal magnete permanente à ̈ a sua volta accolto in uno statore presentante una cavità cilindrica interna, si ottiene un dispositivo che ha al contempo dimensioni assiali ridotte e un numero di componenti minimo.
Preferibilmente il magnete permanente à ̈ fatto di neodimio-ferro-boro quale materiale magnetico ad alta densità magnetica, in modo da migliorare l'efficienza del dispositivo.
Preferibilmente la girante à ̈ realizzata come girante di turbina assiale ad azione, anche se altre forme di realizzazione della turbina potrebbero essere previste a seconda delle specifiche applicazioni.
Preferibilmente il dispositivo può essere dotato di appositi dischi sagomati in modo da aprire o chiudere canali d'ingresso dell'aria e consentire di regolare la portata di aria, e quindi la potenza prodotta dal dispositivo.
Un dispositivo per la generazione di energia elettrica secondo la presente invenzione consente di mettere a disposizione energia elettrica senza la necessità di cavi di alimentazione e si presta quindi a essere utilizzato ad esempio per l'alimentazione di sensori o altri dispositivi in zone remote o difficilmente raggiungibili, quali zone a rischio di esplosione (ad esempio raffinerie), per l'alimentazione di nodi ricetrasmettitori wireless, per l'alimentazione di PLC di unità automatiche portatili, o ancora per l'alimentazione di valvole pneumatiche di bassa potenza. Un ulteriore campo di applicazione possibile à ̈ ad esempio l'illuminazione di emergenza: un serbatoio di aria compressa con valvola di uscita normalmente aperta, tenuta chiusa da un solenoide alimentato, in caso di black-out garantisce l'alimentazione di aria compressa al dispositivo di generazione, che può così alimentare una sorgente di luce (ad esempio led ad alta intensità). Un dispositivo per la generazione di energia elettrica secondo la presente invenzione può inoltre essere utilizzato per l'attivazione di display o luci ausiliarie su piccoli attrezzi pneumatici o manuali o ancora per l'alimentazione di allarmi acustici od ottici per dispositivi pneumatici.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, fornita a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:
la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione assiale di un dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria compressa secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;
la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica della girante del rotore del dispositivo della figura 1; la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica del distributore del dispositivo della figura 1; e
le figure 4 e 5 sono una vista in elevazione frontale e rispettivamente una vista in sezione assiale del disco di uscita del dispositivo della figura 1.
Nella descrizione e nelle rivendicazioni che seguono, i termini "assiale" e "radiale" sono utilizzati per individuare rispettivamente una direzione parallela e una direzione perpendicolare all'asse di rotazione del rotore del dispositivo di generazione di energia elettrica.
Con riferimento alla figura 1, un dispositivo per la generazione di energia elettrica (indicato di qui in avanti semplicemente come dispositivo) secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione à ̈ complessivamente indicato con 10 e comprende fondamentalmente:
uno statore 12 di tipo per sé noto, costituito da una disposizione di avvolgimenti statorici intorno a una superficie cilindrica cava di asse X; un rotore 14 montato girevole all'interno dello statore 12 coassialmente a questo;
un corpo d'ingresso 16 disposto a monte dell'insieme formato dallo statore 12 e dal rotore 14 e munito di un raccordo d'ingresso 18 (solo parzialmente mostrato) per il collegamento con una sorgente di aria o altro gas compresso (non mostrata); e
un corpo di uscita 20 disposto a valle dell'insieme formato dallo statore 12 e dal rotore 14.
Il rotore 14 comprende a sua volta una girante 22, realizzata nella forma di realizzazione illustrata come girante di turbina assiale, e un magnete permanente 24 a forma di cilindro cavo all'interno del quale à ̈ inserita la girante 22. La girante 22 e il magnete permanente 24 sono rigidamente collegati l'uno all'altro, vantaggiosamente mediante accoppiamento per interferenza, in modo da essere solidali a rotazione. La girante 22 à ̈ realizzata ad esempio in materiale magnetico, in metalli o leghe non magnetiche o ancora in materiale plastico. La girante 22 à ̈ meglio osservabile nella vista prospettica della figura 2, da cui si può evincere in particolare la conformazione delle palette 26 e dei canali 28 fra esse individuati. La girante 22 à ̈ inoltre munita di un albero 30 mediante il quale essa à ̈ montata girevole nello statore 12 intorno all'asse X. Il magnete permanente 24, che forma con lo statore 12 un generatore elettrico, à ̈ vantaggiosamente realizzato in materiale magnetico ad alta densità magnetica, quale neodimio-ferro-boro, samario-cobalto o simile. Il materiale del magnete permanente 24 sarà scelto caso per caso anche in base ad altre caratteristiche, quali ad esempio temperatura di esercizio e resistenza meccanica. Il magnete permanente 24 ha magnetizzazione diametrale. Preferibilmente, il rotore 14 comprende inoltre una camicia 32 di materiale composito, in particolare di fibra di carbonio, che incapsula il magnete permanente 24 e ha la funzione di aumentare la resistenza meccanica di quest'ultimo, che nel funzionamento à ̈ soggetto sia a sollecitazioni dovute alle forze centrifughe sia a sollecitazioni dovute alla diversa dilatazione termica del materiale della girante 22 rispetto al materiale del magnete permanente 24.
Nel corpo d'ingresso 16 à ̈ accolto, all'estremità assialmente rivolta verso la girante 22, un distributore 34 formante con la girante 22 una turbina assiale, preferibilmente una turbina assiale ad azione. Il distributore 34 à ̈ meglio osservabile nella vista prospettica della figura 3, da cui si può evincere in particolare la conformazione delle palette 36 e dei canali 38 fra esse individuati. Nella faccia del distributore 34 assialmente rivolta verso la girante 22 à ̈ prevista una cavità cilindrica 40 in cui à ̈ accolto un cuscinetto a rotolamento 42 (realizzato ad esempio come cuscinetto radiale a sfere) che supporta l'estremità lato ingresso dell'albero 30 della girante 22. In alternativa, nel caso di particolari condizioni di esercizio, quali altissime velocità di rotazione, lunghe durate di funzionamento continuativo ecc., possono essere adottati altri tipi di cuscinetti, ad esempio cuscinetti a gas o cuscinetti magnetici. Fra il raccordo d'ingresso 18 e il distributore 34 à ̈ individuata dal corpo d'ingresso 16 una camera di equalizzazione della pressione 44.
Nel corpo di uscita 20 à ̈ accolto, all'estremità assialmente rivolta verso la girante 22, un disco di uscita 46 presentante una pluralità di aperture 48 attraverso cui l'aria proveniente dalla girante 22 viene scaricata in atmosfera. Il disco di uscita 46 à ̈ illustrato, sia in sezione assiale sia in elevazione frontale, nelle figure 4 e 5. Nella faccia del disco di uscita 46 assialmente rivolta verso la girante 22 à ̈ prevista una cavità cilindrica 50 in cui à ̈ accolto un cuscinetto a rotolamento 52 (in particolare un cuscinetto in grado di sopportare sia carichi radiali sia carichi assiali, quale ad esempio un cuscinetto obliquo a sfere o uno degli altri tipi di cuscinetti sopra menzionati) che supporta l'estremità lato uscita dell'albero 30 della girante 22. Appositi dischi opportunamente sagomati (non mostrati) possono essere inseriti a monte del distributore 34 per parzializzare la portata d'aria (o di altro gas) in ingresso.
Nella forma di realizzazione illustrata, il corpo d'ingresso 16 e il corpo di uscita 20 sono realizzati come pezzi distinti che sono disposti da parti assialmente opposte rispetto allo statore 12 e sono fissati l'uno all'altro (ad esempio mediante viti).
Verrà di seguito brevemente illustrato il funzionamento del dispositivo 10. L'aria compressa prodotta dalla sorgente di aria compressa a una pressione compresa ad esempio fra 2 e 4 bar, entra nella camera di equalizzazione della pressione 44 del corpo d'ingresso 16 del dispositivo 10 attraverso il raccordo d'ingresso 18. A questo proposito, la camera di equalizzazione della pressione 44 ha la funzione di assicurare una pressione costante a monte della turbina assiale. L'aria viene quindi accelerata attraverso i canali 38 del distributore 34 fino a raggiungere la velocità sonica all'ingresso dei canali 28 della girante 22, entra quindi nella girante 22 accelerandola sino a regimi di rotazione di 100.000÷200.000 giri/min, e infine viene scaricata nell'atmosfera attraverso le aperture 48 del disco di uscita 46. Il magnete permanente 24, che à ̈ solidale a rotazione con la girante 22, viene così anch'esso posto in rotazione creando un flusso magnetico rotante che induce forze elettromotrici negli avvolgimenti statorici dello statore 12.
Le forze elettromotrici così indotte verranno raddrizzate da un ponte a diodi e opportunamente stabilizzate tramite convertitore DC-DC indipendentemente dalle variazioni della pressione di alimentazione e del carico. Il convertitore à ̈ alloggiato in una scheda elettronica, che preferibilmente può fornire funzioni ausiliarie, quali ad esempio protezione da sovravelocità o sovratensioni, ingressi analogici per la lettura dei segnali di sensori, memorizzazione dei dati rilevati, modulo wireless integrato a basso consumo per inviare i dati a una centrale remota ecc. Il convertitore à ̈ opportunamente progettato per accettare in ingresso un ampio intervallo di tensioni (ad esempio da 0 a 30 V), essendo la tensione prodotta variabile in funzione della velocità di rotazione della turbina, che à ̈ a sua volta variabile in funzione della pressione in ingresso e del carico. Tale convertitore serve anche per l'alimentazione dell'elettronica interna. Un secondo convertitore DC-DC a partire dalla tensione stabilizzata del primo convertitore produce una tensione industriale di 24 V per l'alimentazione del carico dell'utilizzatore (ad esempio un sensore).
A monte del dispositivo può essere prevista una valvola di regolazione, preferibilmente una valvola passiva, per regolare la pressione dell'aria in ingresso al valore ottimale per il rendimento della turbina.
Come si evince dalla precedente descrizione, il dispositivo secondo l'invenzione presenta un numero minimo di componenti, dimensioni compatte e un elevato rendimento. A proposito di quest'ultimo aspetto, da un lato l'integrazione della girante della turbina e del rotore del generatore elettrico in un unico componente permette di eliminare le perdite legate all'accoppiamento meccanico fra tali componenti.
Inoltre, come già detto in precedenza, mediante l'utilizzo di appositi dischi forati funzionanti da organi parzializzatori, à ̈ possibile regolare la potenza elettrica prodotta dal dispositivo. In questo modo, il dispositivo può essere tarato per applicazioni di elevata potenza ma breve durata (ad esempio allarmi, segnalazione di avarie ecc.) o per applicazioni di bassa potenza ma lunga durata (ad esempio sensori, dispositivi di monitoraggio ecc.).
Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto à ̈ stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza con ciò fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.
Ad esempio, anche se l'invenzione à ̈ stata descritta e illustrata con riferimento alla realizzazione della turbina come turbina assiale ad azione, la turbina potrebbe essere realizzata diversamente a seconda delle specifiche applicazioni.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (10) per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria o altro gas compresso, il dispositivo comprendendo una turbina (22, 34) avente una girante (22), e un generatore elettrico (12, 24) avente uno statore (12) munito di avvolgimenti statorici e un magnete permanente (24) girevole rispetto allo statore (12), il magnete permanente (24) essendo solidale a rotazione alla girante (22), caratterizzato dal fatto che gli avvolgimenti statorici dello statore (12) sono distribuiti intorno a una superficie cilindrica coassiale (X) con la girante (22), e dal fatto che il magnete permanente (24) à ̈ realizzato come cilindro cavo all'interno del quale à ̈ inserita la girante (22), l'insieme formato dalla girante (22) e dal magnete permanente (24) essendo montato all'interno dello statore (12).
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il magnete permanente (24) ha magnetizzazione diametrale.
  3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui la turbina (22, 34) Ã ̈ una turbina assiale.
  4. 4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il magnete permanente (24) à ̈ fatto di un materiale ad alta densità magnetica, quale neodimio-ferro-boro, samario-cobalto o simile.
  5. 5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la girante (22) e il magnete permanente (24) sono collegati l'uno all'altro mediante accoppiamento per interferenza.
  6. 6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una camicia (32) che incapsula il magnete permanente (24).
  7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui la camicia (32) Ã ̈ fatta di materiale composito, quale fibra di carbonio.
  8. 8. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un corpo d'ingresso (16) disposto a monte della girante (22) e munito di un raccordo d'ingresso (18) per il collegamento con una sorgente di aria o altro gas compresso, e un corpo di uscita (20) disposto a valle della girante (22), la turbina (22, 34) comprendendo inoltre un distributore (34) accolto nel corpo d'ingresso (16) e il dispositivo (10) comprendendo inoltre un disco di uscita (46) presentante almeno un'apertura (48) per lo scarico dell'aria o gas in atmosfera.
  9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui il distributore (34) e il disco di uscita (46) presentano, sulle loro facce assialmente rivolte verso la girante (22), rispettive cavità (40, 50) in cui sono accolti supporti (42, 52) mediante i quali l'insieme formato dalla girante (22) e dal magnete permanente (24) à ̈ supportato a rotazione.
  10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 o la rivendicazione 9, in cui il corpo d'ingresso (16) e il corpo di uscita (20) sono realizzati come pezzi distinti che sono disposti da parti assialmente opposte rispetto allo statore (12) e sono fissati l'uno all'altro mediante mezzi di collegamento risolubile.
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JP2013517658A JP2013531964A (ja) 2010-07-06 2011-07-05 加圧下で、空気又は他の気体、あるいは、液体の供給源から電力を生成するための装置
PCT/IB2011/052965 WO2012004738A1 (en) 2010-07-06 2011-07-05 Device for generating electric power from a source of air or other gas or fluid under pressure
BR112013000449-5A BR112013000449B1 (pt) 2010-07-06 2011-07-05 Dispositivo para gerar energia elétrica de uma fonte de ar ou outro gás ou fluido sob pressão
RU2013104542/07A RU2567376C2 (ru) 2010-07-06 2011-07-05 Устройство для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением
KR1020137002316A KR101847666B1 (ko) 2010-07-06 2011-07-05 압축된 공기 또는 다른 가스 또는 유체의 소스로부터 전력을 발생시키는 장치
CN201180033520.7A CN103004061B (zh) 2010-07-06 2011-07-05 从压力下的空气或其他气体或流体的源产生电功率的装置
EP11754486.6A EP2591541B1 (en) 2010-07-06 2011-07-05 Device for generating electric power from a source of air or other gas or fluid under pressure
US13/808,235 US8957540B2 (en) 2010-07-06 2011-07-05 Device for generating electric power from a source of air or other gas or fluid under pressure

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8724497B2 (en) 2010-11-03 2014-05-13 Mediatek Inc. Method of uplink MDT measurement
FR3024532B1 (fr) * 2014-07-30 2019-04-12 Airbus Operations (S.A.S.) Procede et systeme de ventilation permettant d'alimenter au moins un dispositif electrique
UA103443U (en) * 2015-08-18 2015-12-10 Andrii Igorovych Brusov Brusov heat engine
US10476349B2 (en) 2015-10-09 2019-11-12 The Texas A&M University System Method and apparatus for compact axial flux magnetically geared machines
US11333126B2 (en) 2020-07-17 2022-05-17 Draco Enterprises, LLC Electrical power from peripheral devices

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000017524A1 (fr) * 1998-09-18 2000-03-30 Hitachi, Ltd. Compresseur centrifuge a deux allures commande directement par un moteur
US6511201B1 (en) * 2001-12-05 2003-01-28 Dale K Elrod Air gun with integral air powered light
US20050258694A1 (en) * 2004-05-21 2005-11-24 Leininger Jon J Pneumatic tool with integrated electricity generator
US20090224544A1 (en) * 2007-11-30 2009-09-10 James William Bartlett Integrated turbine alternator/generator

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02154402A (ja) * 1988-12-06 1990-06-13 Hitachi Metals Ltd 磁石組立体
DE4420841A1 (de) * 1994-06-15 1995-12-21 Hans Dipl Ing Martin Heizvorrichtung für Kraftfahrzeuge
JP3484051B2 (ja) * 1997-09-10 2004-01-06 株式会社 日立インダストリイズ 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機
RU2148887C1 (ru) * 1998-12-21 2000-05-10 Мальцев Лев Валерьевич Генератор электрической энергии
JP2000213446A (ja) * 1999-01-22 2000-08-02 Shibaura Densan Kk 水力発電機
JP4238684B2 (ja) * 2002-09-25 2009-03-18 株式会社デンソー 発電装置およびその発電装置付自動水栓装置
JP2004293499A (ja) * 2003-03-28 2004-10-21 Toto Ltd 屋内設備用発電ユニット
IL163208A (en) * 2004-07-26 2011-04-28 Ap2U Net Ltd Liquid supply measuring apparatus
US7980143B2 (en) * 2004-07-26 2011-07-19 Hydrospin Monitoring Solutions Ltd Apparatus for transforming energy of liquid flowing in a liquid supply pipeline
US7709988B2 (en) * 2006-04-07 2010-05-04 General Electric Company Methods and apparatus for using an electrical machine to transport fluids through a pipeline
ATE419671T1 (de) * 2006-07-31 2009-01-15 Fiat Ricerche Durch eine fluidströmung betätigbarer elektrischer generator
JP4140062B1 (ja) * 2007-07-23 2008-08-27 Ｔｏｔｏ株式会社 水栓用発電機

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000017524A1 (fr) * 1998-09-18 2000-03-30 Hitachi, Ltd. Compresseur centrifuge a deux allures commande directement par un moteur
US6511201B1 (en) * 2001-12-05 2003-01-28 Dale K Elrod Air gun with integral air powered light
US20050258694A1 (en) * 2004-05-21 2005-11-24 Leininger Jon J Pneumatic tool with integrated electricity generator
US20090224544A1 (en) * 2007-11-30 2009-09-10 James William Bartlett Integrated turbine alternator/generator

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