ITTN20060006A1

ITTN20060006A1 - Sistema rotazionale ad asse verticale e concezione velica per la produzione di energia dal vento

Info

Publication number: ITTN20060006A1
Authority: IT
Inventors: Gianfranco Oradini
Original assignee: Gianfranco Oradini
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-10-21
Also published as: WO2007121904A1

Description

TITOLO: SISTEMA ROTAZIONALE AD ASSE VERTICALE A CONCEZIONE VELICA PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA DAL VENTO"

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE PREMESSE

Lo stato attuale dei rotori ad asse verticale in commercio non riesce, per le superimi limitate e comunque fisse, a captare in modo adeguato l’energia del vento. La lunga esperienza del proponente nel settore velico ai massimi livelli (campione d’Europa classe “laser” 1975 e olimpionico classe “soling” Montreal 1976), dopo aver utilizzato barche di ogni classe e stazza, gli ha dato spunto all’ideazione della presente invenzione, utilizzando strutture veliche e sistemi tecnici già in uso da anni. In tal modo è possibile sfruttare l’enorme e ripetitiva forza del vento (energia rinnovabile) trasformandola in energia elettrica e meccanica.

Scopo fondamentale della presente invenzione è l’utilizzo di una tecnica usata su alcuni tipi di imbarcazione detta “autovirante” (vedi fig. 4). Tale sistema permette alla vela anteriore all’albero “detta fiocco” di posizionarsi automaticamente ad ogni virata senza l’ausilio di un manovratore, chiamato “prodiere”.

Per meglio illustrare queste e altre particolari caratteristiche del dispositivo, viene ora descritto un esempio di realizzazione secondo la presente invenzione, con riferimento ai disegni proposti che hanno scopo puramente esplicativo e non limitativo.

Il concetto base del brevetto consiste nell’applicazione su una struttura rotazionale di vele che, abbinate a sistemi “autoviranti” delle vele stesse, posizionano le superfìci in modo sempre appropriato per ogni direzione del vento. Ogni vela, nella rotazione completa di 360° del sistema, assume tutte

le possibili andature (vedi fig. 7), sviluppando così una rotazione con utilizzo della energia eolica ed ottenendo un elevato rendimento.

Si descrive a titolo di esempio un sistema base composto da quattro vele ipotizzate del tipo nautico “a fiocco” (vedi fig.5) . Le vele sono disposte alle estremità di due bracci di supporto posizionati a croce ed installate con l’asse portante della vela perpendicolare ai bracci stessi. In tal modo, indipendentemente dalla direzione di provenienza del vento che investe il sistema, in ogni istante risultano attive contemporaneamente 3 vele che, applicando al sistema forze tangenziali, lo mettono in rotazione, mentre la quarta vela viene a trovarsi temporaneamente in posizione neutra e risale il vento.

In figg. 1 e 2 è rappresentato in pianta e prospetto il sistema proposto.

Ogni vela disposta aH’estremità della struttura rotante è costituita da un albero stabilizzato da 2 sartie laterali, uno strallo di poppa e un fiocco con sistema auto-awolgente per diminuire o aumentare la superficie velica in finizione della intensità del vento. Per ogni vela viene installato, come detto in precedenza, un sistema di regolazione autovirante (come normalmente in uso in ambiente velico), costituito da una rotaia curva con carrello, che consente l’autoregolazione della vela in base ad ogni variazione del vento. Vedi : Fig. 3: Sistema base a una vela da installare alla estremità di ogni braccio del sistema rotante.

Vedi Fig. : 4 Dispositivo autovirante normalmente in uso su imbarcazioni per vele disposte anteriormente all’albero che consente il corretto e automatico posizionamento della vela a captare l’energia del vento. Il dispositivo è operativo per vento che proviene da ogni direzione esterna al settore non attivo (± 30÷45°) e in tale zona la vela che risale il vento resta lasca e quindi neutra nel sistema complessivo opponendo resistenza minima alla rotazione. La disposizione di tale sistema ad ognuna delle estremità dei bracci portanti con l’asse velico perpendicolare ai bracci (in analogia a 4 prue con velatura a fiocco disposte a rincorrersi in circolo), come rappresentato in Fig. 5 per un dispositivo a 4 vele, consente l’instaurarsi di un moto rotatorio qualora investito da un flusso d’aria.

PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO

Una vela risulta portante quando l’angolo di incidenza del vento varia fra 30°÷45° (bolina) e 180° (poppa) con la posizione intermedia di mezzanave 90°. In tal modo le barche sono in grado di muoversi risalendo anche il vento con gli angoli minimi indicati. Vedi Fig. 6 : Angoli minima di incidenza attiva del vento .

Con l’applicazione proposta ed il sistema di autoregolazione descritto, in ogni istante e per ogni direzione del vento, nella struttura in rotazione (360°) sono presenti almeno tre vele portanti con angolo di incidenza del vento fra 35° e 180°, mentre una sola vela è in posizione neutra e non dà contributo né significativa resistenza al moto. Vedi Fig. 7 : Andature veliche.

L’insieme delle forze che si vengono a determinare comportano una rotazione per effetto della componente tangenziale, con le singole vele che si autoregolano e si dispongono a fondo corsa della corsia autovirante, andando così a cogliere tutta l’energia del vento e creando una sorta di mulino ad asse verticale.

Il sistema risulta innovativo rispetto ai mulini esistenti ad asse orizzontale o verticale in quanto, essendo la disposizione delle vele autoregolante e particolarmente “performante”, riesce anche con strutture di dimensioni contenute a captare tutta la forza del vento trasformandola in energia che è funzione della superficie velica esposta e della lunghezza del braccio oltre che, ovviamente, della intensità del vento.

Rispetto agli usuali sistemi eolici ad elica o a pale il sistema appare di efficienza più elevata in quanto presentando superfici esposte al vento molto ampie, non impone necessariamente di installare le vele in posizione elevata rispetto alla superficie di base per ricercare le massime intensità del vento. L’effetto generale è quello di una struttura ad impatto molto contenuto rispetto a quello degli attuali impianti eolici.

Claims

RIVENDICAZIONI N°1 II concetto base del brevetto consiste nell’applicazione su una struttura rotazionale di vele che, abbinate a sistemi “autoviranti” delle vele stesse, posizionano le superfici in modo sempre appropriato per ogni direzione del vento, sviluppando così una rotazione con utilizzo della energia eolica ed ottenendo un elevato rendimento. I sistemi “autoviranti” applicati come descritto consentono in ogni istante e posizione delle vele lo sviluppo di componente attiva delle forze che genera un moto rotatorio per qualsiasi direzione di provenienza del vento e che, dato l’elevato rendimento, è in grado di funzionare anche con venti deboli. N° 2 II concetto base come descritto nella rivendicazione N° 1 , si applica a sistemi rotanti composti con qualsiasi numero di vele, per rande e fiocchi, per qualsiasi tipo di materiale, per superfici esposte al vento anche rigide, piane, o variamente sagomate e variamente incernierate, su un asse verticale nella zona anteriore , per favorire l’autoregolazione con il sistema auto virante. N° 3 II primo e più importante impiego del brevetto, descritto nella rivendicazione N° 1, è l’utilizzo per produzione di energia elettrica dall’energia eolica. Applicando un generatore di corrente sull’asse del sistema in rotazione, si ottiene la produzione di energia elettrica secondo gli usuali schemi, e con le apparecchiature già normalmente in uso e disponibili sul mercato. Oltre alle regolazioni sul generatore, allo scopo di modulare l’energia eolica, si potrà intervenire sul sistema, riducendo la superfìcie velica utilizzando avvolgi fiocco (come rappresentato in Fig. 8) o applicando sistemi frenanti, o di sgancio automatico al di sopra di un prefissato numero di giri. N° 4 Il sistema proposto nella rivendicazione N° 1 può essere realizzato con qualsivoglia numero di vele, a partire dalla vela singola per qualsiasi forma della vela (eventualmente anche per vele tipo “randa”) o per superfici esposte al vento rigide piane, o sagomate con profili performanti. Nelle zone dove siano presenti venti su una direzione prevalente, il sistema potrà essere realizzato con carrelli di supporto delle vele, montati su rotaia su percorsi allungati “tipo funivia” agganciati ad una fune in rotazione in modo da ridurre al minimo il percorso del sistema rotante nel tratto vento sfavorevole, ed allungare al contrario il percorso attivo. N° 5 Un’ulteriore utilizzo del sistema proposto nella rivendicazione N° 1, è nel campo velico, in quanto il sistema può essere applicato ad uno scafo sufficientemente stabile (es. trimarano) per un duplice utilizzo: ♦ a rotore bloccato con le vele disposte ad assi peralleli,come nell’ uso tradizionale delle imbarcazioni. In tal caso l’imbarcazione procederà con le usuali andature, in relazione alla direzione del vento. ♦ a rotore libero con la presa di forza applicata a ruote a pale immerse nell’acqua ( tipo battello a pale ) con possibilità di procedere in qualsiasi direzione. ♦ a rotore libero, la rotazione del sistema investito dal vento può essere utilizzata per produrre energia a servizio dell’imbarcazione (carica batterie o fornitura forza motrice) mediante un generatore. N° 6 II sistema proposto nella rivendicazione N° 1 può essere inoltre composto su più livelli, sovrapponendo i rotori allineati su di un unico asse verticale, ed apponendo in sommità una copertura a riparo da precipitazioni, o neve. I materiali costituenti le vele, od altre superfici autoviranti, i supporti ed il sistema in genere potranno essere i più vari, con impiego di materiali poveri (es. legno e tela) o di materiali tecnologicamente avanzati per massimizzare rendimenti o dimensioni. Possibili ulteriori sedi di applicazione del sistema, in aggiunta a quelli usuali per generatori eolici, è l’installazione in ambiti attraversati dal vento o correnti d’aria quali ad esempio gallerie dismesse (frequentemente sede di correnti d’aria) ove si potranno disporre elementi in serie per captare integralmente l’energia.