ITMI20100522A1 - Impianto eolico ad asse verticale. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo:

“Impianto eolico ad asse verticale”

La presente invenzione concerne un impianto eolico ad asse verticale.

In particolare ci si riferisce ad un impianto eolico per la produzione di corrente elettrica.

Sono ampiamente conosciuti generatori eolici, sia ad asse verticale, sia ad asse orizzontale, divenuti, particolarmente questi ultimi, una vista riconoscibilissima nel panorama. Sono ben noti i modelli a pale con eliche a profili di derivazione aeronautica, modelli considerati di punta nella tecnologia; l’elica è montata folle su un traliccio, normalmente di considerevole altezza, ed è posta in rotazione dal regime di venti locale. Solitamente detti generatori servono il consumo elettrico di nuclei abitativi prossimi alla loro sede. Per farlo necessitano di un regime di venti particolare, che non scenda sotto certi valori di velocità, oltre i quali l’impianto si ferma, e non superi altri valori, oltre i quali l’impianto viene messo “in bandiera” (in posizione di azioni aerodinamiche minime rispetto al vento) per evitare che si danneggi in vento forte. E’ perciò evidente che fuori da una banda d’uso di velocità del vento, compresa tra questi estremi, l’impianto non può essere produttivo.

Per installarli ed ottenere un funzionamento opportunamente efficiente è perciò necessario uno studio preventivo ed accurato del regime di venti locali. Questo naturalmente porta ad escludere molte località con regimi di vento irregolari, cioè molto variabili, che pure beneficerebbero di questo servizio, perché la spesa dell’impianto non è giustificata dalla sua resa.

I generatori eolici a pale ad asse orizzontale di attuale diffusione, per quanto tecnologicamente avanzati, non offrono una estesa capacità di riconfigurazione e funzionano bene soprattutto in regimi di vento relativamente costante.

Si tenga inoltre presente che la scelta dell’asse orizzontale è in qualche modo più limitante nelle dimensioni delle pale rispetto alla scelta dell’asse verticale.

A questo riguardo esistono impianti eolici ad asse verticale di configurazione più o meno modificabile, ma nessuno soddisfa alle caratteristiche di ampia riconfigurabilità auspicate dal richiedente.

E’ nata perciò l’esigenza di un impianto eolico che sfiniti un regime di venti ampiamente irregolare e che possa ambientarsi attraverso una progettazione specifica sia di dimensionamento che di colorazione (a seconda della struttura utilizzata di alluminio o VTR e carbonio che della tela della velatura: chiara, colorata, trasparente).

In considerazione dello stato della tecnica lo scopo della presente invenzione è quindi quello di ovviare agli inconvenienti anzidetti, proponendo un impianto eolico che offra un’ampia capacità di riconfigurazione della superficie di lavoro

In accordo con l’invenzione tale scopo è raggiunto con un impianto eolico rotante attorno ad un asse verticale, detto impianto essendo dotato di almeno un generatore di corrente elettrica associato alla sua rotazione, caratterizzato dal fatto di comprendere una struttura a gabbia cilindrica che prevede una pluralità di alberi verticali con associata una pluralità di vele di tipo nautico avvolgibili attorno a detti alberi, un mozzo centrale solidale alla struttura a gabbia e libero di ruotare attorno all’asse verticale per la produzione di corrente elettrica, mezzi per la rotazione della struttura attorno all’asse verticale, ed un’unità di controllo atta a comandare mezzi per lo svolgersi e riavvolgersi delle vele in funzione del vento.

Vantaggiosamente il generatore di corrente è posizionato al centro, in corrispondenza dell’asse di rotazione.

Altrettanto vantaggiosamente F impianto è azionato e controllato da uno o più anemometri che, attraverso un software studiato appositamente, invia dei dati a degli avvolgitori meccanici (molle) o elettrici che aprono o chiudono le vele a seconda della direzione e dell’intensità del vento.

Queste ed altre caratteristiche della presente invenzione saranno rese maggiormente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di suoi esempi di realizzazione pratica illustrati a titolo non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 mostra una vista prospettica dall’alto di un impianto eolico ad asse verticale secondo l’invenzione, a cui sono state rimosse delle vele, per chiarezza;

la figura 2 mostra una vista prospettica dal basso di figura 1 con tre vele su tre alberi principali;

la figura 3 mostra una vista laterale schematica di una vela con ruota sotto l’albero principale;

la figura 4 mostra una vista frontale schematica di una vela con ruota sotto l’albero principale;

la figura 5 mostra una vista in sezione trasversale di una seconda forma realizzativa per gli alberi dell’ impianto;

la figura 6 mostra una vista in esploso di una ulteriore forma realizzativa di un arganetto elettrico associato alla vela;

la figura 7 mostra una schematizzazione della configurazione delle vele rispetto alla direzione del vento.

Con riferimento alle figure allegate, ed in particolare alla figura 1 si nota un impianto eolico o giostra 1 rotante attorno ad un asse verticale 2. L’impianto 1 è dotato di generatore di corrente elettrica 3 associato alla sua rotazione.

L’impianto comprende una struttura 4 a gabbia cilindrica con associate una pluralità di vele 5 di tipo nautico; in figura 1 si notano quarantotto alberi principali 6 privati delle vele 5 ad essi associate, per chiarezza; le vele 5 sono visibili alle figure 2, 3, 4 e 6; si notano inoltre alberi principali 6 verticali associati alla struttura 4 a gabbia, e detti alberi principali 6 sono in configurazione reciproca tale che attorno a detti alberi 6 le vele 5 possono essere avvolte e svolte.

Detti alberi 6 collegano rigidamente un anello inferiore di base 41 con un anello superiore 42 a formare detta griglia cilindrica 4; la distanza tra due alberi consecutivi è la stessa, a definire quindi un passo costante lungo detti anelli 41, 42.

L’impianto 1 comprende inoltre un mozzo centrale 7 girevole attorno ad un perno non raffigurato solidale al suolo; il mozzo 7 è associato alla struttura 4 a gabbia tramite tiranti 71 ed è libero di ruotare attorno all’asse verticale 2 per la produzione di corrente elettrica.

Vantaggiosamente il generatore di corrente elettrica 3 è associato al mozzo 7. L’impianto 1 include inoltre mezzi 8, 9, 10 per consentire la rotazione della struttura 4 attorno all’asse verticale 2, e mezzi 11, 12 per regolare lo svolgersi e riavvolgersi delle vele 5.

Vantaggiosamente i mezzi 8, 9 per consentire la rotazione includono un binario circolare 8 fissato al suolo con centro nel mozzo 7 e di dimensioni opportune ad alloggiare la base circolare 41 della struttura 4, e ruote 9 poste sotto detta base 41 adatte a cooperare con i binari 8 per la rotazione della struttura 4 attorno all’asse verticale 2.

Vantaggiosamente i mezzi 11, 12 per regolare lo svolgersi e ravvolgersi delle vele 5 comprendono cime 11 ed elementi 12 di tensionamento e rilascio delle cime 11 adatti a regolare le cime 11, e dette cime 11 sono solidali per un estremo alle vele 5 e per l’altro agli elementi 12 di tensionamento.

Vantaggiosamente gli elementi 12 di tensionamento e rilascio delle cime 11 di una vela 5 sono, in una forma realizzativa dell’impianto 1, arganetti elettrici 12 (figure 5 e 6).

Si noti in figura 2, in modo schematico, che gli arganetti elettrici 12 sono fissati all’albero principale 6 che segue l’albero 6 a cui è avvolta la vela 5.

In alternativa, in una diversa forma di realizzazione, gli arganetti elettrici 12 sono fissati ad alberi ausiliari 13 (figure 5 e 6) posti davanti all’albero principale 6 che segue l’albero principale 6 a cui è avvolta la vela 5.

Vantaggiosamente, in una ulteriore forma di realizzazione gli alberi ausiliari 13 hanno una carenatura 14 (figura 5) che racchiude anche l’albero principale 6. La carenatura offre un profilo al vento con minore resistenza rispetto a due alberi (principale ed ausiliario) posti uno in fronte all’altro.

Vantaggiosamente gli alberi principali 6 sono dotati di un cuscinetto a molla 15 per il riavvolgimento della vela 5 attorno all’albero principale 6.

Un’unità di controllo centrale 100 (non raffigurata) aziona i mezzi 11, 12 per regolare lo svolgersi e riavvolgersi delle vele 5 in funzione delle caratteristiche del vento rilevate tramite anemometri od altri strumenti noti, e della posizione della vela 5 nella giostra 1.

Lo svolgimento e l’avvolgimento delle vele 5 sugli alberi principali 6 a seconda del loro orientamento rispetto al vento 17 ha lo scopo di massimizzare le forze che contribuiscono a generare momento attorno all’asse verticale 2 dell’impianto, e quindi corrente elettrica tramite il generatore 3.

Funzionalmente, con riferimento alla figura 7, dato un vento reale 17 e partendo da uno stato di giostra 1 ferma, per avviare ad esempio una rotazione antioraria 21 è necessario iniziare a svolgere le vele 5 che per prime incontrano il vento 17 nella direzione di rotazione scelta (la giostra 1 può ruotare equivalentemente nei due versi in funzione dell’apertura delle vele 5). L’entità di svolgimento della prima vela 5’ avverrà in funzione dell’intensità e della direzione del vento in accordo con quanto registrato dall’unità centrale 100 tramite noti anemometri: se il vento è forte basterà una limitata superficie velica, altrimenti l’unità 100 comanderà l’apertura massima della vela 5 agendo sull’arganetto 12.

In sostanza, in termini nautici, l’unità di controllo 100 comanda quanto “lascare” e quanto “cazzare” la vela in funzione del vento 17 rilevato dall’anemometro.

Ritornando all’esempio non limitativo mostrato in figura 7, successivamente alla vela 5’ si apriranno la vela 5”, la vela 5”’ fino all’ultima vela 5 precedente detta prima vela 5’.

Per l’avvio è sufficiente l’apertura delle prime vele 5, le successive aprendosi già con la giostra 1 in rotazione.

Si noti che dopo circa un quarto di giro, le porzioni di vela 5 sopravento e sottovento si invertono: in un punto Gl la vela 5 infatti è parallela alla direzione del vento 17.

La giostra 1 presenta una zona compresa tra G2 e G3 sostanzialmente inefficacie, che non contribuisce in modo significativo alla propulsione rotativa.

Infine, nell’ultimo quarto abbondante di giostra 1, tra G3 e G0, secondo principi noti della fisica, la spinta alla rotazione è determinata dalla configurazione di bolina in cui si trovano le vele 5. Secondo lo stesso principio che permette alle barche a vela di muoversi contro-vento, nella parte di vela sottovento si crea una depressione rispetto alla parte sopravento che determina una spinta della giostra 1 contro la direzione del vento ovvero nel verso di rotazione antioraria 21 come riportato nella figura 7. Ciò è dovuto al percorso più lungo dell’aria sottovento che sopravento che genera un “risucchio” responsabile di detto moto controvento.

L’unità di controllo 100 che aziona le cime 11 e gli arganetti 12 svolge un ruolo essenziale, perché ottimizza Γ apertura delle vele 5 in funzione del vento e della posizione della vela. In ogni sezione/spicchio S della giostra 1 le vele 5 sono aperte in modo ottimale. La giostra 1 quindi gira con la massima efficienza.

Con mezzi noti, per esempio un inverter nel mozzo 7, la rotazione reciproca tra parti del generatore 3 solidali al mozzo 7 e parti solidali al suolo può produrre sia corrente continua che alternata.

La struttura a gabbia cilindrica 4 può anch’essa essere costruita in modi noti, ed ha anche lo scopo di configurare la posizione reciproca delle vele e alloggiare mezzi 8, 9 per consentire la rotazione della struttura 4 attorno all’asse verticale 2 ed i mezzi 11, 12 per regolare lo svolgersi e riavvolgersi delle vele 5.

La particolarità della scelta di vele 5 di tipo nautico è che reagiscono sin da velocità molto basse del vento relativo e fino a velocità molto sostenute dello stesso, e per farlo sono ampiamente dotate di capacità di riconfigurazione relativamente rapida grazie alla superficie resistente al vento che è selezionabile mediante svolgimento e riavvolgimento, come descritto, tramite gli arganetti elettrici 12.

L’unità di controllo massimizza, agendo sugli arganetti 12 che contrastano il riavvolgimento della vela sul cuscinetto a molla 15, la produzione di energia elettrica.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto eolico (1) rotante attorno ad un asse verticale (2), detto impianto (1) essendo dotato di almeno un generatore di corrente elettrica (3) associato alla sua rotazione, caratterizzato dal fatto di comprendere una struttura (4) a gabbia cilindrica che prevede una pluralità di alberi verticali (6) con associata una pluralità di vele (5) di tipo nautico avvolgibili attorno a detti alberi (6), un mozzo centrale (7) solidale alla struttura (4) a gabbia e libero di ruotare attorno all’asse verticale (2) per la produzione di corrente elettrica, mezzi (8, 9) per la rotazione della struttura (4) attorno all’asse verticale (2), e un’unità di controllo (100) atta a comandare mezzi (11, 12) per lo svolgersi e riavvolgersi delle vele (5) in funzione del vento (17).
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta struttura (4) prevede un anello inferiore (41) ed un anello superiore (42) rigidamente collegati da detti alberi verticali (6).
3. 3. Impianto (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi per consentire la rotazione includono un binario circolare (8) fissato al suolo con centro nel mozzo (7) e di dimensioni opportune ad alloggiare la base circolare (41) della struttura (4), e ruote (9) poste sotto detta base (41) ed adatte a cooperare con i binari (8) per la rotazione della struttura (4) attorno all’asse verticale (2).
4. 4. Impianto (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi per regolare lo svolgersi e riavvolgersi delle vele (5) comprendono cime (11) ed elementi (12) di tensionamento e rilascio delle cime (11) adatti a regolare le cime (11), dette cime (11) essendo solidali per un estremo alle vele (5) e per l’altro agli elementi (12) di tensionamento.
5. 5. Impianto (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che gli elementi di tensionamento e rilascio delle cime (11) di una vela (5) sono arganetti elettrici (12).
6. 6. Impianto (1) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che gli arganetti elettrici (12) sono fissati all’albero (6) che segue l’albero (6) a cui è avvolta la vela (5).
7. 7. Impianto (1) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che gli arganetti elettrici (12) sono fissati ad alberi ausiliari (13) posti davanti all’albero (6) che segue l’albero (6) a cui è avvolta la vela (5).
8. 8. Impianto (1) secondo la rivendicazione 5, 6, 7, caratterizzato dal fatto che gli alberi (6) sono dotati di un cuscinetto a molla (15) per il riawolgimento della vela (5) attorno all’albero principale (6).