ITGE980033A1 - Generatore di energia per costruzioni subacquee, in particolare per la propulsione di imbarcazioni sommergibili. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: "Generatore di energia per costruzioni subacquee, in particolare per la propulsione di imbarcazioni sommergibili"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un generatore di energia per costruzioni subacquee, in particolare per la propulsione di imbarcazioni sommergibili.

Le sorgenti di energia attualmente utilizzate per la propulsione di imbarcazioni sommergibili sono di origine estremamente varia; in generale si può dire che l'energia nucleare, utilizzata soprattutto per i sommergibili strategici statunitensi e sovietici durante la guerra fredda presenta costi e rischi di gestione estremamente elevati. L'energia elettrica, se fornita da batterie presenta notevoli limitazioni dal punto di vista dell'autonomia, mentre quando viene fornita via cavo di alimentazione limita fortemente il raggio operativo d'azione del sommergibile. Lo sfruttamento di energia chimica in motori a ciclo. chiuso o semichiuso rappresenta in pratica la migliore alternativa al nucleare, seppure con rilevanti problemi legati all'approvvigionamento dei reagenti, al loro stivaggio, alla loro trasformazione e al successivo smaltimento dei prodotti di reazione.

Notoriamente, le reazioni di combustione di idrocarburi in ossigeno o analogo ambiente ossidante sono quelle che consentono una elevata resa energetica, anche a fronte della relativa facilità di immagazzinamento del combustibile e del comburente utilizzato. Tuttavia, un sottoprodotto indesiderato ma normalmente presente nelle combustioni non quantitative di idrocarburi è il CO (monossido di carbonio), che presenta il duplice difetto legato alla elevata tossicità ed alla pericolosità ad elevate pressioni. Il controllo della pressione parziale di CO nei gas prodotti durante la combustione è ottenibile in genere solo a prezzo dell'adozione di apparecchiature di elevata complessità, dimensione e costo.

In particolare, nei motori a turbina od alternativi, i gas di scarico vengono, dopo opportuni trattamenti di raffreddamento e rigenerazione, reindirizzati ad un nuovo ciclo di trattamento. Naturalmente, parte di tali gas, e tra questi il CO, non è più utilizzabile e deve essere espulsa verso l'esterno .

Un notevole inconveniente è rappresentato dalla necessità di scaricare, dopo averli sottoposti a compressione, i prodotti di combustione contenenti il CO; oltre ai pericoli citati in precedenza, deve anche essere considerato il fatto che le pompe ed i compressori utilizzati in tali operazioni di scarico richiedono una energia tanto maggiore quanto maggiore è la profondità cui opera il sottomarino.

Scopo dell'invenzione è quindi fornire un generatore che sia in grado di produrre energia anche a profondità notevoli, senza presentare gli inconvenienti ed i rischi in precedenza elencati, e fornendo al contempo un rendimento quantitativamente ragguardevole.

Oggetto della presente invenzione è pertanto un generatore di energia per costruzioni sottomarine, in particolare per la propulsione di imbarcazioni sommergibili, a combustione, comprendente un bruciatore, alimentato con opportuni mezzi di combustibile e di comburente, una camera di combustione e mezzi di trasferimento dell'energia liberata nel processo di combustione ai mezzi di trasformazione della detta energia, caratterizzato dal fatto che detta camera di combustione comprende un involucro rigido, alloggiato in un locale della costruzione sottomarina sottoposto alla pressione esterna, all'interno del quale è disposto il bruciatore, essendo detto involucro cooperante con detti mezzi di trasferimento dell’energia nonché comunicante con l'ambiente esterno, essendo la pressione interna di detto involucro sostanzialmente uguale alla pressione dell'ambiente esterno alla detta costruzione subacquea.

In una forma esecutiva, almeno una parte dei mezzi di trasferimento dell'energia dal generatore ai mezzi di trasformazione della medesima è disposta all'interno del detto involucro. Inoltre, può essere previsto che detto involucro comunichi con l'ambiente esterno alla costruzione subacquea mediante un condoto provvisto di mezzi valvolari.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma esecutiva del generatore secondo la presente invenzione, eseguita, a scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista schematica del sistema di propulsione di una imbarcazione sommergibile provvista del generatore secondo la presente invenzione; e

la figura 2 è una vista schematica in sezione longitudinale del generatore secondo la presente invenzione.

In figura 1 è illustrata una imbarcazione sommergibile la cui propulsione è provvista del generatore di energia secondo la presente invenzione. Il sommergibile 50 comprende il locale 30 dell’apparato motore 10, il locale 40 di comando e controllo ed il locale 20, che comunica con l'ambiente esterno mediante le aperture 21 praticate sulla sua parete esterna 22. Con 1 è designato l'involucro rigido che racchiude il bruciatore 2, del quale costituisce la camera di combustione, detto involucro essendo comunicante con l'ambiente subacqueo attraverso il condotto 601. Il bruciatore 2 è collegato tramite i rispettivi condotti di alimentazione 102 e 202 ai serbatoi 302 di combustibile e 402 di comburente, nel caso descrito ad esempio idrocarburi ed aria od 02. All'intemo dell'involucro 1 sono inoltre disposti i mezzi di trasferimento dell'energia dal generatore, comprendenti il collettore 3 dell’acqua, collegato tramite il condotto 103 al serbatoio di alimentazione dell’acqua 203, il collettore 4 di vaporizzazione, in contatto con il bruciatore 2 e collegato al collettore 3 mediante il condotto 403, ed il collettore 5 di surriscaldamento del vapore, collegato mediante il condotto 104 al collettore 4, e comunicante con il gruppo propulsore 10 tramite il condotto 105. Il vapore, utilizzato nel propulsore 10, viene quindi ricuperato nel condensatore 303 e rinviato al serbatoio 203. Nell'involucro 1 si riversano inoltre mediante i condotti 101 è 201 i contenuti dei serbatoi 301 e 401, rispettivamente 03 ed acqua marina prelevata mediante il condotto 501 ed opportunamente desalinizzata. Tali condotti sono provvisti dei rispettivi mezzi di erogazione 111 e 211 controllati dal rilevatore 70 1.

In figura 2 è illustrata in maggiore dettaglio una forma esecutiva preferita del generatore secondo la presente invenzione. Alle parti uguali corrispondono uguali numerali; nella figura, i collettori 3, 4 e 5, illustrati in sezione, sono sostanzialmente sferici, ed i rispettivi condotti di collegamento reciproco 403 e 104 sono dei fasci tubieri anch'essi a sviluppo sostanzialmente sferico. Inoltre, il collettore 4 di vaporizzazione presenta un ulteriore fascio*tubiero 413 collegato al collettore 3. Il condotto 105 che si diparte dal collettore 5 presenta una diramazione 115 che termina con una valvola 125 di scarico disposta al di fuori dell'involucro 1, ma comunque all'intemo del locale 20 del sommergibile 50. Il condoto 601 presenta dei mezzi valvolari 611 ed un ugello di scarico 621 .

Il funzionamento del generatore secondo la presente invenzione apparirà evidente da quanto segue. Come illustrato nella figura 2, il bruciatore 2 è alimentato con comburente proveniente dal serbatoio 402 (vedere fig. 1) mediante il condotto 102 e, analogamente, con combustibile proveniente dal serbatoio 302 mediante il condotto 202. Il calore di combustione sviluppato presso il bruciatore 2 consente il riscaldamento dell'acqua contenuta nel colletore 4, la cui fase vapore si trasferisce al colletore 5, da cui, raggiunta la pressione opportuna, viene indirizzata al condotto 105 che è collegato (vedere figura 1) al propulsore 10.

I gas prodoti nel corso della combustione vengono mantenuti all 'interno dell'involucro 1 , che costituisce quindi la camera di combustione del generatore dell'invenzione, fino a quando la loro pressione non prevale sulla pressione esercitata dall'ambiente esterno subacqueo sul condotto 601 di scarico. Questa procedura permette di scaricare i sotoprodoti dei combustibili organici più dannosi e più pericolosi da tratare, quali ad esempio il CO, mantenendo la loro pressione parziale bassa rispeto alla pressione raggiunta dal sistema, essendo tali gas miscelati con vapore acqueo e C02- Inoltre, i gas di scarico possono essere vantaggiosamente utilizzati come spinta propulsiva aggiuntiva per l'imbarcazione sommergibile, qualora opportunamente direzionati, ad esempio mediante un ugello del tipo illustrato in figura 2 e designato con 621 .

Per migliorare l'efficenza del generatore, possono essere presi in considerazione alcuni opportuni accorgimenti. Il condotto 601 può essere dotato di dei mezzi valvolari 611; tali mezzi valvolari infatti impediscono la prevalenza della pressione dell'ambiente subacqueo esterno su quella all'interno dell'involucro 1 nelle fasi di accensione del generatore. Dal momento in cui la pressione interna diventa superiore rispetto a quella esterna, i mezzi valvolari consentono il passaggio dei gas di scarico della combustione verso l'ugello 621, che ne sfrutta la potenza di flusso per garantire un ulteriore spinta propulsiva all' imbarcazione.

Il posizionamento dei mezzi di trasmissione dell'energia prodotta dal generatore all'interno dell'involucro consente da un lato di minimizzare le dispersioni di calore e quindi di energia, e dall'altro garantisce il massimo sfruttamento dell'energia prodotta attraverso la combustione. Infatti, quanto più elevata diviene la pressione esterna, tanto maggiore risulterà la pressione interna all'involucro dei gas di scarico che a sua volta favorisce una migliore trasmissione del calore ai collettori 3, 4 e 5. In questo modo, il rendimento, del generatore migliorerà all'aumentare della profondità di esercizio.

Nel caso, come illustrato nei disegni, in cui i mezzi di trasferimento dell'energia sono disposti all'intemo dell'involucro 1, riferendosi alle fasi di accensione del sistema, risulta opportuno dotare il collettore 5 di surriscaldamento del vapore di una valvola 125 di scarico; in questo modo i tubi ancora non riempiti dal vapore in fase di produzione nel collettore 4, non vengono danneggiati dal calore che si produce all'intemo dell'involucro 1. Successivamente, quando la pressione di regime viene raggiunta, la valvola 125 viene chiusa, ed il vapore surriscaldato nel collettore 5 viene convogliato tramite il condotto 105 al propulsore 10.

Qualora la pressione parziale di CO, rilevata con mezzi opportuni, nel caso il rilevatore 701, all'interno dell'involucro 1, risulti superiore comunque ai livelli tollerabili dal sistema, possono essere iniettate all'interno del detto involucro delle quantità di 03, in grado di ossidare CO a C02, oppure di acqua, prelevata direttamente dall'ambiente subacqueo esterno e convenientemente desalinizzata, in modo da diminuire la sua pressione parziale rispetto a quella dei gas contenuti nell'involucro medesimo. Naturalmente, i mezzi di rilevamento potranno essere in grado di controllare automaticamente le erogazioni di 03 o di acqua, essendo accoppiati come illustrato in figura 1 ai mezzi di erogazione 111 e 211, oppure semplicemente segnaleranno al personale la situazione e questo provvederà alle adeguate contromisure.

Infine, con l'opportuna sagomatura del condotto 601, in particolare fornendo il medesimo di un ugello di scarico 621, si può fornire all’imbarcazione sommergibile una ulteriore spinta propulsiva.

Il vapore prodotto all'interno dell'involucro 1 viene inviato, tramite il condotto 105 che si diparte dal collettore 5, al propulsore 10; dopo essere stata sfruttata la sua energia, il vapore viene condensato nel condensatore 303 (vedere fig. 1) e rinviato al serbatoio 203 di alimentazione del collettore 3. Opportuni sistemi di controllo, non mostrati né meglio descritti, provvederanno a mantenere costante il livello dell'acqua aH’intemo del collettore 3 e del collettore 4 del generatore. Inoltre, sono previsti sistemi di equilibratura del carico che consentano di ricuperare il peso dell'imbarcazione perduto a causa del consumo di combustibile e di comburente.

Il generatore di energia in questo modo concepito consente un più sicuro ed economico trattamento dei gas di scarico, che può inoltre essere sfruttato, da un lato per una ulteriore spinta propulsiva dell'imbarcazione sommergibile, e dall'altro per migliorare fino livelli estremamente elevati le rese energetiche complessive del sistema generatore-propulsore.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Generatore di energia per costruzioni sottomarine, in particolare per la propulsione di imbarcazioni sommergibili, del tipo a combustione di combustibili a base organica, comprendente un bruciatore (2), alimentato con opportuni mezzi (102, 202, 302, 402) con combustibile e comburente, una camera di combustione (1) e mezzi di trasferimento (3, 4, 5) dell'energia liberata' nel processo di combustione ai mezzi di trasformazione (10) della detta energia, caratterizzato dal fatto che detta camera di combustione comprende un involucro rigido (1), alloggiato in un locale (20) sottoposto alla pressione esterna, all'interno del quale è disposto il bruciatore (2), essendo detto involucro (1) cooperante con detti mezzi di trasferimento dell'energia (3, 4, 5) nonché comunicante con l'ambiente subacqueo esterno, essendo la pressione interna di detto involucro (1) sostanzialmente uguale alla pressione dell'ambiente subacqueo esterno.
2. 2. Generatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasferimento (3, 4, 5) dell'energia sono almeno in parte disposti all'intemo di detto involucro (1).
3. 3. Generatore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto involucro (1) comunica con l’ambiente subacqueo esterno mediante un condotto (601).
4. 4. Generatore secondo la rivendicazione 3, in cui l'estremità di detto condotto (601) rivolta verso l’ambiente subacqueo esterno è formata ad ugello (621) opportunamente sagomato.
5. 5. Generatore secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detto condotto (601) è provvisto di mezzi valvolari (611).
6. 6. Generatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasferimento dell'energia sono disposti all'interno di detto involucro (1) e comprendono un collettore (3) del liquido di trasferimento dell'energia, un collettore (4) di vaporizzazione del detto liquido, collegato mediante opportuni condotti (403, 413) a detto collettore (3) del liquido, ed un collettore (5) di surriscaldamento del vapore, collegato mediante opportuni condotti (104) a detto collettore (4) di vaporizzazione, e comunicante con i mezzi di trasformazione (10) dell'energia prodotta.
7. 7. Generatore secondo la rivendicazione 6, in cui detto collettore (3) del liquido, detto collettore (4) di vaporizzazione e detto collettore (5) di surriscaldamento sono sostanzialmente a simmetria sferica.
8. 8. Generatore secondo la rivendicazione 7, in cui i condotti di collegamento del collettore (3) del liquido con il collettore (4) di vaporizzazione comprendono due ordini di fasci tubieri (403, 413) disposti su superfici sostanzialmente sferiche.
9. 9. Generatore secondo la rivendicazione 7, in cui i condotti di collegamento del collettore (5) di surriscaldamento con il collettore (4) di vaporizzazione comprendono un fascio tubiera (104) disposto su di una superficie sostanzialmente sferica.
10. 10. Generatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 6 a 9, caratterizzato dal fatto che detto collettore (5) di surriscaldamento è provvisto di un condotto (115) che sbocca all'esterno dell 'involucro (1) ma internamente a detta costruzione subacquea, dotato di mezzi valvolari (125).
11. 11 . Generatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che detto involucro ( 1 ) è provvisto di mezzi (101, 201, 301, 401, 701) per il controllo ed il rilevamento della pressione parziale di CO àil'intemo di detto involucro (1).
12. 12. Generatore secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevamento comprendono un rilevatore (701) in grado azionare automaticamente detti mezzi di controllo (101, 201, 301, 401).
13. 13. Generatore secondo la rivendicazione 11 o 12, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo della pressione parziale di CO comprendono un condotto (101) di alimentazione di 03, provvisto di mezzi di erogazióne (1 11) e collegato ad un serbatoio di conservazione di 03.
14. 14. Generatore secondo la rivendicazione 11 o 12, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo della pressione parziale di CO comprendono un condotto (201) di alimentazione -di acqua, provvisto di mezzi di erogazione (21 1) e collegato ad un serbatoio di conservazione di acqua.
15. 15. Generatore secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fato che deta acqua è prelevata, previo opportuni trattamenti di demineralizzazione, diretamente dall'ambiente subacqueo.
16. 16. Generatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 15, caratterizzato dal fatto che detto involucro (1) è sostanzialmente a simmetria sferica.