IT202100004295A1 - VOLUMETRIC DRIVE MACHINE FUEL WITH HYDROGEN AND LIQUID OXYGEN - Google Patents

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IT102021000004295A
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Mario Gaia
Roberto Bini
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Turboden Spa
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Description

MACCHINA MOTRICE VOLUMETRICA ALIMENTATA CON IDROGENO E OSSIGENO LIQUIDO VOLUMETRIC DRIVE MACHINE FUEL WITH HYDROGEN AND LIQUID OXYGEN

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Settore Tecnico dell?Invenzione Technical Sector of the Invention

La presente invenzione ? relativa ad un?innovativa macchina motrice volumetrica che adotta un ciclo termodinamico assimilabile a un ciclo Diesel. La macchina ? preferibilmente alimentata con idrogeno in qualit? di combustibile e con ossigeno liquido in qualit? di comburente, ed utilizzabile, pertanto, per la generazione di energia da una fonte di idrogeno e ossigeno combinati. The present invention ? relating to an innovative volumetric driving machine which adopts a thermodynamic cycle similar to a diesel cycle. The car ? preferably fueled with hydrogen in quality? of fuel and with liquid oxygen in quality? of comburent, and usable, therefore, for the generation of energy from a source of combined hydrogen and oxygen.

In particolare, l?energia prodotta potr? essere utilizzata, a titolo esemplificativo, in sistemi di accumulo di energia elettrica nella fase di restituzione di energia alla rete e/o per la propulsione meccanica di unit? navali, ad esempio navi per il trasporto di idrogeno. In particular, the energy produced may be used, by way of example, in electricity storage systems in the phase of returning energy to the grid and/or for the mechanical propulsion of units? naval vessels, for example ships for the transport of hydrogen.

Vantaggiosamente, l?energia termica prodotta dai gas di combustione potr? essere utilizzata come sorgente termica in impianti per la produzione di ulteriore energia elettrica, ad esempio in impianti a ciclo Rankine organico (ORC). Advantageously, the thermal energy produced by the combustion gases will be able to be used as a thermal source in plants for the production of additional electricity, for example in organic Rankine cycle (ORC) plants.

La macchina volumetrica, secondo la presente invenzione, sar? priva di emissioni nocive allo scarico, sar? dotata di una buona efficienza termodinamica e sar? competitiva dal punto di vista economico rispetto ad altre sorgenti di energia ?pulita? alimentate ad idrogeno, quali gli impianti con celle a combustibile. The volumetric machine, according to the present invention, will be? free of harmful emissions to the exhaust, sar? equipped with a good thermodynamic efficiency and sar? competitive from an economic point of view compared to other sources of ?clean? energy? powered by hydrogen, such as fuel cell systems.

Tecnica Nota Known technique

Com?? noto, idrogeno e ossigeno sono disponibili nei sistemi di accumulo di energia su larga scala, basati sulla produzione di idrogeno da elettrolisi dell?acqua. Questi due prodotti vengono spesso immagazzinati in loco come gas compresso o come gas liquefatto. Lo stoccaggio come liquido ? pi? facile per l'ossigeno, che pu? essere liquefatto a una temperatura pi? alta dell'idrogeno e richiede un volume di stoccaggio inferiore. Il concetto di accumulo di energia con l'idrogeno prevede le fasi di: How?? known, hydrogen and oxygen are available in large-scale energy storage systems, based on the production of hydrogen by electrolysis of water. These two products are often stored on site as compressed gas or as liquefied gas. Storage as liquid ? more easy for oxygen, which can? be liquefied at a temperature pi? higher than hydrogen and requires a smaller storage volume. The concept of energy storage with hydrogen involves the steps of:

? produzione di idrogeno utilizzando energia a basso costo nei periodi di produzione di energia in eccesso da sistemi di energia rinnovabile (ad esempio, campi fotovoltaici e cluster di turbine eoliche); ? hydrogen production using cheap energy during periods of excess energy production from renewable energy systems (for example, photovoltaic fields and wind turbine clusters);

? stoccaggio in serbatoi, sia in fase di liquido che come gas compresso, dell?idrogeno prodotto, ovvero sia dell?idrogeno che dell?ossigeno, qualora si intenda utilizzare anche quest?ultimo; ? storage in tanks, both in the liquid phase and as compressed gas, of the hydrogen produced, or both of the hydrogen and of the oxygen, should the latter also be used;

? generazione di potenza nei periodi di forte richiesta di potenza, utilizzando il gas immagazzinato. ? power generation in periods of high power demand, using stored gas.

Per la produzione di energia elettrica, tra le altre, possono essere adottate le seguenti soluzioni: (i) turbine a gas alimentate a idrogeno in configurazione a ciclo combinato, (ii) celle a combustibile e (iii) motori a combustione interna alimentati a idrogeno. Questi ultimi comportano un costo inferiore per kW installato e sono adatti per installazioni relativamente piccole. Tuttavia attualmente l'efficienza tipica ? inferiore rispetto alle altre soluzioni e il costo di manutenzione ? maggiore. For the production of electricity, among others, the following solutions can be adopted: (i) hydrogen fueled gas turbines in combined cycle configuration, (ii) fuel cells and (iii) hydrogen fueled internal combustion engines . The latter have a lower cost per kW installed and are suitable for relatively small installations. However currently the typical efficiency ? lower than other solutions and the cost of maintenance? greater.

Sono noti perch? utilizzati o quantomeno proposti in letteratura, alcuni motori a combustione interna alimentati a idrogeno caratterizzati dalla compressione di una miscela di aria e idrogeno e dall'adozione dell'accensione a scintilla. Il ciclo implementato ? un ciclo Otto, avente un rapporto di compressione volumetrico limitato a circa V (max) / v (min) = 10, per la necessit? di evitare i temuti fenomeni di detonazione (?knocking?, secondo la nota terminologia inglese), all'interno di un fluido contenente sia il combustibile gassoso, ovvero l?idrogeno, sia il comburente, ovvero l?aria. Alcuni esempi di motori a combustione interna alimentati a idrogeno sono descritti in alcuni documenti brevettuali. Are they known why? used or at least proposed in the literature, some internal combustion engines fueled by hydrogen characterized by the compression of a mixture of air and hydrogen and by the adoption of spark ignition. The cycle implemented ? a Otto cycle, having a volumetric compression ratio limited to approximately V (max) / v (min) = 10, for the necessity? to avoid the dreaded detonation phenomena (?knocking?, according to the well-known English terminology), inside a fluid containing both the gaseous fuel, i.e. hydrogen, and the comburent, i.e. air. Some examples of hydrogen fueled internal combustion engines are described in some patent documents.

In US 3,608,529A ? descritto un motore a combustione interna con alimentazione a idrogeno o a benzina e provvisto di un sistema di recupero e ricircolo dell'acqua proveniente dal condotto di scarico. In US 3,608,529A ? described an internal combustion engine powered by hydrogen or petrol and provided with a system for recovering and recirculating the water coming from the exhaust duct.

Il documento US 3,862,624A descrive un motore a combustione interna che utilizza ossigeno e un eccesso di idrogeno e ha un sistema di scarico sostanzialmente chiuso che fa ricircolare la parte gassosa dello scarico attraverso il motore ed espelle solo acqua. Document US 3,862,624A discloses an internal combustion engine that uses oxygen and excess hydrogen and has a substantially closed exhaust system that recirculates the gaseous portion of the exhaust through the engine and expels only water.

Infine, nel documento US4112875A viene descritto un motore a combustione interna alimentato a idrogeno-ossigeno, che utilizza un gas inerte, come l'argon, come fluido di lavoro per aumentare l'efficienza del motore, eliminare l'inquinamento e facilitare il funzionamento di un sistema energetico a ciclo chiuso. Finally, document US4112875A describes an internal combustion engine fueled by hydrogen-oxygen, which uses an inert gas, such as argon, as the working fluid to increase engine efficiency, eliminate pollution and facilitate the operation of a closed-loop energy system.

Fondamentalmente, l'adozione dell'idrogeno come combustibile comporta, rispetto ai motori alimentati a gas naturale, un minor contenuto energetico della miscela aria/combustibile introdotta nella macchina: infatti l'idrogeno ha una densit? inferiore rispetto ad altri combustibili gassosi, solo parzialmente compensata dalla maggiore energia per unit? di massa. Basically, the adoption of hydrogen as a fuel involves, compared to engines powered by natural gas, a lower energy content of the air/fuel mixture introduced into the machine: in fact, hydrogen has a density lower than other gaseous fuels, only partially compensated by the higher energy per unit? mass.

Questa differenza pu? essere parzialmente compensata aumentando il rapporto di compressione del turbocompressore a monte del motore a combustione interna. Tuttavia, rimane il limite insito nel fatto che la pressione di partenza a monte del turbocompressore ? necessariamente la pressione atmosferica. This difference can be partially compensated for by increasing the compression ratio of the turbocharger upstream of the internal combustion engine. However, the limit inherent in the fact that the starting pressure upstream of the turbocharger remains? necessarily atmospheric pressure.

Esiste pertanto l?esigenza di definire un?innovativa macchina motrice volumetrica alimentata preferibilmente con idrogeno, in grado di fornire potenza nella fase di restituzione dell?energia in impianti di accumulo periodico, piuttosto che per sistemi di propulsione e che sia favorevole dal punto di vista dei costi, degli ingombri e dell?efficienza energetica. There is therefore the need to define an innovative volumetric drive machine powered preferably with hydrogen, capable of supplying power in the energy return phase in periodic storage plants, rather than for propulsion systems and which is favorable from the point of view costs, dimensions and energy efficiency.

Sintesi dell?Invenzione Summary of the Invention

Per risolvere in modo sostanziale i problemi tecnici di sopra evidenziati, uno scopo della presente invenzione ? definire un?innovativa macchina motrice volumetrica che operi secondo un ciclo termodinamico assimilabile a un ciclo Diesel, che sia preferibilmente alimentata con idrogeno in qualit? di combustibile e che utilizzi come comburente ossigeno in fase liquida, allo scopo di incrementare la potenza specifica per unit? di cilindrata del motore. In order to substantially solve the technical problems highlighted above, an object of the present invention is define an innovative volumetric driving machine which operates according to a thermodynamic cycle similar to a Diesel cycle, which is preferably fueled with hydrogen as a? of fuel and that uses oxygen in the liquid phase as a comburent, in order to increase the specific power per unit? of engine displacement.

Accanto a questo risultato, la presente invenzione si propone anche di aumentare l'efficienza globale della trasformazione energetica grazie all?adozione dello schema Diesel con alto rapporto di compressione, di ridurre il costo per kWh dell?energia elettrica prodotta e di ridurre ulteriormente l'emissione di inquinanti (gi? minima) dei motori alternativi alimentati da idrogeno, grazie all?utilizzo di ossigeno liquido invece che di aria. Cos? operando, infatti, si evita di avere qualsiasi tipo di emissione di ossidi di azoto allo scarico. Alongside this result, the present invention also proposes to increase the overall efficiency of the energy transformation thanks to the adoption of the Diesel scheme with a high compression ratio, to reduce the cost per kWh of the electric energy produced and to further reduce the emission of pollutants (already minimal) from reciprocating engines powered by hydrogen, thanks to the use of liquid oxygen instead of air. What? by operating, in fact, you avoid having any type of nitrogen oxide emission at the exhaust.

Oltre ai sistemi dedicati di accumulo di potenza sopra descritti, un altro importante campo di applicazione ? l'utilizzazione dell'idrogeno per la propulsione marina: l'adozione della presente invenzione richiederebbe una opportuna alimentazione di ossigeno liquido oltre alla fornitura di idrogeno. Tuttavia, rispetto a una fornitura di idrogeno liquido, la fornitura di ossigeno criogenico (circa -180?C e con densit? prossima a quella dell'acqua o del gasolio) ? meno impegnativa, poich? l'ossigeno liquido mostra un volume inferiore e una temperatura di conservazione pi? elevata rispetto all'idrogeno liquido. In addition to the dedicated power storage systems described above, another important field of application ? the use of hydrogen for marine propulsion: the adoption of the present invention would require a suitable supply of liquid oxygen in addition to the supply of hydrogen. However, compared to a supply of liquid hydrogen, the supply of cryogenic oxygen (about -180?C and with a density close to that of water or diesel) is ? less demanding, since? does liquid oxygen show a lower volume and a cooler storage temperature? high compared to liquid hydrogen.

In particolare, le future navi cisterna vettrici di idrogeno liquido potrebbero essere un buon campo di applicazione per l'invenzione. In particular, future liquid hydrogen carrier tankers could be a good field of application for the invention.

Pertanto, secondo la presente invenzione viene realizzata una macchina motrice volumetrica che operi secondo un ciclo termodinamico assimilabile a un ciclo Diesel, alimentata preferibilmente da idrogeno ed utilizzante come comburente ossigeno compresso in una pompa in fase liquida, la macchina motrice volumetrica avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente, allegata alla presente descrizione. Accordingly, according to the present invention there is provided a volumetric driving machine which operates according to a thermodynamic cycle similar to a Diesel cycle, preferably fueled by hydrogen and using compressed oxygen in a pump in the liquid phase as comburent, the volumetric driving machine having the characteristics stated in independent claim, attached to the present description.

Ulteriori forme di realizzazione dell'invenzione, preferite e/o particolarmente vantaggiose, sono descritte secondo le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni dipendenti allegate. Further embodiments of the invention, preferred and/or particularly advantageous, are described according to the characteristics set forth in the attached dependent claims.

Breve Descrizione dei Disegni Brief Description of the Drawings

L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui: The invention will come now described with reference to the attached drawings, which illustrate some non-limiting embodiments, in which:

- la figura 1 illustra schematicamente una macchina motrice volumetrica a ciclo Diesel in configurazione a quattro tempi, provvista di impianto ausiliario per il recupero dell?energia termica allo scarico, secondo una prima forma di attuazione della presente invenzione, - figure 1 schematically illustrates a volumetric Diesel cycle driving machine in a four-stroke configuration, provided with an auxiliary system for recovering heat energy at the exhaust, according to a first embodiment of the present invention,

- la figura 2 illustra schematicamente, in una seconda forma di attuazione della presente invenzione, una macchina motrice volumetrica a ciclo Diesel in configurazione a due tempi, provvista di un impianto a ciclo Rankine organico (Organic Rankine Cycle, sigla ORC) per il recupero dell?energia termica allo scarico, - figure 2 schematically illustrates, in a second embodiment of the present invention, a volumetric Diesel cycle driving machine in a two-stroke configuration, equipped with an organic Rankine cycle plant (Organic Rankine Cycle, acronym ORC) for the recovery of ?thermal energy at the exhaust,

- la figura 3 illustra schematicamente una macchina motrice volumetrica a ciclo Diesel in configurazione a due tempi e con una o pi? valvole comandate, provvista di impianto ausiliario per il recupero dell?energia termica allo scarico, secondo una terza forma di attuazione della presente invenzione, - figure 3 schematically illustrates a diesel cycle volumetric driving machine in a two-stroke configuration and with one or more? controlled valves, provided with an auxiliary system for recovering the thermal energy at the exhaust, according to a third embodiment of the present invention,

- la figura 4 illustra schematicamente una macchina motrice volumetrica a ciclo Diesel in configurazione a quattro tempi, provvista di un impianto a ciclo Rankine organico per il recupero dell?energia termica allo scarico, l?impianto ORC funzionante secondo una pluralit? di cicli termodinamici in cascata, secondo una quarta forma di attuazione della presente invenzione, - figure 4 schematically illustrates a volumetric Diesel cycle driving machine in a four-stroke configuration, equipped with an organic Rankine cycle plant for the recovery of thermal energy at the exhaust, the ORC plant operating according to a plurality of of thermodynamic cycles in cascade, according to a fourth embodiment of the present invention,

- la figura 5 illustra le curve di scambio termico in controcorrente tra l?ossigeno da liquefare e l?idrogeno da gassificare, - figure 5 illustrates the counter-current heat exchange curves between the oxygen to be liquefied and the hydrogen to be gasified,

- la figura 6 rappresenta lo schema di impianto che permette di ottenere il processo di scambio termico di figura 5, - figure 6 represents the scheme of the plant which allows to obtain the heat exchange process of figure 5,

- la figura 7 illustra una variante dello schema d?impianto di figura 6, in cui ? presente ulteriore riscaldamento dell?idrogeno evaporato, seguito da espansione in turbina, - figure 7 illustrates a variant of the plant diagram of figure 6, in which ? present further heating of the evaporated hydrogen, followed by expansion in the turbine,

- la figura 8 rappresenta uno schema d?impianto per la produzione di ossigeno liquido basato su un processo distillazione frazionata dell?aria, - la figura 9 rappresenta lo stesso impianto di figura 8 in cui si evidenziano scambiatori di calore separati rispettivamente per scambio termico aria/azoto e per scambio termico aria/idrogeno, e - figure 8 represents a plant diagram for the production of liquid oxygen based on a fractional distillation process of air, - figure 9 represents the same plant of figure 8 in which separate heat exchangers are highlighted respectively for air heat exchange /nitrogen and for air/hydrogen heat exchange, e

- la figura 10 illustra schematicamente un esempio di utilizzo della macchina motrice volumetrica, secondo una delle forme di attuazione dell?invenzione, in una rete elettrica provvista di sorgenti di energia rinnovabili/aleatorie. - figure 10 schematically illustrates an example of use of the volumetric driving machine, according to one of the embodiments of the invention, in an electric network provided with renewable/random energy sources.

Descrizione Dettagliata Detailed Description

A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, la presente invenzione verr? ora descritta facendo riferimento alle suddette figure. By way of a purely non-limiting example, the present invention will be now described with reference to the aforementioned figures.

Oggetto del presente trovato ? una macchina motrice volumetrica in cui si svolge un ciclo equivalente al noto ciclo Diesel. Infatti nel ciclo Diesel si introduce in un involucro chiuso (ad esempio, un cilindro in cui si sposta uno stantuffo) un primo reagente, sostanzialmente costituito da aria lo si comprime grazie ad una chiusura dell?involucro in cui il reagente ? contenuto (chiusura che pu? avvenire attraverso la chiusura di valvole, oppure attraverso lo spostamento di pareti che occludono delle luci di ammissione e/o scarico come avviene, ad esempio, in certi motori a 2 tempi o in macchine tipo ?Wankel?, o, ancora, in motori a capsulismi) associata ad una progressiva diminuzione del volume dell?involucro. Si identifica un rapporto di compressione volumetrico come il rapporto fra il volume iniziale della carica di primo reagente e il volume finale alla fine del processo di riduzione del volume contenuto nell?involucro, R=Vi/Vf. In assenza del limite imposto dal fenomeno di detonazione in uno schema tipo Diesel, il rapporto di compressione potr? essere elevato tipicamente nel campo 10-20. Un rapporto di compressione pi? elevato pu? corrispondere ad un rendimento energetico superiore. La compressione avviene in tempi brevi per cui lo scambio termico con l?involucro ? una piccola frazione dell?energia richiesta per la compressione. Si realizza cos? una compressione prossima ad una trasformazione adiabatica, per cui la temperatura di fine compressione ? molto pi? elevata di quella iniziale. Nell?intorno del punto di fine compressione (tipicamente con un certo anticipo rispetto al punto stesso), attraverso un condotto chiamato iniettore viene introdotto, con una pressione molto pi? elevata rispetto a quella del primo reagente contenuto nell?involucro, un secondo reagente, idrocarburo o altro combustibile, che rapidamente si miscela col primo reagente. Grazie alla temperatura elevata raggiunta dal primo reagente per effetto della compressione, si avvia una reazione fra i due reagenti, che porta alla formazione di composti terzi, con sviluppo dell?energia di reazione. In molte macchine la iniezione del secondo reagente avviene con una modalit? modulata nel tempo, per ottenere una buona completezza della reazione. Inoltre ? possibile che siano introdotti pi? reagenti, ad esempio per ovviare alla difficolt? di innesco della reazione dei reagenti (tecnica adottata, per esempio, nei motori ?dual fuel?, in cui all?aria introdotta nell?involucro ? addizionata di una frazione di reagente (tipicamente gas combustibile) e l?avvio della reazione di ossidazione ? garantito dalla iniezione, a fine compressione, di una piccola quantit? di combustibile liquido con caratteristiche di facile accensione. Object of this invention ? a volumetric driving machine in which a cycle equivalent to the well-known Diesel cycle takes place. In fact, in the Diesel cycle, a first reactant, essentially made up of air, is introduced into a closed casing (for example, a cylinder in which a piston moves) and is compressed thanks to a closure of the casing in which the reactant ? content (closure that can? occur through the closing of valves, or through the movement of walls that block the admission and/or exhaust ports as occurs, for example, in certain 2-stroke engines or in machines like? Wankel?, or , again, in capsulism engines) associated with a progressive decrease in the volume of the casing. A volumetric compression ratio is identified as the ratio between the initial volume of the first reactant charge and the final volume at the end of the reduction process of the volume contained in the envelope, R=Vi/Vf. In the absence of the limit imposed by the phenomenon of detonation in a scheme type Diesel, the compression ratio will be able? typically be elevated in the 10-20 range. A compression ratio more? high can correspond to a higher energy efficiency. The compression takes place in a short time so that the heat exchange with the casing? a small fraction of the energy required for compression. Is it done like this? a compression close to an adiabatic transformation, for which the temperature of the end of compression ? much more higher than the initial one. Around the compression end point (typically with a certain advance compared to the point itself), it is introduced through a duct called an injector, with a much higher pressure? higher than that of the first reactant contained in the shell, a second reactant, hydrocarbon or other fuel, which rapidly mixes with the first reactant. Thanks to the high temperature reached by the first reactant due to the compression, a reaction starts between the two reactants, which leads to the formation of third compounds, with development of the reaction energy. In many machines, the injection of the second reagent takes place with a modality? modulated over time, to obtain a good completeness of the reaction. Furthermore ? is it possible that they are introduced more? reagents, for example to overcome the difficulty? triggering of the reaction of the reactants (technique adopted, for example, in ?dual fuel? engines, in which a fraction of reactant (typically fuel gas) is added to the air introduced into the casing and the start of the oxidation reaction is guaranteed by the injection, at the end of the compression, of a small quantity of liquid fuel with easy ignition characteristics.

Seguono la espansione all?interno dell?involucro, con raccolta della energia di espansione del gas ad alta temperatura risultante dalla reazione, e la espulsione dei prodotti della reazione, attraverso opportune valvole o aperture. This is followed by the expansion inside the casing, with collection of the expansion energy of the high temperature gas resulting from the reaction, and the expulsion of the reaction products, through suitable valves or openings.

Quanto descritto, nel caso in cui il primo reagente sia aria e almeno un secondo reagente sia un combustibile o comunque una sostanza che pu? mettere in atto una reazione di ossidazione da parte dell?ossigeno presente nell?aria, costituisce il noto funzionamento di una macchina a ciclo Diesel. As described, in the event that the first reactant is air and at least one second reactant is a fuel or in any case a substance that can? putting in place an oxidation reaction by the oxygen present in the air, constitutes the well-known functioning of a Diesel cycle machine.

Nel presente trovato invece, secondo una forma preferita di attuazione, il primo reagente ammesso all?involucro non ? aria bens? sostanzialmente idrogeno (H2) mentre il secondo reagente ? sostanzialmente ossigeno (O2), compresso allo stato liquido, a pressione pi? elevata della pressione nell?involucro e avviato alla introduzione nel cilindro attraverso l?iniettore. L?iniezione procede fino ad ottenere l?introduzione della quantit? stabilita di O2, eventualmente anche con modalit? discontinua o comunque con portata modulata. In the present invention however, according to a preferred embodiment, the first reactant admitted to the container is not? air but? substantially hydrogen (H2) while the second reactant ? substantially oxygen (O2), compressed in the liquid state, at pressure pi? high pressure in the casing and started for introduction into the cylinder through the injector. The injection proceeds until obtaining the introduction of the quantity? established O2, possibly also with mode? discontinuous or in any case with a modulated flow rate.

Idrogeno e ossigeno reagiscono, anche grazie alla elevata temperatura conseguente alla compressione assimilabile ad una compressione adiabatica, e danno luogo a prodotti della reazione con temperatura assai elevata, nel campo 2000-3000 gradi C. Il prodotto della reazione ? costituito sostanzialmente da acqua sotto forma di vapore a temperatura supercritica. Hydrogen and oxygen react, also thanks to the high temperature resulting from the compression which can be assimilated to an adiabatic compression, and give rise to products of the reaction with a very high temperature, in the range of 2000-3000 degrees C. The product of the reaction? consisting substantially of water in the form of vapor at a supercritical temperature.

La quantit? introdotta di ossigeno ? preferibilmente inferiore rispetto alla quantit? stechiometrica, per cui a fine reazione ? presente una frazione di H2 che non ? stata ossidata. La parte ossidata ? presente come vapore d?acqua, H2O. The quantity? introduced of oxygen? preferably lower than the quantity? stoichiometric, so at the end of the reaction ? present a fraction of H2 that is not ? been oxidized. The oxidized part? present as water vapour, H2O.

Il gas estratto dall?involucro, ancora caratterizzato da temperatura elevata, ? raffreddato da un sistema di scambio termico che cede il calore ad un utilizzatore termico. Durante il raffreddamento avviene la condensazione di una parte tanto maggiore del vapore d?acqua prodotto dalla reazione quanto minore ? la temperatura raggiunta a fine raffreddamento. La frazione condensata ? separata ed estratta sotto forma di acqua liquida. La frazione non condensata, composta sostanzialmente da idrogeno e vapor d?acqua, ? preferibilmente rimandata alla ammissione all?involucro, eventualmente attraverso una macchina (compressore o espansore) in grado di modificarne la pressione. In alternativa, pu? essere scaricata in atmosfera previa depurazione e/o ossidazione secondo tecniche note. The gas extracted from the casing, still characterized by a high temperature, is cooled by a heat exchange system which transfers the heat to a thermal user. During cooling, the condensation of as much greater part of the water vapor produced by the reaction as less? the temperature reached at the end of cooling. The condensed fraction? separated and extracted as liquid water. The non-condensed fraction, substantially composed of hydrogen and water vapour, is preferably sent back to the admission to the enclosure, possibly through a machine (compressor or expander) capable of modifying the pressure. Alternatively, can be discharged into the atmosphere after purification and/or oxidation according to known techniques.

Con riferimento alla figura 1, si descrive ora lo schema di massima di una macchina motrice volumetrica 10 a quattro tempi, provvista di cilindro 8, stantuffo 9 - operante con moto periodico all?interno dell?involucro/cilindro in modo da generare una camera all? interno all?involucro di volume variabile periodicamente fra un volume minimo V1 e un volume massimo V2 -, almeno un?apertura di ingresso 3 con relativa valvola di aspirazione, almeno un?apertura di scarico 4 con relativa valvola di scarico e un sistema di raccolta e conferimento ad un albero rotante della potenza meccanica raccolta dallo stantuffo 9 grazie all?alternanza delle pressioni su di esso agenti nelle varie fasi del ciclo termodinamico realizzato nella macchina stessa, secondo la tecnica nota dei motori a combustione interna e pertanto non mostrato in figura. With reference to figure 1, the schematic diagram of a four-stroke volumetric driving machine 10 is now described, equipped with cylinder 8, piston 9 - operating with periodic motion inside the casing/cylinder so as to generate a chamber inside ? inside the casing with a volume that varies periodically between a minimum volume V1 and a maximum volume V2 -, at least one inlet opening 3 with relative intake valve, at least one discharge opening 4 with relative discharge valve and a collection system and conferring to a rotating shaft the mechanical power collected by the piston 9 thanks to the alternation of the pressures acting on it in the various phases of the thermodynamic cycle carried out in the machine itself, according to the known technique of internal combustion engines and therefore not shown in the figure.

Nella fase di aspirazione entra nel cilindro 8 un quantitativo di idrogeno proveniente da una qualsiasi sorgente 1 (ad esempio, evaporazione di gas liquefatto, gas proveniente da bombole o da carri bombolai opportunamente espanso, gas da gasdotti di idrogeno, idrogeno gassoso da processi chimici, gas da gasometro etc.) attraverso la valvola di aspirazione 3. La pressione del gas non ? necessariamente legata alla pressione atmosferica come nel caso del Diesel classico che aspira aria dall?ambiente a pressione atmosferica. Vantaggiosamente, pu? essere opportuno lavorare con pressione di ingresso pi? elevata per ottenere pi? potenza per unit? di cilindrata. Inoltre, una frazione di gas di ritorno dalla macchina 10 stessa si aggiunge all?idrogeno aspirato, attraverso il condotto 2. In the suction phase, a quantity of hydrogen enters the cylinder 8 from any source 1 (for example, evaporation of liquefied gas, gas from cylinders or suitably expanded cylinder wagons, gas from hydrogen gas pipelines, gaseous hydrogen from chemical processes, gas from gasholder etc.) through the intake valve 3. The gas pressure is not ? necessarily linked to the atmospheric pressure as in the case of the classic Diesel which draws air from the environment at atmospheric pressure. Advantageously, can? be appropriate to work with the inlet pressure pi? high to get more power per unit? of displacement. Furthermore, a fraction of return gas from the machine 10 itself is added to the aspirated hydrogen, through the duct 2.

A fine compressione (con un certo grado di anticipo) un sistema d?iniezione 5a (comprendente essenzialmente un collettore 7 che ? la sorgente dell?ossigeno liquido, una pompa d?iniezione 6 e almeno un iniettore 5) introduce la giusta quantit? di ossigeno, sotto forma di un getto ad alta velocit?. Caratteristica essenziale della presente invenzione, ? la compressione in fase liquida dell?ossigeno, necessaria per raggiungere adeguate pressioni di iniezione (ad esempio, dell?ordine di 200-500 bar) per una efficace miscelazione nella camera di combustione. In base alla capacit? di isolamento termico dei condotti di iniezione, che dovranno mantenere temperature criogeniche, dall?ugello dell?iniettore 5 sar? iniettato ossigeno liquido o gas ad alta pressione. At the end of the compression (with a certain degree in advance) an injection system 5a (essentially comprising a manifold 7 which is the source of the liquid oxygen, an injection pump 6 and at least one injector 5) introduces the right quantity? of oxygen, in the form of a high-velocity jet. Essential characteristic of the present invention, ? the compression of oxygen in the liquid phase, necessary to reach adequate injection pressures (for example, in the order of 200-500 bar) for effective mixing in the combustion chamber. Based on the capacity? of thermal insulation of the injection ducts, which will have to maintain cryogenic temperatures, from the nozzle of the injector 5 will be? injected liquid oxygen or high pressure gas.

Qualora si inietti ossigeno in fase gassosa, occorre ottimizzare la legge di variazione delle aree nell?ugello (ad esempio, ugello divergente, ugello a spina, ecc.) e tener conto del fatto che la modulazione della portata risente della comprimibilit? del gas. Peraltro, ? preferibile l?iniezione di liquido sia per evitare gli inconvenienti sopra esposti, sia perch? ? maggiore capacit? di penetrazione delle gocce. Un opportuno tracciamento criogenico dei condotti e della pompa costituisce una soluzione efficace. If oxygen is injected in the gaseous phase, it is necessary to optimize the law of variation of the areas in the nozzle (for example, divergent nozzle, plug nozzle, etc.) and take into account the fact that the modulation of the flow rate is affected by the compressibility? of the gas. Moreover, ? preferable the injection of liquid both to avoid the drawbacks exposed above, and why? ? greater capacity? penetration of the drops. Proper cryogenic tracing of the pipes and pump is an effective solution.

A questo punto, in presenza delle due fasi, combustibile e comburente miscelati almeno localmente, la reazione di ossidazione si avvia naturalmente in presenza di una temperatura elevata del gas compresso. In alternativa, l?avvio della reazione di ossidazione potrebbe essere coadiuvato dalla presenza di una precamera o da una pluralit? di pareti (come in un motore ?testa calda?), ovvero ambienti ad alta temperatura nei quali iniettare l?ossigeno, compresso in fase liquida a partire dalla pompa 6. At this point, in the presence of the two phases, fuel and oxidizing agent mixed at least locally, the oxidation reaction starts naturally in the presence of a high temperature of the compressed gas. Alternatively, the start of the oxidation reaction could be assisted by the presence of a pre-chamber or by a plurality of? of walls (as in a ?hot head? engine), i.e. high temperature environments in which to inject the oxygen, compressed in the liquid phase starting from the pump 6.

La successiva reazione di ossidazione porta al raggiungimento di una temperatura e una pressione finale, i cui valori dipendono in primo luogo dal rapporto H2/O2, cio? da quanto eccesso di idrogeno che non partecipa alla reazione percorre il ciclo. Una temperatura molto alta pu? portare ad un eccesso di flusso termico dissipato attraverso le pareti (anche se il potere emissivo dei gas dovrebbe essere inferiore rispetto a quello dei Diesel convenzionali per la assenza di particolato carbonioso). Pu? anche portare a temperature di scarico troppo elevate, di difficile gestione per l?impianto di utilizzo termico a valle, ad esempio un impianto ORC. The subsequent oxidation reaction leads to the achievement of a final temperature and pressure, the values of which depend primarily on the H2/O2 ratio, ie? by how much excess hydrogen that does not participate in the reaction goes through the cycle. A very high temperature can lead to an excess of thermal flow dissipated through the walls (even if the emissive power of the gases should be lower than that of conventional diesel due to the absence of carbonaceous particles). Can? also lead to excessively high discharge temperatures, which are difficult to manage for the downstream thermal utilization plant, for example an ORC plant.

Vantaggiosamente, la fase di compressione e quella di espansione possono essere differenziate attraverso una temporizzazione delle valvole che riduca la quantit? di gas introdotto, in modo di ottenere una maggiore espansione e quindi una temperatura inferiore allo scarico. Advantageously, the compression phase and the expansion phase can be differentiated through a timing of the valves which reduces the quantity? of gas introduced, in order to obtain a greater expansion and therefore a lower temperature at the exhaust.

I gas che escono attraverso il condotto di scarico 12 attraversano uno scambiatore di calore facente parte di un sistema di scambio termico 13 destinato a generare ulteriore potenza meccanica (ad esempio, un impianto ORC) e a smaltire il calore residuo verso una sorgente fredda 14 esterna. In alternativa, i gas di scarico sono avviati ad un utilizzatore termico di altra natura. The gases leaving through the exhaust duct 12 pass through a heat exchanger forming part of a heat exchange system 13 designed to generate further mechanical power (for example, an ORC plant) and to dispose of the residual heat towards an external cold source 14. Alternatively, the exhaust gases are sent to a thermal user of another nature.

Il raffreddamento dei gas di scarico avviene in una prima parte con le caratteristiche del raffreddamento di una miscela di gas, in una seconda parte a partire dalla temperatura di rugiada dell?acqua contenuta, la curva di raffreddamento si modifica quindi in relazione alla progressiva condensazione del contenuto di acqua. Il sistema di produzione di potenza sar? realizzato in modo da ottenere la massima efficacia del ricupero (tra l?8% e il 35% della potenza all?albero della macchina motrice volumetrica), ad esempio, adottando sistemi ORC a pi? livelli, o sistemi ORC in cascata. The exhaust gas cooling takes place in a first part with the characteristics of cooling a gas mixture, in a second part starting from the dew point temperature of the water contained, the cooling curve therefore changes in relation to the progressive condensation of the water content. Will the power production system be? realized in such a way as to obtain the maximum efficiency of the recovery (between? 8% and 35% of the power to? shaft of the volumetric driving machine), for example, by adopting ORC systems with more? layers, or cascading ORC systems.

Il gas raffreddato attraversa un ulteriore condotto 15 portando con s? acqua liquida (condensato). Preferibilmente, il condensato pu? essere separato in un separatore 16 con sottrazione di liquido 18. Does the cooled gas pass through a further conduit 15 carrying with it? liquid water (condensate). Preferably, the condensate can? be separated in a separator 16 with liquid subtraction 18.

Il ciclo si chiude con il condotto di ritorno 19 che re-introduce nel motore la frazione di idrogeno scaricata in eccesso dal motore. Tale condotto pu? includere una macchina 19a, ad esempio, un compressore con azionamento esterno, oppure un turbocompressore, la cui turbina ? azionata dai gas di scarico. The cycle closes with the return duct 19 which re-introduces the fraction of hydrogen discharged in excess from the engine into the engine. This duct can include a machine 19a, for example, a compressor with external drive, or a turbocharger, whose turbine ? driven by exhaust gases.

Se necessario, potr? essere previsto anche uno sfiato 17 per allontanare eventuali incondensabili in eccesso e per mantenere il livello di pressione ottimale nel condotto di ritorno 19. If necessary, can a vent 17 must also be provided to remove any excess non-condensables and to maintain the optimum pressure level in the return duct 19.

Con riferimento alla figura 2, in questa seconda forma di attuazione dell?invenzione la macchina motrice volumetrica 19a ? assimilabile a un motore a ciclo Diesel in configurazione a due tempi, anche in questo caso provvista di un sistema di scambio termico, che in questa configurazione ? esplicitamente mostrato come un impianto ORC (l?utilizzo di questa forma di recupero mediante ORC ? da intendersi applicabile anche alla macchina a 4 tempi di Fig.1 cos? come la forma di recupero illustrata in Fig.1 pu? applicarsi anche alla soluzione di Fig.2). In particolare, in figura 2 sono schematizzati tutti i componenti principali di un impianto a ciclo Rankine organico ORC: una pompa di alimento 25, uno scambiatore di calore 26 con funzione di preriscaldatore, evaporatore ed eventuale surriscaldatore del fluido organico, una turbina 27 (con un generatore elettrico 28 ad essa accoppiato od altra macchina operatrice) e un condensatore 29. La macchina volumetrica 20 a due tempi avr? caratteristiche analoghe alla precedente macchina volumetrica 10 a quattro tempi e, come da tecnica nota, avr? almeno una luce di lavaggio 21 e almeno una luce di scarico 22 affacciate al cilindro 23. ? da notare che tale macchina non avendo sostanzialmente alcuno scarico gassoso in atmosfera ? meno problematica dei classici motori Diesel a due tempi, che devono minimizzare la produzione e la successiva espulsione di particolato. With reference to figure 2, in this second embodiment of the invention the volumetric driving machine 19a is comparable to a Diesel cycle engine in a two-stroke configuration, also in this case equipped with a heat exchange system, which in this configuration ? explicitly shown as an ORC system (the use of this form of recovery through ORC is to be understood also applicable to the 4-stroke machine of Fig.1 as well as the form of recovery illustrated in Fig.1 can also be applied to the solution of Fig.2). In particular, figure 2 schematises all the main components of an ORC organic Rankine cycle plant: a feed pump 25, a heat exchanger 26 with the function of preheater, evaporator and possible superheater of the organic fluid, a turbine 27 (with an electric generator 28 coupled to it or other operating machine) and a capacitor 29. The two-stroke volumetric machine 20 will have? similar characteristics to the previous four-stroke volumetric machine 10 and, according to the prior art, will have? at least one washing port 21 and at least one discharge port 22 facing the cylinder 23. ? to note that this machine not having substantially any gaseous discharge into the atmosphere ? less problematic than the classic two-stroke diesel engines, which must minimize the production and subsequent expulsion of particulate matter.

Con riferimento alla figura 3, ? illustrata schematicamente una macchina motrice volumetrica 30 a ciclo Diesel in configurazione a due tempi, che si differenzia dalla macchina volumetrica 20 a due tempi di figura 2 per il fatto di avere una valvola comandata di scarico 31 in testa. Anche in questo caso ? previsto, un impianto ausiliario 32 per il recupero dell?energia termica allo scarico. Questo schema pu? essere pi? vantaggioso in termini di potenza per unit? di cilindrata, in quanto il ?lavaggio?, cio? l?espulsione di gas combusto e l?introduzione di gas nuovo ? pi? efficace quando realizzato con schema a flusso unidirezionale con valvola comandata. Referring to figure 3, ? schematically illustrated is a two-stroke Diesel cycle displacement engine 30 in configuration, which differs from the two-stroke displacement engine 20 of Figure 2 in that it has a controlled exhaust valve 31 in the head. Also in this case ? provided, an auxiliary plant 32 for the recovery of the thermal energy at the exhaust. This scheme can be more advantageous in terms of power per unit? of displacement, as the ?washing?, cio? the expulsion of burnt gas and the introduction of new gas? more effective when made in a one-way flow pattern with actuated valve.

Infine, e con riferimento alla figura 4, ? illustrata una macchina motrice volumetrica 40 a ciclo Diesel e in configurazione a quattro tempi, provvista di un espansore a turbina 41 sullo scarico, per produrre potenza e pre-raffreddare i gas scaricati prima dell?accesso al ricupero termico, nonch? di un sistema di scambio termico per il recupero dell?energia termica allo scarico. In questo caso si tratta, a titolo esemplificativo, di un impianto a ciclo Rankine organico 42 funzionante secondo una pluralit? di cicli termodinamici su differenti livelli di temperatura, alimentati da scambiatori di calore 43, 44, preferibilmente in serie sul percorso di scarico, che pu? anche includere un raffreddatore finale 45. Finally, and with reference to figure 4, ? illustrated is a volumetric Diesel cycle driving machine 40 and in a four-stroke configuration, provided with a turbine expander 41 on the exhaust, to produce power and pre-cool the exhaust gases before accessing the heat recovery, as well as? of a heat exchange system for the recovery of heat energy at the exhaust. In this case, by way of example, we are dealing with an organic Rankine cycle plant 42 operating according to a plurality of of thermodynamic cycles on different temperature levels, fed by heat exchangers 43, 44, preferably in series on the discharge path, which can? also include a 45 aftercooler.

In tutte le configurazioni presentate, il carter della macchina ossia il volume presente al di sotto dello stantuffo (9 in Fig.1.) ricever? certamente un flusso di perdita attraverso le fasce elastiche, quindi occorre evitare che il carter riceva ossigeno dall?esterno per evitare il formarsi di atmosfera pericolosa. La Richiedente ritiene che la soluzione migliore sia la pressurizzazione con gas inerte, preferibilmente Argon, per evitare che un trafilamento verso il cilindro porti alla formazione di ossidi di azoto (NOx), come potrebbe avvenire se si adottasse azoto per la pressurizzazione del carter e degli altri punti di potenziale trafilamento, quali gli astucci delle valvole. In all the configurations presented, the crankcase of the machine or rather the volume present under the piston (9 in Fig.1.) will receive? certainly a flow of leakage through the piston rings, therefore it is necessary to prevent the crankcase from receiving oxygen from the outside to avoid the formation of a dangerous atmosphere. The Applicant believes that the best solution is pressurization with inert gas, preferably Argon, to prevent leakage towards the cylinder leading to the formation of nitrogen oxides (NOx), as could occur if nitrogen were used for pressurization of the crankcase and other potential leak points, such as valve cases.

In alternativa alla alimentazione con idrogeno sostanzialmente puro come combustibile, la macchina volumetrica proposta pu? essere alimentata vantaggiosamente con altri combustibili la cui composizione presenti, accanto ad atomi di idrogeno anche atomi di carbonio. As an alternative to feeding with substantially pure hydrogen as fuel, the proposed volumetric machine can be fueled advantageously with other fuels whose composition also contains carbon atoms in addition to hydrogen atoms.

In particolare si potr? trattare di miscele idrogeno-gas naturale, idrogeno-idrocarburi gassosi, sospensioni o vapore di idrocarburi liquidi e idrocarburi gassosi. In particular, you can dealing with hydrogen-natural gas, hydrogen-gaseous hydrocarbon mixtures, suspensions or vapor of liquid hydrocarbons and gaseous hydrocarbons.

Nel caso si adotti una alimentazione con un combustibile contenente in qualche forma anche carbonio o idrocarburi sar? indispensabile adottare una portata di sfiato verso l?esterno adeguata ad evitare l?accumulo nell?involucro di CO2, CO e particolato carbonioso formatisi nella reazione di ossidazione ad alta temperatura. Allo scopo potr? essere utilizzato lo sfiato 17, precedentemente descritto. In case you adopt a power supply with a fuel containing in some form also carbon or hydrocarbons, it will be? it is essential to adopt a vent flow to the outside that is adequate to avoid the accumulation in the casing of CO2, CO and carbonaceous particles formed in the oxidation reaction at high temperature. For the purpose, can the vent 17, previously described, can be used.

Per una efficace eliminazione di composti nocivi prima dello sfiato in atmosfera ? opportuna la adozione di componenti adatti ad ottenere una ossidazione completa e pi? in generale una depurazione dei gas di scarico, quali le marmitte catalitiche e i filtri antiparticolato, tecnica nota nell?ambito dei motori a combustione interna alimentati con aria (Air Breathing Engines). Il gas uscente dallo sfiato 17, potr? essere vantaggiosamente portato ad una temperatura adatta per il corretto funzionamento di questi componenti tramite uno scambio termico in controcorrente con i gas di scarico dal collettore 12. ? anche possibile che, in relazione al particolare combustibile adottato, risulti preferibile adottare una portata di ossigeno in eccesso rispetto al rapporto stechiometrico, al contrario di quanto indicato per la alimentazione sostanzialmente con idrogeno. For an effective elimination of harmful compounds before venting into the atmosphere ? appropriate the adoption of suitable components to obtain a complete oxidation and more? in general a purification of the exhaust gases, such as catalytic mufflers and particulate filters, a known technique in the field of internal combustion engines fed with air (Air Breathing Engines). The gas coming out of the vent 17 can be advantageously brought to a suitable temperature for the correct functioning of these components through a heat exchange in counter-current with the exhaust gases from the manifold 12. ? it is also possible that, in relation to the particular fuel used, it is preferable to adopt an oxygen flow rate in excess of the stoichiometric ratio, contrary to what is indicated for feeding substantially with hydrogen.

Fra i combustibili di potenziale interesse vanno annoverati il metilcicloesano (MCH), studiato per esempio dalla Chiyoda, societ? di ingegneria giapponese, quale composto adatto per il trasporto e l?accumulo di idrogeno attraverso un idrocarburo liquido a temperatura ambiente, nonch? alcoli quali il metanolo. Among the fuels of potential interest are methylcyclohexane (MCH), studied for example by Chiyoda, a company of Japanese engineering, which compound is suitable for the transport and accumulation of hydrogen through a liquid hydrocarbon at room temperature, as well as? alcohols such as methanol.

In una ulteriore accezione i combustibili liquidi e MCH in particolare, possono anche essere iniettati da un ulteriore iniettore nel cilindro, durante o alla fine della fase di compressione. In a further meaning, liquid fuels and MCH in particular can also be injected by a further injector into the cylinder, during or at the end of the compression phase.

Con riferimento alla alimentazione dei reagenti idrogeno e ossigeno alla macchina motrice volumetrica oggetto del trovato, ? essenziale minimizzare il consumo di energia per la fornitura dei reagenti stessi. Pertanto, la suddetta macchina motrice volumetrica, vantaggiosamente, ricomprende anche un impianto per la produzione di idrogeno gassoso e ossigeno in fase liquida, come sar? meglio descritto nel seguito. With reference to the feeding of the hydrogen and oxygen reactants to the volumetric driving machine object of the invention, ? essential to minimize the energy consumption for the supply of the reagents themselves. Therefore, the aforementioned volumetric driving machine, advantageously, also includes a plant for the production of gaseous hydrogen and oxygen in the liquid phase, as will be the case? better described below.

Ad esempio, nel caso di alimentazione della macchina con idrogeno conservato allo stato liquido e ossigeno invece gassoso pressurizzato in recipienti (ad esempio, in carri bombolai), una soluzione efficiente per ottenere viceversa idrogeno gassoso e ossigeno liquido adatto alla pressurizzazione nella pompa 6, consiste nella realizzazione di uno scambio termico, sostanzialmente in controcorrente, fra idrogeno da gassificare e ossigeno da liquefare, eventualmente coadiuvato da fasi di espansione in valvola (grazie all?effetto Joule-Thompson) o in turbina (raffreddamento adiabatico), ottimizzato secondo tecniche note. For example, in the case of feeding the machine with hydrogen kept in the liquid state and gaseous oxygen pressurized in containers (for example, in tank trailers), an efficient solution for obtaining gaseous hydrogen and liquid oxygen suitable for pressurization in the pump 6, on the other hand, consists in carrying out a substantially counter-current heat exchange between hydrogen to be gasified and oxygen to be liquefied, possibly assisted by expansion phases in the valve (thanks to the Joule-Thompson effect) or in the turbine (adiabatic cooling), optimized according to known techniques.

La figura 5 illustra le curve di scambio termico rappresentanti l?andamento della temperatura dei due fluidi in funzione della potenza scambiata, tra l?ossigeno da liquefare e l?idrogeno da gassificare e riporta una delle possibili situazioni di scambio termico in controcorrente, con pressurizzazione di entrambi i flussi. Nella figura sono adottati i valori seguenti: 10 bar abs per l?idrogeno e 20 bar abs per l?ossigeno. Figure 5 illustrates the heat exchange curves representing the temperature trend of the two fluids as a function of the exchanged power, between the oxygen to be liquefied and the hydrogen to be gasified and shows one of the possible situations of counter-current heat exchange, with pressurization of both streams. In the figure the following values are adopted: 10 bar abs for hydrogen and 20 bar abs for oxygen.

La figura 6 rappresenta lo schema di impianto 70 che permette di ottenere il processo menzionato in figura 5. Nella figura ? riportato un primo serbatoio di ossigeno gassoso 71, un secondo serbatoio di idrogeno liquido 72, idrogeno che ? sospinto da una pompa 73 verso uno scambiatore di calore 74 dove in controcorrente riceve calore dall?ossigeno, ottenendosi la liquefazione dell?ossigeno e la gassificazione dell?idrogeno. L?ossigeno in fase liquida ? raccolto in un terzo serbatoio 75 e da l? ? sospinto per mezzo della pompa 6 all?iniettore 5. Figure 6 shows the scheme of plant 70 which allows to obtain the process mentioned in figure 5. In figure ? reported a first tank of gaseous oxygen 71, a second tank of liquid hydrogen 72, hydrogen which ? driven by a pump 73 towards a heat exchanger 74 where in counter-current it receives heat from the oxygen, obtaining the liquefaction of the oxygen and the gasification of the hydrogen. L?Oxygen in the liquid phase? collected in a third tank 75 and from there? ? pushed by means of the pump 6 to the injector 5.

Nella figura 7 si aggiunge un ulteriore riscaldamento dell?idrogeno evaporato nello scambiatore di calore 76, seguito da espansione nella turbina 77 per ottenere potenza meccanica/elettrica, ricuperando in questo modo parte dell?energia spesa per la gassificazione dell?idrogeno stesso. L?energia termica per il riscaldamento pu? provenire dal sistema di raffreddamento delle camicie dei cilindri, eventualmente con una integrazione con il calore disponibile allo scarico. Figure 7 adds further heating of the hydrogen evaporated in the heat exchanger 76, followed by expansion in the turbine 77 to obtain mechanical/electrical power, thus recovering part of the energy expended for the gasification of the hydrogen itself. The thermal energy for heating can? come from the cylinder liners cooling system, possibly with integration with the heat available at the exhaust.

In una ulteriore accezione si pu? ottenere l?ossigeno liquido necessario da liquefazione e distillazione frazionata dell?aria atmosferica, che utilizzi come sorgente fredda l?evaporazione dell?idrogeno alimentato alla macchina. In questo caso ? necessario che la frazione azoto, rimasta gassosa a valle della condensazione dell?ossigeno sia isolata con un separatore opportuno (quale una o pi? colonne di distillazione) e rimandata a raffreddare l?aria in arrivo, con uno schema di tipo rigenerativo. In a further sense can you? obtain the necessary liquid oxygen from the liquefaction and fractional distillation of atmospheric air, which uses the evaporation of the hydrogen fed to the machine as a cold source. In this case ? it is necessary that the nitrogen fraction, which remains gaseous downstream of the oxygen condensation, is isolated with a suitable separator (such as one or more distillation columns) and sent back to cool the incoming air, with a regenerative type scheme.

Lo schema di processo per questa soluzione ? riportato in figura 8 in cui nell?impianto 80 sono rappresentati oltre ai componenti gi? noti una sorgente di aria 81 compressa e depurata, un unico scambiatore di calore 82, preferibilmente del tipo a piastre con una pluralit? di flussi scambianti calore (?multi-stream plate-fin heat exchangers?) spesso impiegati in ambito criogenico, in cui l?aria ? raffreddata in controcorrente sia dall?idrogeno, sia dal flusso, formato sostanzialmente da azoto, che proviene dal separatore 83, che pu? includere una o pi? colonne di distillazione. The process scheme for this solution? shown in figure 8 in which in the plant 80 are represented in addition to the components already note a source of compressed and purified air 81, a single heat exchanger 82, preferably of the plate type with a plurality of of heat exchanger flows (?multi-stream plate-fin heat exchangers?) often used in the cryogenic field, in which the air? counter-current cooled both by hydrogen and by the flow, substantially formed by nitrogen, which comes from the separator 83, which can? include one or more distillation columns.

Lo stesso schema ? riportato in figura 9, in cui sono evidenziati, in sostituzione dell?unico scambiatore di calore, due scambiatori di calore separati, un primo scambiatore di calore 84 per lo scambio termico aria/flusso di ritorno di azoto e un secondo scambiatore di calore 85 per lo scambio termico aria/idrogeno. The same pattern? shown in figure 9, in which, instead of the single heat exchanger, two separate heat exchangers are highlighted, a first heat exchanger 84 for the air/nitrogen return flow heat exchange and a second heat exchanger 85 for the air/hydrogen heat exchange.

Vantaggiosamente il flusso d?aria proveniente dalla la sorgente di aria 81 (linea 96) pu? essere raffreddato preventivamente in uno scambiatore di calore 86. Il flusso d?aria 87 uscente dallo scambiatore di calore 86 pu? essere separato in due flussi distinti da un divisore di flusso 87a: un primo flusso 88 ? avviato allo scambiatore di calore 84 e un secondo flusso 89 ? avviato allo scambiatore di calore 85. Altres? vantaggiosamente all?uscita dagli scambiatori di calore 84 e 85, il flusso d?aria riunito in un unico flusso 90 pu? essere raffreddato in uno scambiatore di calore 91. Il calore sottratto all?aria viene in questo scambiatore ceduto al flusso di idrogeno entrante proveniente dal serbatoio 72 e dalla pompa 73. All?uscita dallo scambiatore 91 il flusso d?aria contiene ossigeno in buona parte condensato. Un separatore 92 eventualmente corredato da colonna di distillazione, invia l?ossigeno liquido alla linea 94 e la frazione aeriforme, costituita sostanzialmente da azoto, allo scambiatore 84 attraverso la linea 93. Altri scambiatori possono vantaggiosamente completare lo scambio termico, in particolare uno scambiatore in controcorrente fra i due condotti 97 e 96, rispettivamente alimentati da azoto e da aria entrante, opportunamente depurata in 81 come visto sopra. Advantageously, the air flow coming from the air source 81 (line 96) can be cooled beforehand in a heat exchanger 86. The air flow 87 leaving the heat exchanger 86 can? be separated into two distinct flows by a flow divider 87a: a first flow 88 ? sent to the heat exchanger 84 and a second flow 89 ? started to the heat exchanger 85. Altres? advantageously at the outlet from the heat exchangers 84 and 85, the air flow combined in a single flow 90 can be cooled in a heat exchanger 91. The heat removed from the air is transferred in this exchanger to the flow of incoming hydrogen coming from the tank 72 and from the pump 73. At the exit from the exchanger 91 the air flow contains oxygen in a good part condensed. A separator 92 possibly equipped with a distillation column sends the liquid oxygen to the line 94 and the aeriform fraction, consisting substantially of nitrogen, to the exchanger 84 through the line 93. Other exchangers can advantageously complete the heat exchange, in particular an exchanger in counter-current between the two ducts 97 and 96, respectively fed by nitrogen and by incoming air, suitably purified in 81 as seen above.

E? da notare, in generale, che la liquefazione del componente ossigeno dell'aria fa parte di una tecnica criogenica nota che include soluzioni volte ad evitare danni al processo dovuti alla presenza di elementi o composti anche in piccola quantit? nell'aria di alimentazione, quali acqua, argon ed altri gas nobili, CO2. Nell'impianto proposto occorre tener conto di dette tecniche e soluzioni note. AND? it should be noted, in general, that the liquefaction of the oxygen component of the air is part of a known cryogenic technique which includes solutions aimed at avoiding damage to the process due to the presence of elements or compounds, even in small quantities? in the supply air, such as water, argon and other noble gases, CO2. In the proposed system it is necessary to take account of said known techniques and solutions.

? da notare che i due flussi di ossigeno e di aria hanno portate, in termini di frazione di ossigeno trasportato, corrispondenti sostanzialmente al rapporto stechiometrico in combustione. Tuttavia pu? essere vantaggioso mantenere una certa quantit? di ossigeno liquido accumulato a monte della pompa 6 che alimenta gli iniettori 5 del motore, per compensare eventuali deficienze di portata alimentata alla pompa stessa, soprattutto nei transitori. ? it should be noted that the two flows of oxygen and air have flow rates, in terms of fraction of oxygen transported, substantially corresponding to the stoichiometric ratio in combustion. However can? be advantageous to keep a certain amount? of liquid oxygen accumulated upstream of the pump 6 which feeds the injectors 5 of the engine, to compensate for any deficiencies in the flow rate fed to the pump itself, especially in transients.

In generale, la produzione di ossigeno liquido dall?aria pu? essere di grande interesse perch? permette di ridurre drasticamente i costi della logistica di approvvigionamento e di stoccaggio dei reagenti. Questo, in presenza di incentivi significativi all?uso di idrogeno pu? rendere fattibili impianti distribuiti sul territorio, ad es. per cogenerazione in case di cura, industrie, impianti di teleriscaldamento. In general, the production of liquid oxygen from air can be of great interest why? it allows to drastically reduce the logistics costs of supply and storage of the reagents. This, in the presence of significant incentives for the use of hydrogen, can? make feasible systems distributed throughout the territory, e.g. for cogeneration in nursing homes, industries, district heating plants.

Con riferimento alla figura 10, si descrive ora un esempio di utilizzo della macchina motrice volumetrica 10, secondo una delle forme di attuazione dell?invenzione, in una rete elettrica 100 provvista di sorgenti di energia rinnovabili/aleatorie. La rete elettrica 100 potr? erogare o assorbire potenza elettrica a seconda della domanda di potenza elettrica. Nello schema illustrato in figura potr? essere previsto un elettrolizzatore 110, che assorbir? potenza elettrica dalla rete 100 per produrre idrogeno e ossigeno dall?elettrolisi di acqua. Idrogeno e ossigeno in fase gassosa potranno alimentare celle a combustibile 120, le quali forniranno potenza elettrica alla rete 100. Anche la macchina motrice volumetrica 10 sar? in collegamento elettrico con la rete 100 e potr? essere dedicata all?assorbimento dei picchi di domanda di potenza elettrica richiesti dalla rete. Le potenze elettriche erogate dalle celle a combustibile e dalla macchina volumetrica potranno indicativamente essere dell?ordine dei 100 MW. Eventualmente, la macchina motrice volumetrica 10 potr? erogare anche potenza termica contenuta nei suoi gas di scarico per un utilizzatore termico 130. Nello schema in figura 10 sono stati inseriti anche i componenti fondamentali, gi? descritti, per l?alimentazione della macchina volumetrica 10: in particolare, un primo serbatoio 140 contenente idrogeno liquido, un secondo serbatoio 150 contenente ossigeno liquido, nonch? una prima macchina 160 e una seconda macchina 170 per liquefazione o rigassificazione, rispettivamente, di idrogeno e di ossigeno. Queste macchine potranno lavorare secondo una delle due funzioni, a seconda delle esigenze della rete 10. Ad esempio, se vi sar? richiesta di potenza elettrica dalle celle a combustibile 120, le macchine 160, 170 potranno lavorare come rigassificatori, rispettivamente, dell?idrogeno e dell?ossigeno. Se, invece, vi sar? richiesta di potenza elettrica dalla macchina volumetrica 10, la macchina 160 potr? lavorare come rigassificatore dell?idrogeno, mentre la macchina 170 potr? effettuare la liquefazione dell?ossigeno. Invece, allorquando un serbatoio 140, 150 raggiunge un livello minimo di liquido in esso contenuto, rispettivamente, di idrogeno o di ossigeno, la corrispondente macchina 160, 170 potr? effettuare la liquefazione dell?idrogeno o dell?ossigeno, anche in relazione alla previsione di disponibilit? di energia elettrica e in funzione del costo previsto per la stessa. With reference to figure 10, an example of use of the volumetric driving machine 10 is now described, according to one of the embodiments of the invention, in an electric network 100 provided with renewable/random energy sources. The electrical network 100 will be able deliver or absorb electric power according to the demand for electric power. In the diagram illustrated in the figure, can be provided for an electrolyser 110, which will absorb? electrical power from network 100 to produce hydrogen and oxygen from the electrolysis of water. Hydrogen and oxygen in the gaseous phase will be able to feed fuel cells 120, which will supply electrical power to the grid 100. The volumetric driving machine 10 will also be? in electrical connection with the network 100 and can? be dedicated to absorbing the electrical power demand peaks required by the grid. The electrical power supplied by the fuel cells and by the volumetric machine can approximately be of the order of 100 MW. Possibly, the volumetric driving machine 10 will be able to? also deliver thermal power contained in its exhaust gases for a thermal user 130. The basic components, already? described, for feeding the volumetric machine 10: in particular, a first tank 140 containing liquid hydrogen, a second tank 150 containing liquid oxygen, as well as a first machine 160 and a second machine 170 for liquefaction or regasification, respectively, of hydrogen and oxygen. These machines will be able to work according to one of the two functions, depending on the needs of the network 10. For example, if there will be? request for electrical power from the fuel cells 120, the machines 160, 170 will be able to work as regasifiers for hydrogen and oxygen, respectively. If, however, there will be request for electric power from the volumetric machine 10, the machine 160 can work as a regasifier of? hydrogen, while the machine 170 potr? carry out the liquefaction of the oxygen. On the other hand, when a tank 140, 150 reaches a minimum level of liquid contained therein, respectively hydrogen or oxygen, the corresponding machine 160, 170 will be able to perform the liquefaction of? hydrogen or? oxygen, also in relation to the forecast of availability? of electricity and according to the expected cost for the same.

Infine, nello schema di figura 10 ? previsto anche un serbatoio 180 per l?eventuale alimentazione (o integrazione dell?alimentazione) della macchina volumetrica 10 per mezzo di idrocarburi (con eventuale arricchimento di idrogeno). Nell?esempio in figura 10, la miscela ? costituita da gas naturale e idrogeno. Finally, in the scheme of figure 10 ? a tank 180 is also provided for the possible supply (or integration of the supply) of the volumetric machine 10 by means of hydrocarbons (with possible enrichment of hydrogen). In the example in figure 10, the mixture ? made up of natural gas and hydrogen.

Il caso delle navi per il trasporto di idrogeno liquido ? pure molto interessante, soprattutto se si tiene conto dell?utilizzazione della frazione di boil-off della riserva di idrogeno che pu? essere alimentato nei condotti 1, 2, 19. In particolare, ? interessante l?applicazione alle navi sommergibili, anche in versione senza equipaggio, preferibilmente destinata al trasporto di liquidi o gas quali idrogeno e ossigeno o all?implementazione di operazioni di estrazione mineraria e/o pulizia del fondo marino. The case of ships for the transport of liquid hydrogen? also very interesting, especially if we take into account the use of the boil-off fraction of the hydrogen reserve that can? be fed into ducts 1, 2, 19. In particular, ? the application to submersible vessels is interesting, also in the unmanned version, preferably intended for the transport of liquids or gases such as hydrogen and oxygen or for the implementation of mining operations and/or cleaning of the seabed.

Le caratteristiche della macchina motrice volumetrica secondo la presente invenzione, in particolare, a confronto con impianti a celle a combustibile alimentate da idrogeno e ossigeno, per taglie 10-50 MW e per un orizzonte temporale di circa venti anni, dovrebbero essere le seguenti: ? Costo per kW installato nettamente inferiore The characteristics of the volumetric drive according to the present invention, in particular, in comparison with fuel cell plants fed by hydrogen and oxygen, for sizes 10-50 MW and for a time horizon of about twenty years, should be as follows: ? Significantly lower cost per installed kW

? Simile rendimento elettrico ? Similar electrical efficiency

? Migliore tolleranza verso le impurit? nel gas ? Better tolerance towards impurities? in the gas

? Volume globale occupato dall?impianto inferiore ? Global volume occupied by the lower system

? Generazione di potenza con alternatore, quindi con la presenza di riserva rotante in rete, e migliore qualit? dell?energia prodotta ? Minore uso di materiali pregiati e/o strategici ? Power generation with alternator, therefore with the presence of rotating reserve in the network, and better quality? of the energy produced? Less use of precious and/or strategic materials

? Riciclo facile a fine vita ? Easy recycling at end of life

? Disponibilit? di calore di scarto a vari livelli termici. ? Availability of waste heat at various thermal levels.

Oltre alla forma di realizzazione dell'invenzione, come sopra descritto, si deve comprendere che esistono numerose altre varianti. Si deve anche comprendere che tali forme di realizzazione sono solo esemplificative e non limitano n? l'ambito dell'invenzione, n? le sue applicazioni, n? le sue possibili configurazioni. Al contrario, sebbene la descrizione di cui sopra consenta al tecnico specializzato di attuare la presente invenzione almeno secondo una sua forma di realizzazione esemplificativa, si deve comprendere che sono possibili molte varianti dei componenti descritti, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, come definita nelle rivendicazioni allegate, che sono interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali. In addition to the embodiment of the invention, as described above, it is to be understood that numerous other variations exist. It is also to be understood that such embodiments are exemplary only and do not limit or the scope of the invention, n? its applications, n? its possible configurations. On the contrary, although the above description allows the skilled technician to implement the present invention at least according to an exemplary embodiment thereof, it must be understood that many variants of the components described are possible, without thereby departing from the scope of the invention, as defined in the appended claims, which are construed literally and/or according to their legal equivalents.

Claims (33)

RIVENDICAZIONI 1. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) operante secondo una sequenza operativa sostanzialmente equivalente al ciclo dei motori Diesel, indicato nel seguito come ?ciclo Diesel? e comprendente:1. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) operating according to an operating sequence substantially equivalent to the cycle of Diesel engines, hereinafter referred to as ?Diesel cycle? and including: - almeno un involucro (8, 23) per il contenimento di un elemento combustibile e di un elemento comburente,- at least one casing (8, 23) for containing a fuel element and a comburent element, - almeno uno stantuffo (9) operante con moto periodico all?interno dell?involucro (8, 23), in modo da generare una camera all?interno dell?involucro di volume variabile periodicamente fra un volume minimo (V1) e un volume massimo (V2),- at least one piston (9) operating with periodic motion inside the enclosure (8, 23), so as to generate a chamber inside the enclosure with a volume that varies periodically between a minimum volume (V1) and a maximum volume (V2), - aperture di ingresso (3, 21) per l?aspirazione dell?elemento combustibile e aperture di scarico (4, 22, 31) per lo scarico di gas combusti prodotti dalla combustione dell?elemento combustibile con l?elemento comburente, - un sistema d?iniezione (5a) per l?iniezione dell?elemento comburente nell?involucro (8, 23),- inlet openings (3, 21) for the intake of the fuel element and exhaust openings (4, 22, 31) for the discharge of burnt gases produced by the combustion of the fuel element with the comburent element, - a system of injection (5a) for the injection of the comburent element in the enclosure (8, 23), - almeno un condotto di adduzione (1) dell?elemento combustibile e almeno un condotto di scarico (12) dei gas combusti,- at least one supply duct (1) of the fuel element and at least one exhaust duct (12) of the burnt gases, - un sistema di raccolta e conferimento ad un albero rotante della potenza meccanica raccolta dallo stantuffo (9) grazie all?alternanza delle pressioni su di esso agenti nelle varie fasi del ciclo termodinamico realizzato nella macchina stessa,- a system for collecting and transferring to a rotating shaft the mechanical power collected by the piston (9) thanks to the alternation of the pressures acting on it in the various phases of the thermodynamic cycle carried out in the machine itself, la macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) essendo caratterizzata dal fatto che l?elemento comburente ? ossigeno compresso in fase liquida da una o pi? pompe (6) prima della introduzione nell?involucro (8, 23). the volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) being characterized by the fact that the comburent element ? compressed oxygen in the liquid phase by one or more? pumps (6) before introduction into the casing (8, 23). 2. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 1, in cui l?elemento combustibile ? idrogeno in fase gassosa.2. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 1, wherein the fuel element is? hydrogen in the gaseous phase. 3. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 2, in cui l?idrogeno ? presente in eccesso rispetto al valore stechiometrico della reazione di ossidazione tra idrogeno e ossigeno.3. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 2, wherein the hydrogen is present in excess of the stoichiometric value of the oxidation reaction between hydrogen and oxygen. 4. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui l?elemento combustibile comprende idrogeno addizionato da idrocarburi.4. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 2 or 3, wherein the fuel element comprises hydrogen added with hydrocarbons. 5. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 1, in cui l?elemento combustibile comprende idrocarburi. 5. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 1, wherein the fuel element comprises hydrocarbons. 6. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 5, in cui gli idrocarburi sono costituiti in tutto o in parte da metilcicloesano (MCH).Displacement engine (10, 20, 30, 40) according to claim 5, wherein the hydrocarbons consist wholly or partly of methylcyclohexane (MCH). 7. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la potenza meccanica erogata dalla macchina alimenta un generatore elettrico.7. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, wherein the mechanical power supplied by the machine feeds an electric generator. 8. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui la potenza meccanica erogata dalla macchina alimenta una linea di propulsione di un veicolo a motore.8. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of claims 1 to 6, wherein the mechanical power delivered by the machine feeds a propulsion line of a motor vehicle. 9. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 8, in cui detto veicolo a motore ? un natante, una nave o altro veicolo acquatico.9. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 8, wherein said motor vehicle is a vessel, vessel or other water vehicle. 10. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti almeno un condotto di adduzione (1) dell?elemento combustibile e almeno un condotto di scarico (12) dei gas combusti sono connessi fra loro in modo da ottimizzare i corrispondenti flussi dell?elemento combustibile e dei gas combusti.10. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, wherein said at least one supply duct (1) of the fuel element and at least one exhaust duct (12) of the burnt gases are connected between them in order to optimize the corresponding flows of the fuel element and the burnt gases. 11. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un ulteriore iniettore configurato per iniettare nell?involucro (8, 23), durante la fase di compressione, almeno una parte degli elementi combustibili in fase liquida.11. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, comprising a further injector configured to inject into the casing (8, 23), during the compression phase, at least a part of the fuel elements in liquid. 12. Macchina motrice volumetrica (10, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la sequenza operativa sostanzialmente equivalente a un ciclo Diesel ? un ciclo a quattro tempi e le aperture di ingresso (3) e le aperture di scarico (4) sono controllate da valvole comandate.12. Volumetric driving machine (10, 40) according to one of the preceding claims, wherein the operating sequence substantially equivalent to a Diesel cycle? a four-stroke cycle and the inlet ports (3) and exhaust ports (4) are controlled by controlled valves. 13. Macchina motrice volumetrica (20, 30) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui la sequenza operativa sostanzialmente equivalente a un ciclo Diesel ? un ciclo a due tempi.13. Volumetric driving machine (20, 30) according to one of claims 1 to 11, wherein the operating sequence substantially equivalent to a diesel cycle? a two-stroke cycle. 14. Macchina motrice volumetrica (30) secondo la rivendicazione 13, in cui le aperture di scarico (31) sono controllate da valvole comandate. Positive driving machine (30) according to claim 13, wherein the discharge openings (31) are controlled by controlled valves. 15. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un sistema di scambio termico (13) per il recupero del calore dei gas di scarico che attraversano il condotto di scarico (12).Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, further comprising a heat exchange system (13) for recovering the heat of the exhaust gases passing through the exhaust pipe (12). 16. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 15, in cui il sistema di scambio termico (13) ? un impianto a ciclo Rankine organico (ORC).16. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 15, wherein the heat exchange system (13) is? an organic rankine cycle (ORC) plant. 17. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 16, in cui il ciclo Rankine organico (ORC) opera su pi? livelli di temperatura (42) o con cicli in cascata.17. Volumetric power machine (10, 20, 30, 40) according to claim 16, wherein the organic Rankine cycle (ORC) operates on multiple? temperature levels (42) or with cascade cycles. 18. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un separatore (16) della condensa dei gas di scarico.Positive driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, further comprising an exhaust gas condensate separator (16). 19. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 18, in cui il separatore (16) ? provvisto di uno sfiato (17) per allontanare gas incondensabili o altri aeriformi.19. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 18, wherein the separator (16) is? equipped with a vent (17) to remove non-condensable gases or other aeriforms. 20. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un condotto di ricircolo (19) del gas residuo a valle del separatore (16), sostanzialmente comprendente idrogeno incombusto.20. Volumetric drive (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, further comprising a duct (19) for recirculation of the residual gas downstream of the separator (16), substantially comprising unburnt hydrogen. 21. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 20, in cui lungo il condotto di ricircolo (19) ? allocata una macchina operatrice (19a) per comprimere l?idrogeno a pressioni superiori alla pressione in un condotto di ammissione (1).21. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 20, wherein along the recirculation duct (19) ? allocated an operating machine (19a) to compress the hydrogen at pressures higher than the pressure in an admission duct (1). 22. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, provvista di un espansore a turbina (41) allocato sul condotto di scarico (12) per produrre potenza meccanica e preraffreddare i gas di scarico.22. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, provided with a turbine expander (41) located on the exhaust duct (12) for producing mechanical power and pre-cooling the exhaust gases. 23. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, provvista di un carter pressurizzato con gas inerte.23. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, provided with a casing pressurized with inert gas. 24. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 23, in cui detto gas inerte ? argon. 24. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 23, wherein said inert gas ? argon. 25. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un impianto (70) per la produzione dell?idrogeno in fase gassosa e dell?ossigeno compresso in fase liquida a partire da idrogeno in fase liquida e ossigeno in fase gassosa, detto impianto essendo provvisto di:25. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, further comprising a plant (70) for producing hydrogen in the gaseous phase and compressed oxygen in the liquid phase starting from hydrogen in the liquid and oxygen in the gaseous phase, said plant being equipped with: - un primo serbatoio (71) contenente ossigeno gassoso,- a first tank (71) containing gaseous oxygen, - un secondo serbatoio (72) contenete idrogeno liquido,- a second tank (72) containing liquid hydrogen, - una pompa (73) che movimenta l?idrogeno,- a pump (73) which moves the hydrogen, - uno scambiatore di calore (74) tra idrogeno e ossigeno che per effetto dello scambio termico realizza la liquefazione dell?ossigeno e la gassificazione dell?idrogeno,- a heat exchanger (74) between hydrogen and oxygen which, as a result of the heat exchange, carries out the liquefaction of the oxygen and the gasification of the hydrogen, - un terzo serbatoio (75) che contiene ossigeno in fase liquida.- a third tank (75) which contains oxygen in the liquid phase. 26. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 25, in cui l?impianto (70) comprende un ulteriore scambiatore di calore (76) per un ulteriore riscaldamento dell?idrogeno e una turbina (77) per l?espansione dell?idrogeno gassoso e per ottenere potenza meccanica/elettrica.26. Volumetric engine (10, 20, 30, 40) according to claim 25, wherein the system (70) comprises a further heat exchanger (76) for further heating of the hydrogen and a turbine (77) for the expansion of hydrogen gas and to obtain mechanical/electrical power. 27. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 24, comprendente inoltre un impianto (80) per la produzione dell?idrogeno in fase gassosa e dell?ossigeno compresso in fase liquida a partire da idrogeno in fase liquida e da aria, detto impianto essendo provvisto di:27. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of claims 1 to 24, further comprising a plant (80) for producing hydrogen in the gaseous phase and compressed oxygen in the liquid phase starting from hydrogen in the liquid phase and from air, said plant being equipped with: - una sorgente di aria (81) compressa e depurata,- a source of compressed and purified air (81), - un serbatoio (72) contenete idrogeno liquido,- a tank (72) containing liquid hydrogen, - una pompa (73) che movimenta l?idrogeno, - a pump (73) which moves the hydrogen, - un unico scambiatore di calore (82) in cui l?aria ? raffreddata in controcorrente sia dall?idrogeno, sia dal flusso di ritorno, formato sostanzialmente da azoto, che proviene da un separatore azoto/ossigeno (83).- a single heat exchanger (82) in which the air? counter-current cooled both by hydrogen and by the return flow, substantially formed by nitrogen, which comes from a nitrogen/oxygen separator (83). 28. Macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo la rivendicazione 27, in cui l?impianto (80) comprende, in sostituzione dell?unico scambiatore di calore (82), almeno due scambiatori di calore separati, un primo scambiatore di calore (84) per lo scambio termico aria/flusso di ritorno di azoto e un secondo scambiatore di calore (85) per lo scambio termico aria/idrogeno.28. Volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to claim 27, wherein the system (80) comprises, instead of the single heat exchanger (82), at least two separate heat exchangers, a first heat exchanger (84) for air/nitrogen backflow heat exchange and a second heat exchanger (85) for air/hydrogen heat exchange. 29. Metodo per la produzione di idrogeno in fase gassosa, in qualit? di elemento combustibile, e di ossigeno compresso in fase liquida, in qualit? di elemento comburente, il metodo essendo implementato in una macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni precedenti, il metodo essendo caratterizzato dalle seguenti fasi:29. Method for the production of hydrogen in the gaseous phase, in quality? of fuel element, and compressed oxygen in the liquid phase, in quality? of comburent element, the method being implemented in a volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, the method being characterized by the following steps: - stoccaggio di idrogeno allo stato liquido e di ossigeno gassoso pressurizzato in recipienti accessibili alla macchina motrice volumetrica, - scambio termico, sostanzialmente in controcorrente, fra idrogeno da gassificare e ossigeno da liquefare.- storage of hydrogen in the liquid state and pressurized gaseous oxygen in containers accessible to the volumetric engine, - heat exchange, essentially in counter-current, between the hydrogen to be gasified and the oxygen to be liquefied. 30. Metodo secondo la rivendicazione 29, in cui la fase di scambio termico ? seguita da fasi di espansione in valvole di laminazione o in turbina.30. A method according to claim 29, wherein the heat exchange step is followed by expansion phases in throttling valves or turbines. 31. Metodo per la produzione di idrogeno in fase gassosa, in qualit? di elemento combustibile, e di ossigeno compresso in fase liquida, in qualit? di elemento comburente, il metodo essendo implementato in una macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 28, il metodo essendo caratterizzato dalle seguenti fasi:31. Method for the production of hydrogen in the gaseous phase, in quality? of fuel element, and compressed oxygen in the liquid phase, in quality? of comburent element, the method being implemented in a volumetric driving machine (10, 20, 30, 40) according to one of claims 1 to 28, the method being characterized by the following steps: - alimentazione di idrogeno allo stato liquido e di aria depurata da acqua e particolato,- supply of liquid hydrogen and air purified from water and particulates, - scambio termico, sostanzialmente in controcorrente, fra idrogeno da gassificare e aria,- heat exchange, substantially in counter-current, between hydrogen to be gasified and air, - separazione della frazione di azoto, rimasta gassosa, dall?ossigeno condensato,- separation of the nitrogen fraction, which remained gaseous, from the condensed oxygen, - scambio termico tra frazione di azoto e aria.- heat exchange between nitrogen fraction and air. 32. Rete elettrica (100) provvista di sorgenti di energia rinnovabile e di utenze elettriche, comprendente almeno:32. Electricity grid (100) provided with renewable energy sources and electrical consumers, including at least: - un elettrolizzatore (110), per la produzione di idrogeno e ossigeno in fase gassosa,- an electrolyser (110), for the production of hydrogen and oxygen in the gaseous phase, - celle a combustibile (120), per la fornitura di potenza elettrica alla rete (100), e- fuel cells (120), for the supply of electrical power to the grid (100), e - una macchina motrice volumetrica (10, 20, 30, 40), secondo una delle rivendicazioni da 1 a 28, in collegamento elettrico con la rete (100) e configurata per erogare potenza elettrica asservita all?assorbimento dei picchi di domanda di potenza elettrica richiesti dalla rete (100).- a volumetric driving machine (10, 20, 30, 40), according to one of the claims from 1 to 28, in electrical connection with the network (100) and configured to deliver electric power slaved to the absorption of peaks of electric power demand requested by the network (100). 33. Rete elettrica (100) secondo la rivendicazione 32, comprendente inoltre:The electrical network (100) according to claim 32, further comprising: - un primo serbatoio (140) contenente idrogeno liquido e un secondo serbatoio (150) contenente ossigeno liquido,- a first tank (140) containing liquid hydrogen and a second tank (150) containing liquid oxygen, - una prima macchina (160) per liquefazione o rigassificazione di idrogeno e una seconda macchina (170) per liquefazione o rigassificazione di ossigeno, e- a first machine (160) for liquefaction or regasification of hydrogen and a second machine (170) for liquefaction or regasification of oxygen, and - un?alimentazione comprendente una miscela di gas naturale e idrogeno. - a feed comprising a mixture of natural gas and hydrogen.
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