IT201800005082A1 - A new thermodynamic arrangement having combined power generation and refrigeration circuits with a shared heat sink and a shared working fluid - Google Patents
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Description
UNA NUOVA DISPOSIZIONE TERMODINAMICA AVENTE CIRCUITI COMBINATI DI GENERAZIONE DI POTENZA E DI REFRIGERAZIONE CON UN POZZO DI CALORE CONDIVISO E CON UN FLUIDO DI LAVORO CONDIVISO A NEW THERMODYNAMIC ARRANGEMENT WITH COMBINED POWER GENERATION AND REFRIGERATION CIRCUITS WITH A SHARED HEAT WELL AND A SHARED WORKING FLUID
Descrizione Description
Campo Tecnico Technical Field
[0001] Il settore riguarda in generale disposizioni termodinamiche per sistemi di condizionamento dell'aria e refrigerazione/congelamento in veicoli, e più specificamente una nuova disposizione termodinamica (sigillata) che combina circuiti di generazione di potenza e di refrigerazione che utilizzano un pozzo di calore condiviso e un fluido di lavoro condiviso, per migliorare l'efficienza energetica e le emissioni di veicoli equipaggiati con sistemi di raffreddamento, quali sistemi di condizionamento dell'aria e compartimenti di refrigerazione/congelamento. [0001] The sector is generally concerned with thermodynamic arrangements for air conditioning and refrigeration / freezing systems in vehicles, and more specifically a new (sealed) thermodynamic arrangement that combines refrigeration and power generation circuits using a heat sink shared and shared working fluid, to improve the energy efficiency and emissions of vehicles equipped with cooling systems, such as air conditioning systems and refrigeration / freezing compartments.
Arte Anteriore Front Art
[0002] Veicoli, per il trasporto di persone o cose, richiedono frequentemente potenza per raffreddare un compartimento passeggeri (sistema di condizionamento dell'aria) o una area di magazzinaggio raffreddata (refrigerazione/congelamento). Tuttavia, sistemi di condizionamento dell'aria di veicoli e sistemi di refrigerazione/congelamento di veicoli hanno fluidi di lavoro separati e spesso differenti che operano a diverse pressioni e temperature. Questi sistemi sono azionati da motori elettrici differenti, che a loro volta sono alimentati con potenza elettrica generata da un generatore elettrico, che è azionato da un motore a combustione interna che fornisce anche potenza meccanica per azionare il veicolo e/o da un motore a combustione interna di bordo separato, che non fornisce potenza meccanica per azionare il veicolo. In alcuni casi il compressore di refrigerazione è meccanicamente collegato all'albero del motore per mezzo di una frizione che viene innestata quando è richiesta la refrigerazione. Vehicles, for the transport of people or things, frequently require power to cool a passenger compartment (air conditioning system) or a cooled storage area (refrigeration / freezing). However, vehicle air conditioning systems and vehicle refrigeration / freezing systems have separate and often different working fluids that operate at different pressures and temperatures. These systems are driven by different electric motors, which in turn are powered with electrical power generated by an electric generator, which is driven by an internal combustion engine which also provides mechanical power to drive the vehicle and / or by a combustion engine. separate on-board interior, which does not provide mechanical power to drive the vehicle. In some cases the refrigeration compressor is mechanically connected to the motor shaft by means of a clutch which is engaged when refrigeration is required.
[0003] In molte applicazioni, il veicolo può essere provvisto di un'area refrigerata. Ad esempio, camion refrigerati sono provvisti di compartimenti che sono mantenuti ad una temperatura al di sotto della temperatura ambiente per il trasporto di beni deperibili. A volte sono richieste temperature relativamente basse, ad esempio attorno a -20°C o -30°C, per il trasporto di alimenti congelati. In many applications, the vehicle can be provided with a refrigerated area. For example, refrigerated trucks are equipped with compartments that are kept at a temperature below ambient for the transport of perishable goods. Relatively low temperatures are sometimes required, for example around -20 ° C or -30 ° C, for the transport of frozen food.
[0004] Natanti vengono a volte provvisti di grandi compartimenti per la conservazione di alimenti, per immagazzinare grandi quantità di alimenti. Questo è il caso, ad esempio, delle grandi navi da crociera. [0004] Vessels are sometimes provided with large compartments for storing food, to store large quantities of food. This is the case, for example, with large cruise ships.
[0005] Sono noti pescherecci o navi frigoriferi, che sono provvisti di equipaggiamenti di pesca e congelamento, per congelare pesce appena pescato. [0005] Fishing boats or refrigerated vessels are known which are equipped with fishing and freezing equipment for freezing freshly caught fish.
[0006] Il raffreddamento di un compartimento di refrigerazione o congelamento è usualmente ottenuto per mezzo di un circuito di refrigerazione, in cui un fluido di lavoro subisce trasformazioni termodinamiche cicliche per rimuovere calore dall'area di congelamento o raffreddata e scaricare calore nell'ambiente. Il fluido di lavoro è elaborato attraverso un compressore, un condensatore e un dispositivo di espansione, quale una valvola di Joule-Thomson. Il compressore è posto in rotazione da potenza meccanica generata da un motore elettrico. Quest'ultimo è alimentato da elettricità generata da un motore a combustione interna. In alcuni casi il compressore è azionato direttamente o indirettamente dall'albero motore, ad esempio attraverso un riduttore e/o un innesto, quale un innesto disinseribile. [0006] The cooling of a refrigeration or freezing compartment is usually achieved by means of a refrigeration circuit, in which a working fluid undergoes cyclic thermodynamic transformations to remove heat from the freezing or cooled area and discharge heat into the environment. The working fluid is processed through a compressor, a condenser and an expansion device, such as a Joule-Thomson valve. The compressor is rotated by mechanical power generated by an electric motor. The latter is powered by electricity generated by an internal combustion engine. In some cases the compressor is driven directly or indirectly by the motor shaft, for example through a gearbox and / or a clutch, such as a disengageable clutch.
[0007] Pertanto i sistemi di refrigerazione a bordo di veicoli sopra descritti bruciano combustibile di alta qualità, il che può avere effetti negativi sull'efficienza complessiva del veicolo e/o sulla sua autonomia. [0007] Therefore, the on-board vehicle refrigeration systems described above burn high quality fuel, which can have negative effects on the overall efficiency of the vehicle and / or its range.
[0008] Esiste pertanto l'esigenza di migliorare l'efficienza energetica di questi veicoli. There is therefore a need to improve the energy efficiency of these vehicles.
[0009] Mentre in veicoli è disponibile calore a bassa temperatura, in forma di cascame termico da un motore termico, in altri sistemi può non essere disponibile un motore quale sorgente di calore a bassa temperatura. Tuttavia, possono essere disponibili altre sorgenti di calore a bassa temperatura, quale energia solare. Sarebbe vantaggioso sfruttare efficientemente tale fonte di calore per promuovere o migliorare l'efficienza dei sistemi di raffreddamento o simili. While low temperature heat is available in vehicles, in the form of heat waste from a heat engine, in other systems an engine may not be available as a low temperature heat source. However, other low temperature heat sources, such as solar energy, may be available. It would be advantageous to efficiently exploit this heat source to promote or improve the efficiency of cooling systems or the like.
[0010] Più in generale, sarebbe vantaggioso in termini di riduzione del consumo energetico e di riduzione dell'emissioni nocive sfruttare efficientemente calore a bassa temperatura disponibile in disposizioni termodinamiche. More generally, it would be advantageous in terms of reducing energy consumption and reducing harmful emissions to efficiently exploit low temperature heat available in thermodynamic arrangements.
Sommario Summary
[0011] Una nuova disposizione termodinamica combina un circuito generatore di potenza e un circuito di refrigerazione usando un pozzo di calore condiviso e un fluido di lavoro condiviso. Il circuito di generazione di potenza è in accoppiamento di fluido con il pozzo di calore condiviso. Come descritto più avanti, la sorgente di calore può essere un motore o un altro componente o sistema del veicolo, che genera calore, o una sorgente di calore a bassa temperatura, quale un collettore di calore di tipo solare. Il circuito di generazione di potenza è atto a circolare un primo flusso del fluido di lavoro condiviso e a convertire in potenza meccanica calore trasferito nel fluido di lavoro condiviso dal primo scambiatore di calore. Un espantore, ad esempio un turboespantore, riceve ed espande il primo flusso del fluido di lavoro condiviso da una prima pressione e una prima temperatura a una seconda pressione e seconda temperatura per generare potenza meccanica. Il fluido di lavoro condiviso fluisce dall'uscita dell'espantore al pozzo di calore condiviso, che rimuove calore dal fluido di lavoro condiviso a una seconda pressione per abbassare la seconda temperatura a una terza temperatura. Un circuito di refrigerazione accoppiato al pozzo di calore condiviso comprende un compressore azionato dalla potenza meccanica e atto a circolare un secondo flusso del fluido di lavoro condiviso nel circuito di refrigerazione. L'espantore è atto a essere meccanicamente accoppiato al compressore per muovere il compressore con potenza meccanica generata dall'espantore. In funzione della forma di realizzazione, l'espantore e il compressore possono essere accoppiati con una macchina elettrica. A new thermodynamic arrangement combines a power generating circuit and a refrigeration circuit using a shared heat sink and a shared working fluid. The power generation circuit is in fluid coupling with the shared heat sink. As described below, the heat source may be an engine or other vehicle component or system, which generates heat, or a low temperature heat source, such as a solar type heat collector. The power generation circuit is adapted to circulate a first flow of the shared working fluid and to convert heat transferred into the working fluid shared by the first heat exchanger into mechanical power. An expander, such as a turboexpander, receives and expands the first flow of the shared working fluid from a first pressure and a first temperature to a second pressure and a second temperature to generate mechanical power. The shared working fluid flows from the expander outlet to the shared heat sink, which removes heat from the shared working fluid at a second pressure to lower the second temperature to a third temperature. A refrigeration circuit coupled to the shared heat well comprises a compressor driven by mechanical power and adapted to circulate a second flow of the shared working fluid in the refrigeration circuit. The expander is adapted to be mechanically coupled to the compressor to move the compressor with mechanical power generated by the expander. Depending on the embodiment, the expander and the compressor can be coupled with an electric machine.
[0012] La macchina elettrica può essere azionata selettivamente in un modo motore e in un modo generatore, in funzione della modalità di funzionamento e delle condizioni di funzionamento del ciclo termodinamico. Pertanto, potenza meccanica generata dall'espantore può essere usata in parte o completamente per muovere il compressore. Se non è richiesta refrigerazione dal ciclo di refrigerazione, di cui il compressore fa parte, l'espantore può azionare la macchina elettrica, che viene fatta funzionare in modo generatore, per convertire potenza meccanica addizionale in potenza elettrica, che può essere usata o immagazzinata. Se il ciclo di refrigerazione richiede più potenza di quella disponibile dall'espantore, la macchina elettrica può essere attivata in modo motore per convertire potenza elettrica in potenza meccanica per muovere il compressore, da sola o in combinazione con l'espantore. The electric machine can be selectively operated in an engine mode and in a generator mode, depending on the operating mode and operating conditions of the thermodynamic cycle. Therefore, mechanical power generated by the expander can be used in part or completely to move the compressor. If no refrigeration is required by the refrigeration cycle, of which the compressor is a part, the expander can operate the electrical machine, which is operated in generator mode, to convert additional mechanical power into electrical power, which can be used or stored. If the refrigeration cycle requires more power than is available from the expander, the electric machine can be activated in motor mode to convert electrical power into mechanical power to move the compressor, either alone or in combination with the expander.
[0013] Viene anche descritto un metodo per il funzionamento di una disposizione termodinamica come sopra descritta. A method for operating a thermodynamic arrangement as described above is also disclosed.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
[0014] Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti sarà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: [0014] A more complete understanding of the illustrated embodiments of the invention and the many advantages achieved will be obtained when the aforementioned invention will be better understood with reference to the detailed description that follows in combination with the attached drawings, in which:
Fig.1 illustra forme di realizzazione esemplificative di veicoli che possono comprendere una disposizione termodinamica secondo la presente descrizione; Fig.1 illustrates exemplary embodiments of vehicles which may comprise a thermodynamic arrangement according to the present description;
Fig.2 illustra uno schema di una prima forma di realizzazione di una disposizione termodinamica secondo la presente descrizione; Fig.2 illustrates a diagram of a first embodiment of a thermodynamic arrangement according to the present description;
Fig.3 illustra uno schema di una seconda forma di realizzazione di una disposizione termodinamica secondo la presente descrizione; Fig.3 illustrates a diagram of a second embodiment of a thermodynamic arrangement according to the present description;
Fig.4 illustra uno schema di una ulteriore forma di realizzazione di una disposizione termodinamica secondo la presente descrizione; Fig.4 illustrates a diagram of a further embodiment of a thermodynamic arrangement according to the present description;
Fig.5 illustra un diagramma di flusso che riassume metodi qui descritti; e Fig.6 illustra un ulteriore diagramma di flusso che riassume un metodo per installare un kit. Fig.5 illustrates a flow chart summarizing the methods described here; and Fig.6 illustrates a further flow chart summarizing a method for installing a kit.
Descrizione dettagliata di forme di realizzazione Detailed description of embodiments
[0015] Un veicolo comprende almeno un sistema di condizionamento dell'aria o un'area raffreddata (refrigerata o congelata). Il veicolo comprende almeno una sorgente di calore (sotto definita ulteriormente, ma illustrativamente può essere un motore usato per azionare il veicolo e/o un collettore di calore solare accoppiato al veicolo). La sorgente di calore genera o fornisce calore, a volte qui riferito come "cascame termico". Il calore dalla sorgente di calore del veicolo può essere usato sia per generare efficientemente potenza elettrica, sia per raffreddare la o le aree raffreddate del veicolo in maniera più efficiente e a temperature più basse rispetto a quanto sinora possibile. Questo viene eseguito usando un ciclo termodinamico combinato che fa circolare un singolo fluido di lavoro condiviso in due circuiti che sono collegati da un pozzo di calore condiviso, e usando ulteriormente una macchina elettrica che può essere meccanicamente accoppiata ad un espantore oppure a un compressore del sistema termodinamico combinato, oppure sia all'espantore sia al compressore. A vehicle comprises at least one air conditioning system or a cooled area (chilled or frozen). The vehicle comprises at least one heat source (defined further below, but illustratively may be an engine used to drive the vehicle and / or a solar heat collector coupled to the vehicle). The heat source generates or supplies heat, sometimes referred to here as "thermal waste". The heat from the vehicle's heat source can be used both to efficiently generate electrical power and to cool the cooled area (s) of the vehicle more efficiently and at lower temperatures than previously possible. This is accomplished by using a combined thermodynamic cycle which circulates a single shared working fluid in two circuits which are connected by a shared heat sink, and further using an electric machine which can be mechanically coupled to an expander or compressor of the system. combined thermodynamic, or both to the expander and to the compressor.
[0016] La macchina elettrica può convertire potenza meccanica generata dall'espantore in potenza elettrica, oppure può convertire potenza elettrica in potenza meccanica per azionare il compressore, secondo necessità. Come sarà chiaro dalla descrizione di forme di realizzazione dettagliate, la combinazione della macchina elettrica con le macchine a fluido (espantore e compressore) del sistema termodinamico combinato migliora la flessibilità e l'efficienza energetica del sistema. The electric machine can convert mechanical power generated by the expander into electric power, or it can convert electric power into mechanical power to drive the compressor, as needed. As will be clear from the description of detailed embodiments, the combination of the electric machine with the fluid machines (expander and compressor) of the combined thermodynamic system improves the flexibility and energy efficiency of the system.
[0017] Il pozzo di calore condiviso dei sistemi termodinamici combinati è comune sia al circuito di generazione di potenza, sia al circuito di refrigerazione. In questo modo un singolo fluido di lavoro può circolare simultaneamente sia nel circuito di generazione di potenza, sia nel circuito di refrigerazione. Questa semplice disposizione significa che il circuito di generazione di potenza e il circuito di refrigerazione possono essere progettati, prodotti e assemblati come un singolo sistema combinato sigillato. The shared heat sink of combined thermodynamic systems is common to both the power generation circuit and the refrigeration circuit. In this way, a single working fluid can simultaneously circulate both in the power generation circuit and in the refrigeration circuit. This simple arrangement means that the power generation circuit and the refrigeration circuit can be designed, manufactured and assembled as a single sealed combination system.
[0018] Il nuovo sistema termodinamico combinato funziona facendo fluire il fluido di lavoro condiviso in primo luogo: attraverso un primo scambiatore di calore, che è atto a trasferire cascame termico da una sorgente di calore nel fluido di lavoro condiviso; successivamente attraverso un espantore, che converte il calore in potenza meccanica; e quindi attraverso il pozzo di calore condiviso, che estrae calore dal fluido di lavoro condiviso, con ciò riducendo la sua temperatura. Successivamente, il flusso di fluido di lavoro condiviso raffreddato viene suddiviso in due percorsi. Un percorso (generazione di potenza) riporta una porzione del fluido di lavoro condiviso a circolare nuovamente attraverso il circuito di generazione di potenza. Un secondo percorso (refrigerazione) circola la porzione rimanente del fluido di lavoro condiviso attraverso il circuito di refrigerazione, dove esso è compresso e quindi fatto circolare (ricircolo) nuovamente attraverso il pozzo di calore. The new combined thermodynamic system works by flowing the shared working fluid in the first place: through a first heat exchanger, which is adapted to transfer thermal waste from a heat source into the shared working fluid; subsequently through an expander, which converts heat into mechanical power; and then through the shared heat sink, which extracts heat from the shared working fluid, thereby reducing its temperature. Thereafter, the cooled shared working fluid stream is split into two paths. A path (power generation) returns a portion of the shared working fluid to circulate again through the power generation circuit. A second path (refrigeration) circulates the remaining portion of the shared working fluid through the refrigeration circuit, where it is compressed and then circulated (recirculated) back through the heat sink.
[0019] Questo sistema termodinamico combinato, e la combinazione della macchina elettrica, dell'espantore e del compressore, può incrementare l'efficienza di combustibile dei motori che attivano refrigeratori/congelatori, indipendentemente dal fatto che tali motori servano anche ad azionare un veicolo. In alcune forme di realizzazione, la disposizione termodinamica migliora l'efficienza energetica di impianti di raffreddamento o refrigerazione sfruttando una o più sorgenti di calore a bassa temperatura. This combined thermodynamic system, and the combination of the electric machine, expander and compressor, can increase the fuel efficiency of engines that drive coolers / freezers, regardless of whether such engines also serve to drive a vehicle. In some embodiments, the thermodynamic arrangement improves the energy efficiency of cooling or refrigeration systems by exploiting one or more low temperature heat sources.
[0020] Forme di realizzazione della nuova disposizione termodinamica possono essere applicate a veicoli di qualunque tipo e possono essere usate per creare nuove aree raffreddate (refrigerate o congelate) secondo il desiderio degli utenti, ma che fino ad oggi non è stato possibile realizzare e/o che erano troppo costose da implementare. Essa può essere usata nella produzione di veicoli nuovi ed anche per retrofitting di veicoli, o impianti e sistemi di refrigerazione, esistenti. Essa può essere usata per raffreddare una o più aree raffreddate (compartimenti o container) associati a un veicolo, a bordo di un veicolo motorizzato e/o a bordo di un altro veicolo (quale un contenitore refrigerato o un rimorchio) accoppiato al veicolo azionato. L'area raffreddata del veicolo può essere accoppiata in maniera fissa o removibile al circuito di refrigerazione e/o al veicolo stesso. [0020] Embodiments of the new thermodynamic arrangement can be applied to vehicles of any type and can be used to create new cooled areas (chilled or frozen) according to the wishes of the users, but which up to now it has not been possible to realize and / or that they were too expensive to implement. It can be used in the production of new vehicles and also for retrofitting existing vehicles, or refrigeration systems and systems. It can be used to cool one or more cooled areas (compartments or containers) associated with a vehicle, aboard a motorized vehicle and / or aboard another vehicle (such as a refrigerated container or trailer) coupled to the driven vehicle. The cooled area of the vehicle can be fixedly or removably coupled to the refrigeration circuit and / or to the vehicle itself.
[0021] Mentre l'impiego di un sistema termodinamico combinato e di una macchina elettrica si è rivelato particolarmente vantaggioso se usato in combinazione con un motore termico di azionamento di un veicolo, alcuni vantaggi possono essere ottenuti anche in disposizioni di refrigerazione o raffreddamento stazionarie, che utilizzano una sorgente di calore differente da un motore termico di trazione. Nella descrizione dettagliata che segue, forme di realizzazione di una disposizione termodinamica sono descritte in combinazione sia con veicoli azionati da motore, sia con impianti e installazioni di raffreddamento o refrigerazione stazionari, allo scopo di migliorare l'efficienza energetica complessiva e la flessibilità di funzionamento. While the use of a combined thermodynamic system and an electric machine has proved particularly advantageous when used in combination with a vehicle drive heat engine, some advantages can also be achieved in stationary refrigeration or cooling arrangements, which use a different heat source than a traction heat engine. In the following detailed description, embodiments of a thermodynamic arrangement are described in combination with both motor-driven vehicles and stationary cooling or refrigeration systems and installations, in order to improve overall energy efficiency and flexibility of operation.
[0022] Per raffreddamento si può intendere raffreddamento di aria per scopi di condizionamento di aria. Tuttavia, in forme di realizzazione particolarmente vantaggiose, il raffreddamento può anche essere inteso come la riduzione di temperatura in un compartimento chiuso allo scopo di preservare alimenti o altri beni deperibili, compresi scopi di raffreddamento per congelamento. Lo sfruttamento di cascame termico generato da un motore di propulsione di un veicolo, o di calore da sorgenti di calore a bassa temperatura, per scopi di conservazione di beni deperibili dà luogo a uno sfruttamento efficiente di energia e quindi a una efficienza termodinamica migliorata. Cooling can be understood as cooling of air for air conditioning purposes. However, in particularly advantageous embodiments, cooling can also be understood as reducing the temperature in a closed compartment for the purpose of preserving food or other perishable goods, including freezing cooling purposes. The exploitation of waste heat generated by a vehicle propulsion engine, or heat from low-temperature heat sources, for the purpose of storing perishable goods results in efficient use of energy and therefore in improved thermodynamic efficiency.
[0023] Specificamente, la disposizione termodinamica comprende una sorgente di calore, che riceve o raccoglie cascame termico da un motore di propulsione del veicolo, nonché un sistema termodinamico che comprende un circuito di generazione di potenza atto a convertire cascame termico generato come sotto prodotto dal motore di propulsione del veicolo, in potenza meccanica aggiuntiva (non propulsiva). La disposizione termodinamica comprende, inoltre, un circuito di refrigerazione, che è azionato da potenza meccanica generata dal circuito di generazione di potenza. Il circuito di refrigerazione è usato ad esempio per condizionamento dell'aria di un veicolo e/o per scopi di raffreddamento. In forme di realizzazione qui descritte, il circuito di refrigerazione può essere usato per congelare alimenti o altri beni, o per conservare alimenti o altri beni deperibili durante il trasporto. In generale il circuito di refrigerazione è in rapporto funzionale con un impianto di refrigerazione del veicolo, per rimuovere calore a bassa temperatura dall'impianto di refrigerazione e scaricare calore a più alta temperatura, ad esempio a temperatura ambiente. Specifically, the thermodynamic arrangement comprises a heat source, which receives or collects heat waste from a vehicle propulsion engine, as well as a thermodynamic system which includes a power generation circuit adapted to convert heat waste generated as a by-product from the vehicle propulsion engine, in additional mechanical power (non-propulsive). The thermodynamic arrangement further includes a refrigeration circuit, which is driven by mechanical power generated by the power generation circuit. The refrigeration circuit is used for example for air conditioning of a vehicle and / or for cooling purposes. In embodiments described herein, the refrigeration circuit can be used to freeze food or other goods, or to store food or other perishable goods during transport. In general, the refrigeration circuit is in functional relationship with a vehicle refrigeration system, to remove low temperature heat from the refrigeration system and discharge heat at higher temperatures, for example at room temperature.
[0024] L'uso di un circuito di refrigerazione impiegante un compressore, un condensatore e un espantore, consente di raggiungere temperatura particolarmente basse, nell'intervallo di -20°C o inferiori, ad esempio -30°C o inferiori, anche attorno o sotto i -40°C. Tali basse temperature non possono essere attualmente raggiunte con cicli di refrigerazione ad assorbimento attualmente noti che vengono usati oggi, quali cicli al litio-bromuro. La combinazione del sistema termodinamico e del motore di propulsione del veicolo dà luogo a un’efficiente generazione di freddo. Grazie alle temperature molto basse che possono così essere raggiunte sul lato freddo del circuito di refrigerazione, il circuito di refrigerazione può essere efficientemente usato per scopi di congelamento. [0024] The use of a refrigeration circuit employing a compressor, a condenser and an expander, allows to reach particularly low temperatures, in the range of -20 ° C or lower, for example -30 ° C or lower, also around or below -40 ° C. Such low temperatures cannot currently be achieved with currently known absorption refrigeration cycles which are used today, such as lithium bromide cycles. The combination of the thermodynamic system and the vehicle's propulsion engine results in an efficient generation of cold. Due to the very low temperatures that can thus be reached on the cold side of the refrigeration circuit, the refrigeration circuit can be efficiently used for freezing purposes.
[0025] Se l'impianto di refrigerazione non richiede temperature di congelamento, ciò nonostante le basse temperature raggiungibili dal circuito di refrigerazione sono vantaggiose, poiché si può ottenere raffreddamento a temperature più miti usando scambiatori di calore che sono più compatti di quelli richiesti per i cicli di refrigerazione ad assorbimento tradizionali, il che è particolarmente importante quando una forma di realizzazione del circuito di refrigerazione qui descritto viene installata sul veicolo, ad esempio piccoli camion, scooter, motocicli o automobili. While the refrigeration system does not require freezing temperatures, nevertheless the low temperatures achievable by the refrigeration circuit are advantageous, since cooling to milder temperatures can be achieved by using heat exchangers that are more compact than those required for Traditional absorption refrigeration cycles, which is particularly important when an embodiment of the refrigeration circuit described here is installed on the vehicle, for example small trucks, scooters, motorcycles or automobiles.
[0026] Usando lo stesso fluido di lavoro nel circuito di generazione di potenza e nel circuito di refrigerazione, si può progettare un sistema completamente sigillato. Questo evita perdite di fluido di lavoro nell'ambiente ed evita la necessità di un sistema di tenuta, ad esempio tenute a olio o tenuta a gas secco, che consumano un fluido buffer o provocano continue perdite che a loro volta richiedono un rabbocco. Inoltre, alcuni degli equipaggiamenti stazionari (in particolare il pozzo di calore condiviso) possono essere condivisi dai due circuiti del sistema termodinamico. Si ottiene così un sistema efficiente e facile da progettare. By using the same working fluid in the power generation circuit and in the refrigeration circuit, a completely sealed system can be designed. This avoids leaking working fluid into the environment and avoids the need for a sealing system, such as oil seals or dry gas seals, which consume a buffer fluid or cause continuous leaks which in turn require topping up. Furthermore, some of the stationary equipment (especially the shared heat sink) can be shared by the two circuits of the thermodynamic system. The result is an efficient and easy-to-design system.
[0027] La macchina elettrica combinata con l'espantore del circuito di generazione di potenza e con il compressore del circuito di refrigerazione massimizza il risparmio energetico in condizioni di funzionamento variabili del veicolo e allo stesso tempo garantisce un corretto raffreddamento come richiesto. The electric machine combined with the power generation circuit expander and the refrigeration circuit compressor maximizes energy savings under varying vehicle operating conditions and at the same time ensures proper cooling as required.
[0028] Il circuito di generazione di potenza può usare un ciclo Rankine. In alcune forme di realizzazione il ciclo Rankine può essere un ciclo Rankine organico (ORC). The power generation circuit can use a Rankine cycle. In some embodiments the Rankine cycle may be an organic Rankine cycle (ORC).
[0029] Nel senso qui usato, il termine "motore" e specificamente il termine "motore termico" comprende qualunque macchina atta a produrre potenza meccanica tramite un ciclo termodinamico fra una prima temperatura più alta (sorgente di calore) e una seconda temperatura più bassa (pozzo di calore). Motori nel senso qui inteso possono pertanto essere motori a combustione interna ad accensione comandata o diesel, sia alternativi sia rotativi (motori Wankel ad esempio), motori a combustione esterna, quali motori Stirling, o motori a turbina a gas, turbina a vapore d’acqua, o altre turbine a vapore che utilizzano un ciclo Rankine o altri cicli termodinamici chiusi o simili. La natura e il tipo di motore può dipendere ad esempio dal tipo di veicolo. [0029] In the sense used here, the term "engine" and specifically the term "heat engine" includes any machine capable of producing mechanical power through a thermodynamic cycle between a first higher temperature (heat source) and a second lower temperature (heat sink). Engines in the sense here understood can therefore be internal combustion engines with positive ignition or diesel, both reciprocating and rotary (Wankel engines for example), external combustion engines, such as Stirling engines, or gas turbine engines, steam turbines. water, or other steam turbines using a Rankine cycle or other closed thermodynamic cycles or the like. The nature and type of engine may depend for example on the type of vehicle.
[0030] Mentre motori a combustione interna, quali motori a combustione interna alternativi, o motori a turbina a gas, forniscono una migliore sorgente di cascame termico per il funzionamento del sistema termodinamico combinato, in alcune forme di realizzazione cascame termico può essere fornito da un differente motore termico, quale ad esempio un motore a turbina a vapore. Cascame termico può essere alimentato dal condensatore di una disposizione di motore a turbina a vapore, che può essere azionato ad esempio da combustibile fossile o da potenza nucleare. While internal combustion engines, such as reciprocating internal combustion engines, or gas turbine engines, provide a better source of waste heat for the operation of the combined thermodynamic system, in some embodiments heat waste can be provided by a different heat engine, such as a steam turbine engine. Thermal waste can be fed from the condenser of a steam turbine engine arrangement, which can be driven by, for example, fossil fuel or nuclear power.
[0031] Mentre tipicamente motori generano cascame termico che può essere assorbito e trasferito dal primo scambiatore di calore al fluido di lavoro condiviso, che circola nel circuito di generazione di potenza, altro cascame termico può essere generato, ad esempio nel sistema di raffreddamento del motore, nel sistema di lubrificazione, nei freni del veicolo e simili. Pertanto, si considera che i principi qui descritti comprendono l'adattamento del circuito di generazione di potenza (specificamente almeno del primo scambiatore di calore) per ricevere e trasferire cascame termico recuperato da queste sorgenti di calore. [0031] While typically engines generate heat waste which can be absorbed and transferred from the first heat exchanger to the shared working fluid, which circulates in the power generation circuit, other heat waste can be generated, for example in the engine cooling system , in the lubrication system, in the vehicle brakes and the like. Therefore, it is considered that the principles described herein include adapting the power generation circuit (specifically at least the first heat exchanger) to receive and transfer heat waste recovered from these heat sources.
[0032] Nel senso qui inteso, un veicolo è qualunque convoglio nel cui o tramite cui vengono trasportate persone o cose, cioè qualunque mezzo nel quale o tramite il quale una persona può viaggiare o qualcosa può essere trasportata o convogliata. Il termine veicolo nel senso qui inteso può quindi ricomprendere veicoli di trasporto terrestri, quali automobili, camion, bus, caravan, camper, veicoli ricreativi, treni e simili. Nell'ampia definizione di veicolo nel senso qui inteso sono compresi anche veicoli marittimi e veicoli aerei o spaziali. In alcune forme di realizzazione, un veicolo può essere un veicolo terrestre a due ruote o a tre ruote, quali motocicli e scooter. [0032] In the sense herein understood, a vehicle is any convoy in or through which people or things are transported, that is, any means in which or through which a person can travel or something can be transported or conveyed. The term vehicle in the sense understood here can therefore include land transport vehicles, such as cars, trucks, buses, caravans, campers, recreational vehicles, trains and the like. The broad definition of vehicle in the sense understood here also includes sea vehicles and air or spacecraft vehicles. In some embodiments, a vehicle may be a two-wheeled or three-wheeled land vehicle, such as motorcycles and scooters.
[0033] Nel senso qui inteso, un impianto di refrigerazione di un veicolo è qualunque impianto che richiede rimozione di calore da esso per raggiungere una temperatura inferiore alla temperatura ambiente. Pertanto, secondo alcune forme di realizzazione, un impianto di refrigerazione può essere un compartimento refrigerato o raffreddato. L'impianto di refrigerazione può inoltre essere un sistema di condizionamento dell'aria. In the sense herein understood, a vehicle refrigeration system is any system that requires removal of heat therefrom to reach a temperature below ambient temperature. Therefore, according to some embodiments, a refrigeration plant can be a refrigerated or cooled compartment. The refrigeration system can also be an air conditioning system.
[0034] Venendo ora alle figure allegate, in Fig.1 i numeri di riferimento 100, 200, 300 e 400 indicano tipi di veicoli, illustrativi e non limitativi, che possono essere equipaggiati con forme di realizzazione della nuova disposizione termodinamica. In maniera illustrativa, i veicoli possono essere veicoli terrestri, come un camion refrigerato, un autotreno refrigerato 100, un bus 200, o un’automobile 300, veicoli ricreativi (cosiddetti RV), caravan, camper, o altri veicoli a due o tre ruote, quali motocicli o scooter, che possono comprendere o essere associati a volumi o comparti refrigerate. In altre forme di realizzazione, i veicoli possono essere veicoli marini o pescherecci 400, quali navi da crociera, pescherecci congelatori o simili. In altre forme di realizzazione, il veicolo può essere un veicolo aereo. Il veicolo può anche essere un veicolo su rotaia azionato da un motore a combustione interna, piuttosto che da motori elettrici, o un veicolo su rotaia azionato da motori elettrici, che ricevono la loro potenza elettrica da uno o più generatori azionati da uno o più motori diesel. [0034] Coming now to the attached figures, in Fig.1 the reference numbers 100, 200, 300 and 400 indicate types of vehicles, illustrative and not limiting, which can be equipped with embodiments of the new thermodynamic arrangement. Illustratively, the vehicles can be land vehicles, such as a refrigerated truck, refrigerated truck 100, bus 200, or automobile 300, recreational vehicles (so-called RVs), caravans, campers, or other two or three-wheeled vehicles. , such as motorcycles or scooters, which may include or be associated with refrigerated volumes or compartments. In other embodiments, the vehicles may be marine vehicles or fishing vessels 400, such as cruise ships, freezer fishing vessels or the like. In other embodiments, the vehicle may be an air vehicle. The vehicle can also be a rail vehicle powered by an internal combustion engine, rather than electric motors, or a rail vehicle powered by electric motors, which receive their electrical power from one or more generators driven by one or more motors. diesel.
[0035] In generale, ciascun veicolo ha un motore di propulsione 2 del veicolo, che rappresenta una sorgente di calore per la disposizione termodinamica. In general, each vehicle has a vehicle propulsion engine 2, which represents a heat source for the thermodynamic arrangement.
[0036] Nello schema della Fig.1, il veicolo 100 è un camion o furgone refrigerato, comprendente un telaio di veicolo 101, una cabina di guida 103 e almeno una disposizione di refrigerazione. Quest'ultima può comprendere un'area raffreddata 105, o un sistema di condizionamento dell'aria 104, ad esempio disposto nella cabina di guida 103, o entrambi. L'area raffreddata 105 può essere a qualunque temperatura idonea usualmente al di sotto della temperatura ambiente. La temperatura all'interno dell'area raffreddata 105 può essere selezionata in funzione della natura del bene da trasportare. Ad esempio, temperature di congelamento intorno a -30°C possono essere usate per trasportare alimenti congelati. Temperature più miti, attorno a 0°C possono essere usate per il trasporto di carne o simili. In the diagram of Fig.1, the vehicle 100 is a refrigerated truck or van, comprising a vehicle chassis 101, a driver's cab 103 and at least one refrigeration arrangement. The latter can comprise a cooled area 105, or an air conditioning system 104, for example arranged in the driver's cab 103, or both. The cooled area 105 can be at any suitable temperature usually below ambient temperature. The temperature inside the cooled area 105 can be selected according to the nature of the goods to be transported. For example, freezing temperatures around -30 ° C can be used to transport frozen food. Milder temperatures, around 0 ° C can be used for transporting meat or similar.
[0037] Il veicolo 100 è provvisto di un motore di propulsione 2 del veicolo, ad esempio un motore diesel o un motore ad accensione comandata. Il veicolo 100 comprende, inoltre, una disposizione termodinamica che comprende un primo scambiatore di calore 7 (Fig.2), atto a ricevere cascame termico dal motore 2, e un sistema termodinamico combinato 1, con il quale cascame termico generato dal motore di propulsione 2 del veicolo è parzialmente convertito in potenza meccanica. Pertanto, il motore di propulsione 2 del veicolo è, o forma parte di una sorgente di calore per il sistema termodinamico combinato. Pertanto, nella seguente descrizione di forme di realizzazione del sistema termodinamico combinato 1, il motore di propulsione 2 del veicolo sarà indicato anche come sorgente di calore 2, che fornisce energia termica (calore) al sistema termodinamico combinato 1. [0037] The vehicle 100 is provided with a propulsion engine 2 of the vehicle, for example a diesel engine or a positive ignition engine. The vehicle 100 also comprises a thermodynamic arrangement which comprises a first heat exchanger 7 (Fig. 2), adapted to receive heat waste from the engine 2, and a combined thermodynamic system 1, with which the heat waste generated by the propulsion engine 2 of the vehicle is partially converted into mechanical power. Therefore, the propulsion engine 2 of the vehicle is, or forms part of, a heat source for the combined thermodynamic system. Therefore, in the following description of embodiments of the combined thermodynamic system 1, the propulsion engine 2 of the vehicle will also be referred to as the heat source 2, which supplies thermal energy (heat) to the combined thermodynamic system 1.
[0038] La potenza meccanica generata dal sistema termodinamico combinato 1 è a sua volta sfruttata per azionare un circuito di refrigerazione formante parte del sistema termodinamico 1 e che raffredda l'interno dell'area raffreddata 105 (che può essere un compartimento o container di refrigerazione o congelamento). Come ulteriormente spiegato con riferimento alla Fig.2, lo stesso sistema termodinamico 1 può essere usato per rimuovere calore dal sistema di condizionamento dell'aria 104. [0038] The mechanical power generated by the combined thermodynamic system 1 is in turn exploited to operate a refrigeration circuit forming part of the thermodynamic system 1 and which cools the interior of the cooled area 105 (which can be a refrigeration compartment or container or freezing). As further explained with reference to Fig. 2, the same thermodynamic system 1 can be used to remove heat from the air conditioning system 104.
[0039] La struttura e il funzionamento del sistema termodinamico combinato 1 verranno descritti più avanti con riferimento alle Figg.2 e 3. [0039] The structure and operation of the combined thermodynamic system 1 will be described later with reference to Figs. 2 and 3.
[0040] Il veicolo 200 è un autobus avente un motore di propulsione del veicolo, indicato ancora con 2, e un sistema termodinamico 1. L'autobus 200 può essere provvisto di un sistema di condizionamento dell'aria 104, da cui potenza di raffreddamento viene fornita dal sistema termodinamico 1, che usa ancora il motore 2 come sorgente di cascame termico. [0040] The vehicle 200 is a bus having a vehicle propulsion engine, again indicated with 2, and a thermodynamic system 1. The bus 200 can be equipped with an air conditioning system 104, from which cooling power it is supplied by the thermodynamic system 1, which still uses the motor 2 as a source of thermal waste.
[0041] Il veicolo 300 è un’automobile avente almeno una sorgente di calore 2, che può essere o può comprendere il motore di propulsione del veicolo, e un sistema di condizionamento dell'aria 104 e/o un'area raffreddata 106, in cui la potenza di raffreddamento del sistema di condizionamento dell'aria 104, o dell'area raffreddata 106, o di entrambi, è fornita dal sistema termodinamico combinato 1, che sfrutta cascame termico dall'almeno una sorgente di calore 2. The vehicle 300 is an automobile having at least one heat source 2, which may or may include the vehicle's propulsion engine, and an air conditioning system 104 and / or a cooled area 106, in wherein the cooling power of the air conditioning system 104, or of the cooled area 106, or both, is provided by the combined thermodynamic system 1, which exploits thermal waste from the at least one heat source 2.
[0042] Il veicolo 400 è un natante, ad esempio una nave da crociera o un peschereccio. Schematicamente, il natante comprende un motore di propulsione ad esempio un motore diesel, o un motore a turbina a gas, che funziona come sorgente di calore per uno o più sistemi termodinamici combinati 1 che possono essere associati alla sorgente di calore 2. In via esemplificativa, nello schema della Fig.1 un sistema termodinamico combinato 1 è previsto in combinazione con la sorgente di calore 2 per convertire cascame termico generato dalla sorgente di calore 2 in potenza meccanica utile, che può a sua volta essere usata in un circuito di refrigerazione per raffreddare almeno un impianto di refrigerazione. L'impianto di refrigerazione può comprendere un sistema di condizionamento dell'aria 104, o un'area raffreddata 106 (compartimento o container, come uno o più compartimenti refrigerati o congelati di stoccaggio), dove beni deperibili, quale alimenti, possono essere immagazzinati, o entrambi. [0042] The vehicle 400 is a watercraft, for example a cruise ship or a fishing vessel. Schematically, the vessel comprises a propulsion engine, for example a diesel engine, or a gas turbine engine, which functions as a heat source for one or more combined thermodynamic systems 1 which can be associated with the heat source 2. By way of example , in the diagram of Fig.1 a combined thermodynamic system 1 is provided in combination with the heat source 2 to convert the thermal waste generated by the heat source 2 into useful mechanical power, which can in turn be used in a refrigeration circuit for cool at least one refrigeration system. The refrigeration plant may comprise an air conditioning system 104, or a cooled area 106 (compartment or container, such as one or more refrigerated or frozen storage compartments), where perishable goods, such as food, can be stored, or both.
[0043] Il natante può essere una nave di trasporto di GNL, che può usare cascame termico da un motore di propulsione del natante per mantenere il GNL (Gas Naturale Liquefatto) alla temperatura richiesta, che può essere fino a -160°C. The vessel may be an LNG transport vessel, which may use thermal waste from a vessel propulsion engine to maintain the LNG (Liquefied Natural Gas) at the required temperature, which can be as low as -160 ° C.
[0044] Come sopra menzionato, i principi, le disposizioni e le forme di realizzazione del nuovo sistema termodinamico combinato 1 possono essere concettualmente simili per le varie applicazioni; forme di realizzazione esemplificative del sistema termodinamico combinato 1 sono mostrate nelle Figg.2 e 3 e verranno descritte qui sotto in maggiore dettaglio. As mentioned above, the principles, arrangements and embodiments of the new combined thermodynamic system 1 can be conceptually similar for the various applications; Exemplary embodiments of the combined thermodynamic system 1 are shown in Figs. 2 and 3 and will be described below in greater detail.
[0045] La Fig.2 illustra uno schema di una prima forma di realizzazione di una disposizione termodinamica comprendente un primo scambiatore di calore 7 (anche indicato qui di seguito come "riscaldatore 7") e un sistema termodinamico combinato 1. Fig.2 illustrates a diagram of a first embodiment of a thermodynamic arrangement comprising a first heat exchanger 7 (also referred to below as "heater 7") and a combined thermodynamic system 1.
[0046] Il riscaldatore 7 può comprendere un scambiatore di calore addizionale. The heater 7 may comprise an additional heat exchanger.
[0047] Il riscaldatore 7 è atto a ricevere cascame termico dalla sorgente di calore 2 (ad esempio il motore di propulsione del veicolo) e a fornire calore al sistema termodinamico 1. Specificamente, il riscaldatore 7 è atto a trasferire calore dalla sorgente di calore 2 al fluido di lavoro condiviso, che circola nel sistema termodinamico 1 come descritto in maggiore dettaglio più avanti. Nella forma di realizzazione della Fig.1 il sistema termodinamico 1 comprende un circuito di generazione di potenza 3 e un circuito di refrigerazione 5, che sono collegati insieme da un pozzo di calore condiviso comune 13, che forma parte del circuito di generazione di potenza 3 e del circuito di refrigerazione 5, o che è in rapporto di scambio termico con essi. Un fluido di lavoro condiviso circola nel circuito di generazione di potenza 3 e riceve calore dal riscaldatore 7, e circola anche nel circuito di refrigerazione 5 e riceve calore da (ad esempio è configurato per essere un pozzo di calore per) una o più separate sorgenti di calore (quali un condizionatore di aria 104 o aree raffreddate 105, 106). La freccia FP rappresenta un primo flusso di fluido di lavoro condiviso, che circola nel circuito di generazione di potenza 3; la freccia FR rappresenta un secondo flusso di fluido di lavoro condiviso, che circola nel circuito di refrigerazione 5. La freccia F rappresenta la somma del primo flusso FR e del secondo flusso FP del fluido di lavoro, che circola nel pozzo di calore condiviso 13. [0047] The heater 7 is adapted to receive thermal waste from the heat source 2 (for example the propulsion engine of the vehicle) and to supply heat to the thermodynamic system 1. Specifically, the heater 7 is able to transfer heat from the heat source 2 to the shared working fluid, which circulates in the thermodynamic system 1 as described in greater detail below. In the embodiment of Fig. 1 the thermodynamic system 1 comprises a power generation circuit 3 and a refrigeration circuit 5, which are connected together by a common shared heat sink 13, which forms part of the power generation circuit 3 and of the refrigeration circuit 5, or which is in heat exchange relationship with them. A shared working fluid circulates in the power generation circuit 3 and receives heat from the heater 7, and also circulates in the refrigeration circuit 5 and receives heat from (e.g. it is configured to be a heat sink for) one or more separate sources heat (such as an air conditioner 104 or cooled areas 105, 106). The arrow FP represents a first flow of shared working fluid, which circulates in the power generation circuit 3; the arrow FR represents a second flow of shared working fluid, which circulates in the refrigeration circuit 5. The arrow F represents the sum of the first flow FR and the second flow FP of the working fluid, which circulates in the shared heat sink 13.
[0048] Il primo flusso FP del fluido di lavoro condiviso circola attraverso il circuito di generazione di potenza 3 ed è soggetto a una sequenza di trasformazioni termodinamiche di un ciclo termodinamico. Il ciclo termodinamico comprende una fase di espansione in un espantore 9, ad esempio un turboespantore, tramite il quale si genera potenza meccanica, convertendo parte del calore fornito dal riscaldatore 7 in potenza meccanica. The first flow FP of the shared working fluid circulates through the power generation circuit 3 and is subjected to a sequence of thermodynamic transformations of a thermodynamic cycle. The thermodynamic cycle comprises an expansion phase in an expander 9, for example a turboexpander, through which mechanical power is generated by converting part of the heat supplied by the heater 7 into mechanical power.
[0049] In alcune forme di realizzazione, il ciclo termodinamico è un ciclo Rankine. In forme di realizzazione attualmente preferite, il ciclo termodinamico è un ciclo Rankine organico, qui indicato brevemente anche come ORC. Il fluido di lavoro condiviso circolante nel circuito di generazione di potenza 3 può pertanto essere un fluido organico. In forme di realizzazione qui descritte il fluido di lavoro può comprendere, ad esempio ma senza limitazione: pentano, ciclopentano, idrofluorocarburo (HFC), propano, isopropano, butano, isobutano, CO2, gas naturale liquefatto, ammoniaca. In some embodiments, the thermodynamic cycle is a Rankine cycle. In currently preferred embodiments, the thermodynamic cycle is an organic Rankine cycle, also briefly referred to herein as ORC. The shared working fluid circulating in the power generation circuit 3 can therefore be an organic fluid. In embodiments described herein, the working fluid can comprise, for example but without limitation: pentane, cyclopentane, hydrofluorocarbon (HFC), propane, isopropane, butane, isobutane, CO2, liquefied natural gas, ammonia.
[0050] Il fluido di lavoro condiviso, che circola nel circuito di generazione di potenza 3, fluisce attraverso il riscaldatore 7 e riceve cascame termico Q1 da gas di combustione esausto della sorgente di calore 2. In alcune forme di realizzazione, ulteriore cascame termico può essere recuperato dal circuito di refrigerazione del motore, da altre parti del veicolo, da una sorgente di calore a bassa temperatura, e/o dal circuito di lubrificazione, ad esempio. The shared working fluid, which circulates in the power generation circuit 3, flows through the heater 7 and receives thermal waste Q1 from the exhausted combustion gas of the heat source 2. In some embodiments, further thermal waste can be recovered from the engine refrigeration circuit, from other parts of the vehicle, from a low temperature heat source, and / or from the lubrication circuit, for example.
[0051] Il riferimento 8 indica schematicamente un condotto di scarico del gas esausto. In alcune forme di realizzazione, specificamente quando il veicolo è un’automobile 300, un convertitore catalitico 10 può essere previsto lungo il condotto di scarico del gas esausto. Il riscaldatore 7 può essere disposto a valle del convertitore catalitico 10. In altre forme di realizzazione, il riscaldatore 7 può essere integralmente o parzialmente integrato nel convertitore catalitico 10, come mostrato in linee tratteggiate in Fig.2. [0051] Reference 8 schematically indicates an exhaust gas duct. In some embodiments, specifically when the vehicle is an automobile 300, a catalytic converter 10 can be provided along the exhaust pipe of the exhausted gas. The heater 7 can be arranged downstream of the catalytic converter 10. In other embodiments, the heater 7 can be integrally or partially integrated into the catalytic converter 10, as shown in dashed lines in Fig.2.
[0052] Il circuito generatore di potenza 3 può comprendere, inoltre, una sezione di circuito di generazione di potenza, comprendente almeno un primo espantore 9, in cui il primo flusso FP del fluido di lavoro condiviso viene espanso. In alcune forme di realizzazione l'espantore 9 può essere un turboespantore. Il turboespantore 9 può essere un turboespantore a stadio singolo o multistadio. [0052] The power generator circuit 3 may further comprise a power generation circuit section, comprising at least a first expander 9, in which the first flow FP of the shared working fluid is expanded. In some embodiments the expander 9 may be a turboexpander. The turboexpander 9 can be a single stage or multistage turboexpander.
[0053] Osservando il percorso di generazione di potenza in Fig.2, partendo dal riscaldatore 7, durante il funzionamento il riscaldatore 7 trasferisce calore a una prima pressione P1 e a una prima temperatura T1 al primo flusso FP del fluido di lavoro condiviso. Successivamente il primo flusso FP del fluido di lavoro condiviso (riscaldato) entra nel turboespantore 9 a una pressione P1 e a una temperatura T1, si espande nel turboespantore 9 ed è scaricato dal turboespantore 9 a una pressione P2 e a una temperatura T2. Il salto entalpico attraverso il turboespantore 9 genera potenza meccanica che è disponibile su un albero 11 del turboespantore. Come noto l'entalpia è definita come una quantità termodinamica equivalente al contenuto di calore totale di un sistema. Essa è uguale all'energia interna del sistema sommata al prodotto della pressione e del volume. Successivamente, il fluido di lavoro condiviso espanso FP fluisce verso il pozzo di calore condiviso 13. Observing the power generation path in Fig.2, starting from the heater 7, during operation the heater 7 transfers heat at a first pressure P1 and at a first temperature T1 to the first flow FP of the shared working fluid. Subsequently the first flow FP of the shared (heated) working fluid enters the turboexpander 9 at a pressure P1 and a temperature T1, expands into the turboexpander 9 and is discharged by the turboexpander 9 at a pressure P2 and a temperature T2. The enthalpy jump through the turboexpander 9 generates mechanical power which is available on a shaft 11 of the turboexpander. As known, enthalpy is defined as a thermodynamic quantity equivalent to the total heat content of a system. It is equal to the internal energy of the system added to the product of the pressure and the volume. Thereafter, the FP expanded shared working fluid flows to the shared heat sink 13.
[0054] Il pozzo di calore condiviso 13 è atto a ricevere il primo flusso FP di fluido di lavoro condiviso dall'espantore 9 e a rimuovere calore da detto primo flusso FP di fluido di lavoro condiviso. Calore Q2 viene scaricato nel pozzo di calore condiviso 13 dal fluido di lavoro condiviso espanso. The shared heat sink 13 is adapted to receive the first flow FP of shared working fluid from the expander 9 and to remove heat from said first flow FP of shared working fluid. Heat Q2 is discharged into the shared heat sink 13 from the expanded shared working fluid.
[0055] Il pozzo di calore condiviso 13 può comprendere uno o più scambiatori di calore e può essere configurato per condensare il fluido di lavoro condiviso che circola attraverso di esso. The shared heat sink 13 may comprise one or more heat exchangers and may be configured to condense the shared working fluid circulating therethrough.
[0056] Continuando il suo percorso, il primo flusso FP di fluido di lavoro condiviso in uno stato liquido alla pressione P2 e alla temperatura T3, esce dallo scambiatore di calore condiviso 13 ed è alimentato a un lato di aspirazione di una pompa 15 disposta nel circuito di generazione di potenza 3. La pompa 15 aumenta la pressione del primo flusso FP (ora) condensato del fluido di lavoro condiviso dalla pressione P2 alla pressione P1 e pompa il fluido di lavoro condiviso al riscaldatore 7, dove il primo flusso FP di fluido di lavoro condiviso viene vaporizzato e può essere surriscaldato, prima di essere nuovamente espanso nel turboespantore 9. [0056] Continuing its path, the first flow FP of shared working fluid in a liquid state at the pressure P2 and at the temperature T3, leaves the shared heat exchanger 13 and is fed to a suction side of a pump 15 arranged in the power generation circuit 3. Pump 15 increases the pressure of the first condensed FP flow (hour) of the shared working fluid from pressure P2 to pressure P1 and pumps the shared working fluid to heater 7, where the first FP flow of fluid of shared work is vaporized and can be overheated, before being expanded again in the turboexpander 9.
[0057] Il circuito di refrigerazione 5 comprende un pozzo di calore condiviso 13, accoppiato ad un disposizione di espansione 21, ad esempio una valvola JouleThomson o un espantore. Il dispositivo di espansione 21 è accoppiato a un secondo scambiatore di calore 19, avente un lato freddo 19C e un lato caldo 19H. Il secondo scambiatore di calore 19 è accoppiato al lato di aspirazione di un compressore 17. Il lato di mandata del compressore 17 è accoppiato con l'ingresso del pozzo di calore condiviso 13. Il secondo flusso FR di fluido di lavoro condiviso fluisce dal pozzo di calore 13, attraverso il dispositivo di espansione 21, il secondo scambiatore di calore 19 e il compressore 17. The refrigeration circuit 5 comprises a shared heat sink 13, coupled to an expansion arrangement 21, for example a JouleThomson valve or an expander. The expansion device 21 is coupled to a second heat exchanger 19, having a cold side 19C and a hot side 19H. The second heat exchanger 19 is coupled to the suction side of a compressor 17. The discharge side of the compressor 17 is coupled to the inlet of the shared heat sink 13. The second flow FR of shared working fluid flows from the sink. heat 13, through the expansion device 21, the second heat exchanger 19 and the compressor 17.
[0058] Partendo dal lato sinistro della Fig.2, in termini generali, il circuito di refrigerazione 5 è in rapporto di scambio termico con la o le sorgenti di calore a bassa temperatura (104, 105, 106), da cui calore viene alimentato al secondo flusso FR condensato ed espanso del fluido di lavoro condiviso, che circola nel circuito di refrigerazione 5 a una pressione P4. Il secondo flusso FR di fluido di lavoro viene poi compresso dal compressore 17 a una pressione P2 e a una temperatura T6 e alimentato al pozzo di calore 13, dove calore viene rimosso dal fluido di lavoro condiviso compresso a una pressione P2. [0058] Starting from the left side of Fig.2, in general terms, the refrigeration circuit 5 is in a heat exchange ratio with the low temperature heat source (s) (104, 105, 106), from which heat is supplied to the second condensed and expanded flow FR of the shared working fluid, which circulates in the refrigeration circuit 5 at a pressure P4. The second flow FR of working fluid is then compressed by the compressor 17 to a pressure P2 and a temperature T6 and fed to the heat sink 13, where heat is removed from the shared working fluid compressed to a pressure P2.
[0059] La temperatura del pozzo di calore condiviso 13 è superiore rispetto alla temperatura della o delle sorgenti di calore a bassa temperatura (104, 105, 106), cosicché lavoro meccanico è necessario per trasferire calore dalla o dalle sorgenti di calore a bassa temperatura al pozzo di calore condiviso 13. Il circuito di refrigerazione 5 pertanto include il compressore 17 meccanicamente accoppiato all'espantore 9 del circuito generatore di potenza 3. La potenza meccanica generata dall'espantore 9 e che aziona il compressore 17 è quindi usata per "pompare" il calore dalla o dalle sorgenti a bassa temperatura (104, 105, 106) al pozzo di calore condiviso ad alta temperatura 13 per la sua rimozione. The temperature of the shared heat sink 13 is higher than the temperature of the low temperature heat source (s) (104, 105, 106), so that mechanical work is required to transfer heat from the low temperature heat source (s) to the shared heat sink 13. The refrigeration circuit 5 therefore includes the compressor 17 mechanically coupled to the expander 9 of the power generator circuit 3. The mechanical power generated by the expander 9 and which drives the compressor 17 is then used to "pump "the heat from the low temperature source (s) (104, 105, 106) to the high temperature shared heat sink 13 for its removal.
[0060] Il compressore 17 può essere un compressore centrifugo o un compressore assiale, o un compressore combinato assiale-centrifugo. In altre forme di realizzazione, il compressore 17 può essere un compressore volumetrico, quale un compressore alternativo o un compressore a vite. Il compressore 17 può essere un compressore monostadio o multistadio. The compressor 17 can be a centrifugal compressor or an axial compressor, or a combined axial-centrifugal compressor. In other embodiments, the compressor 17 may be a volumetric compressor, such as a reciprocating compressor or a screw compressor. The compressor 17 can be a single-stage or multistage compressor.
[0061] Il lato di aspirazione, cioè il lato di bassa pressione, del compressore 17 è in accoppiamento di fluido con il secondo scambiatore di calore 19. Il secondo flusso FR di fluido di lavoro condiviso circola attraverso un lato freddo 19C del secondo scambiatore di calore 19, mentre un flusso di un fluido da raffreddare circola in un lato caldo 19H del secondo scambiatore di calore 19. Il secondo scambiatore di calore 19 funziona quindi per trasferire calore da una o più sorgenti a bassa temperatura (104, 105, 106) al secondo flusso FR di fluido di lavoro condivo che circola nel circuito di refrigerazione 5. Il lato di mandata del compressore 17 è in accoppiamento di fluido con l'ingresso del pozzo di calore condiviso 13. The suction side, i.e. the low pressure side, of the compressor 17 is in fluid coupling with the second heat exchanger 19. The second flow FR of shared working fluid circulates through a cold side 19C of the second heat exchanger heat 19, while a flow of a fluid to be cooled circulates in a hot side 19H of the second heat exchanger 19. The second heat exchanger 19 therefore functions to transfer heat from one or more low-temperature sources (104, 105, 106) to the second flow FR of shared working fluid which circulates in the refrigeration circuit 5. The discharge side of the compressor 17 is in fluid coupling with the inlet of the shared heat sink 13.
[0062] Il lato freddo 19C del secondo scambiatore di calore 19 può essere un vaporizzatore. Il lato freddo 19C del secondo scambiatore 19 può essere in rapporto funzionale con un condizionatore di aria e/o con un refrigeratore/congelatore del veicolo, su cui sono disposti il sistema termodinamico combinato 1 e la sorgente di calore 2. The cold side 19C of the second heat exchanger 19 can be a vaporizer. The cold side 19C of the second exchanger 19 can be in functional relationship with an air conditioner and / or with a vehicle cooler / freezer, on which the combined thermodynamic system 1 and the heat source 2 are arranged.
[0063] Viene ora descritto in maggiore dettaglio un ciclo operativo del circuito di refrigeratore. Partendo dal punto 14 in Fig.2, il secondo flusso FR di fluido di lavoro condiviso condensato alla pressione P2 e alla temperatura T3 esce dal lato di uscita del pozzo di calore condiviso 13 e viene espanso attraverso il dispositivo di espansione 21 a una pressione P4 e a una temperatura T4, inferiori alla pressione P2 e alla temperatura T3 al lato di uscita del pozzo di calore condiviso 13. In funzione del progetto del sistema, la temperatura T4 può essere fino a -45°C o ancora più bassa. An operating cycle of the chiller circuit is now described in greater detail. Starting from point 14 in Fig. 2, the second flow FR of shared working fluid condensed at pressure P2 and temperature T3 exits from the outlet side of the shared heat sink 13 and is expanded through the expansion device 21 at a pressure P4 and at a temperature T4, below the pressure P2 and the temperature T3 at the outlet side of the shared heat sink 13. Depending on the system design, the temperature T4 can be as low as -45 ° C or even lower.
[0064] Il flusso FR a bassa temperatura e a bassa pressione di fluido di lavoro condiviso viene poi scaldato a una temperatura T5 nel secondo scambiatore di calore (di refrigerazione) 19 tramite calore Q3 rimosso dal flusso di fluido che circola nel lato caldo 19H del secondo scambiatore di calore 19. Il fluido di lavoro condiviso riscaldato esce poi dall'uscita del secondo scambiatore di calore 19 e viene alimentato al lato di aspirazione del compressore 17. The low temperature, low pressure FR flow of shared working fluid is then heated to a temperature T5 in the second (refrigeration) heat exchanger 19 by heat Q3 removed from the fluid flow circulating in the hot side 19H of the second heat exchanger 19. The heated shared working fluid then exits the outlet of the second heat exchanger 19 and is fed to the suction side of the compressor 17.
[0065] Il fluido di lavoro condiviso riscaldato viene elaborato dal compressore 17 e alimentato al lato di mandata del compressore 17 a una temperatura T6 e a una pressione P2 superiore rispetto alla temperatura T5 e alla pressione P4 e viene poi alimentato (cioè circolato indietro) al pozzo di calore condiviso 13, dove il secondo flusso FR di fluido di lavoro condiviso è raffreddato e condensato rimuovendo calore Q4. The heated shared working fluid is processed by the compressor 17 and fed to the discharge side of the compressor 17 at a temperature T6 and pressure P2 higher than the temperature T5 and pressure P4 and is then fed (i.e. circulated back) to the shared heat sink 13, where the second stream FR of shared working fluid is cooled and condensed by removing heat Q4.
[0066] Il compressore 17 è meccanicamente accoppiato al turboespantore 9 attraverso un albero 11 ed è azionato da potenza meccanica generata dal turboespantore 9. In alcune forme di realizzazione, il compressore 17 e il turboespantore 9 ruotano alla stessa velocità, e non vi è alcuna scatola di ingranaggi lungo la linea d'albero che collega il compressore 17 al turboespantore 9, cosicché si ottiene una disposizione più compatta e più affidabile. The compressor 17 is mechanically coupled to the turboexpander 9 through a shaft 11 and is driven by mechanical power generated by the turboexpander 9. In some embodiments, the compressor 17 and the turboexpander 9 rotate at the same speed, and there is no gearbox along the shaft line connecting the compressor 17 to the turboexpander 9, so that a more compact and more reliable arrangement is obtained.
[0067] Come descritto in generale sopra, e facendo ora riferimento alla Fig.2, il pozzo di calore condiviso 13 è comune al circuito generatore di potenza 3 e al circuito di refrigerazione 5. Pertanto, lo stesso fluido di lavoro condiviso circola in entrambi i circuiti di generazione di potenza 3 e di refrigerazione 5, cosicché i circuiti possono essere progettati come sistema combinato sigillato. Un flusso di fluido di lavoro totale F fluisce attraverso il pozzo di calore condiviso 13 e viene reso disponibile all'uscita (punto 14) del pozzo di calore condiviso 13. Nel punto 14 il flusso di fluido di lavoro totale F è suddiviso nel primo flusso di fluido di lavoro FP, che circola nel circuito di generazione di potenza 3, e nel secondo flusso di fluido di lavoro FR, che circola nel circuito di refrigerazione 5. As described in general above, and referring now to Fig. 2, the shared heat sink 13 is common to the power generator circuit 3 and the refrigeration circuit 5. Therefore, the same shared working fluid circulates in both the power generation 3 and refrigeration 5 circuits, so that the circuits can be designed as a sealed combined system. A total working fluid flow F flows through the shared heat sink 13 and is made available at the outlet (point 14) of the shared heat sink 13. At point 14 the total working fluid flow F is split into the first flow of working fluid FP, which circulates in the power generation circuit 3, and in the second flow of working fluid FR, which circulates in the refrigeration circuit 5.
[0068] Il lato caldo 19H del secondo scambiatore di calore (di refrigerazione) 19 può essere parte di un qualunque circuito chiuso, o aperto, di un flusso di fluido da raffreddare o refrigerare. In alcune forme di realizzazione, il lato caldo 19H può essere un circuito di aria aperto. Ad esempio, il lato caldo 19H può essere un condotto di aria aperto di un sistema di condizionamento di aria 104 di un veicolo 100, 200, 300, 400. Aria può circolare nel lato caldo 19H del secondo scambiatore di calore 19 per scambiare calore verso il flusso di lavoro che circola nel lato freddo 19C del secondo scambiatore di calore 19. Calore Q3 dall'aria circolante vaporizza il fluido di lavoro nel lato freddo 19C del secondo scambiatore di calore. The hot side 19H of the second (refrigeration) heat exchanger 19 can be part of any closed or open circuit of a flow of fluid to be cooled or cooled. In some embodiments, the hot side 19H may be an open air circuit. For example, the hot side 19H can be an open air duct of an air conditioning system 104 of a vehicle 100, 200, 300, 400. Air can circulate in the hot side 19H of the second heat exchanger 19 to exchange heat towards the work flow circulating in the cold side 19C of the second heat exchanger 19. Heat Q3 from the circulating air vaporizes the working fluid in the cold side 19C of the second heat exchanger.
[0069] In alcune forme di realizzazione il lato freddo 19C del secondo scambiatore di calore 19 può essere disposto direttamente in un'area raffreddata chiusa 105 o 106. In Fig.2, ad esempio, il lato freddo 19C del secondo scambiatore 19 è posizionato direttamente nell'area raffreddata 105 del camion o furgone refrigerato 100. Calore Q3 è quindi assorbito dal lato freddo 19C del secondo scambiatore di calore 19 direttamente dall'area raffreddata 105, 106. [0069] In some embodiments the cold side 19C of the second heat exchanger 19 can be arranged directly in a closed cooled area 105 or 106. In Fig.2, for example, the cold side 19C of the second exchanger 19 is positioned directly in the cooled area 105 of the refrigerated truck or van 100. Heat Q3 is then absorbed by the cold side 19C of the second heat exchanger 19 directly by the cooled area 105, 106.
[0070] In altre forme di realizzazione, calore Q3 può essere trasferito da uno o più tipi di sistemi di raffreddamento al secondo scambiatore di calore 19 attraverso uno o più circuiti intermedi di trasferimento di calore 20. Ad esempio, un circuito di trasferimento di calore può essere previsto per trasferire calore da un sistema di condizionamento dell'aria 104 al secondo scambiatore di calore (di refrigerazione) 19 e lo stesso o un differente circuito di trasferimento di calore può essere usato per trasferire calore da un’area raffreddata 105, 106 al secondo scambiatore di calore di calore 19. In other embodiments, Q3 heat can be transferred from one or more types of cooling systems to the second heat exchanger 19 through one or more intermediate heat transfer circuits 20. For example, a heat transfer circuit can be provided to transfer heat from an air conditioning system 104 to the second (refrigeration) heat exchanger 19 and the same or a different heat transfer circuit can be used to transfer heat from a cooled area 105, 106 to the second heat exchanger 19.
[0071] In ancora ulteriori forme di realizzazione, il secondo scambiatore di calore (di refrigerazione) 19 può comprendere uno o più vaporizzatori o sezioni di vaporizzazione, che realizzano il lato freddo 19C del secondo scambiatore di calore 19, i quali sono in rapporto di scambio termico con differenti molteplici impianti, quali uno o più sistemi di aria condizionata 104 e/o aree raffreddate (105, 106) (ad esempio compartimenti o container refrigerati o congelati di un veicolo). Inoltre, differenti aree raffreddate possono essere poste a differenti livelli di temperatura. Ad esempio, su una grande nave da crociera possono essere previsti compartimento di refrigerazione per lo stoccaggio di alimenti deperibili a circa 2-6°C in combinazione con compartimenti di congelamento per lo stoccaggio di beni congelati, attorno a -30°C. La portata di flusso del fluido di lavoro condiviso nei differenti vaporizzatori o sezioni di vaporizzazione può essere controllata in funzione della quantità di calore da rimuovere da ciascun tipo di sistemi di raffreddamento (condizionamento di aria, refrigerazione o congelamento). [0071] In still further embodiments, the second (refrigeration) heat exchanger 19 may comprise one or more vaporizers or vaporizing sections, which form the cold side 19C of the second heat exchanger 19, which are in a ratio of heat exchange with different multiple systems, such as one or more air conditioning systems 104 and / or cooled areas (105, 106) (for example refrigerated or frozen compartments or containers of a vehicle). Furthermore, different cooled areas can be placed at different temperature levels. For example, on a large cruise ship there may be a refrigeration compartment for the storage of perishable food at around 2-6 ° C in combination with freezing compartments for the storage of frozen goods, around -30 ° C. The flow rate of the working fluid shared in the different vaporizers or vaporization sections can be controlled as a function of the amount of heat to be removed from each type of cooling systems (air conditioning, refrigeration or freezing).
[0072] Una macchina elettrica 22 può essere meccanicamente accoppiata al turboespantore 9 attraverso uno o più innesti 24, 25. Ad esempio, la macchina elettrica 22 può essere una macchina elettrica reversibile atta a funzionare selettivamente in un modo generatore elettrico e in un modo motore elettrico. In alcune forme di realizzazione, la macchina elettrica 22 può essere disposta sullo stesso albero 11, che collega meccanicamente il turboespantore 9 e il compressore 17. [0072] An electric machine 22 can be mechanically coupled to the turboexpander 9 through one or more couplings 24, 25. For example, the electric machine 22 can be a reversible electric machine adapted to function selectively in an electric generator mode and in a motor mode electric. In some embodiments, the electric machine 22 can be arranged on the same shaft 11, which mechanically connects the turboexpander 9 and the compressor 17.
[0073] In forme dei realizzazione preferite, viene prevista una linea d'albero comune, che collega le macchine ruotanti 9, 17, 22. La macchina elettrica 22 ruota quindi alla stessa velocità di rotazione del turboespantore 9 e del compressore 17. Un azionatore a frequenza variabile (VFD) 26 può essere usato per collegare la macchina elettrica 22 ad una rete di distribuzione di potenza elettrica 28. Lungo la linea d'albero può essere previsto un primo innesto 24. L'innesto 24 è un innesto disinseribile, che può essere atto a scollegare la macchina elettrica 22 e il turboespantore 9 dal compressore 17, ad esempio se non viene richiesta refrigerazione. In alcune forme di realizzazione, un secondo innesto 25 può essere disposto fra il turboespantore 9 e la macchina elettrica 22. L'innesto 25 può essere un innesto disinseribile, che può essere atto a scollegare la macchina elettrica 22 dal turboespantore 9. Scollegando l'innesto 25 il compressore 17 può essere azionato da potenza elettrica fornita dalla rete di distribuzione di potenza elettrica 28, ad esempio alimentata da una batteria di accumulo. Questo può accadere, ad esempio, quando il motore 3 non è in funzione e/o se questo fornisce una quantità insufficiente di cascame termico. [0073] In preferred embodiments, a common shaft line is provided, which connects the rotating machines 9, 17, 22. The electric machine 22 then rotates at the same speed of rotation as the turboexpander 9 and the compressor 17. An actuator variable frequency (VFD) 26 can be used to connect the electric machine 22 to an electric power distribution network 28. A first clutch 24 can be provided along the shaft line 24. The clutch 24 is a disengageable clutch, which it can be adapted to disconnect the electric machine 22 and the turboexpander 9 from the compressor 17, for example if no refrigeration is required. In some embodiments, a second clutch 25 can be arranged between the turboexpander 9 and the electric machine 22. The clutch 25 can be a disengageable clutch, which can be adapted to disconnect the electric machine 22 from the turboexpander 9. Disconnecting the clutch 25 the compressor 17 can be operated by electric power supplied by the electric power distribution network 28, for example fed by an accumulation battery. This can happen, for example, when the motor 3 is not running and / or if it supplies an insufficient quantity of thermal waste.
[0074] L'innesto 24 e/o l'innesto 25 possono essere innesti a controllo elettromagnetico. In alcune forme di realizzazione, l'innesto 25 può anche essere un innesto a ruota libera o un innesto cosiddetto synchro-self shifting. [0074] The clutch 24 and / or the clutch 25 can be electromagnetically controlled clutches. In some embodiments, the clutch 25 can also be a freewheel clutch or a so-called synchro-self shifting clutch.
[0075] Il turboespantore 9, la macchina elettrica 22 e il compressore 17 possono essere disposti in una cassa comune, schematicamente indicata in 27, che può essere chiusa a tenuta. Questo evita trafilamenti di fluido di lavoro verso l'ambiente e rimuove la necessità di tenute, ad esempio tenuta a gas secco, sull'albero ruotante 11. In alcune forme di realizzazione, il turboespantore 9 e/o la macchina elettrica 22 e/o il compressore 17 possono essere alloggiati in due o tre casse separate. Ad esempio, il turboespantore 9 e la macchina elettrica 22 possono essere alloggiati in una prima cassa, e il compressore 17 può essere alloggiato in una seconda cassa. Allo scopo di evitare perdite attorno all'albero ruotante che collega la macchina elettrica 22 e il compressore 17, può essere previsto un innesto magnetico 24, che è parzialmente alloggiato nella prima cassa e parzialmente alloggiato nella seconda cassa. La coppia può essere così trasmessa dalla macchina elettrica 22 al compressore 17 attraverso l'azione magnetica dell'innesto 24, senza il passaggio di un albero meccanico attraverso la prima e la seconda cassa. [0075] The turboexpander 9, the electric machine 22 and the compressor 17 can be arranged in a common box, schematically indicated at 27, which can be sealed. This avoids leakage of working fluid to the environment and removes the need for seals, for example dry gas seal, on the rotating shaft 11. In some embodiments, the turboexpander 9 and / or the electric machine 22 and / or the compressor 17 can be housed in two or three separate boxes. For example, the turboexpander 9 and the electric machine 22 can be housed in a first box, and the compressor 17 can be housed in a second box. In order to avoid leaks around the rotating shaft that connects the electric machine 22 and the compressor 17, a magnetic coupling 24 can be provided, which is partially housed in the first box and partially housed in the second box. The torque can thus be transmitted from the electric machine 22 to the compressor 17 through the magnetic action of the clutch 24, without the passage of a mechanical shaft through the first and second casing.
[0076] In altre forme di realizzazione, il turboespantore 9 può essere alloggiato in una prima cassa, mentre una seconda cassa contiene il compressore 17 e la macchina elettrica 22. L'innesto 25 può essere alloggiato in parte nella prima cassa e in parte nella seconda cassa, cosicché coppia può essere trasmessa magneticamente dal turboespantore 9 alla macchina elettrica 22 senza la necessità di un albero che esca dalle casse. [0076] In other embodiments, the turboexpander 9 can be housed in a first box, while a second box contains the compressor 17 and the electric machine 22. The clutch 25 can be housed partly in the first box and partly in the second box, so that torque can be magnetically transmitted from the turboexpander 9 to the electric machine 22 without the need for a shaft coming out of the boxes.
[0077] In ancora ulteriori forme di realizzazione, possono essere previste tre casse, per il compressore 17, per la macchina elettrica 22 e per il turboespantore 9, rispettivamente. Possono essere previsti due innesti magnetici 24, 25. Un elemento dell'innesto 25 e un elemento dell'innesto 24 sono alloggiati nella cassa intermedia dove è alloggiata la macchina. Il secondo elemento dell'innesto 25 è alloggiato nella cassa del turboespantore 9 e il secondo elemento dell'innesto 24 è alloggiato nella cassa del compressore 17. [0077] In still further embodiments, three boxes can be provided, for the compressor 17, for the electric machine 22 and for the turboexpander 9, respectively. Two magnetic clutches 24, 25 can be provided. An element of the clutch 25 and an element of the clutch 24 are housed in the intermediate case where the machine is housed. The second element of the clutch 25 is housed in the case of the turboexpander 9 and the second element of the clutch 24 is housed in the case of the compressor 17.
[0078] In alcune forme di realizzazione, ad esempio se la macchina elettrica 22 è alloggiata nella stessa cassa nella quale sono alloggiate almeno uno tra il compressore 17 e il turboespantore 9, il fluido elaborato attraverso il compressore 17 e/o il turboespantore 9 può essere usato come fluido di raffreddamento per la macchina elettrica 22. Mezzi di controllo o dispositivi di controllo (non mostrati) possono essere previsti per controllare il flusso di fluido di raffreddamento attraverso la macchina elettrica 22. [0078] In some embodiments, for example if the electric machine 22 is housed in the same case in which at least one of the compressor 17 and the turboexpander 9 are housed, the fluid processed through the compressor 17 and / or the turboexpander 9 can be used as a cooling fluid for the electric machine 22. Control means or control devices (not shown) may be provided for controlling the flow of cooling fluid through the electric machine 22.
[0079] Nel senso qui usato, una cassa chiusa a tenuta può essere intesa come una cassa che alloggia un albero ruotante che non deve estendersi al di fuori della cassa, cosicché possono essere evitate tenute sull'albero ruotante. La cassa può comprendere compartimenti separati che alloggiano il turboespantore 9, la macchina elettrica 22 e il compressore 17, rispettivamente. Ciascun compartimento, in particolare il compartimento del turboespantore e il compartimento del compressore sono in accoppiamento di fluido con il circuito di generazione di potenza 3 e con il circuito di refrigerazione 5, rispettivamente. La tenuta fra questi compartimenti non è critica, poiché il circuito di generazione di potenza 3 e il circuito di refrigerazione 5 usano lo stesso fluido di lavoro. In the sense used herein, a sealed casing can be understood as a casing housing a rotating shaft which must not extend outside the casing, so that seals on the rotating shaft can be avoided. The casing can comprise separate compartments which house the turboexpander 9, the electric machine 22 and the compressor 17, respectively. Each compartment, in particular the turboexpander compartment and the compressor compartment are in fluid coupling with the power generation circuit 3 and with the refrigeration circuit 5, respectively. The seal between these compartments is not critical, since the power generation circuit 3 and the refrigeration circuit 5 use the same working fluid.
[0080] In alcune forme di realizzazione, come mostrato in Fig.2, la macchina elettrica 22 è disposta fra il turboespantore 9 e il compressore 17. Con questa forma di realizzazione il turboespantore 9, e la macchina elettrica 22 possono rimanere collegati l'uno all'altra ma scollegati dal compressore 17 dall'innesto disinseribile 4. Questo può essere utile ad esempio se l'impianto di refrigerazione, cui è accoppiato il circuito di refrigerazione 5 è non operativo. In alcune forme di realizzazione, quando il circuito di refrigerazione 5 è usato soltanto per far funzionare un sistema di condizionamento dell'aria 104, il turboespantore 9 e la macchina elettrica 22 possono essere scollegati dal compressore 17 quando non è richiesto il condizionamento dell'aria. Se l'impianto di refrigerazione comprende un compartimento refrigerato o raffreddato per il trasporto di beni deperibili, ad esempio, il compressore 17 può essere disconnesso quando il veicolo è vuoto e non vengono trasportati beni. [0080] In some embodiments, as shown in Fig.2, the electric machine 22 is arranged between the turboexpander 9 and the compressor 17. With this embodiment the turboexpander 9, and the electric machine 22 can remain connected to the one to the other but disconnected from the compressor 17 by the disconnectable clutch 4. This can be useful, for example, if the refrigeration plant, to which the refrigeration circuit 5 is coupled, is inoperative. In some embodiments, when the refrigeration circuit 5 is used only to operate an air conditioning system 104, the turbo expander 9 and the electric machine 22 can be disconnected from the compressor 17 when air conditioning is not required. . If the refrigeration system includes a refrigerated or cooled compartment for the transport of perishable goods, for example, the compressor 17 can be disconnected when the vehicle is empty and no goods are being transported.
[0081] Cascame termico dal motore 2 può ancora essere sfruttato in maniera utile per generare potenza elettrica attraverso la macchina elettrica 22, che può essere commutata nel modo generatore. La potenza elettrica può essere usata per caricare una batteria di accumulo (non mostrata in Fig.2) o per azionare altre unità o impianti del veicolo su cui è disposto il sistema termodinamico combinato 1. Thermal waste from the motor 2 can still be used in a useful manner to generate electrical power through the electrical machine 22, which can be switched to the generator mode. The electric power can be used to charge a storage battery (not shown in Fig. 2) or to operate other units or systems of the vehicle on which the combined thermodynamic system 1 is arranged.
[0082] In alcune condizioni operative, ad esempio all'avviamento del motore 2, il cascame termico disponibile dal motore 2 può non essere sufficiente per azionare il compressore 17. In tal caso la macchina elettrica 22 può essere commutata nel modo motore e fornire potenza meccanica supplementare per azionare il compressore 17. Questo può essere vantaggioso, ad esempio, per di accelerare l'effetto di raffreddamento allo scopo di raggiungere una temperatura desiderata in più breve tempo. [0082] In some operating conditions, for example when starting the motor 2, the thermal waste available from the motor 2 may not be sufficient to drive the compressor 17. In this case the electric machine 22 can be switched to the motor mode and supply power additional mechanics to drive the compressor 17. This can be advantageous, for example, to accelerate the cooling effect in order to reach a desired temperature in a shorter time.
[0083] Riferendosi ora alla Fig.3, continuando a riferirsi alla Fig.2, viene descritto un’ulteriore forma di realizzazione di una nuova disposizione termodinamica. La nuova disposizione termodinamica comprende un primo scambiatore di calore (riscaldatore) 7 e un sistema termodinamico combinato 1. Gli stessi numeri di riferimento indicano componenti simili o uguali a quelli già descritti in relazione alla Fig.2 e che non verranno descritti nuovamente. La seguente descrizione si concentrerà pertanto principalmente sulle differenze tra la Figg.2 e la Fig.3- [0083] Referring now to Fig.3, continuing to refer to Fig.2, a further embodiment of a new thermodynamic arrangement is described. The new thermodynamic arrangement comprises a first heat exchanger (heater) 7 and a combined thermodynamic system 1. The same reference numerals indicate similar or identical components to those already described in relation to Fig.2 and which will not be described again. The following description will therefore focus mainly on the differences between Figs. 2 and Fig. 3-
[0084] In Fig.3 cascame termico viene recuperato dal gas esausto proveniente una sorgente di calore 2 (quale un motore), che fluisce attraverso il condotto di scarico del gas esausto 8. Calore viene recuperato per mezzo del riscaldatore 7 e di un ulteriore scambiatore di calore 7A, attraverso un circuito intermedio di trasferimento di calore 30. Un fluido di trasferimento di calore, quale un olio diatermico, acqua o qualunque altro fluido idoneo, preferibilmente un fluido non infiammabile, può essere usato per trasferire calore dal riscaldatore 7 allo scambiatore di calore 7A. Una pompa di circolazione 31 può essere prevista per circolare il fluido di trasferimento di calore nel circuito di trasferimento di calore 30. Il secondo scambiatore di calore 7A è quindi configurato per trasferire calore dal riscaldatore 7 e dalla sorgente di calore 2 al circuito di generazione di potenza 3 (e al fluido di lavoro condiviso che circola in esso) del sistema termodinamico 1. [0084] In Fig. 3 thermal waste is recovered from the exhaust gas coming from a heat source 2 (such as an engine), which flows through the exhaust pipe of the exhaust gas 8. Heat is recovered by means of the heater 7 and a further heat exchanger 7A, through an intermediate heat transfer circuit 30. A heat transfer fluid, such as a heat transfer oil, water or any other suitable fluid, preferably a non-flammable fluid, can be used to transfer heat from the heater 7 to the 7A heat exchanger. A circulation pump 31 can be provided to circulate the heat transfer fluid in the heat transfer circuit 30. The second heat exchanger 7A is then configured to transfer heat from the heater 7 and the heat source 2 to the heat generation circuit. power 3 (and to the shared working fluid circulating in it) of the thermodynamic system 1.
[0085] Questa disposizione può essere particolarmente utile per motivi di sicurezza, poiché il circuito intermedio di trasferimento di calore 30 previene il contatto fra il condotto del gas esausto caldo e il fluido di lavoro organico condiviso che circola nel sistema termodinamico combinato 1. Tuttavia, in altre forme di realizzazione il circuito intermedio di trasferimento di calore 30 può essere omesso e può essere previsto uno scambio termico diretto come mostrato in Fig.2. Viceversa, un circuito intermedio di trasferimento di calore 30 con rispettivi primo e secondo scambiatore di calore 7, 7A può essere usato anche nella forma di realizzazione della Fig.2. This arrangement can be particularly useful for safety reasons, since the intermediate heat transfer circuit 30 prevents contact between the hot exhaust gas duct and the shared organic working fluid circulating in the combined thermodynamic system 1. However, in other embodiments the intermediate heat transfer circuit 30 can be omitted and a direct heat exchange can be provided as shown in Fig.2. Conversely, an intermediate heat transfer circuit 30 with respective first and second heat exchangers 7, 7A can also be used in the embodiment of Fig.2.
[0086] Secondo la forma di realizzazione della Fig.3, una batteria di accumulo 32 può essere accoppiata elettricamente alla rete di distribuzione di potenza elettrica 28, cosicché energia elettrica generata dalla macchina elettrica 22, quando funziona in modo generatore, può essere usata per ricaricare la batteria di accumulo 32. Viceversa, energia elettrica immagazzinata nella batteria di accumulo 32 può essere usata per alimentare la macchina elettrica 22, quando quest'ultima funziona nel modo motore, ad esempio se dal turboespantore 9 non è disponibile potenza o se è disponibile potenza insufficiente. According to the embodiment of Fig.3, a storage battery 32 can be electrically coupled to the electrical power distribution network 28, so that electrical energy generated by the electrical machine 22, when operating in generator mode, can be used for recharge the storage battery 32. Conversely, electrical energy stored in the storage battery 32 can be used to power the electric machine 22, when the latter operates in engine mode, for example if no power is available from the turboexpander 9 or if power is available insufficient power.
[0087] La rete di distribuzione di potenza elettrica 28 può essere elettricamente accoppiata ad un’ulteriore macchina elettrica 34, che può essere combinata al motore 2, ad esempio per fornire un sistema di propulsione ibrido del veicolo. Potenza meccanica generata dalla macchina elettrica 34 e potenza meccanica generata dalla sorgente di calore 2 possono essere combinate attraverso una scatola di ingranaggi 36. Un albero di uscita 38 accoppia meccanicamente la scatola di ingranaggi 36 alle ruote o altri mezzi di propulsione del veicolo, quale una elica di un natante o di un veicolo aereo, o le ruote di una automobile, di un bus o di un camion. [0087] The electrical power distribution network 28 can be electrically coupled to a further electric machine 34, which can be combined with the engine 2, for example to provide a hybrid vehicle propulsion system. Mechanical power generated by the electric machine 34 and mechanical power generated by the heat source 2 can be combined through a gearbox 36. An output shaft 38 mechanically couples the gearbox 36 to the wheels or other means of propulsion of the vehicle, such as a propeller of a boat or air vehicle, or the wheels of a car, bus or truck.
[0088] Il sistema di propulsione ibrido mostrato in Fig.3 può essere previsto anche nella forma di realizzazione della Fig.2. [0088] The hybrid propulsion system shown in Fig.3 can also be provided in the embodiment of Fig.2.
[0089] In alcune forme di realizzazione, l'innesto 24 può essere disinserito per intervalli di tempo controllati mentre il circuito di refrigerazione è funzionante, se richiesto. Ad esempio, in caso di veicoli ibridi la potenza richiesta sull'albero di uscita 38 può aumentare improvvisamente per brevi periodi di tempo. Questo può accadere, ad esempio in automobili ibride o altri veicoli terrestri ibridi. La batteria 32 può non essere atta a fornire sufficiente energia elettrica, o può essere danneggiata da improvvisi picchi di corrente. Per prevenire danni alla batteria e/o per aumentare la potenza elettrica disponibile per il motore elettrico 34, l'innesto 24 può essere temporaneamente disinserito, cosicché potenza meccanica generata dal turboespantore 9 è resa temporaneamente disponibile per il motore elettrico 34. In some embodiments, clutch 24 can be disengaged for controlled time intervals while the refrigeration circuit is running, if required. For example, in the case of hybrid vehicles the power required on the output shaft 38 can suddenly increase for short periods of time. This can happen, for example in hybrid cars or other hybrid land vehicles. Battery 32 may not be capable of supplying sufficient electrical power, or may be damaged by sudden current surges. To prevent damage to the battery and / or to increase the electric power available for the electric motor 34, the clutch 24 can be temporarily disconnected, so that mechanical power generated by the turboexpander 9 is temporarily made available for the electric motor 34.
[0090] Potenza meccanica generata dalla conversione di cascame termico attraverso il turboespantore 9 può essere usata per azionare il compressore 17 del ciclo di refrigerazione 5. Tuttavia, se la potenza meccanica generata dal turboespantore 9 supera la potenza richiesta per azionare il compressore 17, l'eccesso di potenza meccanica può essere usata per la propulsione del veicolo e/o può essere immagazzinata per un uso successivo, ad esempio se in alcune condizioni operative la potenza meccanica al turboespantore diviene insufficiente per azionare il compressore 17. Mechanical power generated by the conversion of waste heat through the turboexpander 9 can be used to drive the compressor 17 of the refrigeration cycle 5. However, if the mechanical power generated by the turboexpander 9 exceeds the power required to drive the compressor 17, the Excess mechanical power can be used for propulsion of the vehicle and / or can be stored for later use, for example if in some operating conditions the mechanical power to the turboexpander becomes insufficient to drive the compressor 17.
[0091] Secondo un ulteriore aspetto della presente descrizione, la disposizione termodinamica può essere usata per raffreddare un'area raffreddata (quale un compartimento con aria condizionata, refrigerato o congelato) per la conservazione di beni deperibili, in particolare ad esempio (ma non esclusivamente) alimenti, usando sorgenti di calore differenti rispetto ad un motore di propulsione di un veicolo. According to a further aspect of the present description, the thermodynamic arrangement can be used to cool a cooled area (such as an air-conditioned, refrigerated or frozen compartment) for the storage of perishable goods, in particular for example (but not exclusively ) foods, using different heat sources than a vehicle propulsion engine.
[0092] La Fig.4 illustra una forma di realizzazione di una disposizione termodinamica comprendente un sistema termodinamico combinato 1 in rapporto di scambio termico con una generica sorgente di calore 12, ad esempio un impianto solare, come un impianto solare a concentrazione. Gli stessi numeri di riferimento usati nelle Figg.2 e 3 sono usati in Fig.4 per indicare parti o elementi uguali o equivalenti, che non verranno nuovamente descritti. [0092] Fig.4 illustrates an embodiment of a thermodynamic arrangement comprising a combined thermodynamic system 1 in heat exchange ratio with a generic heat source 12, for example a solar plant, such as a concentrating solar plant. The same reference numbers used in Figs.2 and 3 are used in Fig.4 to indicate identical or equivalent parts or elements, which will not be described again.
[0093] Un impianto di potenza solare a concentrazione può ad esempio fornire calore a una temperatura sufficientemente alta per far funzionare un sistema termodinamico combinato utilizzante un fluido organico. Calore Q1 può essere estratto dalla sorgente 12 direttamente dal fluido di lavoro condiviso che circola nel circuito di generazione di potenza 3, o attraverso un circuito intermedio di trasferimento di calore, nuovamente indicato con 30. A concentrating solar power plant can for example provide heat at a sufficiently high temperature to operate a combined thermodynamic system using an organic fluid. Heat Q1 can be extracted from the source 12 directly from the shared working fluid circulating in the power generation circuit 3, or through an intermediate heat transfer circuit, again indicated with 30.
[0094] Nella forma di realizzazione della Fig.4, calore Q3 è rimosso per mezzo di un secondo scambiatore di calore 19 da una o più aree raffreddate (105 o 106). Nel senso qui inteso, un'area raffreddata può comprendere uno o più di: un refrigeratore, un congelatore, o entrambi, o altri impianti simili per la conservazione di beni deperibili. Un generatore di emergenza 40, ad esempio un generatore diesel, può essere previsto per generare energia elettrica se dalla sorgente di calore fosse disponibile calore insufficiente. Potenza elettrica generata dal generatore di emergenza 40 può essere usata per azionare la macchina elettrica 22 e quindi il compressore 17 del circuito di refrigerazione 5. In the embodiment of Fig.4, heat Q3 is removed by means of a second heat exchanger 19 from one or more cooled areas (105 or 106). In the sense herein understood, a cooled area may comprise one or more of: a refrigerator, a freezer, or both, or other similar installations for the storage of perishable goods. An emergency generator 40, for example a diesel generator, can be provided to generate electrical power if insufficient heat is available from the heat source. Electric power generated by the emergency generator 40 can be used to drive the electric machine 22 and therefore the compressor 17 of the refrigeration circuit 5.
[0095] Un innesto 25 può essere disposto lungo la linea d'albero, che accoppia meccanicamente il compressore 17, la macchina elettrica 22 e l'espantore 9. L'innesto può selettivamente collegare la macchina elettrica 22 e il compressore 17 all'espantore 9, o scollegare quest'ultimo dalla macchina elettrica 22 e dal compressore 17. In questo modo, se l'espantore non è in funzione, ad esempio se dalla sorgente di calore 12 è disponibile calore insufficiente, l'espantore 9 può essere disinserito e il compressore 17 può essere azionato dalla macchina elettrica 22, alimentata da potenza elettrica proveniente dalla rete di distribuzione di potenza elettrica 28. A clutch 25 can be arranged along the shaft line, which mechanically couples the compressor 17, the electric machine 22 and the expander 9. The clutch can selectively connect the electric machine 22 and the compressor 17 to the expander 9, or disconnect the latter from the electric machine 22 and from the compressor 17. In this way, if the expander is not in operation, for example if insufficient heat is available from the heat source 12, the expander 9 can be disconnected and the compressor 17 can be operated by the electric machine 22, fed by electric power coming from the electric power distribution network 28.
[0096] In alcune forme di realizzazione, un ulteriore innesto 24 può essere disposto lungo la linea d'albero fra il compressore 17 e la macchina elettrica 22. Questo consente di scollegare la macchina elettrica 22 dal compressore 17. In alcuni condizioni operative questo può essere vantaggioso, ad esempio se non è richiesto il raffreddamento ed eventuale potenza meccanica disponibile generata dal circuito di generazione di potenza meccanica può essere usata per generare potenza elettrica utile tramite la macchina elettrica 22. In some embodiments, a further clutch 24 can be arranged along the shaft line between the compressor 17 and the electrical machine 22. This allows the electrical machine 22 to be disconnected from the compressor 17. In some operating conditions this can be advantageous, for example if cooling is not required and any available mechanical power generated by the mechanical power generation circuit can be used to generate useful electrical power through the electrical machine 22.
[0097] Mentre in Fig.4 sono mostrati in combinazione entrambi gli innesti 24 e 25, in altre forme di realizzazione può essere previsto soltanto l'innesto 24 o soltanto l'innesto 25. While in Fig.4 both the couplings 24 and 25 are shown in combination, in other embodiments only the graft 24 or only the graft 25 may be provided.
[0098] La macchina elettrica 22 e le turbomacchine 9 e17 possono essere alloggiate in una o più casse, come sopra descritto in relazione alle Figg.2 e 3. [0098] The electric machine 22 and the turbomachinery 9 and 17 can be housed in one or more boxes, as described above in relation to Figs.2 and 3.
[0099] In alcune forme di realizzazione, un sistema di controllo 120 (vedasi Fig.2) può essere previsto per controllare la temperatura in uno o più di un sistema di condizionamento dell'aria 104, un'area raffreddata 105, 106, o entrambi. Sensori di temperatura 122 possono rilevare uno o più valori di temperatura nel sistema di condizionamento dell'aria o nella o nelle aree raffreddate e fornire un segnale di controllo per controllare il circuito di refrigerazione 5. Può essere, inoltre, prevista un'interfaccia utente 124 per introdurre valori di temperatura per uno o più dei detti sistema di condizionamento dell'aria o aree raffreddate. In some embodiments, a control system 120 (see Fig.2) may be provided for controlling the temperature in one or more of an air conditioning system 104, a cooled area 105, 106, or both of them. Temperature sensors 122 can detect one or more temperature values in the air conditioning system or in the cooled area (s) and provide a control signal to control the refrigeration circuit 5. A user interface 124 may also be provided. for introducing temperature values for one or more of said air conditioning systems or cooled areas.
[0100] La Fig.5 illustra un diagramma di flusso che riassume metodi di funzionamento della disposizione termodinamica, o di un veicolo comprendente una disposizione termodinamica secondo la presente descrizione. [0100] Fig.5 illustrates a flow chart summarizing methods of operation of the thermodynamic arrangement, or of a vehicle comprising a thermodynamic arrangement according to the present description.
[0101] Come sopra menzionato, una disposizione termodinamica secondo la presente descrizione può essere installata su veicoli esistenti per scopi di retrofitting. La Fig.6 illustra un diagramma di flusso che riassume un metodo per installare una disposizione termodinamica su un veicolo nuovo o esistente. Un primo scambiatore di calore 7 del circuito generatore di potenza 3 del sistema termodinamico combinato 1 è accoppiato alla sorgente di calore del veicolo, ad esempio il suo motore termico. Il secondo scambiatore di calore 19 del circuito di refrigerazione 5 è accoppiato ad almeno un'area raffreddata, che può comprendere un area con aria condizionata, del veicolo. L'accoppiamento è tale che un primo e un secondo flusso FP e FR di un fluido di lavoro condiviso circolanti nel circuito di generazione di potenza 3 e nel circuito di refrigerazione 5 possono convertire calore dalla sorgente di calore in potenza meccanica e la potenza meccanica è usata per far funzionare il circuito di refrigerazione ed estrarre potenza dall'area raffreddata. La disposizione termodinamica comprende anche la sopramenzionata macchina elettrica 22, avente lo scopo di fornire un bilanciamento di potenza fra i due circuiti, cosicché potenza meccanica addizionale è generata dalla macchina elettrica per far funzionare il circuito di refrigerazione se il circuito di generazione di potenza genera potenza insufficiente o non la genera. Viceversa, potenza elettrica utile viene generata usando potenza meccanica dal circuito di generazione di potenza, se quest'ultimo produce più potenza meccanica di quella necessaria per il circuito di refrigerazione 5. [0101] As mentioned above, a thermodynamic arrangement according to the present description can be installed on existing vehicles for retrofitting purposes. Fig.6 illustrates a flow chart summarizing a method for installing a thermodynamic arrangement on a new or existing vehicle. A first heat exchanger 7 of the power generating circuit 3 of the combined thermodynamic system 1 is coupled to the heat source of the vehicle, for example its heat engine. The second heat exchanger 19 of the refrigeration circuit 5 is coupled to at least a cooled area, which may include an air-conditioned area, of the vehicle. The coupling is such that first and second flows FP and FR of a shared working fluid circulating in the power generation circuit 3 and in the refrigeration circuit 5 can convert heat from the heat source into mechanical power and the mechanical power is used to run the refrigeration circuit and extract power from the cooled area. The thermodynamic arrangement also includes the aforementioned electric machine 22, having the purpose of providing a power balance between the two circuits, so that additional mechanical power is generated by the electric machine to operate the refrigeration circuit if the power generation circuit generates power. insufficient or does not generate it. Conversely, useful electrical power is generated using mechanical power from the power generation circuit, if the latter produces more mechanical power than is needed for the refrigeration circuit 5.
[0102] Mentre l'invenzione è stata descritta in termini di varie specifiche forme realizzative, sarà chiaro agli esperti del ramo che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire dallo spirito e dall'ambito delle rivendicazioni. Inoltre, se non diversamente indicato, l’ordine o sequenza di qualunque fase di processo o metodo può essere variata o ri-arrangiata secondo forme di realizzazione alternative. While the invention has been described in terms of various specific embodiments, it will be clear to those skilled in the art that many modifications, changes and omissions are possible without departing from the spirit and scope of the claims. Furthermore, unless otherwise indicated, the order or sequence of any process or method step can be varied or rearranged according to alternative embodiments.
Claims (25)
Priority Applications (1)
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IT102018000005082A IT201800005082A1 (en) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | A new thermodynamic arrangement having combined power generation and refrigeration circuits with a shared heat sink and a shared working fluid |
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IT102018000005082A IT201800005082A1 (en) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | A new thermodynamic arrangement having combined power generation and refrigeration circuits with a shared heat sink and a shared working fluid |
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---|---|---|---|---|
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2018
- 2018-05-04 IT IT102018000005082A patent/IT201800005082A1/en unknown
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