ITMI20092172A1 - Sistema di propulsione per un'imbarcazione - Google Patents
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Description
Descrizione del Brevetto avente per titolo:
“SISTEMA DI PROPULSIONE PER UN’IMBARCAZIONE”
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda, in generale, un sistema di propulsione per un’imbarcazione. Più in particolare, l’invenzione riguarda un sistema di propulsione completamente autonomo ed ecologico, particolarmente per un’imbarcazione da diporto. L’invenzione riguarda anche un’imbarcazione da diporto equipaggiata con un siffatto sistema di propulsione completamente autonomo ed ecologico.
Sul mercato sono da tempo presenti imbarcazioni dotate di motori elettrici alimentati a batterie. Tali motori presentano, tuttavia, alcuni inconvenienti. In primo luogo, le batterie di alimentazione presentano lunghi tempi di ricarica (circa 8-10 ore). Inoltre, la potenza del motore decresce nel tempo, con conseguente impatto sulla navigazione.
Negli ultimi anni si è, inoltre, assistito, al proliferare di iniziative scientifiche e tecnologiche volte allo sviluppo di nuove fonti di energia cosiddetta "pulita", primo tra tutte l’idrogeno, in grado, cioè, di limitare Timmissione nell’atmosfera di pericolose sostanze inquinanti, quali ossidi azotati (NOx), monossido di carbonio (CO) ed idrocarburi incombusti (HC).
Il crescente interesse verso l’idrogeno quale fonte di energia "pulita" ha portato allo sviluppo della tecnologia delle celle a combustibile, dispositivi capaci di convertire l’energia chimica dell’ idrogeno in energia elettrica attraverso un processo elettro-chimico privo di combustione, quindi pulito, sicuro ed efficiente.
Grazie alle loro caratteristiche, tra cui elevata efficienza di conversione, riduzione delle emissioni inquinanti e ridotto impatto ambientale, le celle a combustibile idrogeno risultano, infatti, ideali per Γ impiego nei sistemi di propulsione per imbarcazioni.
Inoltre, le celle a combustibile idrogeno presentano, vantaggiosamente, tempi di ricarica notevolmente minori (~ 5 minuti) e maggiore potenza ed autonomia rispetto alle batterie dei motori elettrici, il che le rende preferibili a queste ultime nei sistemi di propulsione per imbarcazioni.
Tipicamente, l’idrogeno di alimentazione della cella a combustibile viene stoccato in un apposito serbatoio, quale una bombola in pressione. Ne deriva che, nel caso di utilizzo di celle a combustibile in sistemi di propulsione per imbarcazioni, l’autonomia di navigazione risulta fortemente condizionata dalla capacità del serbatoio di stoccaggio, il quale, una volta scarico, deve essere sostituito.
Particolarmente svantaggioso è il caso in cui il serbatoio di stoccaggio di idrogeno si scarichi mentre l’imbarcazione è in mare. In questa situazione, nel caso migliore in cui l’imbarcazione sia equipaggiata con un motore ausiliario a combustione interna, occorre passare alla propulsione diesel, con conseguente emissione di agenti inquinanti nell’ atmosfera. Diversamente, occorre chiamare soccorsi per essere riportati a terra.
La Richiedente ha, pertanto, sviluppato un sistema di propulsione per un’imbarcazione basato sull’utilizzo di un motore elettrico alimentato a batteria ed a celle a combustibile, in grado di risolvere gli inconvenienti sopra lamentati con riferimento ai sistemi di propulsione ad energia "pulita" a batteria o a celle a combustibile noti sopra menzionati.
Vantaggiosamente, l’idrogeno necessario per il funzionamento delle celle a combustibile viene prodotto mediante elettrolizzatori presenti a bordo dell’imbarcazione, i quali ricevono l’energia elettrica necessaria all’elettrolisi da pannelli fotovoltaici e/o turbine eoliche.
Pertanto, scopo principale della presente invenzione è, dunque, quello di fornire un sistema di propulsione, particolarmente per un’imbarcazione da diporto, il quale risulti totalmente ecologico.
Un altro scopo delia presente invenzione, è quello di fornire un sistema di propulsione, particolarmente per un’imbarcazione da diporto, il quale risulti autonomo, in modo da accrescere il tempo di navigazione dell’imbarcazione su cui è installato.
Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di propulsione di facile installazione su imbarcazioni da diporto e fabbricabile a costi di produzione competitivi.
Questi ed altri scopi, che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti in accordo all’invenzione con le caratteristiche elencate delle annesse rivendicazioni indipendenti 1 e 10.
Secondo un aspetto della presente invenzione, si fornisce un sistema di propulsione, particolarmente per imbarcazione da diporto, comprendente un gruppo motore elettrico alimentato da un gruppo batterie. Il sistema di propulsione comprende, inoltre, almeno una cella a combustibile di alimentazione del gruppo motore elettrico, mezzi di stoccaggio di idrogeno in comunicazione di fluido con detta almeno una cella a combustibile e mezzi di generazione di idrogeno in collegamento di fluido con i mezzi di stoccaggio di idrogeno, i mezzi di generazione di idrogeno essendo in collegamento elettrico con mezzi di generazione di energia elettrica, cosicché il sistema di propulsione risulti privo di emissioni inquinanti nell’atmosfera ed autonomo.
Preferibilmente, i mezzi di generazione di energia elettrica sono costituiti da almeno un pannello fotovoltaico.
Preferibilmente, i mezzi di generazione di energia elettrica sono costituiti da almeno una turbina eolica.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, si fornisce un’imbarcazione da diporto comprendente il sistema di propulsione sopra definito.
Ulteriori aspetti vantaggiosi dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche dell’invenzione risulteranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa, e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui: la Figura 1 è una vista prospettica di un’imbarcazione da diporto equipaggiata con un sistema di propulsione secondo la presente invenzione;
la Figura 2 è una rappresentazione schematica dei vari componenti del sistema di propulsione dell’invenzione; e
la Figura 3 è uno schema a blocchi, che illustra la modalità di funzionamento del sistema di propulsione ecologico di Figura 2.
Negli uniti disegni, parti o componenti uguali o simili vengono indicati con gli stessi numeri di riferimento.
Con riferimento alle Figure 1 e 2, un sistema di propulsione secondo l’invenzione, indicato in generale con il numero di riferimento 10, per un’imbarcazione, indicata in generale con il numero di riferimento 100, comprende un gruppo motore elettrico 12 atto ad azionare un gruppo poppiero 13.
Preferibilmente, il gruppo motore elettrico è formato da una coppia di motori elettrici 12, uno solo dei quali è mostrato in Figura 2, alimentati da un gruppo batterie 14. Preferibilmente, i motori hanno una potenza di 125 kW ed una velocità di rotazione di 7500 giri/min, mentre il gruppo batterie ha, preferibilmente, una potenza di 188 kW. Naturalmente, si possono prevedere motori elettrici e gruppi batterie aventi potenze diverse.
Preferibilmente, il gruppo batterie 14 comprende batterie ricaricabili, nel qual caso si prevede almeno un caricabatterie 19.
Inoltre, per accrescere le prestazioni del gruppo motore elettrico, tra la coppia di motori elettici 12 ed il gruppo poppiero 13 è presente un overdrive 1 1 di tipo noto e quindi non ulteriormente descritto nel presente documento.
Il sistema di propulsione 10 comprende, inoltre, almeno una cella a combustibile, nell’esempio tre celle a combustibile idrogeno 16 di alimentazione della coppia di motori elettrici 12.
L’idrogeno per l’alimentazione delle celle a combustibile 16 è contenuto in un serbatoio di stoccaggio di idrogeno 15, ad esempio una bombola di idrogeno con capacità di 300 litri e ad una pressione di 350 bar. Naturalmente, la bombola di idrogeno può avere capacità e pressione differenti.
Preferibilmente, la coppia di motori elettrici 12 può essere alimentata da un generatore diesel ausiliario 17, a sua volta alimentato da un serbatoio di carburante diesel 18 avente, preferibilmente, una capacità di 250 litri.
L’idrogeno contenuto nella bombola di stoccaggio 15 viene prodotto da mezzi di generazione di idrogeno 20 presenti a bordo dell’ imbarcazione 100.
Tali mezzi di generazione di idrogeno comprendono almeno un elettrolizzatore, preferibilmente cinque elettrolizzatori 20, solo tre dei quali sono illustrati in Figura 2, ossia dispositivi che utilizzano energia elettrica per generare l’elettrolisi di acqua, producendo così idrogeno ed ossigeno.
Nel sistema di propulsione 10 dell’invenzione, l’acqua da sottoporre ad elettrolisi è contenuta in un serbatoio 22 e l’energia elettrica per generare l’elettrolisi viene prodotta da mezzi di generazione di corrente elettrica. Preferibilmente l’acqua è acqua demineralizzata, ma è possibile utilizzare anche acqua marina, nel qual caso è vantaggioso prevedere a bordo dell’ imbarcazione 100 un desalinizzatore (non mostrato).
Preferibilmente, i mezzi di generazione di corrente elettrica comprendono una pluralità di pannelli fotovoltaici 24, aventi ad esempio, un’estensione superficiale pari a 1 lm .
Preferibilmente, i mezzi di generazione di corrente elettrica comprendono almeno una turbina eolica, preferibilmente una coppia di turbine eoliche ad asse verticale 26.
Preferibilmente, i mezzi di generazione di corrente elettrica sono costituiti dalla rete elettrica 28.
Con riferimento alla Figura 3, viene ora descritto in dettaglio il funzionamento del sistema di propulsione 10 secondo l’invenzione.
L’alimentazione del gruppo motore elettrico 12 avviene grazie ad un ripartitore di potenza (non mostrato) collegato al gruppo batterie 14 ed alle celle a combustibile 16,
In condizioni di funzionamento normale, il gruppo motore elettrico 12 è alimentato dal gruppo batterie 14 con energia elettrica continua Edc, la quale viene convertita in energia elettrica alternata Eac da un converter DC/AC.
Quando l’assorbimento dei motori elettrici 12 supera il carico del gruppo batterie 14 disponibile, intervengono le celle a combustibile 16, il cui funzionamento è descritto qui di seguito.
I pannelli fotovoltaici 24 o, in alternativa oppure in aggiunta, le turbine eoliche 26 trasformano, rispettivamente, l’energia termica e/o l’energia eolica in corrente elettrica alternata Eac. La corrente elettrica viene convertita da alternata in corrente elettrica continua Edc in un inverter AC/DC e viene fornita in ingresso agli elettrolizzatori 20, i quali vengono inoltre alimentati con acqua fornita dal serbatoio di acqua 22.
AlFinterno degli elettrolizzatori 20, l’energia elettrica continua Edc causa l’elettrolisi dell’acqua e la conseguente produzione di idrogeno H ed ossigeno 02. L’ossigeno 02viene disperso nell’atmosfera, mentre l’idrogeno H viene fornito in ingresso alla bombola di idrogeno 15.
Dalla bombola di idrogeno 15, l’idrogeno H entra nelle celle a combustibile 16, al cui interno avviene una reazione chimica tra idrogeno ed ossigeno 02proveniente dall’ambiente esterno, con conseguente produzione di energia elettrica continua Edc ed acqua. L’acqua viene immessa nel serbatoio di acqua 22, mentre la corrente elettrica continua Edc viene alimentata al gruppo motori 12, previa conversione in energia alternata Eac ad opera del converter DC/AC.
Nel caso si preveda un generatore diesel ausiliario 17, questo può, vantaggiosamente, intervenire alimentando il gruppo motore elettrico 12, nel caso peggiore di batterie scariche ed assenza di idrogeno (bombola vuota e totale assenza di sole e/o vento).
Vantaggiosamente, il gruppo batterie 14 può essere ricaricato dai caricabatterie 19, qualora previsti. In tal caso, i caricabatterie 19 possono essere a loro volta alimentati con corrente continua Edc dalle celle a combustibile 16 e/o dal generatore diesel ausiliario 17.
Da quanto sopra esposto si comprende come il dispositivo di propulsione sia un dispositivo ecologico. Infatti, l’energia di alimentazione del gruppo motori 14 dell’imbarcazione 100 si ottiene utilizzando energia termica e/o energia eolica, per produrre l’energia elettrica di alimentazione degli elettrolizzatori, ed acqua per la produzione di idrogeno per le celle a combustibile. Inoltre, i prodotti di scarto del sistema di propulsione dell’ invenzione sono ossigeno, in uscita dagli idrolizzatori, ed acqua, in uscita dalle celle a combustibile.
Ancora, essendo tutti i dispositivi coinvolti nei processi di trasformazione dell’energia, ossia pannelli fotovoltaici 24, turbine eoliche 26, elettrolizzatori 20 e celle a combustibile 16 installati a bordo dell’imbarcazione 100, il sistema di propulsione è un sistema completamente autonomo. Ciò consente, vantaggiosamente, tempi di navigazione più lunghi, rispetto ai tradizionali sistemi di propulsione a batterie o a celle a combustibile, in cui la durata della navigazione dipende dalla carica delle batterie oppure dalla capacità della bombola di idrogeno.
Alla forma di realizzazione dell’ invenzione sopra descrìtta possono essere apportate numerose modifiche e variazioni di dettaglio alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema di propulsione (10), particolarmente per imbarcazione da diporto, comprendente un gruppo motore elettrico (12) alimentato da un gruppo batterie (14), caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, almeno una cella a combustibile (16) di alimentazione del gruppo motore elettrico (12), mezzi di stoccaggio di idrogeno (15) in comunicazione di fluido con detta almeno una cella a combustibile (16) e mezzi di generazione di idrogeno (20) in collegamento di fluido con detti mezzi di stoccaggio di idrogeno (15), i mezzi di generazione di idrogeno (20) essendo in collegamento elettrico con mezzi di generazione di energia elettrica (24, 26, 28), cosicché il sistema di propulsione risulti privo di emissioni inquinanti nell’atmosfera ed autonomo.
- 2. Sistema di propulsione (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione di corrente elettrica comprendono una pluralità di pannelli fotovoltaici (24).
- 3. Sistema di propulsione (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione di corrente elettrica comprendono almeno una turbina eolica (26).
- 4. Sistema di propulsione (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione di corrente elettrica sono costituiti dalla rete elettrica (28).
- 5. Sistema di propulsione (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di generazione di idrogeno comprendono almeno un elettrolizzatore (20) ed un serbatoio di acqua (22) per Γ alimentazione dì detto almeno elettrolizzatore (20).
- 6. Sistema di propulsione (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, un generatore diesel ausiliario (17) ed un serbatoio di carburante diesel (18) di alimentazione di detto un generatore diesel ausiliario (17).
- 7. Sistema di propulsione (10) secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere, inoltre, almeno un caricabatterie (19) per ricaricare detto gruppo batterie (14).
- 8. Sistema di propulsione (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto almeno un caricabatterie (19) è in collegamento elettrico con detta almeno una cella a combustibile (16).
- 9. Sistema di propulsione secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto almeno un caricabatterie (19) è in collegamento elettrico detto generatore diesel ausiliario (17).
- 10. Imbarcazione da diporto (100), caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di propulsione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9.
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2009
- 2009-12-10 IT IT002172A patent/ITMI20092172A1/it unknown
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