ITTO20130053A1 - Apparato per convertire l'energia cinetica di una corrente d'acqua in energia elettrica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE di cui all’ art.160 del Codice della proprietà industriale

a) Specificare il campo della tecnica a cui l’invenzione fa riferimento: La presente invenzione si riferisce ad un apparato per convertire l’energia cinetica della corrente d’acqua dei fiumi o dei mari in energia elettrica. In particolare il dispositivo à ̈ ben studiato per un uso temporaneo o permanente nel mare, in fiumi e canali.

b) Indicare lo stato della tecnica preesistente: Per quanto di conoscenza dell’inventore non esistono analoghi dispositivi brevettati. I dispositivi brevettati conosciuti si basano sulla vite di Archimede brevetto WO 2011/048466 A1 del 28/04/2011, in un altro caso viene prodotta energia elettrica sfruttando la differenza di quota del pelo libero della corrente d’acqua brevetto US 8,033,752 B2 del 11/10/2011. Infine in un’altra applicazione si riesce a produrre energia sfruttando le onde brevetto GB 2031 527 A.

c) Esporre l’invenzione: Caratteristiche dell’invenzione:

- Fornire un apparato sommergibile per generare energia elettrica dalla corrente d’acqua per esempio del mare, di un fiume o di un canale; - Fornire un apparato sommergibile per generare energia elettrica in corrente e tensione alternata eventualmente ad una predeterminata e fissa frequenza indipendentemente dalla velocità e direzione della corrente d’acqua;

- Fornire un apparato sommergibile che à ̈ adatto a fornire energia elettrica alternata alla stessa frequenza della rete elettrica a cui à ̈ connesso;

- Fornire un apparato adatto all’installazione in corsi d’acqua anche caratterizzati da frequenti inversioni e cambiamenti nella direzione del flusso d’acqua;

- Fornire un apparato sommergibile in grado di ruotare in modo tale che l’asse della turbina risulti normale al vettore velocità della corrente d’acqua;

- Fornire un apparato sommergibile in grado di alzare ed abbassare la turbina rispetto alla superficie media della corrente d’acqua al fine di massimizzare l’energia prodotta;

L’invenzione comprende:

- Una fondazione appoggiata al fondale avente la funzione di sostenere il resto dell’ apparato;

- Strutture tubolari in metallo che collegano la fondazione al resto dell’apparato;

- Canale scatolare in metallo avente la funzione di convogliare l’acqua all’interno della turbina;

- Griglia di protezione posta sopra e lateralmente al canale scatolare finalizzata ad evitare l’ingresso di pesci, animali e detriti all’interno del canale di cui al punto precedente;

- Turbina costituita da diverse palette sulle quali impatta l’acqua cedendo parte della propria energia;

- Carter di protezione finalizzato alla protezione della turbina dall’ impatto di uccelli, animali, detriti e fenomeni atmosferici estremi;

- La turbina à ̈ solidale ad un albero che sarà collegato ad un alternatore ubicato esternamente alla turbina stessa;

- L’albero à ̈ collegato tramite cuscinetti ai due sostegni tubolari in metallo verticali;

- Carter di protezione dell’alternatore;

- L’alternatore sarà collegato per mezzo di un cavo elettrico ad un dispositivo ubicato a terra che permetterrà di trasformare l’energia elettrica a tensione e corrente alternata prodotta in energia elettrica a tensione e corrente continua e successivamente di ritrasformarla in energia elettrica alternata in tensione e frequenza e stessa fase di quella della rete elettrica a cui à ̈ connessa; qualora l’apparecchio venga utilizzato per applicazioni “stand alone†parte di questi componenti non saranno necessari;

- Dispositivo in grado di ruotare la turbina in modo tale che l’asse della turbina risulti normale al vettore velocità della corrente d’acqua;

- Dispositivo in grado di alzare ed abbassare la turbina rispetto alla superficie media della corrente d’acqua al fine di massimizzare l’energia elettrica prodotta;

- Centralina elettronica che gestisce il dispositivo atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua ed il dispositivo atto a ruotare l’asse della turbina su un piano orizzontale affinchà ̈ il vettore velocità dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina in base alle indicazioni fornite dal correntometro;

- Gancio superiore che permette l’estrazione dell’apparato dall’acqua al fine di effettuare opere di manutenzione.

d) Descrivere brevemente gli eventuali disegni: L’invenzione sarà più chiara facendo riferimento ai disegni di seguito riportati:

- Figura n°1: sezione verticale A-A dell’invenzione;

- Figura n°2: sezione verticale B-B dell’invenzione perpendicolare alla Figura n°1;

- Figura n°3: dispositivo che permette la rotazione della turbina

- Figura n°4: sezione verticale B-B di un secondo modo di attuazione dell’invenzione;

e) Descrivere in dettaglio un modo di attuazione dell’invenzione: Con riferimento alle Figure n°1-2-3 l’apparato descritto 10 permette di trasformare una parte dell’ energia della corrente d’acqua in energia elettrica. Dalla Figura n°1 si comprende il funzionamento dell’invenzione: l’acqua scorrendo da sinistra verso destra all’interno del canale scatolare 3 mette in rotazione la turbina 5 e l’asse 9 al quale essa à ̈ solidale tale potenza meccanica à ̈ convertita in energia elettrica alternata per mezzo dell’alternatore 11 e successivamente trasferita a terra.

L’apparato comprende:

- Una fondazione 1 appoggiata al fondale avente la funzione di sostenere il resto dell’ apparato;

- Struttura tubolare 2 in metallo che collega la fondazione al telaio principale 27 su cui appoggia il resto dell’apparato;

- Telaio principale 27 che sostiene il resto dell’apparato;

- Canale scatolare 3 eventualmente in metallo avente la funzione di convogliare l’acqua all’interno della turbina;

- Griglia di protezione 4 posta sopra e lateralmente al canale scatolare finalizzata ad evitare l’ingresso di pesci, animali e detriti all’interno del canale di cui al punto precedente;

- Turbina 5 costituita da diverse palette 6 sulle quali impatta l’acqua cedendo parte della propria energia;

- Irrigidimenti 7 delle palette;

- Carter di protezione 8 della turbina finalizzato ad evitare l’impatto di uccelli, animali, detriti e fenomeni atmosferici estremi;

- La turbina 5 à ̈ solidale ad un albero 9 che à ̈ collegato con un alternatore 11 ubicato esternamente alla turbina;

- L’albero 9 à ̈ collegato tramite cuscinetti 16 al telaio principale 27;

- Carter di protezione 12 dell’ alternatore 11;

- L’alternatore 11 sarà collegato per mezzo di un cavo elettrico ad un dispositivo 38 ubicato a terra che permetterrà di trasformare l’energia elettrica prodotta a tensione e corrente alternata in energia elettrica a tensione e corrente continua e successivamente di ritrasformarla in energia elettrica con tensione e frequenza alternate e stessa fase di quella della rete elettrica a cui à ̈ connessa; qualora l’apparecchio venga utilizzato per applicazioni “stand alone†parte di questi componenti potrebbero non essere necessari;

- Centralina elettronica 23 che gestisce il dispositivo 17 atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua ed il dispositivo 25 atto a ruotare il telaio principale 27 e di conseguenza l’asse della turbina 9 su un piano orizzontale affinchà ̈ il flusso dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina in base alla direzione della corrente fornita dal correntometro 24 ed in base all’ indicazione della potenza prodotta fornita dal dispositivo 38;

- Dispositivo 17 atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua, costituito da: pompa idraulica 19, serbatoio contentente olio 18, tubazioni di mandata 20 di collegamento dalla pompa idraulica 19 ai serbatoi 22 ed ai pistoni 21 che sostengono l’asse della turbina 9, tubazioni di ritorno 41 di collegamento dai serbatoi 22 al serbatoio 18, valvola di non ritorno 39, elettrovalvola 40, carter di protezione 42. La centralina elettronica 23 (in base alle indicazioni del correntometro 24 ed in base all’indicazione della potenza prodotta fornita dal dispositivo 38) invia un segnale elettrico alla pompa 19 affinchà ̈ essa aumenti la quantità di olio in pressione contenuto nei serbatoi 22 producendo un innalzamento dei pistoni 21 che sorreggono l’asse della turbina 9. Successivamente (quando necessario in base alle indicazioni del correntometro 24 ed in base all’indicazione della potenza prodotta fornita dal dispositivo 38), la centralina elettronica 23 comanda l’apertura dell’elettrovalvola 40 ottenendo che l’olio defluisca dai serbatoi 22 al serbatoio 18 producendo quindi un’abbassamento dell’asse della turbina 9;

- Dispositivo 25 atto a ruotare l’asse della turbina su un piano orizzontale al fine di ottenere che il flusso dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina così funzionante: la centralina elettronica 23 in base alle informazioni ricavate dal correntometro 24 comanda la pompa elettrica 28 che spinge l’olio in pressione dal serbatoio 29 all’interno del pistone 30 provocando l’alzata del vincolo meccanico 31 (che rendeva solidali il telaio 27 ed il telaio 2) il quale può ruotare in un piano verticale per mezzo di una cerniera 32 ed à ̈ inoltre solidale alla struttura tubolare 2; contemporaneamente all’ alzata del vincolo meccanico 31 il motore elettrico 33 che à ̈ anch’esso solidale alla struttura tubolare 2 mette in rotazione il telaio principale 27 fintantochà ̈ esso non à ̈ normale alla direzione della corrente d’acqua facendo ruotare l’ingranaggio 34 che à ̈ a contatto con una ghiera circolare 35 la quale à ̈ solidale con il telaio principale 27, successivamente la pompa elettrica 28 toglie l’olio dal pistone 30 pertanto il vincolo meccanico 31 ridiscende bloccando il telaio principale 27 nella posizione voluta; à ̈ inoltre presente un carter 36 che rende impermeabile il dispositivo all’acqua. I telai 2 e 27 sono a contatto per mezzo di cuscinetti 37; - Gancio superiore 13 che permette l’estrazione dell’apparato dall’ acqua al fine di effettuare opere di manutenzione;

- Componenti dell’ alternatore: rotore 15 solidale all’albero 9, statore 14 solidale con il carter 16 il quale à ̈ solidale con il telaio 27;

- I cuscinetti 16 di supporto dell’ albero motore;

- In questo capitolo à ̈ stato descritto un modo di attuazione dell’ invenzione; qualora altri siano in grado di modificare e/o adattare tale attuazione risulta evidente che tali modifiche dovranno essere considerate equivalenti a questa modalità di attuazione. I materiali ed i componenti per realizzare le differenti funzioni qui descritte possono essere modificati senza che per questo sia modificata l’invenzione ed il campo stesso dell’invenzione. La fraseologia e la terminologia qui introdotta à ̈ utilizzata al solo scopo di fornire una descrizione e non una limitazione dell’invenzione.

f) Descrizione di un secondo modo di attuazione dell’ invenzione: Il funzionamento dell’ invenzione riportato in Figura 4 à ̈ lo stesso di quello riportato nel paragrafo precedente però l’invenzione à ̈ semplificata eliminando il dispositivo atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua ed il dispositivo atto a ruotare l’asse della turbina su un piano orizzontale affinchà ̈ il flusso dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina.

g) Indicare il modo in cui l’invenzione può essere utilizzata in ambito industriale:

L’invenzione può essere utilizzata per produrre energia elettrica sia in applicazioni grid-connected che stand-alone.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI di cui all’ art.160 del Codice della proprietà industriale 1. Un apparato 10 per ottenere energia elettrica dall’energia di una corrente d’acqua di fiume o di mare che comprende, anche indipendentemente: a. Una fondazione 1 appoggiata al fondale avente la funzione di sostenere il resto dell’ apparato; b. Struttura tubolare 2 in metallo che collega la fondazione al telaio principale 27 su cui appoggia il resto dell’apparato; c. Telaio principale 27 che sostiene il resto dell’apparato; d. Canale scatolare 3 eventualmente in metallo avente la funzione di convogliare l’acqua all’interno della turbina; e. Griglia di protezione 4 posta sopra e lateralmente al canale scatolare finalizzata ad evitare l’ingresso di pesci, animali e detriti all’interno del canale di cui al punto precedente; f. Turbina 5 costituita da diverse palette 6 sulle quali impatta l’acqua cedendo parte della propria energia; g. Irrigidimenti 7 delle palette; h. Carter di protezione 8 finalizzato alla protezione della turbina 5 dall’ impatto di uccelli, animali, detriti e fenomeni atmosferici estremi; i. La turbina 5 à ̈ solidale ad un albero 9 che à ̈ collegato con un alternatore 11 ubicato esternamente alla turbina; j. L’albero 9 à ̈ collegato tramite cuscinetti 16 ai due sostegni tubolari 27 in metallo verticali; k. Carter di protezione 12 dell’alternatore 11; l. L’alternatore 11 sarà collegato per mezzo di un cavo elettrico ad un dispositivo 38 ubicato a terra che permetterrà di trasformare l’energia elettrica prodotta a tensione e corrente alternata in energia elettrica a tensione e corrente continua e successivamente di ritrasformarla in energia elettrica con tensione e frequenza alternate e stessa fase di quella della rete elettrica a cui à ̈ connessa; qualora l’apparecchio venga utilizzato per applicazioni “stand alone†parte di questi componenti potrebbero non essere necessari; m. Centralina elettronica 23 che gestisce il dispositivo 17 atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua ed il dispositivo 25 atto a ruotare il telaio principale 27 e di conseguenza l’asse della turbina 9 su un piano orizzontale affinchà ̈ il flusso dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina in base alla direzione della corrente fornita dal correntometro 24 ed in base all’indicazione della potenza prodotta fornita dal dispositivo 38; n. Dispositivo 17 atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua, costituito da: pompa idraulica 19, serbatoio contentente olio 18, tubazioni di mandata 20 di collegamento dalla pompa idraulica 19 ai serbatoi 22 ed ai pistoni 21 che sostengono l’asse della turbina 9, tubazioni di ritorno 41 di collegamento dai serbatoi 22 al serbatoio 18, valvola di non ritorno 39, elettrovalvola 40, carter di protezione 42. La centralina elettronica 23 (in base alle indicazioni del correntometro 24 ed in base all’indicazione della potenza prodotta fornita dal dispositivo 38) invia un segnale elettrico alla pompa 19 affinchà ̈ essa aumenti la quantità di olio in pressione contenuto nei serbatoi 22 producendo un innalzamento dei pistoni 21 che sorreggono l’asse della turbina 9. Successivamente (quando necessario in base alle indicazioni del correntometro 24 ed in base all’indicazione della potenza prodotta fornita dal dispositivo 38), la centralina elettronica 23 comanda l’apertura dell’elettrovalvola 40 ottenendo che l’olio defluisca dai serbatoi 22 al serbatoio 18 producendo quindi un’abbassamento dell’asse della turbina 9; o. Dispositivo 25 atto a ruotare l’asse della turbina su un piano orizzontale al fine di ottenere che il flusso dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina così funzionante: la centralina elettronica 23 in base alle informazioni ricavate dal correntometro 24 comanda la pompa elettrica 28 che spinge l’olio in pressione dal serbatoio 29 all’interno del pistone 30 provocando l’alzata del vincolo meccanico 31 (che rendeva solidali il telaio 27 ed il telaio 2) il quale può ruotare in un piano verticale per mezzo di una cerniera 32 ed à ̈ inoltre solidale alla struttura tubolare 2; contemporaneamente all’ alzata del vincolo meccanico 31 il motore elettrico 33 che à ̈ anch’esso solidale alla struttura tubolare 2 mette in rotazione il telaio principale 27 fintantochà ̈ esso non à ̈ normale alla direzione della corrente d’acqua facendo ruotare l’ingranaggio 34 che à ̈ a contatto con una ghiera circolare 35 la quale à ̈ solidale con il telaio principale 27, successivamente la pompa elettrica 28 toglie l’olio dal pistone 30 pertanto il vincolo meccanico 31 ridiscende bloccando il telaio principale 27 nella posizione voluta; à ̈ inoltre presente un carter 36 che rende impermeabile il dispositivo all’acqua. I telai 2 e 27 sono a contatto per mezzo di cuscinetti 37; p. Gancio superiore 13 che permette l’estrazione dell’ apparato dall’ acqua al fine di effettuare opere di manutenzione; q. Componenti dell’ alternatore: rotore 15 solidale all’albero 9, statore 14 solidale con il carter 16 che à ̈ solidale con il telaio principale 27; r. I cuscinetti 16 di supporto dell’ albero motore; s. Dalla Figura n°1 si comprende il funzionamento di base dell’invenzione: l’acqua scorrendo da sinistra verso destra all’interno del canale scatolare 3 mette in rotazione la turbina 5 e l’asse 9 al quale essa à ̈ solidale tale potenza meccanica à ̈ convertita in energia elettrica alternata per mezzo dell’alternatore 11, successivamente viene portata a terra per mezzo di un cavo e trasformata per mezzo delle apparecchiature 38 indicate al punto l; 2. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, per ottenere energia elettrica dall’energia di una corrente d’acqua di fiume o di mare che utilizza una turbina 5; 3. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, nel quale: l’acqua scorrendo da sinistra verso destra all’interno del canale scatolare 3 mette in rotazione la turbina 5 e l’asse 9 al quale essa à ̈ solidale, tale potenza meccanica à ̈ convertita in energia elettrica alternata per mezzo dell’alternatore 11; 4. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, che utilizza o può utilizzare: un alternatore, raddrizzatori di corrente e tensione ed inverter di corrente e tensione; 5. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, che non utilizza differenza di livello della corrente d’acqua per produrre energia elettrica; 6. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, in cui l’asse della turbina 5 à ̈ posto al di sopra della corrente d’acqua; 7. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, nel quale il canale 3 ha un’ apertura di ingresso ed una di uscita; 8. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, in cui una centralina elettronica 23 gestisce il dispositivo 17 atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua, ed il dispositivo 25 atto a ruotare l’asse della turbina su un piano orizzontale affinchà ̈ il flusso dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina in base alle indicazioni fornite dal correntometro 24 ed in base all’indicazione della potenza prodotta fornita dal dispositivo 38; 9. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, in cui à ̈ presente il dispositivo 17 atto ad abbassare ed alzare la turbina rispetto al livello dell’acqua così come indicato alla rivendicazione n°1 lettera n; 10. Un apparato 10 secondo la rivendicazione 1, in cui à ̈ presente il dispositivo 25 atto a ruotare l’asse della turbina su un piano orizzontale al fine di ottenere che il flusso dell’acqua impatti perpendicolarmente alle palette della turbina come indicato alla rivendicazione n°1 lettera o; 11. In questo capitolo à ̈ stato descritto un modo di attuazione dell’ invenzione; qualora altri siano in grado di modificare e/o adattare tale attuazione risulta evidente che tali modifiche dovranno essere considerate equivalenti a questa modalità di attuazione. I materiali ed i componenti per realizzare le differenti funzioni qui descritte possono essere modificati senza che per questo sia modificata l’invenzione ed il campo stesso dell’invenzione. La fraseologia e la terminologia qui introdotta à ̈ utilizzata al solo scopo di fornire una descrizione e non una limitazione dell’invenzione.