ITGE20120002A1

ITGE20120002A1 - " torre eolica "

Info

Publication number: ITGE20120002A1
Application number: IT000002A
Authority: IT
Inventors: Enrico Bozano
Original assignee: Bozano Enrico Ing
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-13
Also published as: WO2013104578A1

Description

"Torre eolica",

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una torre eolica.

Come Ã ̈ noto l'energia eolica deriva dalla converSIOne dell' energia cinetica posseduta dal vento In energIa meccanIca ed elettrica. Tra gli apparati che sfruttano l'energia eolica vi sono le cosiddette torri eoliche, le quali comprendono generalmente delle pale ad asse orizzontale o verticale che vengono azionate dal vento e sono solidali ad un albero cooperante in maniera nota con un alternatore di produzione di energia elettrica.

Lo scopo della presente invenzione Ã ̈ la realizzazione di una torre eolica ad asse verticale che SI riveli estremamente efficiente, che possa funzionare anche con venti di deboli entitÃ e diretti in una qualsiasi direzione.

Tale scopo VIene raggiunto dalla presente invenzione mediante una torre eolica, comprendente un albero sostanzialmente verticale collegato ad un generatore elettrico, caratterizzata dal fatto che comprende una sene di giranti eoliche, disposte a cerchio e collegate a dei mezzi di supporto solidali a detto albero verticale, essendo dette giranti a vento rotanti rispetto a detti mezzi di supporto ed atte a porre In rotazione detti mezzi di supporto e detto albero verticale grazie all' azione del vento che, in primo luogo mette in rotazione tali giranti con una velocitÃ di rotazione proporzionale alla sua intensitÃ , mentre in secondo luogo, per un effetto scoperto dal titolare della presente domanda e da qui in seguito denominato "effetto Bozano", determina sugli assi di ciascuna delle giranti in rotazione, delle forze perpendicolari alla direzione del vento che, nella fase iniziale, cioÃ ̈ con velocitÃ del vento fino ad un certo valore, sono dirette nel senso contrario al movimento di rotazione delle giranti, mentre successivamente, quindi per un ulteriore incremento della velocitÃ del vento, il senso di rotazione si inverte e le spinte sono dirette nello stesso senso di rotazione delle giranti.

In sostanza per tale effetto Bozano che si applica alle giranti eoliche, si riscontrano fenomeni diversi da quelli che si manifestano nel noto effetto "Magnus", che invece prende in considerazione solo cilindri o geometrie piene rotanti.

La prima differenza piÃ¹ evidente Ã ̈ che le giranti, dallo stato di quiete, per effetto dell' azione del vento InIZIanO In manIera automatica a ruotare innescando quindi le suddette forze perpendicolari alla direzione del vento, mentre il cilindro considerato da Magnus, se si trova allo stato di quiete, permane in tale stato e non compaiono forze indotte.

Altra differenza compare nel caso di bassa intensitÃ del vento durante questa fase infatti, la direzione delle forze perpendicolari Ã ̈ in senso contrario rispetto a quello che si ha per effetto Magnus nel caso di un cilindro rotante e con pari intensitÃ del vento.

Di grande importanza Ã ̈ pOI il fenomeno che SI manifesta solo con le giranti e non con<1>cilindri dell' effetto Magnus e cioÃ ̈ che aumentando la velocitÃ del vento aumenta anche in maniera automatica la velocitÃ di rotazione delle giranti, quindi entrambi i fattori intervengono in maniera automatica ad incrementare le forze perpendicolari alla direzione del vento; mentre nei cilindri Magnus la loro velocitÃ di rotazione non dipende dalla velocitÃ del vento ma dagli apparati motore, per cui rimane costante all'aumentare del vento, a meno che non venga variata la velocitÃ dei motori che li fanno girare.

Fondamentale infine Ã ̈ la differenza di rendimento per la produzione di energia tra i due impianti, ovvero uno del tipo a effetto Magnus, composto da cilindri rotanti e l'altro del tipo a effetto Bozano, composto da giranti eoliche: nell' impianto Bozano che utilizza le giranti tutta l'energia prodotta puÃ² essere inviata all' utenza, mentre nell' impianto che utilizza i cilindri tipo Magnus, una parte dell' energia prodotta deve essere utilizzata per far girare i cilindri stessi, quindi maggiore Ã ̈ il numero di cilindri che compongono l'impianto, maggiore Ã ̈ l'energia che deve essere utilizzata per porli In rotazione. Nell'impianto Bozano Invece maggiore Ã ̈ il numero di giranti, maggiore Ã ̈ l'energia che l'impianto della torre eolica puÃ² produrre, senza alcun spreco.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione verranno meglio compresI nel corso della seguente descrizione, considerata a titolo esemplificativo e non limitativo e riferita ai disegni allegati, nei quali:

la fig. 1 illustra una vista in sezione di una torre eolica ad asse verticale secondo la presente invenzione e provvista di una serie di giranti eoliche rotanti imperniate sulla circonferenza esterna di due ruote;

la fig. 2 illustra una vista In pianta di una ruota inferiore della torre eolica di fig. 1;

la fig. 3 illustra una vista frontale della torre eolica di fi g. 1;

la fig. 4 illustra una vista<1ll>seZIOne di una variante esecutiva della presente torre eolica nella quale all'interno sono poste delle ventole, aventi la funzione di aspirare il flusso d'aria interno e incanalarlo<1ll>un movimento ascendente verso l'esterno attraverso la ruota superiore;

la fig. 5 illustra una vista frontale della presente torre eolica provvista di una carenatura esterna;

la fig. 6 illustra una vista in pianta della torre eolica provvista di carenatura di fig. 5;

la fig. 7 illustra una vista laterale della presente torre eolica provvista di carenatura esterna;

la fig. 8 illustra la torre eolica di fig. 4 provvista di carenatura esterna;

la fig. 9 illustra una vista in pianta della torre eolica provvista della particolare carenatura di fig. lO, atta ad ottimizzare i flussi; e

la fig. lO illustra la vista frontale della torre eolica provvista della particolare carenatura di fig. 9.

Con riferimento a tali disegni allegati e con particolare riferimento alla fig. 1 degli stessi, con 1 Ã ̈ indicata la struttura di sostegno di una torre eolica ad asse verticale secondo la presente invenzione. Tale struttura 1 comprende una base 101 fissata al suolo ed un vano 201 di alloggiamento di un generatore elettrico 2 posizionato su tale base 101. Tale generatore 2 comprende un albero 3 collegato mediante un giunto 4 ad un asse verticale 5, che attraversa un montante cilindrico 3 O 1 posto superiormente a tale vano 201. Tale asse verticale 5 Ã ̈ collegato al mozzo centrale di una prima ruota inferiore 6, situata sostanzialmente alla sommitÃ del montante cilindrico 301, ed al mozzo centrale di una seconda ruota supenore 7, situata sostanzialmente all'estremitÃ superIore di detto asse. Tale prIma ruota 6 Ã ̈ supportata sul montante cilindrico 3O1 mediante un organo 8 a rotolamento, ad esempio un cuscinetto o simile, che le consente di ruotare rispetto alla struttura fissa 1. Sulla periferia di ciascuna delle due ruote 6 e 7 sono imperniate delle giranti eoliche 9. Ciascuna di tali ruote sarÃ provvista di un certo numero di raggi, si vedano ad esempio i raggi 12 della ruota inferiore in fig. 2. Ciascuna di tali giranti 9 Ã ̈ attraversata centralmente da un perno lO che Ã ̈ fissato all'estremitÃ superiore in prossimitÃ della periferia della ruota superiore 7 e all'estremitÃ inferiore in prossimitÃ della periferia della ruota inferiore 6.

In fig. 2 Ã ̈ illustrata una vista<1ll>pianta della presente torre eolica nella quale si puÃ² comprendere meglio la disposizione a cerchio delle giranti 9, equamente distanziate l'una dall'altra e dall'asse verticale 5. La ruota inferiore 6 comprende una serie di raggi 12 di numero pari al numero delle giranti 9.

Ciascuna di tali giranti 9 Ã ̈ posta in rotazione ad esempio nel senso del frecce R di fig. 2 dall' azione del vento V. Supponendo che la torre eolica sia investita da un vento avente la direzione delle frecce V, per l'effetto Bozano sulle giranti eoliche rotanti 9 investite dal vento, si vengono a creare delle forze perpendicolari alla direzione del vento e dirette nel senso T contrario alla rotazione delle giranti: tali forze sono simboleggiate in figura dalle frecce Al, A2, A3, A4, A5, A6. Tali forze A 1-A6 perpendicolari alla direzione V del vento sono applicate sugli assi lO delle giranti 9 che quindi mettono in rotazione nel senso della freccia T tutto il complesso mobile della torre eolica, cioÃ ̈ le due ruote 6 e 7, l'asse verticale 5 e le giranti stesse 9. Come visto l'asse verticale 5 Ã ̈ collegato mediante un giunto 4 all'albero di un generatore elettrico 2, pertanto mediante tale rotazione T verrÃ generata da tale generatore una corrente elettrica sostanzialmente proporzionale alla velocitÃ del vento e quindi al moto rotatorio del complesso mobile della torre eolica, cioÃ ̈ l'asse, le ruote e le giranti.

In fig. 4 Ã ̈ illustrata una variante esecutiva della presente torre eolica nella quale all'interno sono poste delle ventole Il, aventi la funzione di aspirare il flusso d'aria interno e incanalarlo in un movimento ascendente, verso l'esterno attraverso la ruota superiore. Infatti le ventole Il hanno lo scopo di risucchiare l'aria dall' interno della torre eolica nel senso delle frecce D quando il complesso Ã ̈ in rotazione, facendolo fuoriuscire dalla parte superiore della torre. Tale risucchio d'aria genera un flusso verticale che sostanzialmente segue il percorso indicato dalle frecce D di fig. 4 fuoriuscendo all'esterno dalla parte superiore della torre eolica. Tale flusso d'aria verticale verso l'alto in direzione D richiamerÃ quindi l'aria dall' esterno In senso radiale. Tale richiamo di aria dall'esterno faciliterÃ il flusso d'aria anteriore dovuto al vento e produrrÃ un flusso d'aria centri peto dall' esterno verso l'interno anche ai lati e nella parte posteriore della torre, contribuendo quindi ulteriormente al movimento rotatorio R e creando un'ulteriore spinta Ap nelle giranti laterali e posteriori. In sostanza grazie al risucchio d'aria verso l'alto, generato dalle ventole Il della presente torre eolica viene richiamata aria dall' esterno verso l'interno della torre, che nella parte anteriore aumenterÃ l'azione del vento, creando anche ulteriore impulso alle giranti 9 poste ai lati e posteriormente dove non sarebbero esposte all'azione del vento V. La forza Tale carenatura 14 Ã ̈ anche provvista nella parte supenore, di una copertura bombata 214 che ha il compito di agevolare la fuoriuscita dell' aria, grazie alla spinta delle ventole, dalla parte supenore della torre eolica e di convogliare il vento in direzione delle giranti in maniera tale da eliminare il piÃ¹ possibile le spinte V 1-V2- V3 in fig. 2 contrarie al moto dell' interno complesso e dovute all'azione diretta del vento, per cui come si vede in fig. 6 le spinte V2-V3- V 4 essendo dirette lungo i raggi, non hanno componenti che vadano ad ostacolare il moto dell' impianto.

Allo stesso modo nelle figure 9 e lO VIene rappresentata una delle varie tipologie di carenature che si possono realizzare per ottimizzare fl ussi d'aria, aumentando la spinta delle giranti e annullando, si veda la fig. 9, le spinte del vento V2-V3-V4, per avere quindi il maggIOre rendimento possibile dalle torri eoliche dell' impianto per la trasformazione dell' energia eolica in energia elettrica. In definitiva con la carenatura delle figure 9 e lO si cerca di eliminare le spinte negative, cioÃ ̈ quelle ri volte nella direzione contraria al moto dell' intero complesso.

Di seguito viene descritto l'effetto Bozano scoperto dal titolare della presente domanda mediante alcune sperimentali. In base ai test effettuati si Ã ̈ riscontrato un comportamento fondamentalmente diverso da quello che si ha per il cilindro dell' effetto Magnus. In primo luogo SI constata che se il cilindro usato per l'effetto Magnus Ã ̈ fermo, ovvero non in rotazione, per qualsiasi velocitÃ del vento incidente non si ha nessuna spinta laterale, invece utilizzando la girante dell' effetto Bozano al posto del cilindro, partendo sempre da girante ferma, per una certa velocitÃ del vento la girante si mette In moto e Innesca quindi in maniera autonoma il fenomeno della spinta laterale perpendicolare alla direzione del vento.

In questa fase si presenta la seconda differenza rispetto all' effetto Magnus, infatti per basse intensitÃ del vento e quindi con la corrispondente bassa rotazione della girante, SI innesca una spinta laterale perpendicolare alla direzione del vento ma contraria al senso di rotazione della girante, quindi contraria alla rotazione che si ha nel cilindro per l'effetto Magnus a pari intensitÃ di vento.

Con l'aumentare della velocitÃ del vento si ha pOI anche un corrispondente aumento della velocitÃ di rotazione della girante, cosa che non avviene per il cilindro di Magnus, per CUI l'aumento della spinta laterale sarÃ dovuto ad entrambe le componenti, sia l'aumento dell' intensitÃ del vento che l'aumento della rotazione della girante.

Inoltre nell' effetto Bozano aVVIene un fenomeno singolare, che non si riscontra nell' effetto Magnus per il cilindro rotante, e cioÃ ̈ che per una certa velocitÃ del vento cambia il senso della spinta laterale che diventa l'opposto, ovvero nello stesso senso di rotazione della girante, rimanendo pOI tale anche per un ulteriore incremento dell' intensitÃ del vento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Torre eolica, comprendente un albero sostanzialmente verticale (5) collegato ad un generatore elettrico (2), caratterizzata dal fatto che comprende una serie di giranti eoliche (9) disposte a cerchio e collegate a dei mezzi (6, 7) di supporto solidali a detto albero verticale (5), essendo dette giranti (9) rotanti rispetto a detti mezzi (6, 7) di supporto ed atte a porre in rotazione detti mezzi (6, 7) di supporto e detto albero verticale (5) grazie all'azione del vento che, per effetto Bozano, determina sugli assi (10) di CIascuna di dette giranti (9) delle forze (A 1-A6) perpendicolari alla direzione (V) del vento e dirette, inizialmente e per basse velocitÃ del vento, nel senso opposto al moto (R) di rotazione di dette giranti (9), essendo il senso di dette forze atto ad invertirsi e a dirigersi nello stesso senso del moto di rotazione delle giranti per velocitÃ maggiori del vento.
2. Torre eolica secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di supporto comprendono una prima ruota inferiore (6) ed una seconda ruota superiore (7) collegate centralmente a detto albero verticale (5), essendo dette giranti rotanti (9) disposte a cerchio in prossimitÃ della periferia di dette ruote (6, 7).
3. Torre eolica secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che CIascuno di dette giranti rotanti (9) Ã ̈ attraversato centralmente da un perno (lO) fissato alle estremitÃ a detta ruota inferiore (6) e a detta ruota superiore (7).
4. Torre eolica secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto albero verticale (5) comprende una serie di ventole (11) atte ad aspirare aria verso l'alto e creare all'interno della torre un flusso d'aria verticale, risucchiando aria dall' esterno in senso radiale.
5. Torre eolica secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette giranti rotanti (9) comprendono una palettatura opportunamente dimensionata e orientata.
6. Torre eolica secondo una qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che comprende una carenatura esterna (14) atta a convogliare il vento verso detti giranti eoliche rotanti (9).
7. Torre eolica secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detta carenatura esterna (14) comprende una parte cilindrica (114) che circonda dette giranti eoliche rotanti (9) ed Ã ̈ provvista di un' apertura (214) attraverso la quale il vento viene convogliato verso dette giranti eoliche rotanti (9).
8. Torre eolica secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta carenatura (14) comprende ai lati di detta apertura (214) degli scudi arcuati (314) atti a direzionare e convogliare il vento all' interno della torre.
9. Torre eolica secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detta carenatura (14) Ã ̈ collegata ad una struttura fissa (1) della torre eolica mediante un supporto (16) che ne consente la rotazione rispetto a detta struttura (1) . lO. Torre eolica secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detta carenatura (14) comprende sulla sommitÃ un timone direzionale (15).