IT202100025580A1 - Motore ibrido in serie per veicoli - Google Patents

Description

Titolo: " Motore ibrido in serie per veicoli "

DESCRIZIONE

Campo Tecnico

La presente invenzione si riferisce ad un motore per la movimentazione di un veicolo preferibilmente applicato nei settori automobilistico (automotive), marittimo, aviazione, microgrid, edile e telco. Nello specifico, l?invenzione ? focalizzata su un motore ibrido in serie, con particolare attenzione al campo automobilistico. Tale tipologia di motore ibrido permette una propulsione completamente elettrica sfruttando la combustione interna come alimentazione ausiliaria per la componentistica elettrica.

Stato della Tecnica

Tra i motori noti oltre a quello a combustione interna sono noti motori completamente elettrici e motori ibridi che combinano le precedenti tipologie di motori. I motori a combustione interna sfruttano una reazione di combustione del carburante per movimentare il veicolo; invece, quelli elettrici impiegano pacchi batteria ricaricabili associati a relativi motori a trazione al fine di movimentare il relativo veicolo. Per quanto riguarda invece i motori ibridi sono noti i motori ibridi in parallelo, in serie, e power-split. Le differenze tra tali motori ? l?accoppiamento al motore a trazione, infatti, il motore ibrido in parallelo prevede di associare al motore a trazione in parallelo sia il motore a combustione interna che il motore elettrico. Per quanto riguarda il motore ibrido in serie il motore a combustione interna fornisce energia al motore elettrico che alimenta a sua volta il motore a trazione. Infine, nel motore ibrido power-split mezzi di controllo gestiscono la trazione del veicolo indirizzando l?energia da motore elettrico o a combustione interna al motore a trazione o viceversa andando a ricaricare le batterie.

Problemi della Tecnica Nota

Tra i principali svantaggi dei motori completamente elettrici soprattutto nel campo automobilistico ? la limitata autonomia nonch? tempi prolungati per la ricarica delle relative batterie a meno che non si disponga di particolari stazioni di ricarica, dotate di connessione alla rete elettrica nazionale con potenze molto alte. Un ulteriore svantaggio legato ai motori elettrici ? il costo associato ai veicoli su cui sono installati in quanto risulta proporzionale alla capacit? di accumulo delle batterie. Infatti, per queste tipologie di motori quello che incide di pi? sul costo totale ? legato al pacco batterie associato al costo del litio con cui sono realizzate tali batterie. A questi svantaggi si annovera anche la mancanza di una infrastruttura di ricarica in grado incentivare l?acquisto di veicoli elettrici, inoltre, bisogna considerare che la produzione di energia elettrica attuale non sarebbe sufficiente a soddisfare la domanda energetica se ci fosse la maggioranza di auto elettriche nel parco circolante, per non parlare del sottodimensionamento dell?infrastruttura di distribuzione dell?energia elettrica per il trasferimento delle potenze richieste.

Il motore a combustione interna tipico, impiegate benzina/diesel come carburante, permette di superare in parte i suddetti svantaggi, ma ne porta con s? altri come il costo sempre oscillante del carburante nonch? l?inquinamento atmosferico.

Per quanto riguarda invece i motori ibridi questi riguardano principalmente l?aumento della complessit? e del controllo (motore ibrido power-split), la riduzione dell?efficienza del motore e della trazione (sia motore ibrido in serie che in parallelo) e l?aumento delle dimensioni del motore stesso (motore ibrido in serie). Un altro problema a livello globale ? la difficolt? dell?estrazione del litio e dei metalli rari. Scopo dell?Invenzione

Scopo dell?invenzione in oggetto ? quello di realizzare un motore ibrido in serie per veicoli in grado di superare gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, ? scopo della presente invenzione quello di fornire un motore ibrido in serie in grado di aumentare l?autonomia del veicolo ed allo stesso tempo ridurre le dimensioni del pacco batteria in termini di capacit? di accumulo e consentire veloci tempi di rifornimento.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un motore ibrido in serie comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.

Vantaggi dell?invenzione

Vantaggiosamente, il motore della presente invenzione permette di ridurre i costi generali del motore e del veicolo su cui ? montato. Nello specifico, in campo automobilistico nel listino prezzi dei veicoli elettrici il costo ? direttamente proporzionale alla capacit? di accumulo del pacco batterie. Nel caso di auto elettriche, se una prima tipologia ha una capacit? di accumulo di 75 kWh e una seconda, con il motore della presente invenzione, ha ad esempio una capacit? di accumulo di 40 kWh, la prima presenterebbe costi superiori alla seconda ed un?autonomia inferiore. Infatti, la prima auto ha un?autonomia teorica di circa 490 Km ma quella reale ? praticamente pi? bassa, ci? ? legato a due fattori i) il naturale deterioramento della batteria dovuto a cicli di carica/scarica e ii) le condizioni atmosferiche. Nel secondo caso l?autonomia teorica ? la somma di due aliquote, quella della batteria con capacit? 40 kWh e quella fornita dalla Turbina a Gas Compatta del motore secondo la presente invenzione. Quest?ultimo pertanto permette di abbattere il costo iniziale dell?auto necessitando di un pacco batterie sottodimensionato e sfruttare una fonte di energia come, ad esempio, il metano liquido (LNG) criogenico, l?idrogeno (H2) o una loro combinazione.

Vantaggiosamente, il motore della presente invenzione permette di aumentare l?autonomia. Infatti, tornando all?esempio precedente del veicolo dotato del motore della presente invenzione, questo ? in grado di raggiungere e superare i 500 km di autonomia sommando la base di circa 280 km (del pacco batterie) e un altro valore dipendente dalla capacit? dei serbatoi per alimentare la turbina a gas compatta.

Vantaggiosamente, il motore della presente invenzione permette di rifornire la porzione elettrica del motore rifornendo i serbatoi in pochi minuti, avendo cos? una scorta di energia al bisogno, usando il metano liquido e l?idrogeno come vettori energetici. Questo fatto si riflette anche sul confort mentale dell?utente riducendo l?ansia dello stesso associata al rifornimento.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un motore ibrido in serie per veicoli come illustrato negli uniti disegni:

- la figura 1 mostra una vista schematica del motore ibrido in serie per veicoli secondo una forma realizzativa della presente invenzione;

- la figura 2 mostra una vista schematica del ciclo termodinamico eseguito dal motore di figura 1 ed ulteriori dettagli relativi al motore di figura 1;

- la figura 3 mostra in maniera schematica un dettaglio dei serbatoi di figura 1.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Anche qualora non esplicitamente evidenziato, le singole caratteristiche descritte in riferimento alle specifiche realizzazioni dovranno intendersi come accessorie e/o intercambiabili con altre caratteristiche, descritte in riferimento ad altri esempi di realizzazione.

La presente invenzione ha per oggetto un motore ibrido in serie indicato complessivamente con 1 nelle figure. Tale motore 1 pu? essere installato su diverse tipologie di veicoli ad esempio comprese nel settore automobilistico, marittimo, aeronautico, microgrid, edile e telco. Nello specifico, il motore 1 ? configurato per movimentare il veicolo mediante propulsione elettrica fornendo energia da una unit? di alimentazione a batterie 30 nota anche come battery pack e da un carburante facilmente e velocemente rifornibile.

Il motore 1 comprende un motore a trazione 10 configurato per movimentare il veicolo azionando relativi mezzi locomotori 20. Nello specifico, il motore a trazione 10 azionato per mezzo dell?energia fornita permette di movimentare il veicolo. Ad esempio, come illustrato in figura 1 i mezzi locomotori 20 per un?auto sono le relative ruote e meccanismi di trasmissione del moto come differenziali. Pertanto, il motore a trazione 10 azionato agisce sui mezzi locomotori 20 per spostare il veicolo.

Il motore 1 comprende una unit? di alimentazione a batterie 30 ricaricabile e configurata per alimentare ed azionare il motore a trazione 10. Nello specifico, tale unit? di alimentazione a batterie 30 (battery pack) comprende una serie di batterie preferibilmente al litio atte ad accumulare energia e a cederla a motore a trazione 10 per movimentare il veicolo. I motori a trazione 10 accoppiabili all?unit? di alimentazione a batterie 30 ed i relativi mezzi di accoppiamento sono noti dallo stato della tecnica e non ulteriormente approfonditi.

Giova rilevare che l?unit? di alimentazione a batterie 30 ? ricaricabile sia per mezzo di una stazione di ricarica che mediante una turbina a gas compatta 80 come descritto nel seguito.

Il motore 1 comprende una unit? di potenza ausiliaria 40 configurata per ricaricare l?unit? di alimentazione a batterie 30. L?unit? di potenza ausiliaria 40 permette di attivarsi e ricaricare l?unit? di alimentazione a batterie 30 al bisogno mediante l?impiego di una turbina a gas compatta 80.

Nello specifico, l?unit? di potenza ausiliaria 40 comprende mezzi di stoccaggio di combustibile 50, mezzi di aspirazione 60, una camera di combustione 70, una turbina a gas compatta 80 e un primo generatore 91.

I mezzi di stoccaggio di combustibile 50 sono configurati per contenere uno o pi? carburanti scelti tra metano liquido e/o idrogeno eventualmente miscelati tra loro in un miscelatore 57 e addotti in una camera di combustione 70.

Preferibilmente, i mezzi di stoccaggio di combustibile 50 comprendono un primo serbatoio 51 configurato per contenere metano liquido criogenico ed un secondo serbatoio 52 configurato per contenere idrogeno. Nello specifico, il primo ed il secondo serbatoio 51, 52 sono distinti e lavorano in parallelo per fornire il carburante alla camera di combustione 70 insieme all?aria compressa proveniente dai mezzi di aspirazione 60. ? da notare che il primo ed il secondo serbatoio 51, 52 presentano preferibilmente mezzi di collegamento di fluido reciproco nel caso in cui contengono il medesimo carburante in modo da regolare l?afflusso dello stesso verso la camera di combustione 70. In questo caso, giova rilevare che possono essere installati mezzi di controllo e monitoraggio comuni tra i due serbatoi 51, 52 ad esempio manometro 58, valvola per il drenaggio manuale 59, valvola per il rifornimento 90 ed eventuale evaporatore, mentre nel caso di due serbatoi separati questi comprenderanno relativi mezzi di controllo e monitoraggio.

In accordo con una forma di realizzazione preferita, il primo serbatoio 51 ? configurato per contenere metano liquido criogenico del tipo LNG ed il secondo serbatoio 52 ? configurato per contenere idrogeno. Nello specifico i serbatoi 51, 52 presentano una struttura tipica di serbatoi criogenici (strati di copertura 51a,52a 51b, , 52b e strato di vuoto 51c, 52c) che consente di mantenere un intervallo di temperature corrette. Ad esempio, per il metano liquido criogenico del tipo LNG la temperatura da mantenere ? circa -130?C dove il metano ? in condizioni per il trasporto e si presenta all?interno del serbatoio in doppia fase, liquida e gassosa, le cui percentuali in volume possono variare in funzione delle pressioni in gioco, mentre la pressione da mantenere in uscita ? definita dalla turbina a gas.

Preferibilmente, i mezzi di stoccaggio di combustibile 50 comprendono primi condotti di alimentazione 53 e secondi condotti di alimentazione 54 configurati per porre in comunicazione di fluido rispettivamente il primo serbatoio 51 con la camera di combustione 70 ed il secondo serbatoio 52 con la camera di combustione 70.

Nello specifico, i mezzi di stoccaggio di combustibile 50 comprendono un miscelatore 57 interposto tra i serbatoi 51, 52 e la camera di combustione 70 ed in comunicazione di fluido sia con i serbatoi 51, 52 che con la camera di combustione 70. Tale miscelatore 57 ? configurato per ricevere il carburante dai serbatoi 51, 52 per mezzo dei rispettivi condotti di alimentazione 53, 54 e miscelarli prima di inviarli alla camera di combustione 70. Nel dettaglio, il miscelatore 57 consente di miscelare correttamente il carburante in funzione delle percentuali che arrivano dai serbatoi 51, 52 in modo da ottimizzare la combustione nella camera di combustione 70 oltre che ridurre le emissioni in atmosfera.

Pi? preferibilmente, i mezzi di accumulo di combustibile 50 comprendono prime valvole di controllo 55 e seconde valvole di controllo 56, preferibilmente del tipo a laminazione, rispettivamente associate al primo condotto di alimentazione 53 ed al secondo condotto di alimentazione 54 e configurate per controllare l?accesso del carburante dai serbatoi 51, 52 alla camera di combustione 70. Al fine di controllare l?accesso dei carburanti in camera di combustione, i mezzi di accumulo di combustibile 50 comprendono un dispositivo di controllo carburante 200, preferibilmente una centralina, associato alle valvole di controllo 55,56 e configurato per controllare la miscelazione dei carburanti nella camera di combustine 70 agendo sulle relative valvole di controllo 55, 56, preferibilmente regolando le percentuali di carburante da miscelare. Nello specifico il dispositivo di controllo carburante 200 prevede un collegamento elettrico 220 con ciascuna delle valvole di controllo 55, 56 in modo da poterle controllare in apertura e chiusura regolando l?accesso alla camera di combustione 70 passando per il miscelatore 57. Giova rilevare che il dispositivo di controllo carburante 200 risulta elettricamente connesso all?unit? di alimentazione a batterie 30 in modo da alimentare il dispositivo stesso e le relative valvole di controllo 55, 56.

In accordo con una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di controllo carburante 200 comprende una sonda lambda 210 presente in uscita della turbina a gas compatta 80. Tale sonda lambda 210 ? configurata per rilevare i gas in uscita dalla turbina e regolare in funzione degli stessi l?apertura e la chiusura delle valvole 55, 56. In questo modo, il dispositivo di controllo 200 permette di controllare e regolare le percentuali di carburante da miscelare nel miscelatore 57 e dunque da inviare alla camera di combustione 70.

I mezzi di aspirazione 60 sono configurati per aspirare aria da un ambiente esterno e preferibilmente per inviarla alla camera di combustione 70. Nello specifico, l?aria ? utilizzata per favorire la combustione e in una forma preferita recuperare il calore dei gas di scarico ed aumentare il rendimento della combustione stessa.

Nello specifico, la camera di combustione 70 ? in comunicazione di fluido con i mezzi di stoccaggio di combustibile 50 e con i mezzi di aspirazione 60. Inoltre, la camera di combustione 70 ? configurata per produrre gas caldo ad alta pressione a seguito della reazione di combustione tra carburante ed aria.

La turbina a gas compatta 80 ? utilizzata per produrre energia. Nello specifico, la turbina a gas compatta 80 ? in comunicazione di fluido con la camera di combustione 70 per ricevere il gas caldo ad alta pressione ed espanderlo. Nello specifico la turbina a gas compatta 80 ? configurata per espandere il gas caldo ad alta pressione producendo in uscita gas di scarico caldi. I gas in uscita possono essere utilizzati in cicli cogenerativi per aumentare il rendimento della turbina stessa. Inoltre, tali gas caldi possono essere usati per il riscaldamento dell'acqua, per processi di essiccamento o per refrigeranti ad assorbimento, che creano aria fredda per il condizionamento ambientale utilizzando calore anzich? energia elettrica.

Nello specifico in accordo con una forma di realizzazione preferita, il motore ibrido in serie 1 comprende un canale di ingresso 82 configurato per porre in comunicazione di fluido la camera di combustione 70 con la turbina compatta a gas 80 per inviare i gas caldi ad alta pressione dalla camera di combustione 70 alla turbina compatta a gas 80 ed un canale di uscita 83 in comunicazione di fluido con la turbina a gas compatta 80 e configurato per espellere i gas di scarico a seguito dell?espansione.

Vantaggiosamente, la turbina a gas compatta 80 permette integrazioni di tipo cogenerativo.

Preferibilmente, la turbina a gas compatta 80 pu? essere di diverse dimensioni adattabili a diverse tipologie di motori per la produzione pi? o meno elevata di energia. Inoltre, giova rilevare che la turbina a gas compatta 80 permette di associare sullo stesso albero un generatore utilizzabile sia come generatore che come motore di lancio per la turbina stessa. In accordo con la presente invenzione, la turbina compatta a gas 80 comprende un albero di turbina a gas 81 su cui ? calettato il primo generatore 91. In questo modo, nella fase di avvio della turbina compatta a gas 80 viene usato il primo generatore 91 come motore; infatti, esso imprime l?accelerazione necessaria all?albero di turbina a gas 81 per poter arrivare ad un punto ben definito del ciclo termodinamico e lavorare in condizioni stabili.

La turbina a gas compatta 80 presenta molti vantaggi rispetto ai generatori azionati da motori alternativi, come l'alta densit? di potenza (rispetto all'ingombro ed al peso), bassissime emissioni e poche, o una sola, parti in movimento. Ad esempio, la turbina a gas compatta progettata con cuscini ad aghi e raffreddamento ad aria opera senza olio, refrigeranti ed altri fluidi pericolosi. Inoltre, la turbina a gas compatta 80 pu? essere utilizzata con la maggior parte di combustivi commerciali oltre che con il metano liquido criogenico e l?idrogeno opportunamente convertiti in gas.

Preferibilmente, la turbina a gas compatta 80 comprende una turbina centripeta a singolo stadio ed ? solitamente associata ad un rigeneratore in grado di sfruttare i suddetti gas caldi in uscita dalla turbina prima di rilasciarli nell?ambiente.

In accordo una forma di realizzazione preferita, la turbina a gas compatta 80 pu? essere strutturata come una microturbina.

Il primo generatore 91 ? associato alla turbina a gas compatta 80 ed ? configurato per generare energia elettrica in funzione dell?espansione del gas caldo ad alta pressione nella turbina a gas compatta 80. Preferibilmente, il collegamento tra primo generatore 91 e turbina 80 ? del tipo descritto precedentemente. Possono essere impiegati regolatori di tensione e frequenza 400 scelti tra raddrizzatori di tensione 300 e inverter 310.

Nel dettaglio, il primo generatore 91 ? associato all?unit? di alimentazione a batterie 30 ed ? configurato per ricaricare detta unit? di alimentazione a batterie 30 ed avviare la turbina a gas compatta 80 preferibilmente in una fase iniziale di avvio.

In accordo con una forma di realizzazione preferita, il motore 1 comprende mezzi di controllo associati all?unit? di potenza ausiliaria 40, al motore a trazione 10 e all?unit? di alimentazione a batterie 30. Tali mezzi di controllo, nello specifico la centralina 200 che pu? essere la medesima per la regolazione del carburante in camera di combustione 70, sono configurati per rilevare e monitorare uno stato di carica dell?unit? di alimentazione a batterie 30 ed attivare autonomamente la produzione di energia elettrica dell?unit? di potenza ausiliaria 40 in funzione dello stato di carica dell?unit? di alimentazione a batterie 30. In questo modo, l?unit? di alimentazione a batterie 30 viene ricaricata. Nello specifico, i mezzi di controllo, tramite soglie predefinite, identificano quando lo stato di carica scende sotto tali soglie predefinite ed avviano la produzione di energia dall?unit? di potenza ausiliaria 40, nel modo precedentemente descritto ed agendo sul dispositivo di controllo carburante.

Vantaggiosamente, i mezzi di controllo permettono ricaricare autonomamente l?unit? di alimentazione a batterie 30.

In accordo con una forma di realizzazione preferita, il motore 1 comprende un?unit? di recupero di calore 100 associata all?unit? di potenza ausiliaria 40 e configurata insieme all?unit? di potenza ausiliaria 40 per definire un ciclo cogenerativo. Giova rilevare che la combinazione dell?unit? di recupero calore 100 e dell?unit? di potenza ausiliaria 40 definiscono anche un rigeneratore in grado di sfruttare il calore dei gas in uscita dalla turbina a gas compatta 80

Nello specifico, l?unit? di recupero di calore 100 comprende un serbatoio per un fluido di lavoro, preferibilmente acqua, in grado di realizzare passaggi di stato con il calore ricevuto dai gas di scarico in uscita dalla turbina a gas compatta 80 e ceduto alla camera di combustione 70 tramite una porzione di aria compressa aspirata dai mezzi di aspirazione. .

L?unit? di recupero di calore 100 comprende un primo scambiatore di calore 110 configurato per trasferire potenza termica dei gas di scarico in uscita dalla turbina a gas compatta 80 al fluido di lavoro per indurne l?evaporazione. Preferibilmente, il canale di uscita della turbina a gas compatta 80 indirizza i gas di scarico attraverso il primo scambiatore di calore 110 in modo che cedano calore al fluido di lavoro nell?unit? di recupero di calore 100. Quest?ultima comprende un secondo scambiatore di calore 140 configurato per trasferire la potenza termica del fluido di lavoro alla camera di combustione 70 scaldando tutta l?aria aspirata dai mezzi di aspirazione 60. Nello specifico, il secondo scambiatore di calore 140 ? configurato per condensare il fluido di lavoro durante il trasferimento di potenza termica dal fluido di lavoro alla porzione di aria. In altre parole, il primo scambiatore di calore 110 funge da evaporatore ed il secondo scambiatore di calore 140 funge da condensatore.

L?unit? di recupero di calore 100 comprende una turbina a vapore 120 in comunicazione di fluido con il primo scambiatore di calore 110 per ricevere il fluido di lavoro evaporato nel primo scambiatore di calore 110 e configurata per espandere il fluido di lavoro evaporato. Giova rilevare che il fluido di lavoro evaporato in uscita dalla turbina a vapore 120 ? inviato al secondo scambiatore di calore 140 in modo da cedere il calore residuo all?aria compressa.

L?unit? di recupero di calore 100 prevede un secondo generatore 92 associato alla turbina a vapore 120 e configurato per generare energia elettrica in funzione dell?espansione del fluido di lavoro evaporato. Tale recupero di energia/calore pu? essere impiegato per contribuire alla ricarica del pacco batterie 30.

L?unit? di recupero di calore 100 comprende una pompa 150 configurata per far circolare il fluido di lavoro nell?unit? di recupero di calore 100. In particolare, la pompa 150 permette di prelevare il fluido di lavoro dal serbatoio ed inviarlo lungo le suddette componenti dell?unit? di recupero di calore 100.

Giova rilevare che l?unit? di recupero di calore 100 comprende un circuito idraulico 160 di collegamento configurato per porre in comunicazione di fluido il serbatoio per un fluido di lavoro, il primo ed il secondo scambiatore di calore 110, 140, la turbina a vapore 120 e la pompa 150. In questo modo, il fluido di lavoro ? prelevato dal serbatoio e inviato al primo scambiatore di calore 110 dove evapora ricevendo energia termica dai gas di scarico della turbina a gas 80. Successivamente, il fluido di lavoro allo stato di gas passa nella turbina a vapore 120 dove viene espanso. Uscito dalla turbina a vapore il fluido di lavoro passa nel secondo scambiatore di calore cedendo calore all?aria compressa fino a condensarsi. Infine, il fluido di lavoro viene depositato nel serbatoio iniziale.

In accordo con una forma di realizzazione preferita, i mezzi di aspirazione 60 comprendono un compressore 61 configurato per aspirare e comprimere l?aria. Il compressore 61 comprende un canale di ingresso 62 in comunicazione di fluido con l?esterno ed un canale di uscita 63 in comunicazione di fluido con la camera di combustione 70 e configurato per inviare l?aria aspirata, preferibilmente tutta, direttamente alla camera di combustione 70 passando per il secondo scambiatore di calore 140. In questo modo, ? possibile sfruttare il calore residuo della combustione generando energia elettrica dalla turbina a vapore e preriscaldando una porzione di aria compressa per aumentare il rendimento della combustione.

In accordo con una forma di realizzazione preferita, il motore 1 pu? comprendere, come anticipato, uno o pi? regolatori di tensione e frequenza 400 scelti in funzione della tensione continua o alternata generata delle turbine 80, 120 ed interposti tra il primo e/o il secondo generatore 91, 92 e la relativa turbina 80, 120 e/o tra l?unit? di alimentazione a batterie 30 ed il motore attrazione 10 e/o tra l?unit? di alimentazione a batterie 30 ed i generatori 91, 92. Anche in questo caso, tali regolatori di tensione permettono di stabilizzare o regolare la tensione in funzione del tipo di carico e sono ad esempio scelti tra raddrizzatori di tensione 300 e inverter 310.

Giova rilevare che il motore elettrico 1 comprende connessioni elettriche e/o di segnale tra le componenti precedentemente descritte, sensori, dispositivi elettrici associati/associabili al motore 1 e al veicolo atte ad accoppiarli preferibilmente funzionalmente ed elettricamente. Tali connessioni elettriche e/o di segnale possono essere del tipo noto

? ulteriore oggetto della presente invenzione un sistema di motore ibrido in serie che comprende un motore ibrido in serie 1 come precedente descritto e metano liquido criogenico e idrogeno stoccati nei mezzi di stoccaggio di combustibile 70.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Motore ibrido in serie (1) per veicoli comprendente:

- un motore a trazione (10) configurato per movimentare il veicolo azionando relativi mezzi locomotori (20);

- una unit? di alimentazione a batterie (30) ricaricabile e configurata per alimentare ed azionare il motore a trazione (10);

- una unit? di potenza ausiliaria (40) configurata per ricaricare l?unit? di alimentazione a batterie (30) e comprendente:

- mezzi di stoccaggio di combustibile (50) configurati per contenere uno o pi? carburanti scelti tra metano liquido e/o idrogeno;

- mezzi di aspirazione (60) configurati per aspirare aria da un ambiente esterno;

- una camera di combustione (70) in comunicazione di fluido con i mezzi di stoccaggio di combustibile (50) e con i mezzi di aspirazione (60), detta camera di combustione (70) essendo configurata per produrre gas caldo ad alta pressione a seguito della reazione di combustione tra carburante ed aria;

- una turbina a gas compatta (80) in comunicazione di fluido con la camera di combustione (70) per ricevere il gas caldo ad alta pressione, detta turbina a gas compatta (80) essendo configurata per espandere il gas caldo ad alta pressione producendo in uscita gas di scarico caldi;

- un primo generatore (91) associato alla turbina a gas compatta (80) e configurato per generare energia elettrica in funzione dell?espansione del gas caldo ad alta pressione nella turbina a gas compatta (80), detto primo generatore (91) essendo associato all?unit? di alimentazione a batterie (30) ed essendo configurato per ricaricare detta unit? di alimentazione a batterie (30) ed avviare la turbina a gas compatta (80).

2. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui i mezzi di stoccaggio di combustibile (50) comprendono:

- un primo serbatoio (51) configurato per contenere metano liquido criogenico;

- un secondo serbatoio (52) configurato per contenere idrogeno;

- primi condotti di alimentazione (53) e secondi condotti di alimentazione (54) configurati per porre in comunicazione di fluido rispettivamente il primo serbatoio (51) con la camera di combustione (70) ed il secondo serbatoio (52) con la camera di combustione (70);

- un miscelatore (57) interposto tra i serbatoi (51, 52) e la camera di combustione (70) e rispettivamente in comunicazione di fluido con i condotti di alimentazione (53, 54) e la camera di combustione (70), detto miscelatore (57) essendo configurato per miscelare il carburante proveniente dai serbatoi (51, 52) prima di inviarlo alla camera di combustione (70).

3. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con la rivendicazione 2, in cui i mezzi di accumulo di combustibile (50) comprendono:

- prime valvole di controllo (55) e seconde valvole di controllo (56), preferibilmente del tipo a laminazione, rispettivamente associate al primo condotto di alimentazione (53) ed al secondo condotto di alimentazione (54) e configurate per controllare l?accesso del carburante dai serbatoi (51, 52) alla camera di combustione (70);

- un dispositivo di controllo carburante (200) associato alle valvole di controllo (55,56) mediante un circuito elettrico (220) e configurato per controllare la miscelazione dei carburanti nella camera di combustine (70) agendo sulle relative valvole di controllo (55, 56), preferibilmente regolando le percentuali di carburante da miscelare mediante una sonda lambda (210) posta a valle della turbina a gas compatta (80).

4. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il motore comprende mezzi di controllo, preferibilmente una centralina (200) associati all?unit? di potenza ausiliaria (40), al motore a trazione (10) e all?unit? di alimentazione a batterie (30) e configurati per:

- rilevare e monitorare uno stato di carica dell?unit? di alimentazione a batterie (30); - attivare autonomamente la produzione di energia elettrica dell?unit? di potenza ausiliaria (40) in funzione dello stato di carica dell?unit? di alimentazione a batterie (30) per ricaricare l?unit? di alimentazione a batterie (30).

5. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il motore ibrido comprende un?unit? di recupero di calore (100) associata all?unit? di potenza ausiliaria (40) e configurata insieme all?unit? di potenza ausiliaria (40) per definire un ciclo cogenerativo.

6. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con la rivendicazione 5, in cui detta unit? di recupero di calore (100) comprende:

- un serbatoio per un fluido di lavoro, preferibilmente coerente alle propriet? fisiche richieste,

- un primo scambiatore di calore (110) configurato per trasferire potenza termica dei gas di scarico in uscita dalla turbina a gas compatta (80) al fluido di lavoro per indurne l?evaporazione;

- una turbina a vapore (120) in comunicazione di fluido con il primo scambiatore di calore (110) per ricevere il fluido di lavoro evaporato, detta turbina a vapore (120) essendo configurata per espandere il fluido di lavoro evaporato;

- un secondo generatore (92) associato alla turbina a vapore (120) e configurato per generare energia elettrica in funzione dell?espansione del fluido di lavoro evaporato; - un secondo scambiatore di calore (140) configurato per trasferire potenza termica del fluido di lavoro alla camera di combustione 70 scaldando tutta l?aria aspirata dai mezzi di aspirazione; detto secondo scambiatore di calore (140) condensando il fluido di lavoro durante il trasferimento di potenza termica dal fluido di lavoro alla porzione di aria;

- una pompa (150) configurata per far circolare il fluido di lavoro nell?unit? di recupero di calore (100);

- un circuito idraulico (160) di collegamento configurato per porre in comunicazione di fluido il serbatoio per un fluido di lavoro, il primo ed il secondo scambiatore di calore (110, 140), la turbina a vapore (120) e la pompa (150).

7. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con la rivendicazione 6, in cui i mezzi di aspirazione (60) comprendono un compressore (61) configurato per aspirare e comprimere l?aria, detto compressore (61) comprendendo un canale di ingresso (62) in comunicazione di fluido con l?esterno ed un canale di uscita (63) in comunicazione di fluido con la camera di combustione (70) e configurato per inviare l?aria aspirata direttamente alla camera di combustione (70) passando per il secondo scambiatore di calore (140).

8. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con la rivendicazione 6 o 7 in cui:

- la turbina compatta a gas (80) comprende un albero di turbina a gas (81) su cui ? calettato il primo generatore (91);

- il motore ibrido in serie (1) comprende un canale di ingresso (82) configurato per porre in comunicazione di fluido la camera di combustione (70) con la turbina compatta a gas (80) per inviare i gas caldi ad alta pressione dalla camera di combustione (70) alla turbina compatta a gas (80) ed un canale di uscita (83) in comunicazione di fluido con la turbina a gas compatta (80) e configurato per espellere i gas di scarico a seguito dell?espansione passando per il primo scambiatore di calore (110).

9. Il motore ibrido in serie (1) in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il motore ibrido in serie (1) comprende:

- uno o pi? regolatori di tensione (400) scelti in funzione della tensione continua o alternata generata delle turbine (80, 120) interposti tra il primo e/o il secondo generatore (91,92) e la relativa turbina (80, 120) e/o tra l?unit? di alimentazione a batterie (30) ed il motore a trazione (10) e/o tra l?unit? di alimentazione a batterie (30) e i generatori (91, 92).

10. Sistema di motore ibrido in serie comprendente:

- un motore ibrido in serie in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 9; - metano liquido criogenico e idrogeno stoccati nei mezzi di stoccaggio di combustibile (50).