IT201800000756A1 - Assieme magnetofluidodinamico e sistema per generare energia elettrica che lo utilizza - Google Patents

Description

TITOLO

Assieme magnetofluidodinamico e sistema per generare energia elettrica che lo utilizza

DESCRIZIONE CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un assieme magnetofluidodinamico ed un sistema per generare energia elettrica che lo utilizza.

STATO DELLA TECNICA

I generatori magnetofluidodinamici sono noti da tempo. Si tratta di apparecchi in cui entra un fluido ionizzato; gli ioni del fluido vengono deviati mediante un campo magnetico e finiscono su elettrodi generando così una differenza di potenziale e quindi energia elettrica.

Tuttavia, i generatori magnetofluidodinamici non si sono diffusi poiché, nelle soluzioni note, creare di un fluido ionizzato era un'operazione complicata e costosa per vari motivi.

SOMMARIO

Scopo generale della presente invenzione è di fornire una soluzione per creare un fluido ionizzato in modo semplice, efficace ed efficiente.

Preferibilmente, il fluido ionizzato deve essere fatto di una sostanza (o di una miscela di sostanze) facilmente reperibile, economica e, possibilmente, non tossica.

Tale obiettivo è sostanzialmente raggiunto grazie a quanto espresso nelle rivendicazioni annesse che formano parte integrante della presente descrizione.

Una prima idea importante per la presente invenzione è che il fluido ionizzato è ottenuto facendo passare un fluido (non-ionizzato) attraverso almeno un ugello, in particolare un ugello supersonico di tipo convergente-divergente.

Una seconda idea importante per la presente invenzione è che il fluido ionizzato è fatto di acqua oppure contiene acqua, in particolare è una soluzione acquosa.

ELENCO DELLE FIGURE

La presente invenzione risulterà più chiara dalla descrizione dettagliata che segue da considerare assieme ai disegni annessi in cui:

Fig. 1 mostra uno schema a blocchi di un esempio di realizzazione di un sistema secondo la presente invenzione,

Fig. 2 mostra una vista schematica in sezione di un esempio di realizzazione di un assieme secondo la presente invenzione,

Fig. 3 mostra un diagramma T-S semplificato di un primo possibile ciclo termodinamico implementabile dal sistema di Fig.1,

Fig. 4 mostra un diagramma T-S semplificato di un secondo possibile ciclo termodinamico implementabile dal sistema di Fig.1,

Fig. 5 mostra un diagramma T-S semplificato di un terzo possibile ciclo termodinamico implementabile dal sistema di Fig.1, e

Fig. 6 mostra un diagramma T-S semplificato di un quarto possibile ciclo termodinamico implementabile dal sistema di Fig.1.

Come si comprende facilmente, vi sono vari modi di implementare in pratica la presente invenzione che è definita nei suoi principali aspetti vantaggiosi nelle rivendicazioni annesse. Gli esempi di realizzazione descritti nel seguito non sono da considerare limitativi della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Fig. 1 mostra un sistema 1000 per generare energia elettrica basato su un assieme magnetofluidodinamico 100.

L'assieme 100 comprende un generatore magnetofluidodinamico 10 ed uno ionizzatore 20.

Il sistema 1000 comprende inoltre un generatore di vapore 30, un condensatore di vapore 40 ed una pompa 50, collegati in anello con l'assieme 100, nonché un convertitore 60 elettrico.

Nel sistema 1000 circola un fluido di lavoro che è soggetto a trasformazioni termodinamiche nei componenti del sistema 1000 collegati in anello, ossia il generatore 10, lo ionizzatore 20, il generatore 30, il condensatore 40 e la pompa 50. Durante il funzionamento del sistema 1000, da un'uscita 13 elettrica del generatore 10 esce un segnale elettrico in corrente continua che entra in un ingresso 61 elettrico del convertitore 60, ad esempio un convertitore di potenza di tipo AFE (Active Front End); il convertitore 60 trasforma il segnale elettrico in corrente continua, ad esempio, in un segnale elettrico in corrente alternata e lo fornisce ad una sua uscita 62 elettrica. La tensione del segnale elettrico in corrente continua può variare nel tempo e dipende, tra l'altro, dal funzionamento dei componenti del sistema 1000 collegati in anello.

Secondo forme di realizzazione del sistema alternative a quella di Fig. 1, il sistema potrebbe, ad esempio, non comprendere un convertitore elettrico nel caso in cui il segnale elettrico all'uscita del generatore magnetofluidodinamico sia già adatto per alimentare l'utenza elettrica prevista.

Nel seguito, il termine "ingresso" indica un "ingresso per fluido", il termine "uscita" indica una "uscita per fluido", e il termine "collegato" significa "collegato fluidicamente".

Il fluido di lavoro entra da un ingresso 11 del generatore 10 ed esce da una uscita 12 del generatore 10, entra da un ingresso 41 del condensatore 40 ed esce da una uscita 42 del condensatore 40, entra da un ingresso 51 della pompa 50 ed esce da una uscita 52 della pompa 50, entra da un ingresso 31 del generatore 30 ed esce da una uscita 32 del generatore 30, entra da un ingresso 21 dello ionizzatore 20 ed esce da una uscita 22 del ionizzatore 20. L'uscita 12 è collegata fluidicamente all'ingresso 41, l'uscita 42 è collegata fluidicamente all'ingresso 51, l'uscita 52 è collegata fluidicamente all'ingresso 31, l'uscita 32 è collegata fluidicamente all'ingresso 21, l'uscita 22 è collegata fluidicamente all'ingresso 11.

Il generatore di vapore 30 è atto a generare all'uscita 32 un fluido di lavoro tipicamente ad alta pressione.

Lo ionizzatore 20 è atto a ionizzare il fluido di lavoro che fluisce dall'ingresso 21 all'uscita 22 facendolo passare attraverso almeno un ugello – in Fig. 2 è mostrato un esempio di realizzazione particolarmente vantaggioso di tale ionizzatore. Lo ionizzatore 20 sfrutta in particolare il fenomeno chiamato "steam electricity" o "spray charging".

Preferibilmente, il fluido di lavoro è fatto di acqua oppure di una soluzione acquosa. Nel sistema 1000 di Fig. 1, il condensatore di vapore 40 è collegato fluidicamente al generatore di vapore 30 in modo tale da realizzare un ciclo termodinamico. Le figure Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 e Fig. 6 mostrano diagrammi T-S di quattro possibili (realistici) cicli termodinamici implementabili dal sistema 1000 di Fig.1.

Tipicamente, il fluido di lavoro che entra nel generatore di vapore 30 è tutto liquido. Tipicamente, il fluido di lavoro che esce dal condensatore di vapore 40 è tutto liquido. Come si comprende da Fig. 3, il fluido di lavoro che entra nello ionizzatore può essere tutto liquido – punto 301 nella figura (caso limite); in questo caso, il generatore 30 surriscalda il liquido in ingresso fino all'inizio della trasformazione da liquido a vapore.

Come si comprende da Fig. 4, il fluido di lavoro che entra nello ionizzatore può essere tutto gas, in particolare vapore saturo – punto 401 nella figura (caso limite); in questo caso, il generatore 30 surriscalda il liquido in ingresso fino alla fine della trasformazione da liquido a vapore.

Come si comprende da Fig. 5, il fluido di lavoro che entra nello ionizzatore può essere una miscela di liquido e gas – punto 501 nella figura; naturalmente, la percentuale liquido/gas può variare da caso a caso.

Come si comprende da Fig. 6, il fluido di lavoro che entra nello ionizzatore può essere tutto gas, in particolare vapore surriscaldato – punto 601 nella figura; in questo caso, il generatore 30 surriscalda il liquido in ingresso oltre alla fine della trasformazione da liquido a vapore.

Secondo forme di realizzazione del sistema alternative a quella di Fig. 1, il sistema potrebbe, ad esempio, non implementare un ciclo termodinamico ossia, detto in altre parole, implementare un "ciclo termodinamico aperto"; questo si applica in particolare se il sistema viene utilizzato per sfruttare energia geotermica.

Anche nel caso di "ciclo termodinamico aperto", una prima caratteristica vantaggiosa del sistema è prevedere un generatore di vapore collegato fluidicamente a monte dello ionizzatore. Tale generatore potrebbe ad esempio utilizzare un flusso di energia e/o massa di natura geotermica.

Anche nel di "ciclo termodinamico aperto", una seconda caratteristica vantaggiosa del sistema è prevedere un condensatore di vapore collegato fluidicamente a valle del generatore magnetofluidodinamico. In tal modo, non si disperde vapore caldo nell'atmosfera.

Si descrive nel seguito, con l'ausilio di Fig. 2, un esempio di assieme magnetofluidodinamico 100 particolarmente vantaggioso per trattare un fluido di lavoro (si vedano le frecce in figura).

È da notare che nel sistema 1000 di Fig.1, può essere usato un assieme diverso da quello di Fig.2.

L'assieme 100 comprende uno ionizzatore 20 ed un generatore magnetofluidodinamico 10 collegato fluidicamente a valle dello ionizzatore 20 attraverso un diffusore di scarico 70; in Fig. 2, si vede che lo ionizzatore 20 ha un ingresso 21 (ad esempio di forma circolare) ed una uscita 22 (ad esempio di forma circolare), che il generatore 10 ha un ingresso 11 (ad esempio di forma rettangolare) ed una uscita 12 (ad esempio di forma rettangolare), e che l'uscita 22 è collegata fluidicamente all'ingresso 11 attraverso diffusore di scarico 70 avente un condotto 74 che funge anche da raccordo (ad esempio dalla forma circolare alla forma rettangolare); preferibilmente, il condotto 74 è di materiale isolante elettrico.

Lo ionizzatore 20 comprende almeno un ugello, preferibilmente un ugello supersonico di tipo convergente-divergente; il fluido di lavoro attraversa l'ugello e la ionizzazione del fluido avviene nella porzione terminale dell'ugello.

È da notare che un ugello di tipo convergente-divergente è concettualmente suddiviso in tre porzioni: una porzione iniziale che è convergente, una porzione terminale che è divergente e una porzione intermedia (che può essere molto corta) con sezione sostanzialmente costante.

Nell'esempio di Fig. 2, lo ionizzatore 20 comprende, ad esempio, quattro ugelli 23A, 23B, 23C e 23D di tipo convergente-divergente collegati fluidicamente in serie; in particolare, tutti questi ugelli sono supersonici. Si potrebbe pensare che il collegamento in serie di più ugelli sia inutile perché la ionizzazione provocata con l'espansione sia annullata dalla successiva compressione; tuttavia, esperimenti della Richiedente hanno mostrato che il collegamento in serie di più ugelli consente di ottenere una maggiore ionizzazione rispetto a un solo ugello.

In Fig. 2, gli ugelli 23A, 23B, 23C e 23D sono tutti uguali; alternativamente, potrebbero essere diversi, in particolare tutti diversi.

Gli ugelli dello ionizzatore sono di materiale isolante elettrico e sono inseriti in un involucro 24 che può essere, ad esempio di materiale metallico.

Il generatore 10 comprende una pluralità di magneti permanenti o elettrici (detti "elettromagneti"); in Fig. 2, vi è un primo gruppo di magneti superiori 16A e un secondo gruppo di magneti inferiori 16B. I magneti si trovano all'esterno di un involucro 14, di materiale isolante elettrico, in cui fluisce il fluido di lavoro.

All'interno dell'involucro 14, vi è almeno una coppia di elettrodi (solo l'elettrodo 15A è mostrato in figura) su cui urtano gli ioni del fluido ionizzato per effetto del campo magnetico dei magneti 16A e 16B; in generale, vi posso essere varie coppie di elettrodi variamente conformati e disposti per ottimizzare la funzione di generazione del generatore 10.

Da quanto precede, si comprende come la presente invenzione raggiunge gli scopi prefissati.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Assieme magnetofluidodinamico (100), comprendente: - un generatore magnetofluidodinamico (10) avente un ingresso di generatore (11) per fluido ed una uscita di generatore (12) per fluido, - uno ionizzatore (20) avente un ingresso di ionizzatore (21) per fluido ed una uscita di ionizzatore (22) per fluido, detta uscita di ionizzatore (22) essendo collegata fluidicamente a detto ingresso di generatore (11); in cui detto ionizzatore (20) è atto a ionizzare un fluido che fluisce da detto ingresso di ionizzatore (21) a detta a uscita di ionizzatore (22), e comprende almeno un ugello (23A … 23D) supersonico di tipo convergente-divergente che è attraversato da detto fluido.
2. 2. Assieme (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto generatore magnetofluidodinamico (10) comprende una pluralità di magneti permanenti o di elettromagneti (16A, 16B).
3. 3. Assieme (100) secondo la rivendicazione 1 oppure 2, in cui detto generatore magnetofluidodinamico (10) comprende almeno una coppia di elettrodi (15A).
4. 4. Assieme (100) secondo la rivendicazione 1 oppure 2 oppure 3, comprendente una pluralità di ugelli (23A … 23D) di tipo convergente-divergente collegati fluidicamente in serie, tutti gli ugelli (23A … 23D) di detta pluralità essendo preferibilmente supersonici.
5. 5. Assieme (100) secondo la rivendicazione 4, in cui gli ugelli (23A … 23D) di detta pluralità sono uguali o diversi tra loro.
6. 6. Sistema (1000) per generare energia elettrica, comprendente un assieme (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti atto ad essere alimentato da un fluido di lavoro.
7. 7. Sistema (1000) per generare energia elettrica, comprendente: - un generatore magnetofluidodinamico (10) avente un ingresso di generatore (11) per fluido ed una uscita di generatore (12) per fluido, - uno ionizzatore (20) avente un ingresso di ionizzatore (21) per fluido ed una uscita di ionizzatore (22) per fluido, detta uscita di ionizzatore (22) essendo collegata fluidicamente a detto ingresso di generatore (11), ed atto a ionizzare un fluido che fluisce da detto ingresso di ionizzatore (21) a detta uscita di ionizzatore (22) attraverso almeno un ugello (23A … 23D), e - un generatore di vapore (30) atto a generare in uscita un fluido di lavoro ed a fornirlo a detto ingresso di ionizzatore (21).
8. 8. Sistema (1000) secondo la rivendicazione 6 oppure 7, in cui detto fluido di lavoro è fatto di acqua oppure di una soluzione acquosa.
9. 9. Sistema (1000) secondo la rivendicazione 6 oppure 7 oppure 8, in cui detto fluido di lavoro è tutto liquido (Fig.3).
10. 10. Sistema (1000) secondo la rivendicazione 6 oppure 7 oppure 8, in cui detto fluido di lavoro è tutto gas (Fig.4).
11. 11. Sistema (1000) secondo la rivendicazione 7 oppure 8, in cui detto fluido di lavoro è una miscela di liquido e gas (Fig.5).
12. 12. Sistema (1000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 11, comprendente ulteriormente un generatore di vapore (30) collegato fluidicamente a monte di detto ionizzatore (20).
13. 13. Sistema (1000) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 12, comprendente ulteriormente un condensatore di vapore (40) collegato fluidicamente a valle di detto generatore magnetofluidodinamico (10).
14. 14. Sistema (1000) secondo le rivendicazioni 12 e 13, in cui una uscita di detto condensatore di vapore (40) è collegata fluidicamente ad un ingresso di detto generatore di vapore (30) in modo tale da realizzare un ciclo termodinamico.