ITMI20112383A1 - RANKINE CYCLE INTEGRATED MACHINE - Google Patents

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ITMI20112383A1
ITMI20112383A1 IT002383A ITMI20112383A ITMI20112383A1 IT MI20112383 A1 ITMI20112383 A1 IT MI20112383A1 IT 002383 A IT002383 A IT 002383A IT MI20112383 A ITMI20112383 A IT MI20112383A IT MI20112383 A1 ITMI20112383 A1 IT MI20112383A1
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IT
Italy
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cylinder
inlet
fluid
pump
rotary valve
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Application number
IT002383A
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Italian (it)
Inventor
Paolo Mazza
Gino Zampieri
Original Assignee
Newcomen S R L
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
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    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Description

"MACCHINA INTEGRATA A CICLO RANKINE" "RANKINE CYCLE INTEGRATED MACHINE"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda una macchina a ciclo chiuso ed integrata per generare una sorgente di potenza elettrica utilizzando il recupero e la conversione di calore mediante un ciclo Rankine. The present invention relates to a closed-cycle and integrated machine for generating an electrical power source using the recovery and conversion of heat by means of a Rankine cycle.

Inoltre detta macchina deve essere realizzata per poter operare in totale autonomia per lunghi periodi, non deve richiedere per lungo tempo alcuna manutenzione e deve essere intrinsecamente separata e protetta da agenti o corpi esterni. Furthermore, said machine must be made to be able to operate in total autonomy for long periods, it must not require any maintenance for a long time and must be intrinsically separated and protected from external agents or bodies.

E' noto che sono ampiamente disponibili sorgenti di calore, particolarmente a bassa/media temperatura, che attualmente vengono disperse nell'ambiente, e quindi sprecate, poiché la loro conversione in energia elettrica risulta, con i mezzi e procedimenti di recupero e conversione attualmente disponibili, eccessivamente costosi in relazione all'energia prodotta, e quindi, anche se sono utilizzate in modo limitato per impieghi professionali, trovano scarsa utilizzazione presso il grande pubblico, ed in particolare nell'ambiente domestico, ma non solo in questo. It is known that heat sources are widely available, particularly at low / medium temperatures, which are currently dispersed in the environment, and therefore wasted, since their conversion into electrical energy results, with the means and procedures of recovery and conversion currently available, excessively expensive in relation to the energy produced, and therefore, even if they are used in a limited way for professional purposes, they find little use among the general public, and in particular in the home environment, but not only in this.

Le sorgenti di calore più comuni, e a cui qui ci si riferisce in modo preferenziale, sono disponibili sia come derivato dell'attività umana sia in natura. The most common heat sources, and referred to herein preferentially, are available both as a derivative of human activity and in nature.

Le sorgenti di origine umana sono ad es. il calore contenuto nei prodotti industriali di scarto o risulta, ed il calore contenuto nelle bio-masse se questo vengono combuste. The sources of human origin are eg. the heat contained in industrial waste products or resulting, and the heat contained in the bio-masses if this is combusted.

Il calore disponibile in natura é principalmente il calore solare, che può essere intercettato, raccolto, convertito e convogliato con innumerevoli mezzi ben noti allo stato della tecnica. The heat available in nature is mainly solar heat, which can be intercepted, collected, converted and conveyed by countless means well known to the state of the art.

Sono note numerose applicazioni del ciclo di Rankine per il recupero dell'energia termica esistente in un corpo e per la sia successiva produzione di energia elettrica; la forma di realizzazione preferita consiste neH'utilizzo, come camera di espansione, di una turbina di tipo in sé noto. Numerous applications of the Rankine cycle are known for the recovery of the thermal energy existing in a body and for the subsequent production of electrical energy; the preferred embodiment consists in the use, as expansion chamber, of a turbine of a per se known type.

Tale soluzione tuttavia presenta alcuni vincoli ed inconvenienti, che sono ben conosciuti all'esperto del settore, e che sono: However, this solution has some constraints and drawbacks, which are well known to those skilled in the art, and which are:

- elevato costo della turbina e degli organi di controllo connessi, - high cost of the turbine and related control bodies,

- necessità di una manutenzione abbastanza frequente, con oneri di vario tipo conseguenti, - need for a fairly frequent maintenance, with consequent charges of various kinds,

- ma soprattutto il maggiore limite per una turbina é costituito dal fatto che il suo massimo rendimento si ottiene ad una ben precisa portata del fluido in espansione e con una definita velocità di rotazione, laddove se la velocità di rotazione varia anche di poco da detto valore ottimale, il rendimento della turbina si riduce in modo drammatico. - but above all the greatest limit for a turbine is constituted by the fact that its maximum efficiency is obtained at a very precise flow rate of the expanding fluid and with a defined rotation speed, where if the rotation speed varies even slightly from said optimal value, the turbine efficiency is dramatically reduced.

Tale limitazione é normalmente inaccettabile quando si utilizzano sorgenti termiche la cui erogazione termica é ampiamente variabile, come appunto nei casi sopra esemplificati. This limitation is normally unacceptable when thermal sources are used whose thermal output is widely variable, as in the cases illustrated above.

Per superare tale inconveniente é ben noto utilizzare, come camera di espansione, un comune cilindro in cui scorre un rispettivo pistone a tenuta, detto pistone essendo connesso ad una relativa asta o biella dalla quale viene prelevato, con mezzi meccanici, la potenza convertita. To overcome this drawback, it is well known to use, as an expansion chamber, a common cylinder in which a respective sealed piston slides, said piston being connected to a relative rod or connecting rod from which the converted power is taken by mechanical means.

Tale modalità di attuazione di un ciclo Rankine risulta vantaggioso in particolare se la macchina che realizza il ciclo Rankine stesso é associata, o integrata, con una altra macchina che ne utilizza la forza motrice erogata. This mode of implementation of a Rankine cycle is advantageous in particular if the machine which carries out the Rankine cycle itself is associated, or integrated, with another machine which uses the motive power supplied.

Ad es., dal brevetto US 4,720,978 é noto utilizzare il calore solare mediante un ciclo Rankine per realizzare una macchina per il pompaggio di liquidi, specialmente acqua o petrolio, in zone in cui l'energia elettrica non é disponibile, oppure dove é impraticabile un presidio continuo delle stazioni di generazione elettrica. For example, from US patent 4,720,978 it is known to use solar heat by means of a Rankine cycle to create a machine for pumping liquids, especially water or oil, in areas where electricity is not available, or where Continuous supervision of the electricity generation stations is impracticable.

La macchina per il pompaggio ivi descritta risulta particolarmente vantaggiosa poiché utilizza come camera di espansione del ciclo Rankine un cilindro dotato di un pistone a doppio effetto, in cui la estremità libera dello stesso albero di azionamento del pistone viene applicata ad un secondo pistone di un secondo cilindro che é collegato e funziona come pompa. The pumping machine described therein is particularly advantageous since it uses a cylinder equipped with a double-acting piston as the expansion chamber of the Rankine cycle, in which the free end of the same driving shaft of the piston is applied to a second piston of a second cylinder which is connected and works as a pump.

Tale soluzione risulta particolarmente semplice e vantaggiosa, anche perché si presenta in modo integrato tra alcuni organi fondamentali; tuttavia essa si avvale appunto della analogia meccanica e del collegamento tra i due cilindri, e non può essere vantaggiosamente utilizzata quando si desidera realizzare una sorgente di energia elettrica. This solution is particularly simple and advantageous, also because it occurs in an integrated way between some fundamental organs; however it makes use of the mechanical analogy and the connection between the two cylinders, and cannot be advantageously used when it is desired to create a source of electrical energy.

Dal brevetto US 5,088,284 é noto realizzare un compressore ottenuto dall'integrazione di un motore Stìrling con una macchina che utilizza il ciclo di Rankine, alimentato a sua volta da una sorgente di calore di natura generica, e preferibilmente dal calore solare. From US patent 5,088,284 it is known to produce a compressor obtained by integrating a Stìrling engine with a machine that uses the Rankine cycle, which is in turn powered by a heat source of a generic nature, and preferably by solar heat.

Anche questa soluzione si presenta del tutto vantaggiosa e praticabile, ed anche sensibilmente compatta; tuttavia anche in questo caso essa é limitata alla sola funzione prodotta, e cioà ̈ al funzionamento di un compressore di gas. This solution is also completely advantageous and practicable, and is also considerably compact; however also in this case it is limited to the only function produced, that is to the operation of a gas compressor.

Dal brevetto US 4,571,946 é noto un motore endotermico dotato di un albero di rotazione e di trasmissione della forza motrice prodotta, in cui il calore contenuto nei gas di scarico del motore vengono recuperati da un elemento rotante azionato secondo un ciclo di Rankine; detto elemento rotante é connesso e agisce sull'albero di rotazione principale, in modo da aumentarne la coppia e quindi in definitiva incrementando l'efficienza energetica di tutto il motore. From US patent 4,571,946 an endothermic engine equipped with a rotation shaft and transmission shaft for the produced driving force is known, in which the heat contained in the engine exhaust gases are recovered by a rotating element operated according to a Rankine cycle; said rotating element is connected and acts on the main rotation shaft, so as to increase its torque and therefore ultimately increase the energy efficiency of the whole engine.

Tuttavia anche tale soluzione risulta ottimizzata per il particolare impiego, e non può essere trasferita in modo semplice e diretto per la generazione elettrica. However, even this solution is optimized for the particular use, and cannot be transferred simply and directly for electricity generation.

Dal brevetto US 4,901,531 é noto un sistema integrato Diesel-Rankine in cui un motore Diesel é dotato di più cilindri che funzionano nel modo convenzionale. From US patent 4,901,531 an integrated Diesel-Rankine system is known in which a Diesel engine is equipped with several cylinders that work in the conventional way.

Almeno uno dei cilindri non viene utilizzato per il ciclo Diesel, ma viene utilizzato come camera di espansione di un fluido che viene precedentemente vaporizzato con il recupero del calore dei gas di scarico degli altri cilindri che lavorano secondo il ciclo Diesel. At least one of the cylinders is not used for the Diesel cycle, but is used as an expansion chamber for a fluid that is previously vaporized with the recovery of the heat of the exhaust gases of the other cylinders that work according to the Diesel cycle.

Tale soluzione, suggerita in particolare quando il motore Diesel funziona a pieno carico, risulta quindi particolarmente vantaggiosa per l'aumento del rendimento del motore, ma anche in questo caso il risultato ottenuto non é particolarmente mirato o vantaggioso per la generazione elettrica. This solution, suggested in particular when the Diesel engine runs at full load, is therefore particularly advantageous for increasing engine efficiency, but also in this case the result obtained is not particularly targeted or advantageous for electricity generation.

Dai brevetti JP10252558, JP 10252557, e JP 10259966 sono note varie soluzioni tecniche che utilizzano il ciclo Rankine per svariati scopi, oppure differenti combinazioni di realizzazione di macchine per l'ottimizzazione del ciclo Rankine; tuttavia nessuna delle soluzioni proposte é particolarmente vantaggiosa per la generazione elettrica, in particolare se l'erogazione di energia termica avviene con un regime ampiamente variabile. From patents JP10252558, JP 10252557, and JP 10259966 various technical solutions are known which use the Rankine cycle for various purposes, or different combinations of manufacturing machines for optimizing the Rankine cycle; however none of the proposed solutions is particularly advantageous for electricity generation, in particular if the supply of thermal energy occurs with a widely variable regime.

Sarebbe quindi desiderabile, ed é scopo principale della presente invenzione, di realizzare un tipo di macchina a ciclo Rankine che utilizzi una sorgente di calore di natura generale e ad elevata variabilità di potenza termica erogata, e che costituisca una sorgente di potenza elettrica, la quale sia atta a funzionare per lunghi periodi senza bisogno di alcuna manutenzione e che costituisca una unità altamente integrata e compatta. It would therefore be desirable, and it is the main object of the present invention, to realize a type of Rankine cycle machine which uses a heat source of a general nature and with a high variability of heat output, and which constitutes a source of electrical power, the which is capable of operating for long periods without the need for any maintenance and which constitutes a highly integrated and compact unit.

Questo ed altri scopi sono conseguiti da una macchina funzionante secondo il ciclo di Rankine integrato ad un generatore elettrico realizzato e funzionante secondo le rivendicazioni allegate. This and other objects are achieved by a machine operating according to the Rankine cycle integrated with an electric generator manufactured and operating according to the attached claims.

Caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione che segue, a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: Characteristics and advantages of the invention will become evident from the following description, by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la figura 1 mostra una vista in prospettiva ed in esploso di una macchina secondo l'invenzione; Figure 1 shows a perspective and exploded view of a machine according to the invention;

la fìg. 2 mostra una vista in sezione mediana lungo due assi principali "X" e "Z" della macchina di figura 1, in un preciso istante di funzionamento, con il pistone 2 vicino al punto morto superiore; the fìg. 2 shows a median section view along two main axes "X" and "Z" of the machine of Figure 1, in a precise instant of operation, with the piston 2 close to the top dead center;

la fig. 3 mostra una seconda vista analoga alla figura 2, ma con lo stesso pistone 2 al punto morto inferiore; fig. 3 shows a second view similar to Figure 2, but with the same piston 2 at the bottom dead center;

la fig. 4 mostra una vista in prospettiva e parzialmente in spaccato di un sottoassieme con alcuni componenti fondamentali della macchina dell'invenzione, nello stato di fig. 2; fig. 4 shows a partially cut-away perspective view of a subassembly with some fundamental components of the machine of the invention, in the state of fig. 2;

la fìg. 5 mostra una vista in prospettiva come in fìg. 4, ma nello stato di fig. 3, e con l'aggiunta di un componente (il corpo 17); the fìg. 5 shows a perspective view as in fig. 4, but in the state of fig. 3, and with the addition of a component (the body 17);

la fìg. 6 mostra una vista simile alle due figure precedenti, ma con una vista dall'esterno dei componenti prima osservati in spaccato; the fìg. 6 shows a view similar to the two previous figures, but with a view from the outside of the components previously observed in cut-away;

la fig. 7 mostra una vista in prospettica di uno specifico componente compreso nella fìg. 5; la fìg. 8 mostra una vista in sezione mediana ed in prospettiva del componente della fig. 7; fig. 7 shows a perspective view of a specific component included in fig. 5; the fìg. 8 shows a median sectional and perspective view of the component of fig. 7;

la fìg. 9 mostra uno schema di principio di un collegamento per l'utilizzazione preferita della macchina dell'invenzione; the fìg. 9 shows a schematic diagram of a connection for the preferred use of the machine of the invention;

le figure 9A, 9B, 9C e 9D mostrano rispettivi schemi di collegamento della macchina dell'invenzione, connessi a differenti tipi di sorgenti di calore ed a differenti tipi di sorgenti di raffreddamento simbolicamente rappresentati. Figures 9A, 9B, 9C and 9D show respective connection diagrams of the machine of the invention, connected to different types of heat sources and to different types of cooling sources symbolically represented.

Con rif. alle figure da 1 a 8, una macchina a ciclo Rankine secondo l'invenzione comprende: With ref. in Figures 1 to 8, a Rankine cycle machine according to the invention comprises:

- un cilindro 1 in cui é alloggiato un pistone 2 scorrevole ermeticamente in detto cilindro, e che definisce con detto pistone una camera interna sostanzialmente ermetica 12, - a cylinder 1 in which a piston 2 sliding hermetically in said cylinder is housed, and which defines with said piston a substantially hermetic internal chamber 12,

- una biella 3 connessa ad una sua estremità, mediante un opportuno spinotto - a connecting rod 3 connected to one of its ends by means of a suitable pin

4, a detto pistone 2, 4, to said piston 2,

- un albero principale 5, formato con porzioni a "collo d'oca 6" su una delle quali à ̈ applicato in modo in sé noto, l'altra estremità di detta biella 3, - a main shaft 5, formed with "gooseneck 6" portions on one of which the other end of said connecting rod 3 is applied in a known way,

- un generatore elettrico dotato di un rotore 7 e di uno relativo statore 8. - an electric generator equipped with a rotor 7 and a relative stator 8.

Sulla testa 9 di detto cilindro 1 sono disposti due fori passanti distinti 10, 11, (figure 2 e 3) che mettono in comunicazione detta camera interna 12 con l'esterno del cilindro 1, mediante mezzi che sono descritti più avanti. On the head 9 of said cylinder 1 there are two distinct through holes 10, 11, (Figures 2 and 3) which put said internal chamber 12 in communication with the outside of the cylinder 1, by means which are described further on.

Il fluido che può essere utilizzato per detta macchina a ciclo di Rankine, e che riempie detta camera interna 12, venendone poi espulso, é un fluido termodinamico di tipo in sé noto, e preferibilmente é un fluido organico di tipo ORC (ORGANIC RANKINE CYCLE). The fluid which can be used for said Rankine cycle machine, and which fills said internal chamber 12, being then expelled from it, is a thermodynamic fluid of a per se known type, and preferably an organic fluid of the ORC type (ORGANIC RANKINE CYCLE).

In corrispondenza di detta testa 9 é disposto un corpo 17 dotato di una cavità cilindrica nella quale viene alloggiata una valvola rotante 13, il cui asse di rotazione "Y" é disposto in senso ortogonale all'asse "X" del cilindro 1. A body 17 equipped with a cylindrical cavity in which a rotary valve 13 is housed, whose axis of rotation "Y" is arranged in a direction orthogonal to the axis "X" of cylinder 1, is arranged in correspondence with said head 9.

Detta valvola rotante 13 é dotata di due canali interni passanti, un canale di aspirazione 14 ed un canale di scarico 15. Said rotary valve 13 is equipped with two internal through channels, an intake channel 14 and an exhaust channel 15.

Detto canale di aspirazione 14 é così sagomato che la sua apertura di aspirazione 14A rivolta verso il cilindro 1, con una certa e pre-definita posizione di rotazione di detta valvola 13, va a disporsi davanti a detta apertura di immissione 10. Said intake channel 14 is so shaped that its intake opening 14A facing the cylinder 1, with a certain and pre-defined position of rotation of said valve 13, is arranged in front of said inlet opening 10.

L'opposta apertura 14B del canale 14, in questa stessa posizione della valvola 13, si immette, attraverso un foro 18A, in un condotto 18 disposto all'interno di un altro corpo, che vantaggiosamente può essere costituito da una opportuna porzione di detto stesso corpo 17. The opposite opening 14B of the channel 14, in this same position as the valve 13, enters, through a hole 18A, into a conduit 18 arranged inside another body, which can advantageously be constituted by a suitable portion of said same. body 17.

Detto condotto 18 sbocca all'esterno con un rispettivo foro 18B. Said conduit 18 opens to the outside with a respective hole 18B.

Pertanto in detta posizione di rotazione della valvola 13 (Fig. 2 e 5), la camera interna 12 del cilindro 1 viene messa in comunicazione con l'esterno, per cui un flusso di gas proveniente dall'esterno può immettersi, attraversando in successione detto foro 18B, detto condotto 18, detto foro 18A, detta apertura 14B, detto canale di aspirazione 14 e la relativa apertura 14A, detto condotto passante 16, detta apertura 16A e detta apertura 10 della testa del cilindro, dentro detta camera interna 12. Therefore, in said position of rotation of the valve 13 (Fig. 2 and 5), the internal chamber 12 of the cylinder 1 is put in communication with the outside, so that a flow of gas coming from the outside can enter, crossing in succession said hole 18B, said duct 18, said hole 18A, said opening 14B, said intake duct 14 and relative opening 14A, said through duct 16, said opening 16A and said opening 10 of the cylinder head, inside said internal chamber 12.

Per quanto riguarda il percorso di uscita del gas, dall'interno della camera 12 verso l'esterno, può essere naturalmente realizzata una soluzione analoga. As regards the gas outlet path, from the inside of the chamber 12 to the outside, an analogous solution can of course be realized.

Il canale di scarico 15, da cui viene espulso il gas da detta cavità interna 12 viene The discharge channel 15, from which the gas is expelled from said internal cavity 12 comes

dotato di una rispettiva bocca di scarico 15A la quale, ad una precisa e predefinita posizione di rotazione di detta valvola 15 si posiziona davanti a detta apertura di scarico 11. equipped with a respective discharge mouth 15A which, at a precise and predefined position of rotation of said valve 15, is positioned in front of said discharge opening 11.

Tuttavia, per ragioni che verranno spiegate più avanti, si preferisce che detto canale di scarico 15 presenti una opposta apertura 15B che sfocia direttamente all'esterno del cilindro, senza transitare quindi attraverso detto corpo 17, come rappresentato nella figura 3. However, for reasons which will be explained further on, it is preferred that said exhaust channel 15 has an opposite opening 15B which flows directly outside the cylinder, without therefore passing through said body 17, as shown in Figure 3.

La configurazione geometrica, l'architettura e le dimensioni dei componenti appena descritti sono tali per cui, quando ad una prima posizione della valvola rotante 13 detto canale 14 mette in comunicazione l'esterno con la camera interna 12, (condotti 14 e 18), allora la valvola rotante anche chiude il passaggio di scarico dalla camera interna 12 all'esterno poiché detta valvola rotante 13 ottura anche il passaggio da detta apertura di scarico 11 al canale di scarico 15 dentro la stessa valvola. (Fig. 2) E naturalmente viceversa, come esemplificato nella fig. 3. The geometric configuration, the architecture and the dimensions of the components just described are such that, when at a first position of the rotary valve 13 said channel 14 communicates the outside with the internal chamber 12, (pipes 14 and 18), then the rotary valve also closes the discharge passage from the internal chamber 12 to the outside since said rotary valve 13 also blocks the passage from said discharge opening 11 to the discharge channel 15 inside the same valve. (Fig. 2) And of course vice versa, as exemplified in fig. 3.

Del resto, le modalità di funzionamento delle valvole rotanti per alimentare l'interno di un cilindro in cui scorre alternativamente un pistone é in sé nota, e pertanto per brevità non verrà spiegata con grande dettaglio. Moreover, the operating modes of the rotary valves to feed the inside of a cylinder in which a piston alternately slides is known per se, and therefore for the sake of brevity will not be explained in great detail.

Sono inoltre disposti mezzi di comando della rotazione della valvola rotante, che saranno più dettagliati in seguito, tali che questi, combinati con la configurazione, le dimensioni e la geometria degli elementi descritti sono atti a causare che, ad ogni rotazione completa dell'albero principale 5, detto foro passante 14A ruoti per un breve intervallo, compreso nella stessa rotazione completa, davanti a detta apertura 10 in modo da mettere in comunicazione permanente la camera interna 12 del cilindro con l'esterno attraverso detto canale 14 e detto condotto 18, e le relative aperture alla rispettive estremità. There are also disposed means for controlling the rotation of the rotary valve, which will be more detailed hereinafter, such that these, combined with the configuration, dimensions and geometry of the elements described, are capable of causing that, with each complete rotation of the main shaft 5, said through hole 14A rotates for a short interval, including in the same complete rotation, in front of said opening 10 so as to put the internal chamber 12 of the cylinder in permanent communication with the outside through said channel 14 and said duct 18, and the relative openings at the respective ends.

In un intervallo successivo della stessa rotazione, detta valvola 13 chiude l'accesso a detta apertura di immissione 10, e mette in comunicazione detta camera interna 12 con l'esterno del cilindro. In a subsequent interval of the same rotation, said valve 13 closes the access to said inlet opening 10, and puts said internal chamber 12 in communication with the outside of the cylinder.

In pratica detta camera interna 12 viene messa alternativamente in comunicazione con i due condotti 14 e 15 per l'immissione e lo scarico, secondo una sequenza sincronizzata con il movimento e la posizione del pistone 2, e tale sequenza di apertura/chiusura della apertura di immissione 10, e di apertura/chiusura dell'altra apertura 11 sono comandate da, e comprese nella stessa e singola rotazione dell'albero principale 5. In practice, said internal chamber 12 is alternately put in communication with the two ducts 14 and 15 for the inlet and discharge, according to a sequence synchronized with the movement and position of the piston 2, and this sequence of opening / closing of the opening of input 10, and opening / closing of the other opening 11 are controlled by and included in the same single rotation of the main shaft 5.

Pertanto l'immissione di un gas con una adeguata pressione, e con le modalità sopra spiegate, dentro detta camera interna 12, si ottiene un movimento alternato di detto pistone 2 dentro il cilindro 1; tale movimento alternato, per effetto della porzione a collo d'oca 6, trasforma tale movimento alternato in un movimento rotatorio di detto stesso albero, che può essere utilizzato per azionare un motore rotativo elettrico di tipo generale composto da un rotore 7, calettato su detto albero principale 5, ed uno statore 8, in sé noti. Therefore the introduction of a gas with an adequate pressure, and with the methods explained above, inside said internal chamber 12, an alternating movement of said piston 2 inside the cylinder 1 is obtained; this alternating movement, due to the effect of the gooseneck portion 6, transforms this alternating movement into a rotary movement of said shaft, which can be used to drive a general-type electric rotary motor consisting of a rotor 7, keyed on said shaft main shaft 5, and a stator 8, known per se.

Detto motore rotativo elettrico quindi genera una o più tensioni elettriche atte ad alimentare, mediante opportuni collegamenti elettrici, non mostrati, i dispositivi utilizzatori che possono assumere una estrema varietà di forme, impieghi e natura. Se quindi si immette un fluido termodinamico, preferibilmente di tipo ORC in sé ben noto, proveniente da un mezzo evaporatore e a pressione adeguata, in quanto riscaldato da una sorgente termica di tipo generale, si ottiene una macchina che utilizza il ciclo di Rankine in modo particolarmente efficiente. Said electric rotary motor therefore generates one or more electrical voltages suitable for powering, by means of suitable electrical connections, not shown, the user devices which can take on an extreme variety of forms, uses and nature. Therefore, if a thermodynamic fluid is introduced, preferably of the well-known ORC type, coming from an evaporator medium and at an adequate pressure, as it is heated by a general type heat source, a machine is obtained which uses the Rankine cycle in a manner particularly efficient.

Per quanto riguarda il recupero del gas scaricato dal cilindro 1 attraverso l'apertura 11 e la valvola rotante, tale aspetto verrà dettagliato in seguito. As regards the recovery of the gas discharged from the cylinder 1 through the opening 11 and the rotary valve, this aspect will be detailed below.

Il vantaggio della soluzione appena descritta consiste nel fatto che la valvola rotante presenta alcuni indubbi e rimarchevoli vantaggi sulla consueta distribuzione a valvole a stelo, che sono: The advantage of the solution just described consists in the fact that the rotary valve has some undoubted and remarkable advantages over the usual valve stem distribution, which are:

- elevatissima affidabilità, - very high reliability,

- nessun consumo delle parti coinvolte o logorio, e quindi limitatissime esigenze, di manutenzione, - no consumption of the parts involved or wear, and therefore very limited maintenance needs,

- sostanzialmente nessuna esigenza di "registrazione", - essentially no need for "registration",

- ridotto assorbimento energetico, poiché viene prodotto ed utilizzato movimento solo rotativo, - reduced energy absorption, since only rotary movement is produced and used,

- inoltre, e questo é un altro elemento sostanziale per preferire la valvola rotante, si ricorda che la soluzione che utilizza le tradizionali valvole a stelo, con punterie, albero a camme etc. é preferita quando i gas da trasferire sono ad alta temperatura; infatti la valvola rotante é intrinsecamente vulnerabile alle altre temperature, poiché il gas che inevitabilmente trafila tra valvola stessa e le relative aperture sulla testa del cilindro entra in contatto con il lubrificante usato, distruggendolo in breve tempo. - furthermore, and this is another substantial element to prefer the rotary valve, please note that the solution that uses traditional stem valves, with tappets, camshaft etc. It is preferred when the gases to be transferred are at a high temperature; in fact, the rotary valve is intrinsically vulnerable to other temperatures, since the gas that inevitably leaks between the valve itself and the relative openings on the cylinder head comes into contact with the lubricant used, destroying it in a short time.

Al contrario, nel ciclo di Rankine descritto, quando si impiegano fluidi riscaldati a bassa o media temperatura, al massimo a 250°C, tale inconveniente viene completamente a cessare. On the contrary, in the Rankine cycle described, when fluids heated to low or medium temperature, at most to 250 ° C are used, this drawback is completely eliminated.

E quindi l'impiego della valvola rotante non trova più alcuna contro-indicazione e può essere adottato senza alcun rischio, sfruttandone i relativi vantaggi. And therefore the use of the rotary valve no longer finds any counter-indication and can be adopted without any risk, exploiting its advantages.

La soluzione appena descritta può essere efficacemente migliorata da alcuni vantaggiosi perfezionamenti e varianti di forme di realizzazione: The solution just described can be effectively improved by some advantageous improvements and variants of embodiments:

1) con riferimento alle figure 3, 4 e 5, risulta necessario che la valvola rotante 13 possa ruotare in sincronia con il movimento del pistone, in modo che l'apertura di immissione 10 si possa aprire sempre in una posizione prefissata di questo, tipicamente quando esso raggiunge angoli -anticipati o ritardati- rispetto al punto morto superiore che dipendono dal rapporto tra le pressioni di esercizio, e venga chiusa dopo una frazione di periodo pre-defìnita, prima che il pistone raggiunga il punto morto inferiore; una situazione analoga, benché naturalmente invertita, deve essere rispettata anche per quanto riguarda l'apertura e chiusura dell'apertura di scarico 11. 1) with reference to Figures 3, 4 and 5, it is necessary that the rotary valve 13 can rotate in synchrony with the movement of the piston, so that the inlet opening 10 can always open in a predetermined position thereof, typically when it reaches angles - anticipated or retarded - with respect to the top dead center which depend on the relationship between the operating pressures, and is closed after a fraction of a pre-defined period, before the piston reaches the bottom dead center; a similar situation, albeit naturally reversed, must also be respected as regards the opening and closing of the discharge opening 11.

Allo scopo, detto albero principale viene connesso a detta valvola rotante 13 mediante un assieme 27 di elementi cinematici, comprendenti ingranaggi, pignoni, ruote oziose, atti ad agire sull'albero 19 di rotazione della valvola rotante 13, preferibilmente alloggiato in parte su detto stesso corpo 17, in modo da assicurare le condizioni sopra descritte. For this purpose, said main shaft is connected to said rotary valve 13 by means of an assembly 27 of kinematic elements, comprising gears, pinions, idle wheels, adapted to act on the rotation shaft 19 of the rotary valve 13, preferably housed in part on said same. body 17, so as to ensure the conditions described above.

Poiché l'albero principale esegue un giro completo con la doppia corsa discesa e salita del pistone, basterà realizzare detti cinematismi in modo che ad un giro dell'albero principale corrisponda un solo giro della valvola rotante, che causa sia una apertura e chiusura del percorso di immissione attraverso l'apertura 10, sia una successiva apertura e chiusura del percorso di scarico attraverso l'apertura di scarico 11. Since the main shaft performs a complete revolution with the double descent and ascent stroke of the piston, it will be sufficient to realize these kinematic mechanisms so that one revolution of the main shaft corresponds to only one revolution of the rotary valve, which causes both an opening and closing of the inlet path through opening 10, and a subsequent opening and closing of the discharge path through discharge opening 11.

Si possono naturalmente individuare delle differenti soluzioni, come quelle che prevedono una valvola rotante secondo un asse di rotazione parallelo all'asse "X" del cilindro, oppure due distinte valvole rotanti, ma la loro scelta e la loro sincronizzazione é perfettamente alla portata dell'esperto del settore, e pertanto se ne omette una descrizione dettagliata. Naturally, different solutions can be identified, such as those that provide for a valve rotating according to a rotation axis parallel to the "X" axis of the cylinder, or two distinct rotary valves, but their choice and synchronization are perfectly within the reach of the expert in the field, and therefore a detailed description thereof is omitted.

Viene pertanto preferita, ed é stata descritta ed illustrata, la soluzione con una valvola rotante 13 il cui asse di rotazione "Y" é ortogonale all'asse "X" del cilindro, per facilità di trasmissione del moto di rotazione dall'albero principale 5. The solution with a rotary valve 13 whose rotation axis "Y" is orthogonal to the axis "X" of the cylinder is therefore preferred, and has been described and illustrated, for ease of transmission of the rotation motion from the shaft. main 5.

2) Un secondo perfezionamento viene realizzato come segue; con riferimento alle figure 1, 4 e 5, tutti gli organi appena descritti, e cioà ̈ detto cilindro 1, detta valvola rotante 13, detti cinematismi 27 e detto generatore elettrico 7, 8 vengono introdotti ed incapsulati in un opportuno contenitore ermetico 20, dentro il quale vengono supportati e fìssati da opportuni mezzi di bloccaggio, come staffe 21, squadrette etc. La ragione della scelta di tale soluzione é triplice: 2) A second improvement is carried out as follows; with reference to Figures 1, 4 and 5, all the parts just described, namely said cylinder 1, said rotary valve 13, said kinematic mechanisms 27 and said electric generator 7, 8 are introduced and encapsulated in a suitable hermetic container 20, inside which are supported and secured by suitable locking means, such as brackets 21, brackets etc. The reason for the choice of this solution is threefold:

- innanzitutto la circostanza che venga impiegata una valvola rotante, implica una leggera perdita di gas nell'ambiente esterno alla valvola stessa ed al cilindro 1. Per recuperare tale perdita, diventa quindi indispensabile "racchiudere" tutto il cilindro e gli organi connessi in un involucro, naturalmente a tenuta, che comprenda al suo interno sia gli organi di immissione del gas, sia gli organi di scarico. - first of all, the circumstance that a rotating valve is used implies a slight loss of gas in the environment outside the valve itself and cylinder 1. To recover this loss, it is therefore essential to "enclose" all the cylinder and the connected parts in a casing , naturally sealed, which includes inside both the gas inlet and the exhaust members.

Tale soluzione é naturalmente conseguibile utilizzando il descritto contenitore ermetico 20. This solution can of course be achieved by using the described hermetic container 20.

La scelta poi di ricomprendere in detto contenitore 20 anche la parte meccanica, cioà ̈ la biella 3, l'albero principale 5 ed il generatore elettrico comprensivo di rotore e statore discende come soluzione praticamente obbligata, dato che risulterebbe estremamente più difficile ed oneroso una scelta differente, cioà ̈ isolare all'esterno di detto contenitore 20 gli organi appena elencati. The choice then to include in said container 20 also the mechanical part, that is the connecting rod 3, the main shaft 5 and the electric generator including rotor and stator comes as a practically obligatory solution, given that a choice would be extremely more difficult and costly. different, that is to isolate the organs just listed from the outside of said container 20.

- In secondo luogo, bisogna considerare che il gas espulso dalla camera interna 12 del cilindro 1, per effetto dell'azione di risalita nella sua corsa verso la testa del cilindro, se fosse convogliato direttamente all'esterno, trascinerebbe con sé le parti di olio che sono sempre inevitabilmente incluse nel gas termodinamico, cosa che impedirebbe a detto olio di separarsi dal fluido stesso, ed in definitiva alla lunga pregiudicando le caratteristiche del fluido stesso. - Secondly, it must be considered that the gas expelled from the internal chamber 12 of the cylinder 1, due to the rising action in its stroke towards the cylinder head, if it were conveyed directly to the outside, would carry with it the parts of oil which are always inevitably included in the thermodynamic gas, which would prevent said oil from separating from the fluid itself, and ultimately in the long run compromising the characteristics of the fluid itself.

- In terzo luogo, bisogna anche considerare che il generatore elettrico, comprendente il rotore 7 e lo statore 8, nel funzionamento tende logicamente a riscaldarsi, e quindi per evitare un eccessivo sovra-riscaldamento esso deve essere opportunamente raffreddato. Thirdly, it must also be considered that the electric generator, comprising the rotor 7 and the stator 8, logically tends to heat up in operation, and therefore to avoid excessive overheating it must be suitably cooled.

Allo scopo di evitare entrambi gli inconvenienti sopra spiegati, vantaggiosamente il condotto di scarico 15 della valvola rotante 13 immette direttamente nel volume interno del contenitore 20, come rappresentato simbolicamente in fig. 2, invece di essere collegato direttamente all'esterno tramite lo stesso corpo 17, come invece avviene per il condotto di aspirazione 14 della stessa valvola 13. In order to avoid both of the drawbacks explained above, advantageously the discharge duct 15 of the rotary valve 13 enters directly into the internal volume of the container 20, as symbolically represented in fig. 2, instead of being connected directly to the outside through the same body 17, as is the case for the intake duct 14 of the same valve 13.

Quindi l'apertura di scarico 11 non é accompagnata da un corrispondente condotto di scarico che porta direttamente all'esterno del contenitore 20 il gas scaricato dal pistone; al contrario, dopo aver attraversato detta apertura di scarico 11, e naturalmente il condotto 15 nella valvola rotante 13, il gas si immette immediatamente all'interno del contenitore ermetico 20, dal quale esce poi in modo regolare mediante una opportuna bocca di uscita 22, che immette in un opportuno condotto di ritorno del gas. Hence the discharge opening 11 is not accompanied by a corresponding discharge conduit which carries the gas discharged from the piston directly outside the container 20; on the contrary, after having passed through said discharge opening 11, and of course the duct 15 in the rotary valve 13, the gas immediately enters the hermetic container 20, from which it then exits in a regular manner by means of a suitable outlet 22, which introduces the gas into a suitable return pipe.

Il gas quindi si espande entro il volume interno del contenitore 20, e quindi si può conseguire il duplice risultato che l'olio nel gas può spontaneamente ricadere nel fondo di detto contenitore, e quindi separarsi dal gas, ed inoltre funziona efficacemente come fluido di raffreddamento per il generatore elettrico contente nello stesso contenitore 20. The gas then expands within the internal volume of the container 20, and therefore the twofold result can be achieved that the oil in the gas can spontaneously fall back into the bottom of said container, and therefore separate from the gas, and furthermore it functions effectively as a cooling fluid. for the electric generator containing in the same container 20.

Infine, come ultima ma non meno rilevante ragione, detto contenitore 20 costituisce il mezzo ideale per contenere tutta la macchina dell'invenzione, poiché la sua natura di involucro ermeticamente chiuso impedisce di presentare parti meccaniche oppure elettriche accessibili, e perché al suo interno gli organi funzionali possono essere disposti e posizionati in modo stabile e definitivo, senza il rischio di manomissioni dall'esterno. Finally, last but not least, said container 20 constitutes the ideal means to contain the whole machine of the invention, since its nature as a hermetically closed casing prevents it from presenting accessible mechanical or electrical parts, and because inside it the functional organs can be arranged and positioned in a stable and definitive way, without the risk of tampering from the outside.

Si realizza quindi una macchina che si presenta all'esterno come un singolo contenitore chiuso ermeticamente, e dotato solo degli inevitabili collegamenti di raccordo, cioà ̈ dei due condotti di immissione e di scarico del gas termodinamico, e dei collegamenti elettrici che trasferiscono la potenza elettrica erogata. A machine is therefore created that appears on the outside as a single hermetically sealed container, and equipped only with the inevitable connection connections, that is, the two inlet and exhaust pipes of the thermodynamic gas, and the electrical connections that transfer the electrical power. delivered.

Sarà ora chiaro che detta bocca di entrata 18B, citata in precedenza, viene montata nella parete di detto contenitore 20 in modo che attraverso questa si possa far affluire il fluido termodinamico a detto canale di immissione 14 nella valvola rotante 13 ed alla relativa bocca di uscita 14A, ed infine, attraverso detta apertura di immissione 10, dentro la camera interna 12 del cilindro 1. It will now be clear that said inlet 18B, cited above, is mounted in the wall of said container 20 so that through this the thermodynamic fluid can flow to said inlet channel 14 in the rotary valve 13 and to the relative outlet mouth 14A, and finally, through said inlet opening 10, into the internal chamber 12 of cylinder 1.

Il funzionamento della macchina descritta é il seguente, e sarà già stato immaginato dal lettore: con riferimento alla figura 9, il serbatoio caldo 101 (che in linea di principio può essere una sorgente termica qualsiasi) riscalda una caldaia 102, definita anche evaporatore, che contiene il fluido termodinamico utilizzato per il ciclo di Rankine. Questo fluido viene riscaldato fino alla sua evaporazione, aumentando contemporaneamente la sua pressione e percorre un condotto di mandata 103 dal quale viene immesso detto dentro contenitore 20 attraverso la bocca di entrata 18 (a cui si era accennato in precedenza) posta sulla parete del contenitore 20 ed in particolare attraverso il condotto 18, il canale 14 nella valvola rotante 13, detto condotto di immissione 15, e detta apertura passante 10, dentro detta camera 12, in cui si espande grazie alla sua maggiore pressione. The operation of the described machine is as follows, and will have already been imagined by the reader: with reference to figure 9, the hot tank 101 (which in principle can be any thermal source) heats a boiler 102, also called evaporator, which contains the thermodynamic fluid used for the Rankine cycle. This fluid is heated until it evaporates, simultaneously increasing its pressure and passes through a delivery duct 103 from which said into the container 20 is introduced through the inlet 18 (previously mentioned) placed on the wall of the container 20 and in particular through the duct 18, the duct 14 in the rotary valve 13, said inlet duct 15, and said through opening 10, inside said chamber 12, into which it expands thanks to its greater pressure.

Per effetto di tale espansione, il pistone 2 viene sollecitato a muoversi in senso alternato, in modo in sé noto, mettendo in rotazione quindi detto albero principale 5 ed in definitiva aziona detto generatore elettrico. As a result of this expansion, the piston 2 is urged to move in an alternating direction, in a per se known manner, thus rotating said main shaft 5 and ultimately activates said electric generator.

Il flusso di gas viene quindi espulso dal pistone attraverso detta apertura di g scarico 11, entrando nel contenitore 20, da cui esce attraverso detta bocca di uscita. The gas flow is then expelled from the piston through said discharge opening 11, entering the container 20, from which it exits through said outlet mouth.

Da qui, il medesimo condotto 103, che funziona ora come condotto di ritorno, convoglia il gas entro un opportuno condensatore 104, in cui il gas viene condensato, spesso per mezzo di un serbatoio freddo 106, e quindi, tramite una pompa 105, ritorna in detta caldaia 102. From here, the same conduit 103, which now functions as a return conduit, conveys the gas into a suitable condenser 104, in which the gas is condensed, often by means of a cold tank 106, and then, through a pump 105, returns in said boiler 102.

Vantaggiosamente, detto albero di rotazione 5 viene calettato direttamente al rotore 7; pertanto l'asse di rotazione "Z" dell'albero 5 risulta sostanzialmente ortogonale a deto asse "X" del cilindro 1, e quindi risulta anche parallelo all'asse "Y" di rotazione della valvola rotante 13. Advantageously, said rotation shaft 5 is directly keyed to rotor 7; therefore the axis of rotation "Z" of the shaft 5 is substantially orthogonal to said axis "X" of the cylinder 1, and therefore is also parallel to the axis "Y" of rotation of the rotary valve 13.

La soluzione di una macchina per la generazione eletrica può essere vantaggiosamente sfrutata in circostanze ed ambienti anche molto differenti; con riferimento alla fig. 9A, la sorgente di alimentazione calda "C" può essere uno scarico industriale, mentre lo scambiatore di calore può utilizzare una sorgente fredda "F" costituita ad es. da un corso d'acqua, oppure, come mostrato nella fig. 9B, un condensatore ad aria ambiente, se le condizioni lo permetono. Analogamente le figure 9C e 9D illustrano delle situazioni analoghe, in cui la sorgente calda é invece qui fornita da una bateria di pannelli solari "P". The solution of a machine for electricity generation can be advantageously exploited in very different circumstances and environments; with reference to fig. 9A, the hot source "C" can be an industrial drain, while the heat exchanger can use a cold source "F" consisting of eg. from a watercourse, or, as shown in fig. 9B, an ambient air condenser, if conditions permit. Similarly, figures 9C and 9D illustrate similar situations, in which the hot source is instead supplied here by a battery of solar panels "P".

Dete figure da 9A a 9D mostrano anche la presenza ed il collegamento di un serbatoio di accumulo 108, interposto tra il condensatore 104 e la pompa 105; la funzione di deto serbatoio di accumulo é importante nel presente circuito termodinamico, poiché il liquido appena condensato nel condensatore si trova ad una temperatura appena al di soto della temperatura di condensazione, e pertanto se la pompa 105 é una pompa di tipo convenzionale, o a girante, la rotazione delle pale provoca una depressione nella parte di aspirazione della pompa, con una subitanea caduta di pressione e quindi può far evaporare il liquido, cosa che innesca il dannoso fenomeno della cavitazione. Said figures 9A to 9D also show the presence and connection of an accumulation tank 108, interposed between the condenser 104 and the pump 105; the function of this storage tank is important in the present thermodynamic circuit, since the liquid just condensed in the condenser is at a temperature just below the condensation temperature, and therefore if the pump 105 is a conventional pump , or impeller, the rotation of the blades causes a depression in the suction part of the pump, with a sudden drop in pressure and therefore can evaporate the liquid, which triggers the harmful phenomenon of cavitation.

Appunto per evitare tale situazione, viene inserito deto serbatoio di accumulo 108 poiché nel suo fondo viene raccolta una quantità di liquido, entro il quale viene immerso il condoto che immete nella pompa 105, e che garantisce una alimentazione continua di liquido ad una pressione sufficiente all'entrata della pompa 105. Precisely to avoid this situation, the accumulation tank 108 is inserted since a quantity of liquid is collected in its bottom, within which the conduit that enters the pump 105 is immersed, and which guarantees a continuous supply of liquid at a sufficient pressure. at the pump inlet 105.

In definitiva si otiene che l'albero principale 5 viene posto in rotazione. Ultimately it is obtained that the main shaft 5 is set in rotation.

Ulteriori aspetti del trovato sono qui di seguito descritti. Further aspects of the invention are described below.

Aspetto 1. Macchina a ciclo Rankine per la conversione di energia termica in energia elettrica, comprendente: Appearance 1. Rankine cycle machine for the conversion of thermal energy into electrical energy, comprising:

- un cilindro (1) in cui é alloggiato e scorre un relativo pistone (2), ed una camera interna a volume variabile (12), - a cylinder (1) in which a relative piston (2) is housed and slides, and an internal chamber with variable volume (12),

- una biella (3) connessa a detto pistone (44) e alla quale é associato un relativo albero principale (5), - a connecting rod (3) connected to said piston (44) and to which a relative main shaft (5) is associated,

- un generatore elettrico, comprendente un rotore (7) ed un rispettivo statore (8), ed azionato da detto albero principale, - an electric generator, comprising a rotor (7) and a respective stator (8), and driven by said main shaft,

- caratterizzata dal fatto che detto cilindro (1) viene alimentato con un flusso di fluido termodinamico mediante due aperture passanti distinte, rispettivamente di immissione e di scarico (10, 11), - characterized in that said cylinder (1) is fed with a flow of thermodynamic fluid through two distinct through openings, respectively for inlet and outlet (10, 11),

- é disposta almeno una valvola rotante (13) dotata di almeno, - at least one rotary valve (13) equipped with at least,

- un canale passante di immissione (14) atto a consentire il passaggio, selettivamente controllabile, attraverso detta apertura di immissione (10) tra un condotto di immissione (18) e la camera interna (12) di detto cilindro (1), - a through inlet channel (14) adapted to allow the passage, selectively controllable, through said inlet opening (10) between an inlet duct (18) and the inner chamber (12) of said cylinder (1),

- un secondo canale passante di scarico (15) atto a consentire il passaggio del gas dall'interno di detta camera (12) all'esterno di detto cilindro (1) attraverso detta apertura di scarico (11). - a second through exhaust channel (15) adapted to allow the passage of the gas from the inside of said chamber (12) to the outside of said cylinder (1) through said exhaust opening (11).

Aspetto 2. Macchina secondo l aspetto 1, caratterizzata dal fatto che detta valvola rotante (13) é azionata da una pluralità di organi di trasmissione del moto (27) connessi ed attivati da detto albero principale (5). Appearance 2. Machine according to aspect 1, characterized in that said rotary valve (13) is operated by a plurality of motion transmission members (27) connected and activated by said main shaft (5).

Aspetto 3. Macchina secondo aspetto 2, caratterizzata dal fatto che detto albero principale (5) é connesso al rotore (7) di un generatore elettrico atto ad erogare una tensione sostanzialmente continua. Appearance 3. Machine according to aspect 2, characterized in that said main shaft (5) is connected to the rotor (7) of an electric generator adapted to deliver a substantially continuous voltage.

Aspetto 4. Macchina secondo uno degli aspetti precedenti, caratterizzata dal fatto che detta valvola rotante (13) ruota secondo un asse (Y) sostanzialmente ortogonale all'asse (X) di detto cilindro (1). Appearance 4. Machine according to one of the preceding aspects, characterized in that said rotary valve (13) rotates along an axis (Y) substantially orthogonal to the axis (X) of said cylinder (1).

Aspetto 5. Macchina secondo uno degli aspetti precedenti, caratterizzata dal fatto che sulla testa di detto cilindro (1) é disposto un corpo (17) dotato di una cavità interna atta ad alloggiare detta valvola rotante (13), e che detto corpo (17) é atto a mettere in comunicazione detto canale di immissione (14) con detta apertura di immissione (10) in una definita posizione di rotazione di detta valvola rotante (13). Appearance 5. Machine according to one of the preceding aspects, characterized by the fact that on the head of said cylinder (1) there is a body (17) equipped with an internal cavity able to house said rotary valve (13), and that said body ( 17) is adapted to put said inlet channel (14) in communication with said inlet opening (10) in a defined position of rotation of said rotary valve (13).

Aspetto 6. Macchina secondo aspetto, caratterizzata dal fatto che detto corpo (17) é atto a mettere in comunicazione detto canale di scarico (15) entro detta valvola (13) con detta apertura di scarico (11), e che detto canale di scarico (15) si apre all'esterno di detto cilindro (1) senza transitare per detto corpo (17). Appearance 6. Machine according to aspect, characterized in that said body (17) is adapted to put said discharge channel (15) in communication within said valve (13) with said discharge opening (11), and that said discharge channel (15) outlet (15) opens outside said cylinder (1) without passing through said body (17).

Aspetto 7. Macchina secondo uno degli aspetti 5 oppure 6, caratterizzata dal fatto che detto cilindro, detto albero principale, detti organi di trasmissione del moto, detto generatore elettrico, detta valvola rotante sono interamente contenuti in un contenitore (20) a tenuta ermetica. Appearance 7. Machine according to one of the aspects 5 or 6, characterized in that said cylinder, said main shaft, said motion transmission members, said electric generator, said rotary valve are entirely contained in a hermetically sealed container (20).

Aspetto 8. Macchina secondo aspetto 7, caratterizzata dal fatto che detto corpo (17) chiude una porzione della superfìcie esterna di detto contenitore (20), e che é dotato di una bocca di entrata (18B) che immette in un condotto (18) che accede, in una posizione definita di detta valvola (13), a detto canale di aspirazione (14). Appearance 8. Machine according to aspect 7, characterized by the fact that said body (17) closes a portion of the external surface of said container (20), and which is equipped with an inlet (18B) which leads into a duct (18) which accesses, in a defined position of said valve (13), to said suction channel (14).

Aspetto 9. Macchina secondo aspetto 8, caratterizzata dal fatto che detto contenitore (20) é dotato di una bocca di uscita (22) che mette in comunica l'interno di detto contenitore con l'esterno. Appearance 9. Machine according to aspect 8, characterized in that said container (20) is equipped with an outlet (22) which communicates the inside of said container with the outside.

Aspetto 10. Macchina secondo uno qualsiasi degli aspetti precedenti, caratterizzata dal fatto che asse di rotazione (Z) di detto rotore (7) é parallelo all'asse di rotazione (Y) di detta valvola rotante (13). Appearance 10. Machine according to any of the preceding aspects, characterized in that the rotation axis (Z) of said rotor (7) is parallel to the rotation axis (Y) of said rotary valve (13).

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1) Macchina a ciclo chiuso Rankine per la conversione di energia termica in energia elettrica, omprendente: un evaporatore (102) configurato per scaldare fluido termodinamico e per portare lo stesso ad vaporazione aumentandone contemporaneamente la pressione, un condotto di mandata (103) che riceve fluido dall’evaporatore, un cilindro (1) in cui é alloggiato e scorre un relativo pistone (2), ed una camera interna a olume variabile (12), una biella (3) connessa a detto pistone (44) e alla quale é associato un relativo albero principale 5), un generatore elettrico, comprendente un rotore (7) ed un rispettivo statore (8), ed azionato da etto albero principale, in cui detto cilindro (1) presenta due aperture passanti distinte, rispettivamente di immissione e i scarico (10, 11), una valvola rotante (13) dotata di almeno: un canale passante di immissione (14) atto a consentire il passaggio, selettivamente controllabile, attraverso detta apertura di immissione (10) tra un condotto di immissione (18) e la camera interna (12) di detto cilindro (1), un secondo canale passante di scarico (15) atto a consentire il passaggio di gas dall'intemo di detta camera (12) all'esterno di detto cilindro (1) attraverso l’apertura di scarico (11), un condotto di ritorno che riceve fluido in uscita dall’apertura di scarico e lo convoglia ad un ondensatore e quindi all’evaporatore. CLAIMS 1) Rankine closed cycle machine for the conversion of thermal energy into electrical energy, including: an evaporator (102) configured to heat thermodynamic fluid and to bring the same to vaporization while increasing its pressure, a delivery duct (103) which receives fluid from the evaporator, a cylinder (1) in which a relative piston (2) is housed and slides, and an internal chamber with variable volume (12), a connecting rod (3) connected to said piston (44) and to which a relative main shaft 5) is associated, an electric generator, comprising a rotor (7) and a respective stator (8), and driven by said main shaft, wherein said cylinder (1) has two distinct through openings, respectively for inlet and outlet (10, 11), a rotary valve (13) equipped with at least: a through inlet channel (14) adapted to allow the passage, selectively controllable, through said inlet opening (10) between an inlet duct (18) and the inner chamber (12) of said cylinder (1), a second through exhaust channel (15) adapted to allow the passage of gas from the inside of said chamber (12) to the outside of said cylinder (1) through the exhaust opening (11), a return duct that receives fluid coming out of the discharge opening and conveys it to an condenser and then to the evaporator. 2) Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta valvola rotante 13) é azionata da una pluralità di organi di trasmissione del moto (27) connessi ed attivati da detto lbero principale (5) per sincronizzare il moto della valvola con il moto del pistone. 2) Machine according to claim 1, characterized in that said rotary valve 13) is operated by a plurality of motion transmission members (27) connected and activated by said main shaft (5) to synchronize the motion of the valve with the piston motion. 3) Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta alvola rotante (13) ruota secondo un asse (Y) sostanzialmente ortogonale all'asse (X) di detto ilindro (1) e dal fatto che asse di rotazione (Z) di detto rotore (7) é parallelo all'asse di rotazione Y) di detta valvola rotante (13). 3) Machine according to one of the preceding claims, characterized by the fact that said rotating valve (13) rotates according to an axis (Y) substantially orthogonal to the axis (X) of said cylinder (1) and by the fact that axis of rotation (Z) of said rotor (7) is parallel to the rotation axis Y) of said rotary valve (13). 4) Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che sulla esta di detto cilindro (1) é disposto un corpo (17) dotato di una cavità interna atta ad alloggiare etta valvola rotante (13), e che detto corpo (17) é atto a mettere in comunicazione detto canale di mmissione (14) con detta apertura di immissione (10) in una definita posizione di rotazione di detta alvola rotante (13), e dal fatto che detto corpo (17) é atto a mettere in comunicazione detto canale i scarico (15) entro detta valvola (13) con detta apertura di scarico (11), e che detto canale di carico (15) si apre all'esterno di detto cilindro (1) senza transitare per detto corpo (17). 4) Machine according to one of the preceding claims, characterized in that on the end of said cylinder (1) there is a body (17) equipped with an internal cavity suitable for housing said rotating valve (13), and that said body (17 ) Is adapted to put said inlet channel (14) in communication with said inlet opening (10) in a defined position of rotation of said rotary valve (13), and by the fact that said body (17) is adapted to putting said discharge channel (15) in communication within said valve (13) with said discharge opening (11), and that said loading channel (15) opens outside said cylinder (1) without passing through said body (17). 5) Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto ilindro, detto albero principale, detti organi di trasmissione del moto, detto generatore elettrico, etta valvola rotante sono interamente contenuti in un contenitore (20) a tenuta ermetica, detto ontenitore (20) ricevendo fluido immesso dal condotto di mandata (103) attraverso una bocca di ntrata posta sulla parete del contenitore (20) e consentendo l’uscita del gas di proveniente all’apertura di scarico (11) mediante una bocca di uscita che immette nel condotto di ritorno. 5) Machine according to one of the preceding claims, characterized in that said cylinder, said main shaft, said motion transmission members, said electric generator, said rotary valve are entirely contained in a hermetically sealed container (20), said container ( 20) receiving fluid introduced from the delivery duct (103) through an inlet port placed on the wall of the container (20) and allowing the exit of the gas coming from the discharge opening (11) through an outlet mouth which enters the return pipe. 6) Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente una pompa 105) posta sul condotto di ritorno per pompare il flusso di ritorno all’evaporatore. 6) Machine according to any one of the preceding claims comprising a pump 105) placed on the return duct to pump the return flow to the evaporator. 7) Macchina secondo la rivendicazione 6 comprendente un serbatoio di accumulo (108), terposto tra il condensatore (104) e la pompa (105), detto serbatoio di accumulo avendo un fondo i raccolta di una quantità di liquido condensato, entro il quale viene immerso il condotto che mette nella pompa 105, il che garantisce una alimentazione continua di liquido ad una pressione ufficiente all'entrata della pompa stessa. 7) Machine according to claim 6 comprising an accumulation tank (108), placed between the condenser (104) and the pump (105), said accumulation tank having a bottom for collecting a quantity of condensed liquid, within which a quantity of condensed liquid is immersed in the conduit that puts into the pump 105, which guarantees a continuous supply of liquid at a pressure that is unofficial at the inlet of the pump itself. 8) Procedimento per la conversione di energia termica in energia elettrica utilizzante una acchina a ciclo chiuso Rankine in accordo con una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, il rocedimento comprendendo le seguenti fasi: riscaldare l’evaporatore fino a che il fluido termodinamico à ̈ portato ad evaporazione al tempo stesso innalzandone la pressione, far fluire il fluido riscaldato attraverso il condotto di mandata fino alla camera interna al cilindro, nella quale il fluido si espande e spinge il pistone a muoversi in moto alternativo causando la rotazione dell’albero principale del generatore elettrico, convogliare gas in uscita dalla camera interna al cilindro attraverso il condotto di ritorno nel condensatore, ritornare il fluido condensato verso l’evaporatore. 8) Process for the conversion of thermal energy into electrical energy using a Rankine closed-cycle bank in accordance with any one of the preceding claims, the process comprising the following steps: heat the evaporator until the thermodynamic fluid is led to evaporation at the same time raising its pressure, let the heated fluid flow through the delivery duct to the chamber inside the cylinder, in which the fluid expands and pushes the piston to move in reciprocating motion causing the rotation of the main shaft of the electric generator, convey gas leaving the chamber inside the cylinder through the return pipe in the condenser, return the condensed fluid towards the evaporator. 9) Processo secondo la rivendicazione 8 in cui il fluido condensato à ̈ inviato in un serbatoio di ccumulo (108), interposto tra il condensatore (104) ed una pompa (105) operante sul condotto di itorno, detto serbatoio di accumulo avendo un fondo di raccolta di una quantità di liquido ondensato, entro il quale viene immerso il condotto che immette nella pompa, il che garantisce una limentazione continua di liquido ad una pressione sufficiente all'entrata della pompa stessa. 9) Process according to claim 8 in which the condensed fluid is sent to a storage tank (108), interposed between the condenser (104) and a pump (105) operating on the surrounding duct, said storage tank having a bottom collection of a quantity of corrugated liquid, inside which the pipe that enters the pump is immersed, which guarantees a continuous supply of liquid at a sufficient pressure at the inlet of the pump itself. 10) Processo secondo la rivendicazione 9, in cui il fluido viene riscaldato al massimo a 50°C.10) Process according to claim 9, wherein the fluid is heated to a maximum of 50 ° C.
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US5682738A (en) * 1995-03-02 1997-11-04 Barber; John S. Heat engines and waste destruction mechanism
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