ITMO20120209A1 - WIND GENERATOR - Google Patents
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Description
“GENERATORE EOLICO†⠀ œWIND GENERATORâ €
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un generatore eolico. The present invention refers to a wind generator.
Sono noti generatori eolici per convertire l’energia cinetica del vento in energia elettrica. Wind generators are known to convert the kinetic energy of the wind into electrical energy.
Un tipo di generatore eolico noto à ̈ costituito da una torre di sostegno che supporta sulla sommità una turbina a vento, connessa girevole alla torre, la quale turbina comprende una girante ad asse orizzontale, collegata ad un generatore elettrico e provvista di una pluralità di pale (di norma tre, equidistanziate) perpendicolari all’asse di rotazione e disposte a raggiera. Il generatore eolico noto funziona quando la torre à ̈ attraversata da vento avente una direzione parallela all’asse della girante, in modo che la portanza prodotta dal passaggio del vento tra le pale produca una rotazione della girante medesima, la quale rotazione à ̈ convertita in energia elettrica dal citato generatore elettrico. A known type of wind generator is constituted by a support tower which supports on the top a wind turbine, rotatably connected to the tower, which turbine comprises a horizontal axis impeller, connected to an electric generator and provided with a plurality of blades (usually three, equidistant) perpendicular to the rotation axis and arranged in a radial pattern. The known wind generator works when the tower is crossed by wind having a direction parallel to the axis of the impeller, so that the lift produced by the passage of the wind between the blades produces a rotation of the impeller itself, which rotation is converted in electricity from the aforementioned electric generator.
Questo generatore noto presenta degli inconvenienti. This known generator has drawbacks.
Innanzitutto, durante il suo funzionamento, esso produce sia una notevole turbolenza che forti vibrazioni le quali, causando un rumore molto intenso, rendono la soluzione nota inadatta all’ installazione nei centri abitati. First of all, during its operation, it produces both considerable turbulence and strong vibrations which, causing a very intense noise, make the known solution unsuitable for installation in residential areas.
Inoltre, à ̈ noto che quando il vento che attraversa le pale di questo tipo di generatori eolici à ̈ molto intenso, su di esse agisce un’energia così alta che può danneggiare la turbina; per tale ragione, à ̈ necessario contenere il numero di pale ed à ̈ necessario disporre le stesse distanziate l’una dall’altra, con l’inconveniente che solo una piccola porzione del fronte ventoso viene intercettato dalla girante, col che tale soluzione nota risulta, nel caso di vento debole, molto inefficiente. Furthermore, it is known that when the wind that passes through the blades of this type of wind generator is very intense, an energy so high acts on them that it can damage the turbine; for this reason, it is necessary to limit the number of blades and it is necessary to arrange the same spaced apart from each other, with the drawback that only a small portion of the windy front is intercepted by the impeller, with which this known solution is, in the case of weak wind, very inefficient.
Un altro inconveniente della tecnica nota à ̈ quello che per l’orientamento della turbina à ̈ necessario limpiego di un giroscopio e di altre costose apparecchiature elettroniche. Another drawback of the known art is that for the orientation of the turbine it is necessary to use a gyroscope and other expensive electronic equipment.
Ulteriormente, la soluzione nota non à ̈ adatta ad essere impiegata nel cosiddetto “mini eolico†, cioà ̈ il settore in cui sono utilizzati generatori di modeste dimensioni montati sopra i tetti delle case, o sopra i natanti, nei giardini, ecc... Furthermore, the known solution is not suitable for use in the so-called â € œmini wind powerâ €, that is, the sector in which generators of modest size are used, mounted on the roofs of houses, or on boats, in gardens, etc. .
Infatti, la cosiddetta velocità di cut-in di questo tipo di generatori, vale a dire la minima velocità del vento incidente necessaria per azionare la turbina, à ̈ piuttosto alta e, pertanto, al fine di rendere il loro impiego efficiente, essi dovranno presentare grandi dimensioni ed essere collocati in luoghi estremamente ventosi. In fact, the so-called cut-in speed of this type of generators, i.e. the minimum incident wind speed necessary to drive the turbine, is quite high and, therefore, in order to make their use efficient, they will have to present large and be placed in extremely windy places.
Il compito principale della presente invenzione à ̈ quello di escogitare un generatore eolico che abbia una velocità di cut-in inferiore a quella dell’arte nota. The main task of the present invention is to devise a wind generator which has a cut-in speed lower than that of the known art.
Un altro scopo dell’ invenzione à ̈ quello di rendere disponibile in generatore eolico impiegabile nel settore cosiddetto del “mini-eolico†. Another purpose of the invention is to make a wind generator available for use in the so-called â € œmini-windâ € sector.
Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di escogitare un generatore eolico che, durante il suo funzionamento, non produca un rumore così alto da risultare fastidioso. A further purpose of the invention is to devise a wind generator which, during its operation, does not produce a noise so high as to be annoying.
Altro scopo ancora dell’invenzione à ̈ rendere disponibile un generatore eolico in grado di sfruttare tutto il fronte ventoso che vada ad interessare la girante del generatore proposto. Yet another purpose of the invention is to make available a wind generator capable of exploiting all the windy front that affects the impeller of the proposed generator.
Ulteriormente, uno scopo dell’invenzione à ̈ escogitare un generatore eolico che sia in grado di auto-orientarsi nello spazio in funzione della direzione del vento, in modo da poter essere azionato indipendentemente dalla direzione di soffio del vento ed anche nel caso in cui il vento cambi direzione. Furthermore, an object of the invention is to devise a wind generator that is capable of self-orienting itself in space according to the wind direction, so that it can be operated independently of the direction of the wind blowing and also in the case in which the wind changes direction.
Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di escogitare un generatore eolico che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell’ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto. Another object of the present invention is to devise a wind generator which allows to overcome the aforementioned drawbacks of the prior art in the context of a simple, rational, easy and effective use and low cost solution.
Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dal proposto generatore eolico, comprendente: The above purposes are achieved by the proposed wind generator, comprising:
una turbina a vento che può essere associata girevole ad un mezzo di supporto, così da potersi orientare rispetto a una direzione del vento, e comprendente una girante atta a ruotare su azione del vento attorno ad un asse di rotazione orizzontale, detta girante comprendendo una pluralità di pale disposte angolarmente distanziate attorno a detto asse di rotazione; ed - un generatore elettrico collegato a detta turbina per trasformare energia meccanica di rotazione di detta girante in energia elettrica; a wind turbine which can be rotatably associated with a support means, so as to be able to orient itself with respect to a wind direction, and comprising an impeller able to rotate on the action of the wind around an axis of horizontal rotation, said impeller comprising a plurality of blades arranged angularly spaced around said axis of rotation; and - an electric generator connected to said turbine for transforming mechanical energy of rotation of said impeller into electric energy;
detto generatore eolico essendo caratterizzato dal fatto che: said wind generator being characterized in that:
ciascuna di dette pale comprende almeno una faccia attiva atta a trascinare la girante in rotazione allorché interessata da vento avente una direzione trasversale a detto asse di rotazione, ed una faccia inattiva opposta a detta faccia attiva; each of said blades comprises at least one active face adapted to drive the rotating impeller when affected by wind having a direction transversal to said rotation axis, and an inactive face opposite to said active face;
detta turbina comprende una prima ed una seconda parete laterale di copertura che contengono lateralmente la girante, in modo che quest’ultima sia libera di ruotare, detta prima e seconda parete essendo attraversate da detto asse di rotazione ed essendo disposte affacciate a lati opposti della girante a definire un corridoio per il passaggio del vento, il quale consente che la girante sia azionata solamente da vento entrante nel corridoio con una direzione trasversale a detto asse di rotazione orizzontale, e che said turbine comprises a first and a second lateral covering wall which laterally contain the impeller, so that the latter is free to rotate, said first and second walls being crossed by said rotation axis and being arranged facing opposite sides of the impeller to define a corridor for the passage of the wind, which allows the impeller to be driven only by wind entering the corridor with a direction transversal to said axis of horizontal rotation, and which
- detta turbina comprende altresì un elemento diruttore per deflettere vento incidente, posizionato tra dette prima e seconda parete, di fronte a detta girante, e disposto rispetto a questa in modo tale da deflettere verso la faccia attiva di almeno una di dette pale, vento diretto inizialmente verso la faccia inattiva di una o più di dette pale. - said turbine also comprises a spoiler element for deflecting incident wind, positioned between said first and second walls, in front of said impeller, and arranged with respect to this in such a way as to deflect wind towards the active face of at least one of said blades initially directed towards the inactive face of one or more of said blades.
Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un generatore eolico, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui: Other characteristics and advantages of the present invention will become more evident from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of a wind generator, illustrated by way of indication, but not of limitation, in the accompanying drawings in which:
la figura 1 Ã ̈ una vista assonometrica schematica del generatore secondo il trovato disposto sopra il tetto di un palazzo; Figure 1 is a schematic axonometric view of the generator according to the invention arranged on the roof of a building;
la figura 2 à ̈ una vista assonometrica di una prima forma di realizzazione del generatore secondo il trovato, in cui una parete à ̈ asportata per consentire la vista all’interno; Figure 2 is an axonometric view of a first embodiment of the generator according to the invention, in which a wall is removed to allow a view inside;
la figura 3 Ã ̈ una vista assonometrica completa del generatore secondo il trovato, della figura precedente; Figure 3 is a complete axonometric view of the generator according to the invention of the previous figure;
la figura 4 Ã ̈ una vista laterale, in sezione verticale, del generatore secondo la prima forma di realizzazione del trovato; Figure 4 is a side view, in vertical section, of the generator according to the first embodiment of the invention;
la figura 5 Ã ̈ una vista laterale del generatore secondo la prima forma di realizzazione del trovato; figure 5 is a side view of the generator according to the first embodiment of the invention;
la figura 6 Ã ̈ una vista assonometrica del generatore secondo il trovato, in una forma di realizzazione alternativa. Figure 6 is an axonometric view of the generator according to the invention, in an alternative embodiment.
Con particolare riferimento a tali figure, si à ̈ indicata globalmente con 1 il generatore dell’ invenzione. With particular reference to these figures, the generator of the invention is globally indicated with 1.
Come sopra anticipato, il generatore 1 comprende innanzitutto (si vedano le figure 2, 3 e 6 ad esempio) una turbina a vento 2, che può essere montata girevole sopra ad un mezzo di supporto. As mentioned above, the generator 1 first of all comprises (see Figures 2, 3 and 6 for example) a wind turbine 2, which can be rotatably mounted on a support means.
Il mezzo di supporto può essere un palo o simili e la turbina 2 può esservi montata sulla sommità , ad esempio tramite una apposita ralla 3 o altri simili mezzi meccanici connessi ad una parete di fondo 4 della turbina 2; in questo modo la turbina 2 si può orientare rispetto a una direzione del vento. La turbina 2 comprende a sua volta una girante 5 atta a ruotare su azione del vento attorno ad un asse di rotazione orizzontale 6, la girante 5 comprendendo una pluralità di pale 10 disposte angolarmente distanziate attorno a detto asse di rotazione 6 (ad esempio equidistanziate). The support means can be a pole or the like and the turbine 2 can be mounted on the top, for example by means of a suitable fifth wheel 3 or other similar mechanical means connected to a bottom wall 4 of the turbine 2; in this way the turbine 2 can be oriented with respect to a wind direction. The turbine 2 in turn comprises an impeller 5 adapted to rotate on the action of the wind around a horizontal rotation axis 6, the impeller 5 comprising a plurality of blades 10 arranged angularly spaced around said rotation axis 6 (for example equidistant) .
Come i generatori eolici noti, anche l invenzione comprende un generatore elettrico (non rappresentato nelle figure in quanto di per sé ampiamente noto) collegato a detta turbina 2 per trasformare in energia elettrica Γ energia meccanica di rotazione della girante 5. Like known wind generators, the invention also comprises an electric generator (not shown in the figures as it is widely known per se) connected to said turbine 2 to transform the mechanical energy of rotation of the impeller 5 into electrical energy.
Il generatore elettrico può essere collegato a batterie e, nel caso preferito di impiego nel mini-eolico (si veda la figura 1), esso può essere collegato anche alla rete elettrica, ad esempio tramite appositi inverter , ecc..., secondo aspetti ampiamente noti alla persona esperta del ramo. The electric generator can be connected to batteries and, in the preferred case of use in mini-wind turbines (see figure 1), it can also be connected to the electricity grid, for example through special inverters, etc ..., according to widely varying aspects. known to the person skilled in the art.
Sull’impiego dell’ invenzione nel mini-eolico, si tornerà in un paragrafo successivo. On the use of the invention in mini-wind power, we will return to a later paragraph.
Ciascuna delle pale 10 del generatore eolico 1 proposto comprende almeno ima faccia attiva 11 atta a trascinare la girante in rotazione allorché interessata da un vento che abbia direzione di soffio trasversale all’asse di rotazione; le pale 10 comprendono anche una rispettiva una faccia inattiva 11 opposta a quella attiva. Each of the blades 10 of the proposed wind generator 1 comprises at least one active face 11 suitable for driving the rotor in rotation when affected by a wind which has a direction of blowing transversal to the axis of rotation; the blades 10 also comprise a respective one inactive face 11 opposite to the active one.
Al fine di assicurarsi che la girante 5 sia interessata da vento che soffia trasversalmente all’asse di rotazione 6, la turbina 2 comprende vantaggiosamente una prima ed una seconda parete di copertura 7, 8 (si vedano le figure 3, 5 e 6 ad esempio), le quali contengono lateralmente la girante 5, in modo che essa sia libera di ruotare tra di esse (le pareti quindi riparano la girante 5 da vento diretto sui suoi fianchi). In order to ensure that the impeller 5 is affected by wind which blows transversely to the axis of rotation 6, the turbine 2 advantageously comprises a first and a second covering wall 7, 8 (see Figures 3, 5 and 6 for example), which laterally contain the impeller 5, so that it is free to rotate between them (the walls therefore protect the impeller 5 from direct wind on its sides).
In dettaglio, la prima e la seconda parete sono attraversate da detto asse di rotazione 6 (nelle particolari forme di realizzazione rappresentate nelle figure, esse sono perpendicolari all’asse di rotazione 6) e sono disposte affacciate a lati opposti della girante 5 a definire un corridoio per il passaggio del vento, entro il quale corridoio à ̈ montata la girante 5. In detail, the first and second walls are crossed by said rotation axis 6 (in the particular embodiments shown in the figures, they are perpendicular to the rotation axis 6) and are arranged facing opposite sides of the impeller 5 to define a corridor for the passage of the wind, within which corridor is mounted the impeller 5.
Il corridoio così definito fa sì che la girante 5 sia azionata solamente da vento che entri nel corridoio medesimo con una direzione di soffio che sia trasversale all’asse di rotazione 6, in modo da trascinare in rotazione la girante 5. The corridor thus defined ensures that the impeller 5 is driven only by wind which enters the corridor itself with a direction of blowing that is transverse to the rotation axis 6, so as to drag the impeller 5 into rotation.
In pratica, il corridoio per il vento à ̈ passante tra la parte frontale della turbina 2 e la parte posteriore della stessa, a consentire che il vento possa entrarvi, azionare la girante 5 per la produzione di energia, e poi uscire posteriormente senza restare intrappolato dentro la turbina 2 (la struttura preferenziale della turbina 2 e la forma delle due pareti laterali verrà dettagliata nel proseguo). In practice, the wind corridor passes between the front part of the turbine 2 and the rear part of the same, to allow the wind to enter it, activate the impeller 5 for the production of energy, and then exit from the rear without being trapped. inside the turbine 2 (the preferential structure of the turbine 2 and the shape of the two side walls will be detailed below).
Prima di descrivere un ulteriore elemento fondamentale dell’invenzione, à ̈ bene chiarire che, dato che la turbina 2 a vento del generatore 1 proposto funziona in base al principio del trascinamento aerodinamico e non in base alla creazione di portanza, l’invenzione supera gli inconvenienti della tecnica nota succitati, come la turbolenza, le vibrazioni ed i forti rumori, ed inoltre la girante 5 dell’ invenzione, vantaggiosamente, non deve sottostare al limite dell’ impiego di sole tre pale, che nella tecnica nota ha lo scopo di prevenire danneggiamenti alla turbina 2 (ed infatti nelle figure allegate il numero di pale à ̈ superiore a tre, ad esempio quattordici, come in fig. 4). Secondo un aspetto fondamentale, l’invenzione prevede che la turbina 2 comprenda anche un elemento diruttore 9 (rappresentato ad esempio nelle figure 2 e 4) per deflettere vento incidente, posizionato tra dette prima e seconda parete 7, 8, di fronte a detta girante 5, e disposto rispetto a questa in modo tale da deflettere verso la faccia attiva 1 1 di almeno una di dette pale 10, il vento diretto inizialmente verso la faccia inattiva 12 di una o più di dette pale 10. Before describing a further fundamental element of the invention, it is good to clarify that, given that the wind turbine 2 of the proposed generator 1 operates on the principle of aerodynamic drag and not on the basis of the creation of lift, the invention overcomes the aforementioned drawbacks of the known art, such as turbulence, vibrations and loud noises, and furthermore the impeller 5 of the invention, advantageously, must not be subject to the limit of using only three blades, which in the known art has the purpose of preventing damage to the turbine 2 (and in fact in the attached figures the number of blades is greater than three, for example fourteen, as in fig. 4). According to a fundamental aspect, the invention provides that the turbine 2 also comprises a spoiler element 9 (represented for example in Figures 2 and 4) to deflect the incident wind, positioned between said first and second walls 7, 8, in front of said impeller 5, and arranged with respect to this in such a way as to deflect towards the active face 11 of at least one of said blades 10, the wind initially directed towards the inactive face 12 of one or more of said blades 10.
In pratica, grazie a questo accorgimento, innanzitutto si evita che il vento che interessa la girante 5 spinga contemporaneamente su pale 10 disposte in posizioni opposte rispetto all’asse di rotazione 6, il che impedirebbe, od ostacolerebbe fortemente, la rotazione della girante 5, in quanto essa sarebbe soggetta contemporaneamente a due momenti di forza aventi direzioni opposte (su questo aspetto si tornerà in seguito in sede di descrizione dettagliata della struttura della girante 5 e delle sue pale 10). Inoltre, grazie alla deviazione del vento da parte dell’ elemento diruttore 9, sulle facce attive delle pale 10 viene concentrata tutta l’azione del vento entrante nel suddetto corridoio, massimizzandone l’efficienza. In practice, thanks to this expedient, first of all it is avoided that the wind affecting the impeller 5 pushes simultaneously on blades 10 arranged in opposite positions with respect to the rotation axis 6, which would prevent, or strongly hinder, the rotation of the impeller 5 , as it would be subjected simultaneously to two moments of force having opposite directions (we will return to this aspect later in the detailed description of the structure of the impeller 5 and its blades 10). Moreover, thanks to the deviation of the wind by the spoiler element 9, all the action of the wind entering the aforementioned corridor is concentrated on the active faces of the blades 10, maximizing its efficiency.
L’elemento diruttore 9 può avere la forma di una rampa, oppure, come rappresentato nelle figure, può essere conformato a mo’ di scivolo arcuato, e comprendere una superficie- concava compresa tra un bordo interno 13 più vicino a detta girante 5 ed un bordo opposto periferico 14. The spoiler element 9 can have the shape of a ramp, or, as shown in the figures, it can be shaped like an arched slide, and include a concave surface comprised between an internal edge 13 closest to said impeller 5 and an opposite peripheral edge 14.
A proposito di efficienza, si anticipa che, come risulterà ancora più chiaro nel prosieguo quando si descriveranno precisamente due diverse forme di realizzazione dell’ invenzione (rappresentate rispettivamente nelle figure 1 - 5 e 6), le facce attive 11 hanno di preferenza una estensione in larghezza che à ̈ di poco inferiore alla distanza tra le due pareti 7, 8 succitate, il che consente in pratica di rendere disponibile un generatore eolico 1 la cui superficie di captazione del vento à ̈ sostanzialmente coincidente con la sezione esposta al soffio del vento medesimo. With regard to efficiency, it is anticipated that, as will become even clearer in the following when two different embodiments of the invention are precisely described (represented respectively in Figures 1 - 5 and 6), the active faces 11 preferably have an extension in width which is slightly less than the distance between the two aforementioned walls 7, 8, which in practice makes it possible to make available a wind generator 1 whose surface for collecting the wind is substantially coincident with the section exposed to the wind same.
Questo consente al generatore 1 proposto di funzionare anche in presenza di venti molto deboli, e pertanto di avere una velocità di cut-in estremamente ridotta, il che gli permette di superare l’inconveniente sopra citato della tecnica nota relativo al fatto che il generatore noto deve essere di dimensioni significative e deve essere per forza posto in luoghi molto ventosi. This allows the proposed generator 1 to operate even in the presence of very weak winds, and therefore to have an extremely reduced cut-in speed, which allows it to overcome the aforementioned drawback of the prior art relating to the fact that the generator known must be of significant size and must necessarily be placed in very windy places.
Per questa ragione, come sarà meglio dettagliato in seguito, l’invenzione à ̈ particolarmente adatta al impiego nel settore del mini-eolico. For this reason, as will be better detailed below, the invention is particularly suitable for use in the mini-wind sector.
Inoltre, sempre di preferenza, le facce attive 11 hanno una superficie concava, così da favorire il trascinamento in rotazione della girante 5 quando azionata dal vento che soffia trasversalmente al suo asse di rotazione 6. Furthermore, again preferably, the active faces 11 have a concave surface, so as to favor the rotation of the impeller 5 when driven by the wind which blows transversely to its rotation axis 6.
Entrambe le citate forme di realizzazione particolari dell’invenzione prevedono un accorgimento che consente Γ auto-orientazione della turbina a vento 2 dell’ invenzione rispetto alla direzione del vento, e cioà ̈ il suo auto-allineamento alla direzione del vento. Both the aforementioned particular embodiments of the invention provide for a device which allows the self-orientation of the wind turbine 2 of the invention with respect to the wind direction, and that is its self-alignment to the wind direction.
Tale accorgimento, in termini generali, consiste nel fatto che la turbina 2 à ̈ girevole sul suddetto mezzo di supporto (ad esempio il palo) rispetto ad un asse verticale 15 che passa tra le due pareti 7, 8 (si veda la figura 4), il quale asse verticale 15 à ̈ disposto rispetto a dette prima e seconda parete 7, 8 in modo tale che un piano verticale ideale che passi per detto asse verticale 15, e sia parallelo a detto asse di rotazione 6, definisca un semispazio anteriore che comprende detto l’elemento diruttore 9 e parti anteriori delle due pareti laterali 7, 8 (a definire quindi un porzione frontale della turbina 2), ed un semispazio posteriore, che comprende le parti posteriori delle pareti 7, 8 (a definire la porzione posteriore della turbina 2), le parti posteriori avendo una superficie maggiore rispetto a dette parti anteriori (come facilmente comprensibile guardando le figure 4 e 5). This device, in general terms, consists in the fact that the turbine 2 is rotatable on the aforementioned support means (for example the pole) with respect to a vertical axis 15 which passes between the two walls 7, 8 (see figure 4) , which vertical axis 15 is arranged with respect to said first and second walls 7, 8 in such a way that an ideal vertical plane which passes through said vertical axis 15, and is parallel to said axis of rotation 6, defines a front half-space which includes said destroying element 9 and front parts of the two side walls 7, 8 (to therefore define a front portion of the turbine 2), and a rear half-space, which includes the rear parts of walls 7, 8 (to define the portion of the turbine 2), the rear parts having a larger surface than said front parts (as can be easily understood by looking at figures 4 and 5).
Si precisa che la turbina 2 proposta à ̈ chiusa, o schermata, solo lateralmente ed inferiormente, rispettivamente dalle due pareti laterali 7, 8 e dal pavimento di base 4 collegato al mezzo di supporto, ed inoltre una parte della girante 5 à ̈ coperta dall’elemento diruttore 9, il resto della turbina 2 essendo aperto al libero passaggio del vento verso il suo interno o verso l esterno. It should be noted that the proposed turbine 2 is closed, or shielded, only laterally and below, respectively by the two side walls 7, 8 and by the base floor 4 connected to the support means, and moreover a part of the impeller 5 is covered by the € ™ spoiler element 9, the rest of the turbine 2 being open to the free passage of the wind towards the inside or towards the outside.
Grazie a questo aspetto, la turbina 2 del generatore 1 proposto à ̈ in grado di orientarsi automaticamente, a guisa di banderuola, in una disposizione operativa in cui la prima e la seconda parete 7, 8 sono sostanzialmente parallele alla direzione del vento ed in cui l’asse di rotazione 6 à ̈ perpendicolare alla direzione del vento. Thanks to this aspect, the turbine 2 of the proposed generator 1 is able to orient itself automatically, in the manner of a wind vane, in an operative arrangement in which the first and second walls 7, 8 are substantially parallel to the direction of the wind and in which the axis of rotation 6 is perpendicular to the wind direction.
In pratica, nel caso in cui la turbina 2 non si trovi da subito in tale disposizione operativa, cioà ̈ non sia allineata alla direzione di soffio del vento, allora quest’ultimo interesserà una delle pareti laterali 7,.8 e, dato che la loro parte posteriore ha una superficie maggiore di quella anteriore, esso svilupperà nella turbina 2 un momento di forza che la farà ruotare automaticamente fino a quando essa si troverà con la sua porzione frontale che riceve direttamente il vento, e quindi proprio nella disposizione allineata con la direzione di soffio che consente l’azionamento della girante 5 e quindi la produzione di energia. In practice, in the event that the turbine 2 is not immediately in this operating arrangement, that is, it is not aligned with the direction of the wind blowing, then the latter will affect one of the side walls 7, .8 and, given that their rear part has a larger surface than the front one, it will develop in the turbine 2 a moment of force that will make it rotate automatically until it is with its front portion that receives the wind directly, and therefore precisely in the arrangement aligned with the blowing direction that allows the impeller 5 to be activated and therefore the production of energy.
La prima e la seconda parete 7, 8 possono essere piane e tra loro simmetriche rispetto ad un piano verticale che passi per detto asse di rotazione 6, come rappresentato nelle figure allegate, ed inoltre, secondo un aspetto costruttivo preferito, esse hanno un profilo a forma di goccia rastremato in corrispondenza di detto semispazio anteriore (vale a dire della porzione frontale della turbina 2) a definire nella turbina 2 una prominenza 16 che contiene il suddetto elemento diruttore 9, in quanto esso deve essere disposto frontalmente, dove incontra direttamente il vento che entra nel succitato corridoio della turbina 2, al fine di espletare la sua essenziale funzione. The first and second walls 7, 8 can be flat and mutually symmetrical with respect to a vertical plane that passes through said axis of rotation 6, as shown in the attached figures, and furthermore, according to a preferred constructive aspect, they have a profile with shape of a tapered drop in correspondence of said front half-space (i.e. of the front portion of the turbine 2) to define in the turbine 2 a prominence 16 which contains the aforementioned spoiler element 9, since it must be placed frontally, where it directly meets the wind which enters the aforementioned corridor of turbine 2, in order to carry out its essential function.
In questo caso, la turbina 2 dell’invenzione descrive un profilo simile a quello del mollusco Nautilus, ma sono possibili anche altre forme, così come à ̈ possibile che le pareti laterali 7, 8 non siano verticali come rappresentato nella figure 3 o 6. In this case, the turbine 2 of the invention describes a profile similar to that of the Nautilus mollusk, but other forms are also possible, as it is possible that the side walls 7, 8 are not vertical as shown in figure 3 or 6.
Nella porzione anteriore o frontale della turbina 2 che, si ricorda, include l’elemento diruttore 9, à ̈ presente l’ingresso al suddetto corridoio definito dai bordi periferici 17, 18 di dette prima e seconda parete 7, 8 laterale compresi nella porzione frontale medesima (si vedano a tale proposito, le figure 3 e 5). In the front or front portion of the turbine 2 which, it should be remembered, includes the destroying element 9, there is the entrance to the aforementioned corridor defined by the peripheral edges 17, 18 of said first and second side walls 7, 8 included in the front portion itself (see in this regard, figures 3 and 5).
Nella versione costruttiva raffigurata, la faccia attiva 11 delle pale 10 à ̈ rivolta verso l’ingresso del corridoio, quando la rispettiva pala 10 à ̈ compresa in una porzione superiore della girante 5, mentre la corrispondente faccia inattiva 12 à ̈ rivolta verso l’ingresso quando la rispettiva pala à ̈ in una porzione inferiore a detta girante 5. In the construction version shown, the active face 11 of the blades 10 faces the entrance to the corridor, when the respective blade 10 is included in an upper portion of the impeller 5, while the corresponding inactive face 12 faces the € ™ inlet when the respective blade is in a lower portion than said impeller 5.
In questo caso, l’elemento diruttore 9 à ̈ disposto davanti a detta porzione inferiore della girante 5 ad impedire che il vento che entra per l’ingresso vada ad interessare le facce inattive delle pale 10, e quindi rischi di ostacolare la rotazione della girante 5. In this case, the spoiler element 9 is arranged in front of said lower portion of the impeller 5 to prevent the wind entering through the inlet from affecting the inactive faces of the blades 10, and therefore risks hindering rotation of the impeller 5.
Secondo questa soluzione costruttiva il generatore 1 proposto funziona quando la girante 5, secondo il punto di vista della figura 4, ruota in senso antiorario. According to this constructive solution, the generator 1 proposed operates when the impeller 5, according to the point of view of Figure 4, rotates counterclockwise.
La pluralità di pale 10 disposte a raggiera attorno all’asse di rotazione 6, durante la rotazione della girante 5, si trovano ciclicamente in posizioni sovrastanti, come le pale indicate con 10’ nelle figure 2, 4 e 6, e quindi sono incluse in quella che istante per istante à ̈ la porzione superiore della girante 5, ove la propria faccia attiva 11 à ̈ rivolta verso l’ingresso succitato, oppure possono trovarsi in posizioni sottostanti, come le pale indicate con 10†, vale a dire nella porzione inferiore della girante 5, ove offrono la faccia inattiva 12 all’ingresso del corridoio per il vento e, pertanto, debbono essere schermate dall’elemento diruttore 9. The plurality of blades 10 arranged in a radial pattern around the rotation axis 6, during the rotation of the impeller 5, are cyclically in overlying positions, like the blades indicated with 10â € ™ in figures 2, 4 and 6, and therefore are included in what instant by instant is the upper portion of the impeller 5, where its active face 11 is facing the aforementioned inlet, or they may be in underlying positions, such as the blades indicated with 10â €, that is to say in the lower portion of the impeller 5, where they offer the inactive face 12 at the entrance to the corridor for the wind and, therefore, must be shielded by the spoiler element 9.
L’elemento diruttore 9, come si diceva, può esser conformato a mo’ di scivolo arcuato, ed in questo caso la sua superficie concava à ̈ rivolta verso l’ingresso del corridoio così da indirizzare il vento incidente verso le pale 10 non schermate, e che quindi in quell’istante si trovano ad un’altezza maggiore rispetto all’elemento diruttore 9 stesso. The spoiler element 9, as we said, can be shaped like an arched slide, and in this case its concave surface is turned towards the entrance of the corridor so as to direct the incident wind towards the blades 10 unshielded, and therefore in that instant they are at a greater height than the destroying element 9 itself.
In particolare, la sua estremità più esterna 14 può essere disposta in corrispondenza di detto ingresso (od in alternativa discosta in una posizione più arretrata, come nella figura 6), e la sua larghezza può restringersi nella direzione dell’opposta estremità a definire un elemento diruttore 9 rastremato che à ̈ in grado di portare il vento verso le pale 10 della girante 5, impiegando sostanzialmente il medesimo principio di funzionamento della turbina Pelton, di per sé noto, ma mai prima d’ora applicato a questo settore tecnico ed in grado di conferire una efficienza sorprendente al generatore eolico 1 proposto. In particular, its outermost extremity 14 can be arranged in correspondence with said entrance (or alternatively at a more rearward position, as in figure 6), and its width can narrow in the direction of the opposite extremity to define a tapered spoiler element 9 which is able to carry the wind towards the blades 10 of the impeller 5, using substantially the same operating principle of the Pelton turbine, known per se, but never before applied to this technical sector and capable of giving surprising efficiency to the proposed wind generator 1.
Inoltre, secondo una aspetto preferenziale che massimizza lo sfruttamento del vento deviato dall’elemento diruttore 9, ben rappresentato nelle figure 3 e 4, le pale 10 hanno un’estremità libera ed hanno la propria faccia attiva 11 che comprende un bordo terminale 19 posto in corrispondenza di detta estremità libera (si vedano le figure 2, 3 e 4), ed in questo caso, l’elemento diruttore 9 à ̈ disposto rispetto alla girante 5 in modo che il vento da esso deviato possa incidere su un delle pale 10 (indicata con 10’†nella figura 4) direttamente sulla porzione periferica della sua faccia attiva 11. Furthermore, according to a preferential aspect that maximizes the exploitation of the wind deflected by the spoiler element 9, well represented in Figures 3 and 4, the blades 10 have a free end and have their own active face 11 which includes a terminal edge 19 placed in correspondence with said free end (see figures 2, 3 and 4), and in this case, the spoiler element 9 is arranged with respect to the impeller 5 so that the wind deflected by it can affect one of the blades 10 (indicated with 10â € ™ â € in figure 4) directly on the peripheral portion of its active face 11.
In pratica, la turbina 2 dell’ invenzione à ̈ congegnata in modo che ciascuna pala della girante 5, durante la rotazione, vada a trovarsi ciclicamente in una posizione P nella quale la porzione periferica della sua faccia attiva 1 1 si trova in prossimità e di fronte all’estremità più interna dell’elemento diruttore 9, in una disposizione in cui tale porzione periferica à ̈ appena sopra tale estremità superiore in modo tale da ricevere tutta l’aria deviata dall’elemento diruttore 9 medesimo (si veda la pala indicata con 10†’ nella figura 4). In practice, the turbine 2 of the invention is designed so that each blade of the impeller 5, during rotation, goes to be cyclically in a position P in which the peripheral portion of its active face 11 is in proximity to and in front of the innermost end of the destroying element 9, in an arrangement in which this peripheral portion is just above this upper extremity in such a way as to receive all the air deflected by the destroying element 9 itself (yes see the blade indicated with 10â € â € ™ in figure 4).
Nel seguito si descrive la forma di attuazione preferenziale dell’invenzione, rappresentata nella figure 1 - 5. In the following the preferred embodiment of the invention is described, represented in figures 1 - 5.
La girante 5 comprende un elemento rotore centrale 20 (ad esempio avente forma cilindrica), che si sviluppa longitudinalmente lungo l’asse di rotazione 6 tra due estremità opposte, in corrispondenza delle quali il rotore 20 à ̈ collegato girevole alla prima ed alla seconda parete laterale 7, 8; inoltre, la girante 5 comprende una pluralità di pale 10 connesse ad un’estremità alla parete (o alle pareti laterali 7, 8 di detto elemento rotore 20). The impeller 5 comprises a central rotor element 20 (for example having a cylindrical shape), which extends longitudinally along the axis of rotation 6 between two opposite ends, in correspondence with which the rotor 20 is connected to rotate the first and second. side wall 7, 8; moreover, the impeller 5 comprises a plurality of blades 10 connected at one end to the wall (or to the side walls 7, 8 of said rotor element 20).
In questo caso, à ̈ il rotore centrale 20 ad essere collegato al generatore elettrico suddetto, secondo modalità di per sé note alla persona esperta del ramo. In this case, it is the central rotor 20 that is connected to the aforesaid electric generator, according to methods known per se to the person skilled in the art.
In dettaglio, ciascuna pala comprende almeno un’ala 21 (si vedano in particolare le figure 2 e 4), la quale include le facce attiva 11 ed inattiva 12 della pala, la pala 10 comprendendo altresì almeno un braccio di collegamento 22 (ma di preferenza due come mostrato dalle figure) fissato ad una estremità a detto rotore 20 ed all’ estremità opposta a detta ala 21 . In particolare, ciascun braccio 22 ha una forma planare ed allungata, e l insieme dei bracci, che sono in pratica disposti a raggiera attorno al rotore 20, definiscono almeno una ventola interna atta a sviluppare una depressione a seguito dell’azionamento in rotazione della girante 5. In detail, each blade comprises at least one wing 21 (see in particular Figures 2 and 4), which includes the active 11 and inactive 12 faces of the blade, the blade 10 also comprising at least one connecting arm 22 ( but preferably two as shown in the figures) fixed at one end to said rotor 20 and at the opposite end to said wing 21. In particular, each arm 22 has a planar and elongated shape, and the set of arms, which are practically arranged in a radial pattern around the rotor 20, define at least one internal fan capable of developing a depression following the rotation of the impeller. 5.
Più in dettaglio, ciascuna pala 10 comprende due bracci 22 di collegamento disposti in corrispondenza di bodi laterali opposti della rispettiva ala 21 a definire due ventole di depressione e, in questo caso, in almeno una parete laterale 7, 8 (ma di preferenza in entrambe) à ̈ ricavata una o più aperture di uscita dell’aria (ad esempio a formare una griglia 23 come mostrato nelle figure 3 e 5), disposte di fronte a detti bracci di collegamento 22, così che l’aria risucchiata da detta depressione possa evacuare dalla turbina 2 attraverso dette aperture di uscita. More in detail, each blade 10 comprises two connecting arms 22 arranged in correspondence with opposite lateral edges of the respective wing 21 to define two depression fans and, in this case, in at least one side wall 7, 8 (but preferably in both ) One or more air outlet openings are obtained (for example to form a grid 23 as shown in figures 3 and 5), arranged in front of said connection arms 22, so that the air sucked in by said depression can evacuate from the turbine 2 through said outlet openings.
L’aspetto appena descritto permette di eliminare la possibilità che si sviluppi una pressione centrale nella girante 5 che ne possa ostacolare la rotazione, in modo tale che in pratica la girante 5 subisce una resistenza alla rotazione minima da parte dell’aria. The aspect just described makes it possible to eliminate the possibility that a central pressure develops in the impeller 5 which could obstruct its rotation, so that in practice the impeller 5 undergoes minimal resistance to rotation by the air.
In dettaglio, entro la girante 5 si crea una vera e propria depressione, con le ventole che spingono l’aria fuori dalla turbina 2 attraverso le aperture di uscita. In detail, a real depression is created within the impeller 5, with the fans pushing the air out of the turbine 2 through the outlet openings.
Questo porta vantaggi all’invenzione anche in termini della sua aerodinamica generale, perché in sostanza favorisce l’ingresso dell’aria nella turbina 2 a vento del generatore 1 proposto. This brings advantages to the invention also in terms of its general aerodynamics, because essentially it favors the entry of air into the wind turbine 2 of the generator 1 proposed.
Ulteriormente, nel caso di precipitazioni atmosferiche, la struttura appena descritta consente vantaggiosamente che l acqua scorra via della turbina 2 senza avere la possibilità di depositarsi e ristagnare. Furthermore, in the case of atmospheric precipitations, the structure just described advantageously allows the water to flow off the turbine 2 without having the possibility of settling and stagnating.
Si noti che, come rappresentato nelle figure 3 e 5, la citata griglia 23 può essere realizzata da una pluralità di listelli verticali, inclinati ed obliqui rispetto alla relativa parete 7, 8 in modo tale da definire una pluralità di passaggi per l’aria di uscita, aventi una direzione posteriore rispetto alla turbina 2. It should be noted that, as shown in figures 3 and 5, the aforementioned grille 23 can be made from a plurality of vertical strips, inclined and oblique with respect to the relative wall 7, 8 in such a way as to define a plurality of air passages outlet, having a rearward direction with respect to the turbine 2.
In pratica, in questo caso, le aperture di uscita laterali della turbina sono rivolte verso la parte posteriore, cioà ̈ in direzione opposta all’elemento diruttore 9. In practice, in this case, the side outlet openings of the turbine are turned towards the rear, that is, in the opposite direction to the spoiler element 9.
Di preferenza, ciascuna ala 21 ha una forma arcuata, che può essere parallela a detto asse di rotazione 6, e cioà ̈ avere generatrici parallele all’asse di rotazione 6 (ed essere quindi conformata a parabola oppure può avere una forma che segue l’andamento di una superficie laterale cilindrica). Preferably, each wing 21 has an arched shape, which can be parallel to said axis of rotation 6, that is to say, have generatrices parallel to the axis of rotation 6 (and therefore be shaped like a parabola or can have a shape that follows the € ™ course of a cylindrical lateral surface).
I bracci di collegamento 22 e la rispettiva ala 21 possono essere inclinati, come mostrato nelle figure, ed i bracci 22 possono essere fìssati all’ala 21 in corrispondenza della sua estremità più interna. The connecting arms 22 and the respective wing 21 can be inclined, as shown in the figures, and the arms 22 can be fixed to the wing 21 at its innermost end.
Come si vede nelle figure allegate, nella forma di realizzazione preferita dell’invenzione, la girante 5 può comprendere una molteplicità di pale 10 (di certo molte più delle tre della tecnica nota), ciascuna delle quali ha un’ala 21 avente una larghezza quasi corrispondente alla sezione che la turbina 2 offre al fronte ventoso, a tutto vantaggio dell’efficienza di sfruttamento dell’energia del vento. As can be seen in the attached figures, in the preferred embodiment of the invention, the impeller 5 can comprise a multiplicity of blades 10 (certainly many more than the three of the prior art), each of which has a wing 21 having a width almost corresponding to the section that the turbine 2 offers to the windy front, to the full advantage of the efficiency of exploitation of wind energy.
La forma di realizzazione alternativa, rappresentata nella figura 6, nella quale à ̈ mostrato anche un esempio di palo di supporto 24, ha in comune con la forma di realizzazione precedentemente descritta gli aspetti relativi al rotore centrale 20 ma, a differenza di quella, le sue pale 10 (che nell’esempio mostrato sono sette ma possono anche essere in numero diverso) hanno una conformazione a mo’ di cucchiaio, fissate ad un’estremità interna al rotore 20 e rastremate in corrispondenza delle opposte estremità libera 19. The alternative embodiment, represented in Figure 6, in which an example of support pole 24 is also shown, has in common with the previously described embodiment the aspects relating to the central rotor 20 but, unlike that, the its blades 10 (which in the example shown are seven but can also be in different numbers) have a spoon-like conformation, fixed to one end inside the rotor 20 and tapered at the opposite free ends 19.
Nella figura 6, che rappresenta la forma di realizzazione alternativa, sono mostrati alcuni accorgimenti che possono essere presenti anche nella forma di realizzazione preferenziale. In figure 6, which represents the alternative embodiment, some expedients are shown which may also be present in the preferential embodiment.
In dettaglio, le parti aperte della turbina 2, possono essere coperte da ima rete o una griglia 25 (della quale à ̈ rappresentata solo una porzione posteriore, per ragioni di leggibilità delle figure), a protezione delle sue parti interne, in particolare della girante 5, per evitare l’ingresso di materiale estraneo o di uccelli, ecc... ed a protezione dell’utilizzatore che in questa maniera non rischia di venire ferito dalle pale 10, quando la girante 5 à ̈ in movimento. In detail, the open parts of the turbine 2 can be covered by a net or a grid 25 (of which only a rear portion is represented, for reasons of legibility of the figures), to protect its internal parts, in particular the impeller. 5, to prevent the entry of foreign material or birds, etc ... and to protect the user who in this way does not risk being injured by the blades 10, when the impeller 5 is in motion.
Un altro accorgimento che può essere implementato in entrambe le versioni del generatore 1 qui descritte, à ̈ quello di disporre in corrispondenza della parte posteriore della turbina 2, ed esternamente ad essa, una sorta di pinna 26 disposta verticalmente, e ad esempio avente una forma a falce di luna (come nella figura 6) che coadiuva il succitato allineamento della turbina 2 al vento, consentendone una maggiore stabilità e quindi eliminando eventuali possibili vibrazioni prodotte durante il funzionamento del generatore 1. Another expedient that can be implemented in both versions of the generator 1 described here is to arrange in correspondence with the rear part of the turbine 2, and externally to it, a sort of fin 26 arranged vertically, and for example having a shape crescent moon (as in figure 6) which assists the aforementioned alignment of the turbine 2 to the wind, allowing greater stability and therefore eliminating any possible vibrations produced during the operation of the generator 1.
Come si vede anche nella figura 1, l invenzione à ̈ particolarmente adatta al mini-eolico, potendo essere anche alta meno di un metro e cinquanta centimetri, e quindi può essere istallata sul tetto delle abitazioni, sulle barche, sui caravan, oppure in giardino, in modo che l’utilizzatore possa avere un generatore eolico 1 domestico, per così dire, che gli fornisca energia elettrica grazie all’energia eolica. As can also be seen in figure 1, the invention is particularly suitable for mini-wind turbines, as it can also be less than one meter and fifty centimeters high, and therefore can be installed on the roof of houses, on boats, on caravans, or in the garden. , so that the user can have a domestic wind generator 1, so to speak, which supplies him with electricity thanks to wind energy.
Il Richiedente ha constatato che il generatore 1 così configurato ha una velocità di cut-in molto inferiore a quella del generatore della tecnica nota e pertanto consente di produrre elettricità anche con venti davvero deboli, e lungo tutto Parco dellanno, ed in buona sostanza, in presenza di vento, non rimane pressoché mai inattivo.. The Applicant has found that the generator 1 thus configured has a cut-in speed much lower than that of the generator of the known art and therefore allows electricity to be produced even with very weak winds, and throughout the entire Park of the year, and in essence, in the presence of wind, it almost never remains inactive ..
Le varie parti della turbina 2 sopra descritte, ed anche il palo di supporto, possono essere realizzate in fibra di carbonio oppure in fibra di bambù o altri materiali leggeri, al fine di massimizzare l’efficienza nell’impiego del generatore 1 proposto nel settore del mini-eolico. The various parts of the turbine 2 described above, and also the support pole, can be made of carbon fiber or bamboo fiber or other light materials, in order to maximize the efficiency in the use of the generator 1 proposed in the mini-wind sector.
Si à ̈ in pratica constatato come l’invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti rendendo disponibile una generatore eolico 1 che supera del tutto gli inconvenienti dell’arte nota. In practice it has been found that the described invention achieves the proposed aims by making available a wind generator 1 which completely overcomes the drawbacks of the known art.
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