IT201900012399A1

IT201900012399A1 - MECHANICAL ENERGY GENERATOR ACTIVATED BY GAS PRODUCED BY AN INTERNAL COMBUSTION GROUP

Info

Publication number: IT201900012399A1
Application number: IT102019000012399A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Corsani
Original assignee: Giovanni Corsani
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2019-10-19

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

TITOLO GENERATORE DI ENERGIA MECCANICA AZIONATO DAI GAS PRODOTTI DA UN GRUPPO A COMBUSTIONE INTERNA TITLE MECHANICAL ENERGY GENERATOR ACTIVATED BY GAS PRODUCED BY AN INTERNAL COMBUSTION GROUP

CAMPO TECNICO TECHNICAL FIELD

La presente invenzione appartiene al settore dei motori per la generazione di energia meccanica a partire da combustibili di vario genere e natura. The present invention belongs to the sector of motors for the generation of mechanical energy starting from fuels of various kinds and nature.

In particolare appartiene al settore dei motori che combinano un gruppo a combustione interna, quale un motore alternativo a pistoni alimentato con un compressore azionato dal suo stesso albero motore, con una turbina azionata da gas di varia natura, le cui condizioni di pressione e/o temperatura vengono innalzate grazie all’azione del gruppo a combustione, che trasforma l’energia chimica del combustibile in energia meccanica e termica. In particular, it belongs to the sector of engines that combine an internal combustion unit, such as a reciprocating piston engine powered by a compressor driven by its own crankshaft, with a turbine driven by various types of gas, whose pressure and / or temperature are raised thanks to the action of the combustion unit, which transforms the chemical energy of the fuel into mechanical and thermal energy.

Più in dettaglio l’invenzione appartiene al settore dei gruppi motore per autotrazione e, più in generale, per l’impiego su veicoli terresti o marini. More in detail, the invention belongs to the sector of motor units for motor vehicles and, more generally, for use on land or marine vehicles.

STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE

Nei moderni sistemi di propulsione per veicoli la gestione e l’uso razionale dell’energia sono basilari per ottenere dispositivi leggeri ed economici ed è interesse comune trovare nuove soluzioni che consentano di sviluppare la stessa potenza meccanica utilizzando minori quantità di energia primaria, con soluzioni tecnologiche volte a risparmiare energia. Risparmio energetico non significa necessariamente minor consumo di energia, ma anche minor spreco, cioè maggiore efficienza nelle trasformazioni e nei recuperi tra le diverse forme di energia. In modern vehicle propulsion systems, the management and rational use of energy are fundamental to obtain light and economical devices and it is of common interest to find new solutions that allow the same mechanical power to be developed using less primary energy, with technological solutions. aimed at saving energy. Energy saving does not necessarily mean less energy consumption, but also less waste, that is, greater efficiency in transformations and recoveries between the different forms of energy.

La turboespansione, tecnologia innovativa, recupera quella parte di energia che normalmente viene dissipata nei sistemi tradizionali, il turboespansore è una macchina che recupera l’energia potenziale e cinetica dissipata dal fenomeno della riduzione di pressione del gas. Tale energia può essere recuperata facendo espandere il suddetto gas in una turbina capace di generare potenza meccanica, preferibilmente del tipo ad entrata radiale ed uscita assiale, ma anche in turbomacchine di altro tipo, quale ad esempio un motore pneumatico. L’impatto ambientale è minimizzato, dato che non è richiesto un consumo di combustibili pregiati per la produzione di elevate temperature. The turboexpansion, an innovative technology, recovers that part of energy that is normally dissipated in traditional systems. The turboexpander is a machine that recovers the potential and kinetic energy dissipated by the phenomenon of gas pressure reduction. This energy can be recovered by expanding the aforesaid gas in a turbine capable of generating mechanical power, preferably of the type with radial inlet and axial outlet, but also in turbomachinery of other types, such as for example a pneumatic motor. The environmental impact is minimized, since the consumption of high-quality fuels is not required for the production of high temperatures.

Nel presente testo brevettuale con il termine turbomacchina viene inteso in senso ampio un qualunque motore capace di rendere disponibile al proprio albero, sotto forma di energia meccanica, l’energia termodinamica posseduta da un fluido in movimento, quale, ad esempio, un motore pneumatico a turbina. In the present patent text the term turbomachine is understood in a broad sense any motor capable of making available to its shaft, in the form of mechanical energy, the thermodynamic energy possessed by a moving fluid, such as, for example, a pneumatic motor with turbine.

È noto che per estrarre da un gas ad alta pressione tutta la sua energia occorre eseguire un'espansione del gas a temperatura costante, ma il fluido gassoso si raffredda durante l'espansione e quindi occorre prelevare calore dall'ambiente per fare rimanere costante la temperatura ed evitare abbassamenti eccessivi, che potrebbero portare alla formazioni di ghiaccio. It is known that to extract all its energy from a high pressure gas it is necessary to perform an expansion of the gas at a constant temperature, but the gaseous fluid cools during the expansion and therefore it is necessary to take heat from the environment to keep the temperature constant. and avoid excessive lowering, which could lead to ice formation.

SCOPI E SOMMARIO DELL’INVENZIONE AIMS AND SUMMARY OF THE INVENTION

Un primo scopo della presente invenzione è dunque quello di fornire un gruppo propulsore che sia in grado produrre energia meccanica per mezzo di un motore endotermico, tipicamente a ciclo otto o diesel ma anche Wankel o di altro tipo e di una turbomacchina azionata dai gas di scarico del motore e dal vapor d’acqua generato dal calore in eccesso sottratto al motore stesso. A first object of the present invention is therefore to provide a powertrain that is capable of producing mechanical energy by means of an internal combustion engine, typically eight cycle or diesel but also Wankel or other type, and of a turbomachine driven by the exhaust gases. of the engine and from the water vapor generated by the excess heat taken from the engine itself.

Ancora uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un gruppo propulsore con una elevata resa termica, sfruttando l’energia chimica del combustibile lungo un arco di temperature molto più ampio di quello dei sistemi noti. Si precisa che il combustibile può essere fossile o meno. Scopo non meno importante della presente invenzione è quello di fornire un gruppo propulsore rispettoso dell’ambiente e con un basso livello di inquinamento. Another object of the present invention is to provide a powertrain with a high thermal yield, exploiting the chemical energy of the fuel over a much wider range of temperatures than that of known systems. It should be noted that the fuel can be fossil or not. No less important purpose of the present invention is to provide an environmentally friendly propulsion unit with a low level of pollution.

Questi ed altri scopi, che verranno chiari all’esperto del settore dalla lettura del testo che segue, sono raggiunti con un dispositivo che, in una delle sue possibili forme realizzative, comprende un gruppo termico, tipicamente ma non esclusivamente un motore endotermico alternativo, preferibilmente a due tempi, che aziona un compressore tramite il quale lo stesso motore viene alimentato di aria comburente a pressione superiore a quella atmosferica, il motore e il compressore comprendono un sistema di raffreddamento con un fluido, quale ad esempio acqua o olio diatermico. Il gruppo termico può produrre o meno energia meccanica, ma comunque trasferisce almeno parte dell’energia della combustione al fluido di raffreddamento e ai suoi gas di scarico; questi ultimi vengono raccolti in un miscelatore di alta temperatura dove si miscelano con del vapor d’acqua ottenuto grazie al calore che il fluido di raffreddamento ha sottratto al gruppo termico; la miscela calda di gas di scarico e vapor d’acqua viene poi usata per produrre energia meccanica, facendola espandere tramite un turboespansore o un motore pneumatico. These and other purposes, which will become clear to those skilled in the art from reading the following text, are achieved with a device which, in one of its possible embodiments, comprises a thermal unit, typically but not exclusively an alternative internal combustion engine, preferably two-stroke, which drives a compressor through which the same engine is supplied with combustion air at a pressure higher than the atmospheric one, the engine and the compressor comprise a cooling system with a fluid, such as water or diathermic oil. The thermal unit may or may not produce mechanical energy, but still transfers at least part of the combustion energy to the cooling fluid and its exhaust gases; the latter are collected in a high temperature mixer where they are mixed with water vapor obtained thanks to the heat that the cooling fluid has removed from the thermal group; the hot mixture of exhaust gas and water vapor is then used to produce mechanical energy, making it expand through a turboexpander or a pneumatic motor.

Il vapor d’acqua può essere prodotto direttamente dal gruppo termico, nel caso in cui esso sia raffreddato ad acqua, oppure tramite uno scambiatore di calore, quest’ultimo è necessario nel caso in cui il fluido usato per il raffreddamento non sia acqua, ma sia, ad esempio, olio diatermico. Si precisa che nel presente testo brevettuale con il termine acqua si intende qualunque fluido in grado di assorbire calore durante la vaporizzazione, anche opportunamente additivato. The water vapor can be produced directly by the thermal unit, if it is water-cooled, or by means of a heat exchanger, the latter is necessary if the fluid used for cooling is not water, but is, for example, diathermic oil. It should be noted that in the present patent text the term water means any fluid capable of absorbing heat during vaporization, even with suitably added additives.

In altre parole, l’acqua o il fluido refrigerante hanno lo scopo di sottrarre il calore in eccesso che altrimenti andrebbe dissipato in atmosfera, creando invece del vapore acqueo da sfruttare nella turbomacchina. In other words, the water or the coolant have the purpose of removing excess heat that would otherwise be dissipated into the atmosphere, creating instead of the water vapor to be exploited in the turbomachine.

Il vantaggio nasce dal fatto che la temperatura raggiunta dai gas durante una combustione con aria comburente pressurizzata è dell’ordine dei 2400 °C e detta temperatura diminuisce progressivamente fino a circa 200 °C in uscita dalla turbomacchina, questo senza che il calore debba essere disperso con sistemi di smaltimento del calore quali alette radianti, camicie raffreddate ad acqua o simili; anzi ulteriori vantaggi sono ritraibili coibentando completamente il motore, per ridurre il più possibile le dispersioni di calore. The advantage arises from the fact that the temperature reached by the gases during combustion with pressurized combustion air is of the order of 2400 ° C and said temperature progressively decreases up to about 200 ° C at the outlet of the turbomachine, this without the heat having to be dispersed. with heat dissipation systems such as radiant fins, water-cooled jackets or the like; on the contrary, further advantages can be retracted by completely insulating the motor, to reduce heat dispersion as much as possible.

Anche il calore residuo dei gas in uscita dalla turbomacchina può essere usato per preriscaldare l’acqua o il fluido refrigerando e aumentare così la produzione di vapore acqueo. Even the residual heat of the gases leaving the turbomachine can be used to preheat the water or the fluid by refrigerating and thus increase the production of water vapor.

Un ulteriore vantaggio è insito nel fatto che l’energia passa dal motore alla turbomacchina con il flusso di gas caldi e dunque senza la necessità di trasmissioni di tipo meccanico. A further advantage is inherent in the fact that the energy passes from the engine to the turbomachinery with the flow of hot gases and therefore without the need for mechanical transmissions.

Si precisa inoltre che, nel presente testo brevettuale, col termine acqua fredda si intende acqua a temperatura ambiente o comunque a temperatura inferiore alla temperatura del gruppo termico. It is also specified that, in the present patent text, the term cold water means water at room temperature or in any case at a temperature lower than the temperature of the thermal group.

Secondo una forma realizzativa particolarmente efficace il motore può essere realizzato con una configurazione comprendente uno statore cilindrico che accoglie al proprio interno un rotore, anch’esso cilindrico, dalla superficie laterale esterna di quest’ultimo sporgono scorrevolmente delle palette le cui estremità distali, sotto l’azione di mezzi elastici di contrasto, toccano la superficie laterale interna dello statore lungo la quale strisciano. According to a particularly effective embodiment, the motor can be made with a configuration comprising a cylindrical stator which houses inside a rotor, also cylindrical, from the external lateral surface of the latter, vanes protrude slidingly, the distal ends of which, under the action of elastic contrast means, touch the internal lateral surface of the stator along which they slide.

Il rotore rototrasla rispetto allo statore perché il centro del rotore si muove lungo una circonferenza coassiale con l’asse dello statore; le luci di immissione e di scarico dei gas si trovano sulle pareti di base dello statore e vengono aperte e chiuse dalle pareti di base del rotore durante il moto rototraslativo di quest’ultimo. The rotor rotates with respect to the stator because the center of the rotor moves along a circumference coaxial with the axis of the stator; the gas inlet and outlet ports are located on the base walls of the stator and are opened and closed by the base walls of the rotor during the rototranslative motion of the latter.

Preferibilmente il ciclo del motore è a due tempi, sia otto che diesel; a seconda delle forma realizzativa prescelta lungo la superficie laterale interna dello statore possono trovarsi dei dispositivi a scintilla per l’accensione della miscela e/o degli iniettori. The engine cycle is preferably two-stroke, both eight and diesel; depending on the embodiment selected, along the internal lateral surface of the stator, there may be spark devices for igniting the mixture and / or the injectors.

Il numero di palette e di altri dispositivi può variare in funzione della soluzione costruttiva adottata. The number of vanes and other devices can vary according to the constructive solution adopted.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME DI ATTUAZIONE DELL’INVENZIONE Con riferimento alla tavole grafiche allegate si espone che la soluzione innovativa oggetto della presente domanda di brevetto prevede di sfruttare i gas di scarico (E) di un gruppo termico, miscelati con il vapore d’acqua generato grazie al calore in eccesso fornito dalla combustione, per alimentare una turbomacchina (4) destinata a produrre energia meccanica. DETAILED DESCRIPTION OF THE FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION With reference to the attached graphic tables it is stated that the innovative solution object of the present patent application foresees to exploit the exhaust gases (E) of a thermal group, mixed with the generated water vapor thanks to the excess heat supplied by combustion, to power a turbomachine (4) destined to produce mechanical energy.

La produzione di energia meccanica effettuata dalla turbomacchina può essere integrata o meno dalla produzione di energia meccanica effettuata dal gruppo termico. The production of mechanical energy carried out by the turbomachine can be integrated or not by the production of mechanical energy carried out by the thermal unit.

Per ridurre le perdite di energia insite nei sistemi di raffreddamento a dissipazione o ad asportazione del calore, tutto il gruppo termico è finalizzato a sfruttare l’energia termica in eccesso per la produzione di vapor d’acqua. To reduce the energy losses inherent in dissipation or heat removal cooling systems, the entire thermal unit is designed to exploit the excess thermal energy for the production of water vapor.

Nella sua forma realizzativa più semplice e funzionale, tale gruppo termico è costituito da un motore (2) a combustione interna, alimentato con un combustibile (C) e con aria comburente (A). In its simplest and most functional embodiment, this thermal unit consists of an internal combustion engine (2), fed with a fuel (C) and with combustion air (A).

Il motore (2) endotermico comprende un sistema di raffreddamento (15) in cui un fluido refrigerante (F) asporta calore che cede all’interno di uno scambiatore di bassa temperatura (10), vantaggiosamente ma non obbligatoriamente il fluido refrigerante (F) è acqua, ma potrebbe essere anche olio diatermico o un altro fluido ancora. The endothermic engine (2) comprises a cooling system (15) in which a cooling fluid (F) removes heat which it releases inside a low temperature exchanger (10), advantageously but not necessarily the cooling fluid (F) is water, but it could also be diathermic oil or another fluid.

Tramite un condotto (22) il fluido refrigerante (F) esce raffreddato dallo scambiatore (10) per tornare a raffreddare il motore (2). Through a duct (22) the coolant (F) comes out cooled from the exchanger (10) to return to cool the motor (2).

Versioni dell’invenzione particolarmente complete possono prevedere che il motore (2) comprenda un eventuale dispositivo di sovralimentazione (1), quale ad esempio un compressore, e anche un eventuale scambiatore intermedio di raffreddamento (5); tuttavia il fluido di raffreddamento di questi altri eventuali dispositivi viene comunque convogliato nello scambiatore (10) tramite un collettore di raccolta che nelle tavole grafiche è schematizzato con la tubazione (7); allo stesso modo dal condotto di mandata (22) si dipartono le diverse ramificazioni che forniscono il fluido di raffreddamento al motore (2), all’eventuale compressore (1) e all’eventuale scambiatore intermedio (5). In una prima basica forma realizzativa, rappresentata in Fig. 1, il fluido di raffreddamento (F), dopo aver asportato il calore dal motore (2) e, se presenti, dagli altri dispositivi quali il compressore (1) e lo scambiatore intermedio (5), viene introdotto in un miscelatore di alta temperatura (3) dove si mischia con i gas di scarico (E) provenienti dal motore (2); questi ultimi provocano la vaporizzazione del fluido di raffreddamento (F) e si miscelano con esso. Particularly complete versions of the invention may provide that the engine (2) includes a possible supercharging device (1), such as a compressor, and also a possible intermediate cooling exchanger (5); however the cooling fluid of these other eventual devices is in any case conveyed into the exchanger (10) by means of a collection manifold which in the graphic tables is schematized with the pipe (7); in the same way, from the delivery duct (22) the different branches branch off, supplying the cooling fluid to the engine (2), to any compressor (1) and to any intermediate exchanger (5). In a first basic embodiment, represented in Fig. 1, the cooling fluid (F), after having removed the heat from the motor (2) and, if present, from the other devices such as the compressor (1) and the intermediate exchanger ( 5), is introduced into a high temperature mixer (3) where it mixes with the exhaust gases (E) coming from the engine (2); the latter cause vaporization of the cooling fluid (F) and mix with it.

Si precisa che durante il raffreddamento del gruppo termico il fluido di raffreddamento (F) può iniziare a vaporizzare. Uscendo dal miscelatore di alta temperatura (3) la miscela gassosa formata dai gas di scarico (E) del motore (2) e dal fluido di raffreddamento (F) vaporizzato, alimenta una turbomacchina (4) all’interno della quale la miscela gassosa si espande, i gas di scarico (M) si scaricano poi all’interno di uno scambiatore di media temperature (6) dove cede il suo calore residuo preriscaldando il fluido di raffreddamento (F). It should be noted that during the cooling of the thermal unit the cooling fluid (F) can begin to vaporize. Leaving the high temperature mixer (3) the gaseous mixture formed by the exhaust gases (E) of the engine (2) and the vaporized cooling fluid (F), feeds a turbomachine (4) inside which the gaseous mixture is expands, the exhaust gases (M) are then discharged inside a medium temperature exchanger (6) where it transfers its residual heat by preheating the cooling fluid (F).

Una forma realizzativa più completa, rappresentata in Fig. 2, comprende uno scambiatore di bassa temperatura (10), all’interno del quale il fluido refrigerante (F) riscaldato cede il proprio calore a dell’acqua, che passa poi nello scambiatore di media temperatura (6) in cui viene ulteriormente riscaldata dai gas di scarico (M) della turbomacchina (4). A more complete embodiment, represented in Fig. 2, comprises a low temperature exchanger (10), inside which the heated cooling fluid (F) transfers its heat to the water, which then passes into the medium exchanger. temperature (6) at which it is further heated by the exhaust gases (M) of the turbomachinery (4).

All’interno dello scambiatore di media temperatura (6) l’acqua preriscaldata nello scambiatore di bassa temperatura (10) aumenta la propria temperatura oltre i 100 °C ed inizia ad evaporare; uscendo dallo scambiatore di media temperatura (6) la miscela di acqua e vapor d’acqua viene trasferita all’interno del miscelatore di alta temperatura (3) dove vengono convogliati anche i gas esausti (E) prodotti dal motore (2). Inside the medium temperature exchanger (6) the water preheated in the low temperature exchanger (10) increases its temperature above 100 ° C and begins to evaporate; exiting the medium temperature exchanger (6) the mixture of water and water vapor is transferred inside the high temperature mixer (3) where the exhaust gases (E) produced by the engine (2) are also conveyed.

All’interno del miscelatore di alta temperatura (3) i gas di scarico (E) provenienti dal motore (2) si miscelano con l’acqua e il vapore in uscita dallo scambiatore di media temperatura (6), formando una miscela gassosa ad alta temperatura che si espande azionando la turbomacchina (4); quest’ultima produce energia meccanica. Inside the high temperature mixer (3) the exhaust gases (E) coming from the engine (2) mix with the water and the steam leaving the medium temperature exchanger (6), forming a high gaseous mixture. temperature that expands by operating the turbomachine (4); the latter produces mechanical energy.

La miscela (M) di gas esausti e vapore d’acqua, espulsa dalla turbomacchina (4), viene convogliata nello scambiatore di calore di media temperatura (6), alimentato con acqua precedentemente preriscaldata all’interno dello scambiatore di calore di bassa temperatura (10). The mixture (M) of exhaust gas and water vapor, expelled from the turbomachinery (4), is conveyed to the medium temperature heat exchanger (6), fed with water previously preheated inside the low temperature heat exchanger ( 10).

Secondo una forma realizzativa particolarmente completa lo scambiatore di calore di media temperatura (6), normalmente alimentato da una fonte di alimentazione d’acqua esterna, può essere vantaggiosamente collegato a un sistema di filtraggio (9), quest’ultimo raccoglie e purifica l’acqua ottenuta per condensazione dal raffreddamento della miscela (M) di gas esausti e vapore espulsa dalla turbomacchina (4). According to a particularly complete embodiment, the medium temperature heat exchanger (6), normally fed by an external water supply source, can be advantageously connected to a filtering system (9), the latter collects and purifies the water obtained by condensation from the cooling of the mixture (M) of exhaust gas and steam expelled from the turbomachinery (4).

Nel caso in cui il fluido refrigerante (F) sia acqua, il miscelatore di alta temperatura (3) può vantaggiosamente essere connesso a una fonte di alimentazione d’acqua, di modo che, in caso di necessità, sia possibile arricchire, con ulteriore acqua, la miscela di gas di scarico e vapore convogliata dal condotto (7). Ad esempio, nel miscelatore di alta temperatura (3) può essere recapitata l’acqua di condensa espulsa dallo scambiatore di calore (6). If the refrigerant fluid (F) is water, the high temperature mixer (3) can advantageously be connected to a water supply source, so that, if necessary, it is possible to enrich it with further water , the mixture of exhaust gas and steam conveyed by the duct (7). For example, the condensate water expelled from the heat exchanger (6) can be delivered to the high temperature mixer (3).

Come detto, in una versione realizzativa particolarmente efficiente, per massimizzare il rendimento e le prestazioni, il motore (2) viene alimentato con aria comburente (A) pressurizzata da un compressore (1), preferibilmente un compressore rotativo, azionato dall’albero (12) dello stesso motore (2), tramite opportuni sistemi di trasmissione del moto di tipo noto. Assai vantaggiosamente, tale compressore (1) è dotato di un sistema di raffreddamento (14), anch’esso collegato al condotto (22) dal quale riceve acqua fredda. Grazie a tale sistema di raffreddamento (14), parte del calore prodotto dal compressore (1) viene ceduto all’acqua fredda convogliata dal condotto (22), quest’ultima si riscalda e si trasforma almeno parzialmente in vapore, per poi essere immessa nel condotto (7). As mentioned, in a particularly efficient embodiment, to maximize efficiency and performance, the motor (2) is supplied with pressurized combustion air (A) by a compressor (1), preferably a rotary compressor, driven by the shaft (12 ) of the same engine (2), by means of suitable motion transmission systems of a known type. Very advantageously, this compressor (1) is equipped with a cooling system (14), which is also connected to the duct (22) from which it receives cold water. Thanks to this cooling system (14), part of the heat produced by the compressor (1) is transferred to the cold water conveyed by the duct (22), the latter heats up and transforms at least partially into steam, to then be introduced into the duct (7).

Una forma realizzativa particolarmente completa della presente invenzione prevede che, prima di raggiungere il motore (2), l’aria comburente (A) pressurizzata, sia inviata a un scambiatore intermedio di raffreddamento (5), collegato al condotto (22) da cui riceve acqua fredda, e al condotto (7), in cui recapita acqua calda e vapore ottenuti grazie al calore trasferito dall’aria riscaldata in uscita dal compressore (1). A particularly complete embodiment of the present invention provides that, before reaching the engine (2), the pressurized combustion air (A) is sent to an intermediate cooling exchanger (5), connected to the duct (22) from which it receives cold water, and to the duct (7), where it delivers hot water and steam obtained thanks to the heat transferred from the heated air leaving the compressor (1).

Secondo una ulteriore forma realizzativa detto scambiatore di calore (6) è uno scambiatore a due stadi, comprendente un circuito caldo (6a) e un circuito freddo (6b). According to a further embodiment, said heat exchanger (6) is a two-stage exchanger, comprising a hot circuit (6a) and a cold circuit (6b).

Secondo questa soluzione realizzativa il dispositivo oggetto della presente invenzione comprende un miscelatore a tre vie (21) il quale riceve la miscela di acqua e vapore, convogliata dal condotto (7) e ne regola il flusso, convogliandola verso il miscelatore di alta temperatura (3), mediante un condotto (7a), e verso detto circuito caldo (6a) di detto scambiatore di calore (6), mediante un condotto (20). According to this embodiment, the device object of the present invention comprises a three-way mixer (21) which receives the mixture of water and steam, conveyed by the duct (7) and regulates its flow, conveying it towards the high temperature mixer (3 ), by means of a duct (7a), and towards said hot circuit (6a) of said heat exchanger (6), by means of a duct (20).

In tal caso, come rappresentato in Fig. 3, il dispositivo oggetto dell’invenzione può ulteriormente comprendere un miscelatore a cinque vie (18) il quale riceve: l’acqua miscelata al vapore espulsa mediante un condotto (8) da detto circuito caldo (6a) di detto scambiatore di calore (6), l’acqua parzialmente riscaldata espulsa mediante un condotto (19) da detto circuito freddo (6b), ed acqua fredda in ingresso da un condotto di alimentazione (17); detto miscelatore a cinque vie (18) regola tali flussi in ingresso, convogliandoli verso detto condotto (22) e verso detto miscelatore di alta temperatura (3) mediante il condotto (23). In this case, as shown in Fig. 3, the device object of the invention can further comprise a five-way mixer (18) which receives: the water mixed with the steam expelled through a duct (8) from said hot circuit ( 6a) of said heat exchanger (6), the partially heated water expelled through a duct (19) from said cold circuit (6b), and cold water entering from a supply duct (17); said five-way mixer (18) regulates these inlet flows, conveying them towards said duct (22) and towards said high temperature mixer (3) by means of duct (23).

La turbomacchina (4) azionata dalla miscela di gas combusti (E), acqua riscaldata e vapor d’acqua, può essere di vario tipo, ad esempio può essere un motore pneumatico. The turbomachine (4) driven by the mixture of burnt gases (E), heated water and water vapor, can be of various types, for example it can be a pneumatic motor.

Risultati particolarmente interessanti si ottengono usando un motore (2) a combustione interna di tipo particolare, con uno statore all’interno del quale è accolto un rotore cilindrico che rototrasla, poiché l’asse di simmetria del rotore si muove descrivendo una superficie cilindrica, in modo che le diverse direttrici della superficie laterale esterna del rotore sfiorino progressivamente le direttrici della superficie laterale interna dello statore. Particularly interesting results are obtained using an internal combustion engine (2) of a particular type, with a stator inside which a cylindrical rotor is housed which rotates it, since the axis of symmetry of the rotor moves describing a cylindrical surface, in so that the different lines of the external lateral surface of the rotor progressively touch the lines of the internal lateral surface of the stator.

Al rotore sono scorrevolmente accoppiate delle palette che protrudono dalla sua superficie laterale esterna; le palette sono spinte verso l’esterno dall’azione di opportuni mezzi elastici di contrasto, in modo che le loro estremità distali tocchino la superficie laterale interna dello statore; preferibilmente le palette scorrono radialmente. Si precisa che nelle figure il motore (2) è stato schematizzato privo di albero di trasmissione dal momento che la presenza di quest’ultimo dipende dalla specifica configurazione del generatore di energia meccanica oggetto della presente invenzione, senza che questo influenzi il concetto inventivo. The rotor is slidingly coupled with vanes which protrude from its external lateral surface; the vanes are pushed outwards by the action of suitable elastic contrast means, so that their distal ends touch the internal lateral surface of the stator; preferably the vanes slide radially. It should be noted that in the figures the motor (2) has been schematized without a transmission shaft since the presence of the latter depends on the specific configuration of the mechanical energy generator object of the present invention, without this affecting the inventive concept.

Claims

CLAIMS 1. Mechanical energy generator comprising an endothermic engine (2) equipped with a cooling system (15) and fed by a fuel (C) and by combustion air (A), whose exhaust gases (E) feed a turbomachinery ( 4) which produces mechanical energy, expelling a mixture (M) of exhaust gas and steam characterized in that it comprises a medium temperature heat exchanger (6) in which said mixture of exhaust gas and steam (M) preheats water, the latter is then conveyed, through a duct (22), to said cooling system (15) where it absorbs at least a part of the thermal energy produced by combustion inside said engine (2), eventually transforming itself at least partially into steam , and finally it is conveyed through a duct (7) into a high temperature mixer (3), located downstream of said engine (2) and upstream of said turbomachine (4), into which said exhaust gases (E) are introduced and said water mixture heated and steam conveyed through the duct (7), so that a mixture of burnt gases and steam is formed inside said high temperature mixer (3), which drives said turbomachine (4) which joins the engine (2) in the production of mechanical energy.

2. Mechanical energy generator as per claim 1 characterized in that it comprises a low temperature heat exchanger (10) where the duct (7) delivers the cooling fluid (F) leaving the motor (2) to the media exchanger temperature (6) to preheat the incoming water; the cooling fluid (F) then returning to the engine (2) through the duct (22).

3. Mechanical energy generator as per one of the preceding claims, characterized in that it comprises a compressor (1) which feeds said motor (2) with pressurized combustion air (A), said compressor (1) being driven by the shaft (12 ) of the same motor (2) and being equipped with a cooling system (14), also connected to the duct (22) from which it receives partially heated water which then absorbs thermal energy from the compressor (1) and is introduced into the duct ( 7) which delivers it to said high temperature mixer (3).

4. Mechanical energy generator as per claim 3 characterized in that said pressurized combustion air (A) leaving said compressor (1) is conveyed to an intermediate cooling exchanger (5), also connected to the duct (22) from which it receives partially heated water, which absorbs thermal energy from the pressurized combustion air (A) expelled by the compressor (1), transforming itself at least partially into steam, and is subsequently introduced into the duct (7).

5. Mechanical energy generator according to one of the preceding claims, characterized in that said heat exchanger (6) is a two-stage exchanger, comprising a hot circuit (6a) and a cold circuit (6b).

6. Mechanical energy generator as per claim 5 characterized by the fact that it comprises a three-way mixer (21) which receives said water mixed with steam, conveyed by said duct (7) and regulates its flow, conveying it towards said water mixer high temperature (3), by means of a duct (7a), and towards said hot circuit (6a) of said heat exchanger (6), by means of a duct (20).

7. Mechanical energy generator as per claim 5 or 6 characterized in that it comprises a five-way mixer (18) which receives: the water mixed with steam expelled, through a duct (8), from said hot circuit (6a ) of said heat exchanger (6), the partially heated water expelled through a conduit (19) from said cold circuit (6b), and incoming water from a supply conduit (17); said five-way mixer (18) regulates these inlet flows, conveying them towards said duct (22) and towards said high temperature mixer (3) by means of duct (23).

8. Mechanical energy generator as per one of the preceding claims, characterized in that it comprises a filtering system (9) into which the water obtained from the at least partial condensation of said mixture (M) inside said heat exchanger is conveyed. heat (6); said water, after being filtered, is used to feed said heat exchanger (6) or said five-way mixer (18).

9. Mechanical energy generator as per one of the preceding claims, characterized by the fact of using at least partially, instead of water, a different refrigerant fluid (F), so that inside said duct (22) and said duct (7) said refrigerant fluid (F) flows and the water vapor is not produced directly by the thermal unit, but through a second heat exchanger (10), fed with water; said refrigerant fluid (F) is delivered, through the duct (7), to said second heat exchanger (10), where it transfers thermal energy to the incoming water, to then be conveyed into the duct (22); by absorbing heat from the refrigerant fluid (F), said water heats up transforming itself at least partially into steam and is introduced into said heat exchanger (6), where it heats further by absorbing heat from the mixture (M) expelled by the turbomachinery (4), to be then injected into the expander (3).

10. Mechanical energy generator as per one of the preceding claims characterized by the fact that mechanical energy is produced only by said turbomachine (4) while said engine (2) produces only thermal energy.