ITVI20090120A1 - Pompa eolica per la fornitura di acqua - Google Patents

Description

POMPA EOLICA PER LA FORNITURA DI ACQUA.

DESCRIZIONE

(a) Ambito tecnico dell’invenzione

La presente invenzione concerne in generale una pompa per la fornitura di acqua che utilizza l’energia eolica, particolarmente adatta all’uso in zone in cui l’alimentazione elettrica commerciale non à ̈ di facile disponibilità, ma in cui à ̈ disponibile un’elevata quantità di energia eolica. (b) Descrizione deN’arte anteriore

La natura fornisce vari tipi di energia rinnovabile, tra cui l’energia solare, l’energia eolica, l’energia delle maree e l’energia geotermica. Tutte queste energie rinnovabili possono essere utilizzate ciclicamente, sono energie pulite e non causano inquinamento neN’ambiente quando vengono consumate.

Tra queste energie rinnovabili, l'energia eolica à ̈ facile da utilizzare ed à ̈ inesauribile, oltre ad essere particolarmente interessante per le zone in cui le risorse eoliche disponibili sono elevate, come per esempio grandi isole in mare aperto e grandi campi. L’energia eolica viene estratta da flussi d’aria in movimento, più precisamente i venti, e la generazione di vento à ̈ un movimento d’aria dovuto alla convezione causata da un riscaldamento non uniforme dell’atmosfera. Quindi, può essere considerata come una forma di energia fornita dal sole. Viene spesso utilizzata per azionare dispositivi meccanici, come barche a vela o mulini a vento.

Nel caso di grandi spazi o aree verdi, come campi o simili, l’energia eolica viene spesso utilizzata per eseguire lavori che possono essere interrotti, come per esempio l’azionamento di un mulino per pompare acqua di irrigazione dei campi (erogazione dell’acqua) o la macinazione dei raccolti, e viene anche utilizzata per azionare dinamo per la produzione di elettricità a scopo di illuminazione e per le comunicazioni. Tuttavia, i mulini convenzionali sono costituiti da un gran numero di componenti e sono estremamente ingombranti, fatto che ne rende sia la costruzione che l’installazione molto difficili. Inoltre, le correnti d’aria che forniscono energia eolica portano anche sabbia e polvere, che possono accumularsi sulle articolazioni del mulino, complicandone il funzionamento o causando danni alle varie parti, e inoltre creando problemi per la manutenzione. D’altra parte, l’erogazione dell’acqua viene spesso realizzata per mezzo di una pompa. Tuttavia, le pompe d’acqua convenzionali vengono azionate per mezzo di energia fornita dall’elettricità e l’acqua viene aspirata, pompata in avanti e compressa dalla forza centrifuga generata dal funzionamento ad alta velocità della pompa d'acqua. Quando la pompa viene fatta ruotare a bassa velocità, le sue prestazioni non possono essere sfruttate per l’erogazione dell'acqua. Inoltre, per l’erogazione dell’acqua a lunga distanza o per l’erogazione di una grande quantità d'acqua in un periodo molto breve, poiché in genere non à ̈ possibile collegare due o più pompe d’acqua per eseguire l’operazione di pompaggio, spesso si sovraccarica una sola pompa d’acqua per realizzare l'erogazione desiderata. Questo comporta un aumento delle spese di erogazione e non riesce a ridurre in maniera efficace il consumo di energia.

La presente invenzione intende quindi realizzare una nuova pompa eolica per la fornitura di acqua che utilizza l'energia eolica come fonte di potenza e può essere azionata senza l'aspirazione indotta dalla forza centrifuga generata dalla rotazione ad alta velocità, e che viene azionata per mezzo del vento per far ruotare una ruota a pale che a sua volta aziona un sistema di leve per realizzare l’espansione/compressione ripetuta di un tubo espansibile allo scopo di indurre una forza di aspirazione per l’erogazione dell’acqua. Questo risulta particolarmente utile in zone in cui à ̈ richiesta l’erogazione di acqua a lunga distanza o in cui non à ̈ disponibile elettricità.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

E’ scopo della presente invenzione realizzare una pompa eolica per la fornitura di acqua che possa effettivamente ridurre la necessità di manodopera e la fornitura aggiuntiva per l’erogazione dell’acqua in zone in cui l’alimentazione elettrica non à ̈ disponibile ma vi à ̈ una grande quantità di energia eolica.

E’ un altro scopo della presente invenzione realizzare una pompa eolica per la fornitura di acqua costituita da componenti a struttura semplificata, in modo da poter ridurre sostanzialmente i costi di produzione e manutenzione.

Per realizzare gli obiettivi sopra descritti, à ̈ stata studiata e realizzata una pompa eolica per la fornitura di acqua che secondo le caratteristiche dell’invenzione comprende un alloggiamento, un disco rotante, una ruota a pale, una pala di controllo della direzione, un sistema di leve e una pluralità di tubi espansibili, in cui il disco rotante à ̈ rotabilmente montato sulla sommità dell’alloggiamento e la ruota a pale e la pala di controllo della direzione sono disposte simmetricamente su bordi opposti della sommità del disco rotante. La ruota a pale à ̈ accoppiata al sistema di leve e le estremità di tale sistema sono rispettivamente collegate ai tubi espansibili per creare un accoppiamento di azionamento tra la ruota a pale e ciascun tubo espansibile, in modo da provocare l’espansione/compressione ripetuta del tubo espansibile. Il tubo espansibile à ̈ disposto in modo tale che una sua estremità sia in comunicazione con una fonte idrica e l’estremità opposta sia in comunicazione con la destinazione di erogazione dell’acqua.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La Figura 1 presenta una vista in prospettiva, parzialmente sezionata, di una pompa per la fornitura di acqua costruita in conformità con una realizzazione preferita della presente invenzione.

La Figura 2 presenta una vista in sezione della pompa per la fornitura di acqua della presente invenzione montata.

La Figura 3 Ã ̈ una vista schematica che illustra la rotazione di un disco rotante della pompa per la fornitura di acqua della presente invenzione secondo la direzione in cui spira il vento che lo fa ruotare.

La Figura 4 presenta una vista in sezione che illustra il funzionamento della pompa per la fornitura di acqua in conformità con la presente invenzione.

La Figura 5 presenta un’altra vista in sezione che illustra il funzionamento della pompa per la fornitura di acqua in conformità con la presente invenzione.

La Figura 6 presenta una vista in prospettiva, parzialmente sezionata, di una pompa per la fornitura di acqua costruita in conformità con un’altra realizzazione della presente invenzione.

La Figura 7 à ̈ una vista in sezione che illustra il funzionamento della pompa per la fornitura di acqua in conformità con detta altra realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE REALIZZAZIONI PREFERITE DELL’INVENZIONE

Con riferimento ai disegni e in particolare alle Figure da 1 a 3, che rappresentano una pompa eolica per la fornitura di acqua costruita in conformità con una realizzazione preferita della presente invenzione, la pompa eolica per la fornitura di acqua oggetto della presente invenzione comprende i seguenti componenti/gruppi costitutivi.

Un alloggiamento 10 di forma cilindrica sulla cui sommità à ̈ formata un’apertura 11 L’apertura 11 ha una circonferenza lungo la quale à ̈ prevista una flangia 12 per formare un percorso circolare.

L’alloggiamento 10 definisce una camera interna di ricevimento 13 e un cilindro cavo di posizionamento 14 à ̈ disposto in posizione centrale all’interno della camera di ricevimento 13. Inoltre, l’alloggiamento 10 presenta una superficie esterna con fori passanti 15 atti a ricevere tubi idraulici 70 che passano attraverso di essi.

Un disco rotante 20, avente forma circolare, à ̈ montato amovibilmente intorno alla circonferenza dell’apertura 11 dell’alloggiamento 10. Il disco rotante 20 presenta, al suo centro, una sporgenza 2. Sulla circonferenza del fondo del disco rotante 20 à ̈ montata una pluralità di gruppi di rulli 22 atti a serrare amovibilmente la flangia 12, in modo tale da consentire al disco rotante 20 di eseguire la rotazione circonferenziale reciproca sulla sommità dell’alloggiamento 10. Inoltre, sulla sommità del disco rotante 20 sono montate due sedi portanti 23. Le due sedi portanti 23 sono disposte simmetricamente su lati opposti della sporgenza centrale 21. Una ruota a pale 30 comprende una pluralità di pale 31 distribuite lungo la sua circonferenza e un albero 32 disposto al suo centro. L’albero 32 à ̈ accolto amovibilmente attraverso le due sedi portanti 23. Un blocco eccentrico 321 à ̈ montato su una sezione intermedia dell’albero 32. La ruota a pale 30, quando azionata dal vento, causa la rotazione continua dell’albero 32 e del blocco eccentrico 321.

Una pala di controllo della direzione 40 à ̈ disposta sulla sede portante 23 opposta alla ruota a pale 30 in modo da mantenere la pala di controllo della direzione 40 nella stessa direzione del vento, cosicché quando la direzione del vento forma un angolo rispetto alla pala di controllo della direzione 40, il vento aziona la pala di controllo della direzione 40 per far ruotare il disco rotante 20.

Un sistema di leve 50 à ̈ disposto all’interno dell’alloggiamento 10. Il sistema di leve 50 comprende una barra di collegamento 51, una barra di trasmissione 52 e almeno una barra di accoppiamento 53. La barra di collegamento 51 presenta un’estremità collegata al blocco eccentrico 321 della ruota a pale 30 e l’estremità opposta imperniata su un’estremità della barra di trasmissione 52. L’estremità opposta della barra di trasmissione 52 à ̈ accoppiata con la barra di accoppiamento 53. La barra di trasmissione 52 à ̈ accolta amovibilmente nel cilindro di posizionamento 14 all’interno dell’alloggiamento 10, cosicché quando la ruota a pale 30 ruota, la barra di collegamento 51 viene azionata ed esegue un movimento reciproco verso l’alto e verso il basso, mentre la barra di trasmissione 52 à ̈ soggetta a restrizione dal cilindro di posizionamento 14 e può solo produrre un movimento reciproco limitato verso l’alto e verso il basso della barra di accoppiamento 53.

Una pluralità di tubi espansibili 60 à ̈ rispettivamente accoppiata alle estremità della barra di accoppiamento 53. Ciascun tubo espansibile 60 à ̈ costituito da strati multipli sovrapposti fatti di un materiale resiliente e tenace, e sulla sua superficie esterna sono formati in successione scanalature 61 e risalti 62 alternati. Un anello di rinforzo 63 à ̈ disposto tra una scanalatura 61 e un risalto 62 adiacenti. Il tubo espansibile 63 ha la sommità dotata, in posizione centrale, di un foro di ingresso dell’acqua 64 e il fondo dotato, in posizione centrale, di un foro di uscita dell’acqua 65. Il foro di ingresso dell’acqua 64 e il foro di uscita dell’acqua 65 hanno preferibilmente le stesse dimensioni e la stessa forma. Inoltre, il foro di ingresso dell’acqua 64 à ̈ strutturato in modo tale da consentire all’acqua di entrare ma non di uscire, mentre il foro di uscita dell’acqua 65 à ̈ strutturato in modo tale da consentire all’acqua di uscire ma non di entrare. Una tale disposizione consente di proteggere la pompa da flussi d’acqua inversi che si verificano inaspettatamente durante l’erogazione dell’acqua.

Per l’uso, la pompa per la fornitura di acqua della presente invenzione viene installata in zone in cui l’alimentazione elettrica non à ̈ disponibile, ma dove à ̈ possibile reperire facilmente una gran quantità di energia eolica. Come illustrato nella Figura 1 e nelle Figure da 3 a 5, i tubi idraulici 70 che si estendono nell’alloggiamento 10 sono rispettivamente collegati attraverso raccordi 80 al foro di ingresso dell’acqua 64 e al foro di uscita dell’acqua 65 di ogni singolo tubo espansibile 60. Il tubo idraulico 70 collegato al foro di ingresso dell’acqua 64 viene posto in comunicazione con una fonte idrica, mentre il tubo idraulico 70 collegato al foro di uscita dell’acqua 65 si estende fino a raggiungere la destinazione di erogazione dell’acqua. Poiché la pala di controllo della direzione 40 della pompa per la fornitura di acqua della presente invenzione, quando azionata dal vento, può automaticamente porre in rotazione il disco rotante 20, facendo in modo che le pale 31 della ruota a pale 30 si mantengano sulla stessa direzione del vento in arrivo, si mantiene sempre la massima superficie di ricezione del vento. Quando le pale 31 della ruota a pale 30 vengono poste in rotazione dall’energia eolica, l’albero 32 della ruota a pale 30 viene fatto ruotare continuamente e il blocco eccentrico 321 dell’albero 32 aziona il movimento reciproco verso l’alto e verso il basso della barra di collegamento 51, che a sua volta induce la barra di trasmissione 52 e la barra di accoppiamento 53 a muoversi reciprocamente verso l’alto e verso il basso, facendo in modo che il tubo espansibile 60 accoppiato all’estremità della barra di accoppiamento 53 si contragga e si espanda alternatamente, operazione tramite la quale l’acqua viene erogata dalla fonte idrica fino alla sua destinazione. Come illustrato in Figura 3, quando il tubo espansibile 60 si espande perché posto in tensione dalla barra di accoppiamento 53, il volume interno del tubo espansibile 60 aumenta e viene prodotta una forza di aspirazione che attira l'acqua nel foro di ingresso dell’acqua 64 e la fa accumulare all’interno del tubo espansibile 60. Come illustrato in Figura 4, d’altra parte, quando il tubo espansibile 60 si contrae a causa della compressione provocata dalla barra di accoppiamento 53, il volume interno del tubo espansibile 60 diminuisce e viene generata una forza di espulsione per espellere l’acqua accumulatasi all’interno del tubo espansibile 60. La presente invenzione trae beneficio dalla variazione di volume del tubo espansibile 60 causata dall’espansione/contrazione dello stesso per l’erogazione dell’acqua e l’energia eolica viene quindi convertita in lavoro per spostare l’acqua stessa. Questo riduce sostanzialmente il bisogno di manodopera e di altra energia di origine esterna per l’erogazione dell'acqua. Inoltre, poiché i componenti della pompa per la fornitura di acqua della presente invenzione, per esempio la ruota a pale 30, il sistema di leve 50 e il tubo espansibile 60 sono modulari, il numero di componenti risulta ridotto e l'ingombro totale diminuisce, in questo modo riducendo considerevolmente i costi di produzione. Fatta eccezione per la ruota a pale 30 e per la pala di controllo della direzione 40, tutti gli altri componenti della pompa per la fornitura di acqua oggetto della presente invenzione sono racchiusi nell'alloggiamento 10 e sono quindi protetti da danni causati dalla sabbia e dalla polvere attaccati ad essi, riducendosi in questo modo l’usura dei componenti stessi. Il tubo espansibile 60 comprende più strati di materiale tenace, che assicura sufficiente resistenza alla trazione e/o alla compressione; questo, insieme alla disposizione dell’anello di rinforzo 63, protegge efficacemente il tubo espansibile 60 da una eccessiva pressione interna. Quindi, la vita utile può essere considerevolmente prolungata e le spese di manutenzione ridotte.

Con riferimento alle Figure 6 e 7, vi à ̈ illustrata una pompa per la fornitura di acqua in conformità con un’altra realizzazione della presente invenzione, in cui due tubi espansibili 60 sono accoppiati a estremità opposte della barra di accoppiamento 53 ma in maniera opposta, in modo che uno dei tubi espansibili 60 abbia un orientamento tale che il foro di ingresso dell’acqua 64 si trovi sul lato verticale superiore e il foro di uscita dell’acqua 65 sul lato verticale inferiore, mentre l’altro tubo espansibile 60 abbia orientamento opposto tale che il foro di ingresso dell’acqua 64 si trovi sul lato verticale inferiore e il foro di uscita dell’acqua 65 si trovi sul lato verticale superiore. Quando la barra di accoppiamento 53 si muove verso l’alto, detto uno dei tubi espansibili 60 viene sottoposto a tensione, mentre detto altro tubo espansibile 60 viene compresso. D’altro canto, quando la barra di accoppiamento 53 si muove verso il basso, detto uno dei tubi espansibili 60, che prima veniva teso, ora viene compresso, mentre detto altro tubo espansibile 60, che prima veniva compresso, ora viene teso. Così, con il movimento verticale reciproco della barra di accoppiamento 53, i due tubi espansibili 60 vengono sempre mantenuti in condizione tale che uno sia teso e l’altro sia compresso, consentendo una costante erogazione di acqua quando la ruota a pale 30 viene azionata dall’energia eolica. In questo modo, l’efficienza di erogazione aumenta e la praticabilità dell’operazione risulta migliorata.

Come illustrato nelle Figure da 1 a 7, la presente invenzione offre i seguenti vantaggi:

(1 ) la presente invenzione utilizza la rotazione della ruota a pale 30 soggetta all’energia eolica per azionare il sistema di leve 60 ed espandere/comprimere ripetutamente il tubo espansibile 60, e la variazione del volume interno del tubo espansibile 60 viene utilizzata per realizzare l’erogazione dell’acqua, e in questo modo si riducono considerevolmente la manodopera e l’alimentazione elettrica commerciale necessarie per l’erogazione dell’acqua in zone in cui non à ̈ prontamente disponibile energia elettrica, ma c’à ̈ grande disponibilità di energia eolica, rendendone l'utilizzo ancora più conveniente;

(2) la presente invenzione utilizza una ruota a pale 30, un sistema di leve 50 e tubi espansibili che hanno tutti strutture modulari, in modo tale che il numero di componenti risulta ridotto, l’ingombro totale à ̈ minore e si abbassano notevolmente anche i costi di produzione;

(3) i componenti della presente invenzione sono racchiusi in un alloggiamento 10 in modo che siano protetti da danni dovuti alla sabbia e alla polvere che vi si attaccano, riducendo così l'usura dei componenti stessi e prolungandone la vita utile.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Pompa eolica per la fornitura di acqua, comprendente: - un alloggiamento su cui à ̈ formata un'apertura superiore la cui circonferenza forma una flangia, detto alloggiamento comprendendo un cilindro cavo di posizionamento disposto al centro; - un disco rotante montato amovibilmente sulla sommità dell’alloggiamento e dotato di un foro passante centrale, il fondo di detto disco rotante avendo una circonferenza su cui à ̈ montata una pluralità di gruppi di rulli, in modo da consentire al disco rotante di eseguire una rotazione circonferenziale reciproca, il disco rotante essendo provvisto di una sommità sulla quale sono montate due sedi portanti; - una ruota a pale montata amovibilmente sul disco rotante e dotata di una pluralità di pale, detta ruota a pale comprendendo un albero centrale accolto amovibilmente attraverso le due sedi portanti, un blocco eccentrico montato su una sezione intermedia dell’albero, la ruota a pale essendo adatta ad essere azionata dal vento per provocare la rotazione continua dell’albero e del blocco eccentrico; - una pala di controllo della direzione disposta sulla sede portante opposta alla ruota a pale, la pala di controllo della direzione mantenendosi nella direzione del vento per provocare la rotazione del disco rotante secondo il vento; - un sistema di leve disposto all'interno dell’alloggiamento e comprendente una barra di collegamento, una barra di trasmissione e almeno una barra di accoppiamento, la barra di collegamento avendo un’estremità coilegata al blocco eccentrico e l’estremità opposta imperniata su un'estremità della barra di trasmissione, mentre l’estremità opposta della barra di trasmissione essendo accoppiata con la barra di accoppiamento, e la barra di trasmissione essendo accolta amovibilmente nel cilindro di posizionamento; e - una pluralità di tubi espansibili accoppiati alle estremità della barra di accoppiamento, ciascuno di essi avendo una superficie esterna su cui sono formati scanalature e risalti, un anello di rinforzo essendo disposto tra una scanalatura e un risalto adiacenti, il tubo espansibile essendo provvisto sulla sommità, in posizione centrale, di un foro di ingresso dell’acqua e sul fondo, sempre in posizione centrale, di un foro di uscita dell’acqua.
2. 2) Pompa eolica per la fornitura di acqua secondo la rivendicazione 1), in cui l’alloggiamento presenta una sommità che forma un'apertura superiore la cui circonferenza forma una flangia avente la forma di un percorso circolare, e in cui l’alloggiamento definisce una camera di ricevimento interna in cui à ̈ prevista almeno un’intelaiatura di supporto.
3. 3) Pompa eolica per la fornitura di acqua secondo la rivendicazione 1), in cui l’alloggiamento presenta una superficie che forma fori passanti atti ad accogliere tubi idraulici.
4. 4) Pompa eolica per la fornitura di acqua secondo la rivendicazione 1), in cui due sedi portanti sono disposte in posizioni simmetriche su lati opposti del foro passante centrale.
5. 5) Pompa eolica per la fornitura di acqua secondo la rivendicazione 1), in cui il tubo espansibile comprende strati multipli sovrapposti di materiale resiliente e tenace, l'anello di rinforzo essendo incorporato nel materiale resiliente.
6. 6) Pompa eolica per la fornitura di acqua secondo la rivendicazione 1), in cui il tubo espansibile che à ̈ accoppiato a un’estremità della barra di accoppiamento à ̈ disposto con orientamento tale che il foro di ingresso dell'acqua si trova sul lato verticale superiore e il foro di uscita dell'acqua si trova sul lato verticale inferiore.
7. 7) Pompa eolica per la fornitura di acqua comprendente: - un alloggiamento su cui à ̈ formata un’apertura superiore la cui circonferenza forma una flangia, detto alloggiamento comprendendo un cilindro cavo di posizionamento disposto al centro; - un disco rotante montato amovibilmente sulla sommità dell’alloggiamento e dotato di un foro passante centrale, il fondo di detto disco rotante avendo una circonferenza su cui à ̈ montata una pluralità di gruppi di rulli, in modo da consentire al disco rotante di eseguire una rotazione circonferenziale reciproca, il disco rotante essendo provvisto di una sommità sulla quale sono montate due sedi portanti; - una ruota a pale montata amovibilmente sul disco rotante e dotata di una pluralità di pale, detta ruota a pale comprendendo un albero centrale accolto amovibilmente attraverso le due sedi portanti, un blocco eccentrico montato su una sezione intermedia dell’albero, la ruota a pale essendo adatta ad essere azionata dal vento per provocare la rotazione continua dell’albero e del blocco eccentrico; - una pala di controllo della direzione disposta sulla sede portante opposta alla ruota a pale, la pala di controllo della direzione mantenendosi nella direzione del vento per provocare la rotazione del disco rotante secondo il vento; - un sistema di leve disposto all’interno dell’alloggiamento e comprendente una barra di collegamento, una barra di trasmissione e almeno una barra di accoppiamento, la barra di collegamento avendo un’estremità collegata al blocco eccentrico e l’estremità opposta imperniata su un’estremità della barra di trasmissione, mentre l’estremità opposta della barra di trasmissione essendo accoppiata con la barra di accoppiamento, e la barra di trasmissione essendo accolta amovibilmente nel cilindro di posizionamento; e - due tubi espansibili accoppiati alla barra di accoppiamento in modo tale da essere opposti l’uno rispetto all’altro in modo che uno dei tubi espansibili ha un orientamento tale che il foro di ingresso dell’acqua si trova sul lato verticale superiore e il foro di uscita dell’acqua si trova sul lato verticale inferiore, mentre l’altro tubo espansibile à ̈ orientato in modo opposto per avere il foro di ingresso dell’acqua sul lato verticale inferiore e il foro di uscita dell’acqua sul lato verticale superiore; ciascun tubo espansibile avendo una superficie esterna su cui sono formati scanalature e risalti, un anello di rinforzo essendo disposto tra una scanalatura e un risalto adiacenti.