ITGE20090047A1

ITGE20090047A1 - Sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici, celle a combustibile o simili

Info

Publication number: ITGE20090047A1
Application number: IT000047A
Authority: IT
Inventors: Bruno Garbarino
Original assignee: Bruno Garbarino
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-09

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente ' per titolo: “Sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici, celle a combustibile o simili”,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici, celle a combustibile o simili, ad esempio motori di gruppi elettrogeni di mezzi natanti, in particolare per battelli di evacuazione di personale da aree circondate da un'atmosfera tossica, incendiabile e/o esplosiva, e/o di mezzi semoventi, cioè atti a muoversi su una banchisa, anche ghiacciata, o altri mezzi che non possono ricavare il gas comburente dall'ambiente esterno.

Come è noto le piattaforme petrolifere installate in mare aperto comprendono delle isole artificiali di perforazione, cioè dei siti in cui viene perforato il fondale marino per l'estrazione del petrolio. Nelle operazioni di perforazione di un nuovo pozzo petrolifero vengono liberati dalla crosta terrestre sottomarina delle miscele di gas, ad esempio acido solfidrico e anidride solforosa, estremamente nocivi e, in determinate concentrazioni, anche mortali per il personale che opera in tali isole di perforazione. Nell'eventualità della perdita di controllo

di un pozzo, tali miscele di gas nocivi formano una nube tossica che si estende per chilometri attorno all'isola di perforazione. Per evitare che il personale che opera sull'isola di perforazione venga in contatto con tale nube tossica sono previsti all'interno dell'isola di perforazione dei rifugi temporanei, denominati "Temporary Refuge", in grado di accogliere il personale per il tempo necessario alla sua evacuazione, messa in opera ad esempio mediante dei battelli che devono raggiungere l'isola di perforazione attraversando tale nube tossica, incendiabile e/o esplosiva ed anch'essi provvisti a bordo di rifugi temporanei per il personale.

Attualmente tali battelli comprendono un sistema di propulsione, comprendente dei motori elettrici alimentati da una pluralità di gruppi elettrogeni, in genere due e comprendenti un motore diesel ed un generatore elettrico, in grado di fornire una certa potenza elettrica. Quando il battello si trova ad operare in una nube incendiabile e/o esplosiva, l'aria comburente necessaria al funzionamento di tali gruppi elettrogeni non viene prelevata dall'esterno, bensì da una serie di recipienti situati a bordo del natante dove è immagazzinata una certa quantità d'aria in pressione. Tale sistema di alimentazione dei gruppi elettrogeni con aria compressa non garantisce una sufficiente sicurezza, dal momento che il battello opera in un'atmosfera incendiabile ed esplosiva, inoltre tale riserva di aria prevista a bordo di tali natanti non è sufficiente per garantire al battello di: entrare nell'atmosfera tossica ed esplosiva che circonda l'isola di perforazione, prelevare tutto il personale che si trova nel rifugio temporaneo dell'isola di perforazione e quindi uscire da tale atmosfera tossica che si estende per chilometri attorno all'isola di perforazione. Inoltre si tenga presente che l'aria immagazzinata sul battello deve essere anche utilizzata, tra l'altro, per le forniture di aria e ossigeno al rifugio temporaneo del battello. In sostanza l'autonomia di tali battelli operanti in un'atmosfera tossica ed esplosiva è quindi molto limitata.

Lo scopo della presente invenzione è pertanto un sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici, celle a combustibile o simili, che superi gli inconvenienti dell'utilizzo dell'aria compressa immagazzinata in bombole come gas comburente per i motori termici di un battello, consenta di incrementare in modo sostanziale le capacità operative del battello, sostanzialmente raddoppiando il suo tempo di operatività in un ambiente esplosivo e/o incendiabile evitando rischi di innesco di esplosioni e/o incendi e di evacuare in condizioni di totale sicurezza il personale che si trova nel rifugio temporaneo dell'isola di perforazione.

Tale scopo viene raggiunto dalla presente invenzione mediante un sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici, celle a combustibile o simili, impiegati, in particolare, in mezzi di evacuazione chiamati ad operare in un'atmosfera incendiabile e/o esplosiva; caratterizzato dal fatto che tale gas comburente è una miscela gassosa Nitrox prodotta in condizioni esterne normali, cioè in atmosfera non incendiabile e/o esplosiva, da un dispositivo comprendente: dei mezzi compressori atti a prelevare una certa quantità d'aria dall'esterno, dei mezzi di filtrazione dell'aria; uno o più filtri a membrana atti a ottenere una miscela gassosa Nitrox di ossigeno e azoto con concentrazioni di ossigeno superiori alla concentrazione naturale presente nell'aria; e dei mezzi compressori della miscela gassosa Nitrox atti a comprimere ed inviare tale miscela in una pluralità di recipienti di immagazzinamento posti su almeno una linea di distribuzione di tale miscela gassosa Nitrox ad uno o più motori termici; a valle di tali recipienti e a monte di tali motori termici sono previsti dei mezzi riduttori di pressione.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione il presente sistema comprende una linea di recupero dei gas di scarico fuoriuscenti dal o dai motori termici comprendente dei mezzi di filtrazione dei gas di scarico e dei mezzi miscelatori atti a miscelare, nelle percentuali desiderate, almeno una parte di tali gas di scarico con detta miscela gassosa Nitrox proveniente da tale linea di distribuzione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione verranno meglio compresi nel corso della seguente descrizione, considerata a titolo esemplificativo e non limitativo e riferita ai disegni allegati, nei quali:

- la fig. 1 illustra una vista schematica in elevazione laterale di un battello nel quale è installato un sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici, celle a combustibile o simili secondo la presente invenzione;

- la fig. 2 illustra una diagramma schematico del presente sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici;

- la fig. 3 illustra un dispositivo di produzione di una miscela gassosa Nitrox utilizzata dal presente sistema di alimentazione di gas comburente; e

- la fig. 4 illustra un diagramma schematico di un circuito di recupero dei gas di scarico dai gruppi elettrogeni di un battello che utilizza il presente sistema.

Con riferimento alla fig. 1 di tale disegno allegato, con 1 è indicato un battello per l'evacuazione di personale da zone circondate da un'atmosfera tossica, incendiabile e/o esplosiva. Tale battello 1 comprende uno scafo 101 nel quale sono posizionati: una serie di dispositivi 2 di produzione di una miscela gassosa Nitrox di ossigeno e azoto con concentrazioni di ossigeno superiori alla concentrazione naturale presente nell'aria; una sistema 3 di immagazzinamento di tale miscela gassosa Nitrox formato da una serie di recipienti in pressione; uno o più gruppi elettrogeni 4 di alimentazione di uno o più sistemi 5 di propulsione del battello 1.

Per l'alimentazione del o dei gruppi elettrogeni 4, comprendenti ciascuno un motore diesel 104 accoppiato ad un generatore elettrico 204, si veda la fig. 2, vengono utilizzate quattro linee 6a, 6b, 6c e 6d di alimentazione di gas comburente, vale a dire una miscela gassosa Nitrox, che inviano tale gas comburente in un collettore 7 posto a monte del gruppo elettrogeno 4. A valle del collettore 7 è prevista un'unica linea 6 di distribuzione della miscela gassosa Nitrox per il gruppo elettrogeno 4, o per ciascuno dei gruppi elettrogeni se in numero maggiore di uno. Tale miscela gassosa Nitrox viene prodotta nei dispositivi 2, due per ciascuna delle linee 6a-6d di distribuzione. In fig. 3 è illustrato uno dei dispositivi 2 di produzione di miscela gassosa Nitrox, comprendente: un primo compressore 9 che, in condizioni normali, cioè prima dell'utilizzo del battello in un'atmosfera incendiabile e/o esplosiva, preleva aria dall'esterno, attraverso un opportuno filtro 8 e la invia ad uno o più filtri 10 a membrana che permettono di ottenere una miscela gassosa di ossigeno e azoto in percentuali variabili, ad esempio 60% di azoto e 40% di ossigeno; un compressore 11 per Nitrox in grado di comprimere la miscela gassosa fino alla pressione di stoccaggio nei recipienti 12 posti a valle di detti dispositivi 2; ed una valvola 14 di non ritorno. Ognuno dei quattro gruppi di produzione di Nitrox per le quattro linee 6a-6d di distribuzione comprende una serie di quattro recipienti 12 di immagazzinamento della miscela gassosa di ossigeno e azoto.

La pressione alla quale viene immagazzinata la miscela gassosa Nitrox all'interno di ciascun recipiente 12 è preferibilmente di circa 300 bar. Tra i recipienti 12 in pressione ed i dispositivi 2 di produzione del Nitrox è presente un condotto 13 comune che eventualmente può mettere in comunicazione tra loro le linee 6a-6d di distribuzione del Nitrox. In tale condotto 13 sono previste tre valvole manuali 15 di intercettazione, normalmente chiuse, che eventualmente possono mettere in comunicazione ad esempio due linee di distribuzione adiacenti, mediante l'apertura di una di dette valvole, oppure, con la contemporanea apertura di tutte le valvole, mettere in comunicazione tutte le linee di distribuzione tra loro. A valle dei quattro recipienti 12 di immagazzinamento della miscela gassosa Nitrox ciascuna delle linee 6a-6d di distribuzione comprende una valvola 16 di non ritorno e dei mezzi 17 riduttori di pressione.

Mentre le celle a combustibile potrebbero essere alimentate direttamente con la miscela gassosa Nitrox, per alimentare il motore diesel 104 di ciascun gruppo elettrogeno 4 del battello è necessario abbassare il tenore di tale mscela, considerando ad esempio il caso in cui tale miscela contenga il 60% di azoto ed il 40% di ossigeno. I motori diesel infatti, come è di per sè noto, funzionano correttamente se il gas comburente, di solito aria, ha una percentuale di ossigeno di circa il 21% ed una percentuale di azoto di circa il 79%. Il combustibile impiegato nel motore diesel può essere ad esempio un ciclo-ottano CsH^, ossia n(CH2). In fig. 4 è illustrato un circuito di abbassamento della percentuale di ossigeno nel gas comburente, comprendente un sistema di premiscelazione della miscela gassosa Nitrox con i gas di scarico del motore diesel 104. Come è noto infatti, un motore diesel funziona non in condizioni stechiometriche, pertanto una percentuale di ossigeno presente nel gas comburente non viene bruciata dai cilindri nel ciclo di combustione. Tali gas di scarico vengono filtrati dal filtro 18, quindi giungono in un raccordo 19 a T e quindi possono essere inviati tutti o in parte ad una linea 22 che giunge ad un miscelatore 20 posto a monte del motore diesel 104 e nel quale confluisce la linea 6 di distribuzione di Nitrox. Nel caso solo una parte di tali gas di scarico venga inviata a tale linea 22 e al miscelatore, la restante parte dei gas di scarico può essere inviata ad un altra linea 21 verso un sistema di inertizzazione e pressurizzazione di locali a rischio incendio e/o esplosione del battello, quali locali dove sono alloggiati apparati termici ed elettrici. Tale sistema di intertizzazione di locali a rischio del battello è oggetto di contemporanea domanda di brevetto appartenente al titolare della presente domanda.

Il miscelatore 20 può essere collegato ad una centralina elettronica di comando che regoli il rapporto di miscelazione di Nitrox proveniente dalla linea 6 di distribuzione e di gas di scarico provenienti dalla linea 22. Come detto il motore diesel 104 non consuma tutto l'ossigeno presente nel gas comburente, che in una condizione iniziale sarà aria: si può supporre, pertanto, che i gas di scarico fuoriuscenti dal motore diesel siano composti dal 60% di azoto, dal 5% di ossigeno e dal 35% di anidride carbonica, mentre il Nitrox è preferibilmente nella composizione al 60% di azoto ed al 40% di ossigeno. Per ottenere a regime una miscela di Nitrox e gas di scarico con una percentuale di ossigeno di circa il 21% è quindi sufficiente miscelare circa il 46% di Nitrox con circa il 54% di gas di scarico. Tali percentuali sono comunque funzione del tenore di ossigeno inutilizzato e presente nel gas di scarico.

Come accennato precedentemente, il problema principale dei battelli di evacuazione di personale da zone ad al rischio di incendio e/o di esplosione è l'autonomia di funzionamento. Attualmente l'autonomia di tali battelli è inferiore ad un'ora, con una riserva di aria raccolta a 350 bar in 16 recipienti posti a bordo del battello. Tale aria, come detto, oltre che come comburente per i motori serve anche per il funzionamento del rifugio temporaneo situato a bordo del battello e altro. In una prima modalità di funzionamento del presente sistema, i recipienti 12 di tutte le linee 6a-6d di distribuzione vengono caricati con una miscela di Nitrox, preferibilmente con circa il 60% di azoto e circa il 40% di ossigeno e ad una pressione di circa 300 bar, prodotta dai dispositivi 2. A questo punto il battello 1 è pronto per operare eventualmente all'interno di una nube incendiabile e/o esplosiva, utilizzando come gas comburente per i vari gruppi elettrogeni il Nitrox immagazzinato in tali recipienti 12. A parità di numero di recipienti, utilizzando una miscela gassosa Nitrox con il 60% di azoto ed il 40% di ossigeno prodotta a bordo del battello 1 dai dispositivi 2 e raccolta nei medesimi 16 recipienti utilizzati nei sistemi noti, si ottiene in definitiva un'autonomia praticamente raddoppiata di operatività del battello, vale a dire di circa due ore e questo sostanzialmente grazie al fatto che nel Nitrox utilizzato la percentuale di ossigeno è pari al 40% e che si recupera parzialmente l'ossigeno presente nei gas di scarico, mentre nell'aria utilizzata dai sistemi noti di alimentazione dei motori la percentuale di ossigeno è pari al 21% e i gas di scarico vengono totalmente scaricati all'esterno.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di alimentazione di gas comburente per motori termici, celle a combustibile o simili, impiegati, in particolare, in mezzi (1 ) di evacuazione chiamati ad operare in un'atmosfera incendiabile e/o esplosiva, caratterizzato dal fatto che detto gas comburente è una miscela gassosa Nitrox prodotta in condizioni esterne normali da un dispositivo (2) comprendente: dei mezzi (9) compressori atti a prelevare una certa quantità d'aria dall'esterno, dei mezzi (8) di filtrazione dell'aria; uno o più filtri (10) a membrana atti a ottenere una miscela gassosa Nitrox di ossigeno e azoto con concentrazioni di ossigeno superiori alla concentrazione naturale presente nell'aria; e dei mezzi compressori (11) della miscela gassosa Nitrox atti a comprimere ed inviare detta miscela in una pluralità di recipienti (12) di immagazzinamento posti su almeno una linea (6a-6d, 6) di distribuzione di detta miscela gassosa Nitrox ad uno o più motori termici (104), essendo a valle di detti recipienti (12) e a monte di detti motori termici (104) previsti dei mezzi riduttori (17) di pressione.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detti motori termici (104) sono provvisti di un circuito (18, 19, 20, 22) di abbassamento del tenore di ossigeno nel gas comburente in ingresso agli stessi.
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che comprende una linea di recupero dei gas di scarico fuoriuscenti dal o dai motori termici (104) comprendente dei mezzi (18) di filtrazione dei gas di scarico e dei mezzi miscelatori (20) atti a miscelare, nelle percentuali desiderate, almeno una parte di detti gas di scarico con detta miscela gassosa Nitrox proveniente da detta linea (6a-6d, 6) di distribuzione.
4. Sistema secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta miscela gassosa Nitrox è composta per circa il 60% da azoto e per circa il 40% da ossigeno e viene immagazzinata in detti recipienti (12) a circa 300 bar.
5. Sistema secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che da detti mezzi (20) di miscelazione fuoriesce, a regime, una miscela di gas comburente con percentuali variabili di miscela gassosa Nitrox e di gas di scarico in funzione del tenore di ossigeno di detti gas di scarico, ad esempio una miscela formata da una percentuale di circa il 46% di miscela gassosa Nitrox e di circa il 54% di gas di scarico.
6. Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che nel gas comburente da introdurre nel motore le percentuali di gas di scarico e di miscela gassosa Nitrox ottenute in detti mezzi (20) di miscelazione vengono controllate e regolate mediante una centralina elettronica.
7. Sistema secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di linee (6a, 6b, 6c, 6d) di distribuzione di miscela gassosa Nitrox provviste ciascuna di una pluralità di recipienti (12) di immagazzinamento, essendo a monte di ciascuno dei motori termici (104) posto un collettore (7) nel quale convogliano dette linee (6a, 6b, 6c, 6d) di distribuzione.
8. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per ciascuna di dette linee di distribuzione (6a, 6b, 6c, 6d) sono previsti a monte uno o più dispositivi (2) di produzione di detta miscela gassosa Nitrox posti a monte di detti recipienti (12) di immagazzinamento.
9. Sistema secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che comprende almeno un condotto (13) di eventuale collegamento di dette linee (6a, 6b, 6c, 6d) di distribuzione, essendo in detto condotto (13) posizionate delle valvole (15) di intercettazione atte a separare dette linee (6a, 6b, 6c, 6d) di distribuzione.