ITPI20130067A1

ITPI20130067A1 - Turbina eolica ad asse verticale

Info

Publication number: ITPI20130067A1
Application number: IT000067A
Authority: IT
Inventors: Luca Valenti
Original assignee: Treecube S R L
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-13
Also published as: EP3019742B1; CA2918116A1; ZA201600419B; WO2015004588A1; AU2014288898B2; EP3019742A1; US20160169196A1; AU2014288898A1; CN105980702A; RU2016101648A3; RU2016101648A; JP2016524094A

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “TURBINA EOLICA AD ASSE VERTICALE”

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore delle turbine eoliche.

In particolare, l’invenzione riguarda il settore delle turbine eoliche ad asse verticale con involucro esterno, o case.

Descrizione della tecnica nota

Le turbine eoliche possono essere suddivise in due grandi categorie a seconda dell’orientamento del rotore: turbine ad asse orizzontale e turbine ad asse verticale.

Un esempio di turbine ad asse orizzontale sono i mulini a vento, in cui l’asse di rotazione del rotore è disposto sostanzialmente allineato con la direzione del flusso d’aria prevalente. Solitamente, l'asse di rotazione può ruotare a sua volta (di solito intorno ad un asse verticale) in modo da raggiungere e/o mantenere l'allineamento dell'asse di rotazione del rotore con la direzione del flusso di aria prevalente. In questo tipo di macchine tutte le pale sono contemporaneamente investite dal flusso di aria e tutte le pale contribuiscono positivamente alla rotazione del rotore.

Le turbine ad asse orizzontale hanno gli inconvenienti di necessitare di molto spazio per l’installazione e di essere caratterizzate da una notevole complessità dal punto di vista meccanico. Questi inconvenienti provocano un elevato costo di produzione e di installazione, oltre ad avere un grande impatto visivo sul paesaggio, una volta installate.

Le turbine ad asse verticale sono invece caratterizzate dal fatto che il loro asse di rotazione è disposto sostanzialmente ortogonale alla direzione del flusso di aria prevalente. In questo tipo di macchina, il flusso d'aria non produce lo stesso effetto quando colpisce le pale: in particolare, considerando il percorso di una singola pala è possibile distinguere un "percorso motore" in cui il flusso di aria che agisce sulla pala contribuisce positivamente alla rotazione del rotore e un "percorso resistente" in cui il flusso di aria che agisce sulla pala contribuisce negativamente alla rotazione del rotore o comunque il contributo è inferiore al contribuire prodotto nel " percorso motore".

Le turbine ad asse verticale sono caratterizzate da una complessità ridotta da un punto di vista meccanico (rispetto alle macchine con asse orizzontale) perché, per esempio, non sono necessari i dispositivi che realizzano e/o mantengono l'allineamento tra l'asse del rotore e la direzione del flusso d'aria prevalente. Questa caratteristica spiega perché questo tipo di macchine ha sia un costo di produzione che un costo di manutenzione inferiore rispetto alle macchine con asse orizzontale.

Tuttavia, le turbine ad asse verticale hanno lo svantaggio di avere un rendimento minore rispetto alle turbine ad asse orizzontale. Per superare questo inconveniente, ed incrementare il rendimento, sono state adottate diverse soluzioni.

Una prima soluzione, prevista da documenti come US5852331A, JP2005299621A e WO2011/086406A2, è quella di schermare il "percorso resistente" al fine di evitare che il flusso d'aria possa agire sulla pala, riducendo il rendimento complessivo.

Un’altra possibile soluzione, adottata ad esempio in WO81/03683, US5852331A, JP2005299621A e WO2011/086406A2, è quella di predisporre un condotto convergente che acceleri il flusso d’aria che incide sulle pale, aumentando la velocità di rotazione del rotore.

Una soluzione ulteriore, descritta ad esempio in FR2541383A1, consiste del migliorare l’efficienza di alimentazione del rotore, direzionando il flusso d’aria verso il diametro esterno del rotore.

Tuttavia, tutte le turbine eoliche descritte nei documenti sopra citati necessitano di un’elevata velocità del flusso d’aria per attivarsi, non permettendo di raccogliere la quantità di moto fornita dal vento in regioni poco ventose o comunque in periodi di tempo, anche prolungati, in cui il vento non supera una determinata velocità.

Inoltre, alcune delle suddette turbine, come ad esempio quella descritta in WO81/03683, richiedono necessariamente di essere orientate rispetto alla direzione del flusso d’aria prevalente, impedendo di sfruttare buona parte delle componenti ventose che agiscono sulle pale.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che abbia efficienza maggiore rispetto alle turbine eoliche ad asse verticale di tecnica nota.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che avvii la rotazione delle pale per velocità del flusso d’aria inferiori rispetto alle turbine eoliche di tecnica nota.

È anche scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che abbia un’efficienza sostanzialmente costante al variare della direzione del vento.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che abbia maggiore resistenza strutturale sia statica che a fatica rispetto alle turbine eoliche di tecnica nota.

È ancora scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che abbia costi di produzione e di installazione ridotti rispetto alle turbine eoliche di tecnica nota.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire un sistema di generazione di energia eolica che permetta di disporre una pluralità di turbine eoliche in modo da ridurre, a parità di potenza installata, lo spazio occupato rispetto a sistemi di generazione eolica di tecnica nota.

È poi scopo della presente invenzione fornire una turbina eolica ad asse verticale che, in caso di rottura di un componente del rotore, non causi l’eiezione nell’ambiente di frammenti potenzialmente pericolosi.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da una turbina eolica ad asse verticale comprendente:

� un rotore avente un asse di rotazione z sostanzialmente verticale, detto rotore comprendendo una pluralità di pale atte a ruotare attorno all’asse di rotazione z in conseguenza della resistenza aerodinamica opposta ad un flusso d’aria che le investe;

� un involucro all’interno del quale alloggia il rotore.

Vantaggiosamente, l’involucro comprende:

� una piastra inferiore, sostanzialmente ortogonale all’asse di rotazione z, e delimitata da una prima pluralità di vertici V1,…,Vn;

� una piastra superiore, sostanzialmente ortogonale all’asse di rotazione z, e delimitata da una seconda pluralità di vertici V1’,…,Vn’, ciascun vertice V1’,…,Vn’ della seconda pluralità corrispondendo ad un vertice V1,…,Vndella prima pluralità;

� una pluralità di pareti atte a connettere la piastra inferiore e la piastra superiore, in modo che le pareti e le piastre definiscano una pluralità di aperture atte a fungere da entrata/uscita del flusso d’aria nell’/dall’involucro.

In particolare, ciascuna parete è delimitata da un bordo che congiunge un vertice V1,…,Vndella prima pluralità con un corrispondente vertice V1’,…,Vn’ della seconda pluralità. Vantaggiosamente, tale bordo è sporgente verso l’esterno dell’involucro rispetto ad una pluralità di linee verticali ideali V1-V1’,…,Vn-Vn’ congiungenti il vertice V1,…,Vndella prima pluralità con il corrispondente vertice V1’,…,Vn’ della seconda pluralità.

In tal modo, un flusso d’aria che entra nell’involucro attraverso una prima apertura scivola all’interno della parete adiacente, che funge da condotto convergente. Il bordo sporgente verso l’esterno della stessa parete aumenta la resistenza opposta al flusso d’aria e devia il flusso d’aria che non entra nell’involucro, in modo che, per la maggioranza delle direzioni del vento, tale flusso d’aria si distacchi dalla suddetta parete creando, in corrispondenza di una seconda apertura, adiacente alla parete da parte opposta alla prima apertura e che funge da uscita del flusso d’aria, una zona a bassa pressione che aumenta la portata del flusso d’aria che entra nell’involucro stesso, aumentando quindi la potenza eolica sfruttata dalla turbina. Inoltre, la depressione in corrispondenza della seconda apertura consente alla turbina di entrare in funzione per velocità del flusso d’aria in entrata inferiori rispetto alle turbine di tecnica nota.

In sostanza, dunque, la depressione sulla seconda apertura, generata dalla presenza del bordo sporgente, permette sia di avviare più facilmente la turbina quando il flusso d’aria è in transitorio, sia di aumentarne la potenza quando il flusso d’aria è a regime.

In particolare, il bordo sporgente verso l’esterno ha geometria curvilinea con concavità rivolta verso una rispettiva apertura, in modo da agire come l’imboccatura un condotto atto a direzionare il flusso d’aria in entrata all’involucro.

Più in dettaglio, il bordo sporgente ha forma ad arco di circonferenza di raggio predeterminato.

Vantaggiosamente, almeno una parete della pluralità di pareti presenta una porzione sporgente, che parte dal suddetto bordo, e configurata in modo tale che la sua proiezione sul piano della piastra inferiore è esterna ad un poligono ideale congiungente fra loro i vertici V1,…,Vndella piastra inferiore. La parete comprende inoltre una porzione rientrante la cui proiezione sul piano della piastra inferiore è interna al poligono, detta porzione rientrante estendendosi fino ad una apertura adiacente alla parete stessa, oltre un’estremità della parete opposta al bordo. In tal modo il distacco del flusso d’aria dalla parete avviene sostanzialmente per qualsiasi direzione del flusso d’aria, ed in particolare anche per direzioni parallele alla parete stessa.

In particolare, per favorire ulteriormente il distacco del flusso d’aria anche per direzioni del flusso parallele alla parete, il bordo della parete ha uno spessore maggiore rispetto al resto della parete.

Vantaggiosamente, la piastra inferiore è delimitata da profili che connettono a due a due i vertici V1,…,Vne che sono rientranti verso l’asse di rotazione z rispetto al suddetto poligono, in modo da adeguarsi alle porzioni rientranti delle pareti.

Vantaggiosamente, la piastra superiore è delimitata da profili che connettono a due a due i vertici V1’,…,Vn’ e che sono rientranti verso l’asse di rotazione z rispetto al suddetto poligono, in modo da adeguarsi alle porzioni rientranti delle pareti. In tal modo, il flusso d’aria che scivola esternamente sulle pareti non incontra la superficie delle piastre che ostacolerebbero il moto del flusso stesso, oltre ad aumentare la resistenza di attrito e perdere energia.

In particolare, il ciascun profilo che delimita le due piastre presenta un punto di massimo M, ovvero un punto in cui si ha la maggior distanza tra il profilo e il corrispondente lato del poligono che congiunge i vertici V1,…,Vno i vertici V1’,…,Vn’. Tale punto di massimo M si trova in prossimità della suddetta estremità delle pareti.

Ciascuna parete, quindi, mantiene un’inclinazione sostanzialmente costante dal bordo sino all’estremità, oltre il quale la parete si interrompe lasciando spazio all’apertura adiacente. In tal modo, ciascuna parete, oltre a fungere da ostacolo per creare la depressione sull’uscita, funge anche da condotto convergente per il flusso d’aria che entra nell’involucro.

Vantaggiosamente, ciascun profilo che delimita le due piastre presenta una tangente compresa tra 0° e 30° rispetto al corrispondente lato del poligono ideale che congiunge i vertici V1,…,Vn, in corrispondenza del vertice più lontano alla porzione rientrante della parete. In tal modo, il profilo si adatta all’inclinazione della parete, che funge da condotto convergente con inclinazione di 30°.

Vantaggiosamente, ciascun profilo delimitante le piastre comprende, in prossimità dell’apertura corrispondente, una porzione rettilinea che serve a rafforzare la struttura, dando alla parete un irrigidimento che ne impedisce la flessione quando essa è sottoposta a ingenti carichi aerodinamici.

Vantaggiosamente, sulla superficie esterna delle pareti sono previste nervature a geometria sostanzialmente reticolare, che, oltre a contribuire alla resistenza strutturale delle pareti stesse, contribuiscono anche a favorire ulteriormente la separazione del flusso d’aria, ed in particolare dello strato limite, dalle pareti stesse.

In particolare, l’involucro comprende quattro pareti, di uguale forma ad un angolo di 90° l’una dall’altra attorno all’asse z, le quali definiscono quattro aperture atte a fungere da entrata/uscita del flusso d’aria nell’/dall’involucro. Tale configurazione risulta ottimale dal punto di vista aerodinamico e permette di avere una efficienza che varia molto poco con la direzione del vento. Inoltre, il fatto di avere componenti uguali riduce i costi di produzione e facilita l’assemblaggio della turbina.

Vantaggiosamente, una prima apertura delle quattro aperture è configurata per far entrare una componente principale di flusso d’aria, detta prima apertura essendo adiacente ad una prima parete delle quattro pareti e ad una seconda parete delle quattro pareti, sostanzialmente ortogonale alla prima parete. In tal modo, quando la componente principale del flusso d’aria entra nella prima apertura, parte del flusso d’aria viene ostacolata dalla prima e seconda parete, creando una zona di bassa pressione in corrispondenza di una seconda apertura, adiacente alla seconda parete, e in corrispondenza di una quarta apertura, adiacente alla prima parete, una terza apertura essendo opposta alla prima apertura..

In tal modo, la zona a bassa pressione sulla seconda apertura permette sia di avviare più facilmente la turbina quando il flusso d’aria è in transitorio, sia di aumentarne la potenza quando il flusso d’aria è a regime. Allo stesso tempo, la zona a bassa pressione sulla quarta apertura contribuisce a far fuoriuscire il flusso d’aria dall’involucro, attraverso la quarta apertura stessa, permettendo di svuotare il “percorso resistente” del rotore e quindi riducendo la resistenza incontrata dal rotore nella sua rotazione. Una minor resistenza si traduce in un miglioramento dell’efficienza complessiva della turbina eolica, permettendo di abbassare ulteriormente il valore della velocità del vento per cui la turbina entra in funzione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, un sistema di generazione di energia eolica comprende almeno due turbine eoliche, secondo la presente invenzione, le quali sono poste l’una sopra l’altra, in modo tale che gli assi di rotazione z delle turbine eoliche retta siano coincidenti. In tale modo si possono formare sistemi di generazione di energia eolica che necessitano di una superficie di installazione sostanzialmente pari alla superficie necessaria ad una sola turbina. Questo permette di ottimizzare fortemente lo spazio rispetto ai sistemi di generazione di energia eolica di tecnica nota, i quali solitamente prevedono la disposizione di più turbine eoliche a triangolo o a quadrato necessitando di una superficie di installazione molto maggiore di quella necessaria alla singola turbina. Inoltre, per la natura della turbina eolica, secondo l’invenzione, tale disposizione in colonna non inficia le prestazioni delle singole turbine.

Vantaggiosamente, le turbine eoliche sono sfasate angolarmente rispetto all’asse di rotazione z di un predeterminato angolo.

In particolare il predeterminato angolo è compreso tra 20° e 40°, vantaggiosamente è pari a 30°.

In tal modo, viene aumentata ulteriormente, rispetto alla singola turbina eolica, l’invarianza delle prestazioni del sistema eolico in funzione della direzione del vento. Inoltre, tale disposizione sfasata distribuisce in maniera più equilibrata i carichi aerodinamici, soprattutto a fatica, che il sistema deve sopportare, riducendo la possibilità di fenomeni di risonanza e permettendo una vita maggiore dei componenti.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari con la descrizione che segue di alcune sue forme realizzative, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

� la figura 1 mostra, in una prima forma realizzativa, il rotore della turbina eolica ad asse verticale, secondo la presente invenzione;

� la figura 2 mostra, in una prima forma realizzativa, l’involucro della turbina eolica ad asse verticale, secondo la presente invenzione;

� la figura 3 mostra la turbina eolica ad asse verticale comprendente il rotore e l’involucro di figure 1 e 2;

� la figura 4 mostra, in un piano orizzontale, la turbina eolica ad asse verticale, secondo la presente invenzione, attraversata da un flusso d’aria;

� la figura 5 mostra, in un piano orizzontale e in dettaglio, la turbina eolica ad asse verticale di figura 4;

� la figura 6 mostra il sistema di generazione di energia eolica, secondo la presente invenzione, in una prima forma realizzativa;

� la figura 7 mostra il sistema di generazione di energia eolica, secondo la presente invenzione, in una seconda forma realizzativa.

Descrizione di una forma realizzativa preferita Con riferimento alle figure 1, 2 e 3, una forma realizzativa di una turbina eolica 100 ad asse verticale, secondo la presente invenzione, comprende un rotore 110 (fig.1) e un involucro 120 (fig.2) che alloggia il rotore 110 stesso.

Con riferimento alla figura 1, il rotore 110 comprende una pluralità di pale 111, in particolare 3, disposte in maniera assial-simmetrica rispetto ad un asse di rotazione verticale z, attorno al quale le pale 111 sono portate in rotazione conseguenza della resistenza aerodinamica opposta ad un flusso d’aria che le investe.

Con riferimento alla figura 2, l’involucro 120 comprende una piastra inferiore 121 e una piastra superiore 122, sostanzialmente ortogonali all’asse z, e delimitate, rispettivamente, da una prima pluralità di vertici, in particolare quattro vertici, V1, V2, V3, V4e una seconda pluralità di vertici, in particolare quattro vertici, V1’, V2’, V3’, V4’. Le due piastre 121 e 122 sono connesse fra loro da una pluralità di pareti, in particolare quattro pareti, 125a-125d, che creano, insieme alle due piastre 121,122, quattro aperture 126a-126d che fungono, a seconda della direzione del flusso d’aria che attraversa l’involucro 120, da entrata e/o uscita del flusso d’aria stesso. Le pareti 125a-125d, così come tutti gli altri elementi laterali dell’involucro 120, sono uguali fra loro e ripetuti per ciascuno dei quattro lati V1-V2, V2-V3, V3-V4, V4-V1.

Tale soluzione realizzativa prevede che ciascuna delle pareti 125a-125d sia delimitata da bordi 127a-127d, ciascuno dei quali unisce uno dei vertici V1, V2, V3, V4con uno dei corrispondente vertici V1’, V2’, V3’, V4’. In particolare, ciascun bordo 127a-127d risulta sporgente verso l’esterno dell’involucro 120 rispetto alla corrispondente linea verticale che unisce uno dei vertici V1, V2, V3, V4con uno dei corrispondente vertici V1’, V2’, V3’, V4’.

In tal modo, con riferimento alla figura 4, un flusso d’aria che entra nell’involucro 120 attraverso, ad esempio, una prima apertura 126a scivola all’interno della parete adiacente 125b, che funge da condotto convergente. Il bordo 127b, sporgente verso l’esterno della parete 125b stessa, aumenta la resistenza opposta al flusso d’aria e devia il flusso d’aria che non entra nell’involucro 120, in modo che, per la maggioranza delle direzioni del vento, tale flusso d’aria si distacchi dalla parete 125b creando, in corrispondenza di una seconda apertura 126b, adiacente alla parete 125b e che funge da uscita del flusso d’aria, una zona a bassa pressione che aumenta la portata del flusso d’aria che entra nell’involucro 120 stesso, aumentando quindi la potenza eolica sfruttata dalla turbina 100. Inoltre, la depressione in corrispondenza della seconda apertura 126b consente alla turbina di entrare in funzione per velocità del flusso d’aria in entrata inferiori rispetto alle turbine di tecnica nota.

In sostanza, dunque, la depressione sull’apertura 126b, generata dalla presenza del bordo sporgente 127b, permette sia di avviare più facilmente la turbina 100 quando il flusso d’aria è in transitorio, sia di aumentarne la potenza quando il flusso d’aria è a regime.

Inoltre, la parete 125a, in virtù del bordo 127a, anch’esso sporgente, oppone una resistenza al flusso d’aria che permette un distacco immediato del flusso stesso, generando, in maniera analoga a quanto sopra detto, una zona a bassa pressione in corrispondenza di una quarta apertura 126d, anch’essa utile per l’uscita del flusso d’aria dall’involucro 120.

Tale zona a bassa pressione sulla quarta apertura 126d contribuisce a far fuoriuscire il flusso d’aria dall’involucro 120, attraverso l’apertura 126d stessa, permettendo di svuotare il “percorso resistente” del rotore 110 e quindi riducendo la resistenza incontrata dal rotore 110 nella sua rotazione. Una minor resistenza si traduce in un miglioramento dell’efficienza complessiva della turbina eolica 100, permettendo di abbassare ulteriormente il valore della velocità del vento per cui la turbina 100 entra in funzione.

In particolare, il bordo sporgente 127b ha una forma curvilinea, ad arco di circonferenza con concavità rivolta verso l’apertura 126a, che permette all’apertura 126a di convogliare meglio il flusso d’aria all’interno dell’involucro 120, assumendo una forma simile a quella dell’imbocco di un condotto.

Inoltre, con riferimento alla figura 5, considerando un quadrato ideale (tratteggiato in figura) che unisce i vertici V1’, V2’, V3’, V4’ della piastra superiore 122, o analogamente i vertici V1, V2, V3, V4della piastra inferiore 121, le pareti 125a-125d comprendono una porzione sporgente 125a’-125d’ configurata in modo tale che la sua proiezione sul piano della piastra inferiore 121 è esterna al quadrato, e una porzione rientrante 125a’’-125d’’ la cui proiezione su tale piano invece rimane interna al quadrato stesso.

Consideriamo nuovamente, a titolo di esempio, il flusso entrante dalla apertura 126a. La porzione sporgente 125b’comprende il bordo 127b e, come detto, serve ad aumentare la resistenza opposta al flusso d’aria, in modo da permetterne il distacco dalla parete 125b. La porzione rientrante 125b’’, invece, fa sì che la depressione generata dal suddetto distacco del flusso avvenga proprio in corrispondenza dell’uscita 126b. In particolare, tale soluzione realizzativa permette che il fenomeno appena descritto avvenga sostanzialmente per qualsiasi direzione del vento, anche per quella parallela ad una parete 125a-125d, che risulta la direzione più critica, in quanto è più difficile il distacco del flusso d’aria. Per favorire ulteriormente il distacco in tale direzione, inoltre, il bordo 127a-127d può avere uno spessore maggiore del resto della parete 125a-125d, come visibile nelle figure 2 e 3.

Con riferimento ancora alle figure 2 e 3, le piastre 121 e 122 sono delimitate da profili 123a-123d e 123a’-123d’ che congiungono a due a due i vertici V1, V2, V3, V4e i vertici V1’, V2’, V3’, V4’, rispettivamente. Tali profili 123a-123d e 123a’-123d’ sono curvilinei e rientranti verso l’asse di rotazione z, in modo da adeguarsi alla forma delle pareti 125a-125d, ed in particolare alle porzioni rientranti 125a’’-125d’’. In tal modo, il flusso d’aria che scivola esternamente sulle pareti 125a-125d non incontra la superficie delle piastre che ostacolerebbero il moto del flusso stesso, oltre ad aumentare la resistenza di attrito e perdere energia.

Geometricamente, quindi, i profili 123a-123d e 123a’-123d’ seguono sostanzialmente l’andamento delle pareti 125a-125d.

Con riferimento alle figure 2, 3 e 5, nella forma realizzativa prevista, il profili 123a-123d e 123a’-123d’ presentano un punto di massimo M, ovvero un punto in cui si ha la maggior distanza tra il profilo e il lato del suddetto quadrato. Tale punto di massimo M si trova in prossimità della porzione rientrante 125a’’-125d’’, e in particolare in corrispondenza di un’estremità 127a’-127d’ della parete 125a-125d opposta al bordo 127a-127d. In tal modo, la parete 125b, e analogamente le altre pareti 125a, 125c, 125d, mantiene un’inclinazione sostanzialmente costante dal bordo 127a sino al secondo bordo 127a’, oltre il quale la parete 125b si interrompe lasciando spazio all’apertura adiacente 126b.

In tal modo, considerando la figura 4, la parete 125b, oltre a fungere da ostacolo per creare la depressione sull’uscita 126b, funge anche da condotto convergente per il flusso d’aria che entra nell’involucro. In particolare, con riferimento alla figura 5, la parete 125b, e analogamente le altre, ha un’inclinazione di circa 30° rispetto al segmento V1’-V2’, o al segmento V1-V2. I profili 123b e 123b’, dovendo seguire la parete 125b, hanno una tangente nei vertici V1e V1’ che è di circa 30°. La tangente dei profili 123b e 123b’ in prossimità dei vertici V2e V2’, invece, è di circa 30° rispetto ai segmenti V2-V3e V2’-V3’, in modo da permettere alla parete 125 c di essere a sua volta un condotto convergente rispetto all’entrata 126b. Con riferimento alla figura 2, i profili 123b e 123b’ comprendono, nella parte adiacente ai vertici V2e V2’, porzioni rettilinee 124b e 124b’ che servono a rafforzare la struttura, dando alla parete 125c un irrigidimento che ne impedisca la flessione quando essa è sottoposta a ingenti carichi aerodinamici. Per lo stesso motivo, sulla superficie esterna delle pareti 125a-125d sono previste nervature a geometria sostanzialmente reticolare. Tali nervature, oltre a contribuire alla resistenza strutturale delle pareti 125a-125d, contribuiscono anche a favorire ulteriormente il distacco del flusso d’aria, ed in particolare dello strato limite, dalle pareti stesse.

Con riferimento alla figura 6, la presente invenzione prevede un sistema di generazione di energia eolica 200 comprendente più di una turbina eolica 100 come precedentemente descritta. Le turbine 100 sono disposte l’una sull’altra allineando l’asse verticale z. In tale modo si possono formare sistemi di generazione di energia eolica 200 che necessitano di una superficie di installazione sostanzialmente pari alla superficie necessaria ad una sola turbina 100. Questo permette di ottimizzare fortemente lo spazio rispetto ai sistemi di generazione di energia eolica di tecnica nota, i quali solitamente prevedono la disposizione di più turbine eoliche a triangolo o a quadrato necessitando di una superficie di installazione molto maggiore di quella necessaria alla singola turbina. Inoltre, per la natura della turbina eolica 100, secondo l’invenzione, tale disposizione in colonna non inficia le prestazioni delle singole turbine 100.

Con riferimento alla figura 7, una variante del sistema di generazione di energia eolica 200 prevede che le turbine eoliche 100 siano sfasate tra loro di un predeterminato angolo attorno all’asse z, in modo da aumentare ulteriormente, rispetto alla singola turbina eolica 100 e al sistema 100 di figura 6, l’invarianza delle prestazioni del sistema eolico 100 in funzione della direzione del vento.

Tale predeterminato angolo è vantaggiosamente compreso tra 20° e 40°, e in particolare 30°. Ad ogni modo il valore ottimale di tale angolo può risultare differente a seconda del numero di turbine eoliche 100 poste in colonna.

Inoltre, la disposizione delle turbine 100 di figura 7 distribuisce in maniera più equilibrata i carichi aerodinamici, soprattutto a fatica, che il sistema 100 deve sopportare, riducendo la possibilità di fenomeni di risonanza e permettendo una vita maggiore dei componenti.

Nonostante nella presente descrizione si sia fatto riferimento ad una forma realizzativa dell’involucro comprendente quattro pareti, rientrano nell’ambito della presente invenzione anche forme realizzative in cui l’involucro comprende un numero differente di pareti.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Una turbina eolica (100) ad asse verticale comprendente: � un rotore (110) avente un asse di rotazione z sostanzialmente verticale, detto rotore (110) comprendendo una pluralità di pale (111) atte a ruotare attorno a detto asse di rotazione z in conseguenza della resistenza aerodinamica opposta ad un flusso d’aria che le investe; � un involucro (120) all’interno del quale alloggia detto rotore (110), detto involucro comprendendo: � una piastra inferiore (121) sostanzialmente ortogonale a detto asse di rotazione z, detta piastra inferiore (121) essendo delimitata da una prima pluralità di vertici V1,…,Vn; � una piastra superiore (122) sostanzialmente ortogonale a detto asse di rotazione z, detta piastra superiore (122) essendo delimitata da una seconda pluralità di vertici V1’,…,Vn’, ciascun vertice V1’,…,Vn’ di detta seconda pluralità corrispondendo ad un vertice V1,…,Vndi detta prima pluralità; � una pluralità di pareti (125a-125d) atte a connettere detta piastra inferiore (121) e detta piastra superiore (122), dette pareti (125a 125d) e dette piastre (121,122) definendo una pluralità di aperture (126a-126d) atte a fungere da entrata/uscita di detto flusso d’aria in/da detto involucro (120); detta turbina eolica (100) essendo caratterizzata dal fatto che ciascuna parete (125a-125d) di detta pluralità di pareti è delimitata da un bordo (127a-127d) che congiunge un vertice V1,…,Vndi detta prima pluralità con un corrispondente vertice V1’,…,Vn’ di detta seconda pluralità, detto bordo (127a-127d) essendo sporgente verso l’esterno di detto involucro (120) rispetto ad una pluralità di linee verticali ideali V1-V1’,…,Vn-Vn’ congiungenti detto vertice V1,…,Vndi detta prima pluralità con detto corrispondente vertice V1’,…,Vn’ di detta seconda pluralità.
2. La turbina eolica (100), secondo la rivendicazione 1, in cui detto bordo (127a, 127b, 127c, 127d) ha geometria curvilinea con concavità rivolta verso una rispettiva apertura (126d, 126a, 126b, 126c).
3. La turbina eolica (100), secondo la rivendicazione 1, in cui almeno una parete (125a-125d) di detta pluralità di pareti presenta una porzione sporgente (125a’-125d’) configurata in modo tale che la sua proiezione sul piano di detta piastra inferiore (121) è esterna ad un poligono ideale congiungente fra loro i vertici V1,…,Vndi detta piastra inferiore (121), detta porzione sporgente (125a’-125d’) partendo da detto bordo (127a-127d), ed una porzione rientrante (125a’’-125d’’) la cui proiezione su detto piano di detta piastra inferiore (121) è interna a detto poligono, detta porzione rientrante (125a’’-125d’’) estendendosi fino ad una apertura (126a-126d) adiacente a detta parete (125a-125d) oltre un’estremità (127a’-127d’) di detta parete opposta a detto bordo (127a-127d), detta porzione rientrante (125a’’-125d’’) essendo configurata in modo da favorire il distacco di flusso d’aria da detta parete (125a-125d) per ogni direzione di detto flusso d’aria.
4. La turbina eolica (100), secondo la rivendicazione 3, in cui almeno una tra detta piastra inferiore (121) e detta piastra superiore (122) è delimitata da profili (123a-123d, 123a’-123d’) che connettono a due a due detti vertici V1,…,Vndi detta prima pluralità e/o detti vertici V1’,…,Vn’ di detta seconda pluralità, detti profili (123a-123d, 123a’123d’) essendo rientranti verso detto asse di rotazione z rispetto a detto poligono, in modo da adeguarsi a dette porzioni rientranti (125a’’-125d’’) di dette pareti (125a-125d) di detta pluralità di pareti.
5. La turbina eolica (100), secondo la rivendicazione 4, in cui detti profili (123a-123d, 123a’-123d’) presentano un punto di massimo M in prossimità di detta estremità (127a’-127d’) di dette pareti (125a-125d), detto punto di massimo M essendo il punto di detti profili (123a-123d, 123a’-123d’) che maggiormente si discosta dal corrispondente segmento che unisce a due a due detti vertici V1,…,Vne/o detti vertici V1’,…,Vn’.
6. La turbina eolica (100), secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto involucro (120) comprende quattro pareti (125a-125d) di uguale forma ad un angolo di 90° l’una dall’altra attorno a detto asse z, dette quattro pareti (125a-125d) definendo quattro aperture (126a-126d) atte a fungere da entrata/uscita di detto flusso d’aria in/da detto involucro (120).
7. La turbina eolica (100), secondo la rivendicazione 6, in cui una prima apertura (126a) di dette quattro aperture (126a-126d) è configurata per far entrare una componente principale di detto flusso d’aria, detta prima apertura (126a) essendo adiacente ad una prima parete (125a) di dette quattro pareti (125a-125d) e ad una seconda parete (125b) di dette quattro pareti (125a-125d), sostanzialmente ortogonale a detta prima parete (125a), in modo tale che, quando detta componente principale di detto flusso d’aria entra in detta prima apertura (126a), parte di detto flusso d’aria viene ostacolata da dette prima e seconda parete (125a, 125b), creando una zona di bassa pressione in corrispondenza di una seconda apertura (126b), adiacente a detta seconda parete (125b), e in corrispondenza di una quarta apertura (126d), adiacente a detta prima parete (125a), una terza apertura (126c) essendo opposta a detta prima apertura (126a).
8. La turbina eolica (100), secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui sulla superficie esterna di dette pareti (125a-125d) sono presenti nervature atte ad aumentare la resistenza strutturale di dette pareti (125a-125d) e a favorire la separazione dello strato limite di detto flusso d’aria da dette pareti (125a-125d).
9. Sistema di generazione di energia eolica (200) comprendente almeno due turbine eoliche (100) secondo una delle rivendicazioni precedenti, dette almeno due turbine eoliche (100) essendo poste l’una sopra l’altra, in modo tale che detti assi di rotazione z di dette turbine eoliche (100) retta siano coincidenti.
10. Sistema di generazione di energia eolica (200), secondo la rivendicazione 9, in cui dette turbine eoliche (100) sono sfasate angolarmente rispetto a detto asse di rotazione z di un predeterminato angolo compreso tra 20° e 40°.