ITPI20090020A1 - Veicolo ad aria compressa e metodo di gestione dei rifornimenti in veicoli ad aria compressa per il trasporto urbano. - Google Patents

Description

Descrizione

VEICOLO AD ARIA COMPRESSA E METODO DI GESTIONE DEI RIFORNIMENTI DI VEICOLI AD ARIA COMPRESSA PER IL TRASPORTO URBANO.

SETTORE TECNICO

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per la gestione dei rifornimenti in veicoli ad aria compressa per il trasporto pubblico urbano.

L’invenzione si riferisce anche alla modalità di stoccaggio del propellente in un veicolo provvisto di almeno un propulsore ad aria compressa.

STATO DELL’ARTE

Come noto negli ultimi anni la progettazione di veicoli si è sempre più concentrata nella ricerca di soluzioni atte ad abbattere la produzione di agenti inquinanti.

Già da alcuni anni hanno cominciato ad essere proposti veicoli a propulsione elettrica oppure veicoli ibridi dotati sia di motore a combustione interna che di motore elettrico.

I maggiori limiti di tali veicoli risiedono nelle prestazioni contenute e, soprattutto nell’autonomia che è ancora molto limitata rispetto a quella dei tradizionali motori a combustione interna, anche se negli ultimi anni, grazie al forte sviluppo della tecnologia nel settore degli accumulatori di energia elettrica, è stato possibile realizzare veicoli dotati di buona autonomia con peso degli accumulatori abbastanza contenuto. Un problema ancora irrisolto riguarda invece i tempi di ricarica degli accumulatori. Una batteria di accumulatori in un veicolo elettrico richiede tempi di ricarica di alcune ore, rendendo così necessario ricorrere a misure quali la dotazione di motori ausiliari a combustione interna o la sostituzione degli accumulatori scarichi con una dotazione di accumulatori carichi.

Nonostante i limiti suddetti l’adozione di veicoli a propulsione elettrica rimane, ad oggi, la principale soluzione almeno nei centri storici dei grandi centri urbani per quanto riguarda i veicoli gommati.

Certamente l’utilizzo di veicoli a propulsione elettrica è molto diffuso nel trasporto pubblico grazie all’adozione di veicoli su rotaia quali tram o filobus, che però comportano la presenza di infrastrutture estremamente costose ed il vincolo ad eseguire percorsi predeterminati in fase di progettazione.

La ricerca di soluzioni a bassissimo impatto ambientale ha portato negli ultimi anni a sviluppare propulsori ad aria compressa ed a tentare di realizzare veicoli impieganti tali propulsori.

In particolare, sono noti, a nome Negre Guy documenti brevettuali relativi ad apparati di propulsione ad aria compressa, parti di essi o dispositivi ausiliari per propulsori ad aria compressa, quali ad esempio le domande internazionali WO 97/48884, WO 98/12062, WO 98/15440, WO 98/32963, WO 99/37885.

Un differente motore in grado di utilizzare aria compressa come propellente, basato sul concetto di un pistone rotativo, è descritto nel documento WO 01/06093 a nome Di Pietro.

La possibilità di realizzare motori ad aria compressa ha dato impulso alla progettazione di veicoli impieganti tali propulsori che, sebbene molto attesi in quanto completamente esenti da emissioni nocive, attualmente presentano ancora notevoli problemi di pratica realizzabilità.

Tra i suddetti problemi vi è sicuramente la difficoltà di dotare tali veicoli di prestazioni adeguate, comparabili a quelle di veicoli dotati di motori a combustione interna.

In particolare è risultato ad oggi estremamente arduo realizzare veicoli che ad una potenza e velocità massima adeguate uniscano una sufficiente autonomia.

Ad oggi, per ottenere la massima autonomia, si è cercato di ridurre al minimo il peso del veicolo, già elevato a causa della inevitabile presenza dei serbatoi di aria compressa, realizzando telai in leghe leggere, riducendo al minimo gli elementi strutturali e i componenti accessori e limitando il numero di passeggeri trasportabili. Ciò comporta inevitabilmente ulteriori difficoltà di progettazione per assicurare che tali veicoli conservino i necessari requisiti di sicurezza e protezione dei passeggeri in caso di urti o altri eventi traumatici.

Certamente, i suddetti limiti, costituiscono anche uno dei principali motivi per i quali veicoli ad aria compressa non sono ad oggi presi in considerazione per il trasporto pubblico urbano.

SINTESI DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è allora quello di proporre un metodo per la gestione dei rifornimenti in veicoli provvisti di almeno un propulsore ad aria compressa che consenta la pratica e conveniente utilizzabilità di tali veicoli nel trasporto pubblico urbano.

Ulteriore scopo della presente invenzione è proporre una infrastruttura per consentire il rifornimento di veicoli ad aria compressa in centri urbani.

Un altro scopo della presente invenzione è proporre un metodo di gestione dei rifornimenti di veicoli ad aria compressa che consenta di superare i limiti dei veicoli ad aria compressa di tecnica nota, in particolare per quanto riguarda l’autonomia di funzionamento.

Un altro scopo della presente invenzione è proporre un veicolo ad aria compressa in grado di superare i limiti della tecnica nota in particolare per quanto riguarda l’autonomia di funzionamento.

Un altro scopo della presente invenzione è proporre una struttura portante per veicoli provvisti di almeno un propulsore ad aria compressa.

Gli scopi suddetti vengono raggiunti mediante un metodo per la gestione dei rifornimenti in veicoli per il trasporto pubblico urbano provvisti di almeno un propulsore ad aria compressa, in cui detto metodo comprende fasi di:

- realizzazione, in una predefinita area di un centro abitato, di una infrastruttura di stazioni di rifornimento di aria compressa; - rifornimento di veicoli provvisti di almeno un propulsore ad aria compressa presso dette stazioni di rifornimento.

Preferibilmente l’infrastruttura comprende almeno un impianto di compressione dell’aria compressa che alimenta una rete di distribuzione di aria compressa avente punti di prelievo in corrispondenza di dette stazioni di rifornimento.

Alternativamente presso ogni stazione di rifornimento può essere ubicato un impianto di produzione di aria compressa ad alta pressione.

Vantaggiosamente la fase di realizzazione dell’infrastruttura comprende una fase di definizione della posizione delle stazioni di rifornimento, detta definizione avvenendo in funzione della forma e dimensioni dell’area che deve essere servita da detti veicoli ad aria compressa, dell’autonomia di detti veicoli e di ulteriori eventuali parametri quali vincoli urbanistici, architettonici e paesaggistici, norme di sicurezza, percorsi e posizioni di fermata di detti veicoli.

Ancora vantaggiosamente i veicoli ad aria compressa compiono percorsi con fermate predefinite e programmate per la salita e la discesa dei passeggeri, dette stazioni di rifornimento essendo ubicate presso le aree di fermata, detta fase di rifornimento avendo luogo durante le fermate dei veicoli per la salita e discesa dei passeggeri.

In particolare, allorché un veicolo ad aria compressa raggiunge la prossimità di una stazione di rifornimento, viene guidato da mezzi di guida automatica a posizionarsi presso la stazione di rifornimento in modo tale da portare bocchette di adduzione di aria compressa di detto veicolo in corrispondenza di mezzi di distribuzione di aria compressa di detta stazione di rifornimento, la connessione di detti mezzi di distribuzione di aria compressa con dette bocchette di adduzione di aria compressa avvenendo in modo automatico allorché detto veicolo è correttamene posizionato.

Gli scopi suddetti sono inoltre raggiunti mediante un veicolo provvisto di almeno un propulsore ad aria compressa in cui almeno un serbatoio di aria compressa è ricavato nella struttura portante del veicolo stesso.

In particolare la struttura portante del veicolo comprende elementi portanti longitudinali e trasversali, ed almeno uno di detti elementi portanti è costituito da un serbatoio di aria compressa.

Vantaggiosamente gli elementi portanti adibiti a serbatoi di aria compressa sono internamente cavi e l’aria compressa è immagazzinabile in tali cavità grazie alla presenza di almeno una bocchetta di adduzione.

Ancora vantaggiosamente il veicolo ad aria compressa dell’invenzione può essere dotato di almeno un propulsore ausiliario elettrico o a combustione interna a prestazioni ridotte atto a permettere al veicolo di compiere brevi tragitti in assenza della propulsione principale ad aria compressa.

Grazie al metodo dell’invenzione è possibile, tramite la realizzazione di una infrastruttura relativamente semplice, utilizzare in centri urbani veicoli ad aria compressa, molto silenziosi e con emissioni inquinanti praticamente nulle.

Uno dei maggiori vantaggi di predisporre una infrastruttura di stazioni di rifornimento a breve distanza l’una dall’altra consiste nella possibilità di progettare veicoli ad aria compressa di autonomia molto limitata, aumentando la frequenza dei rifornimenti.

Venendo meno il vincolo dell’autonomia è possibile adottare propulsori più potenti, in grado di far muovere strutture relativamente pesanti e trasportare un numero elevato di passeggeri.

Velocità elevate di riempimento dei serbatoi di aria compressa presenti sul veicolo permettono di effettuare i rifornimenti durante fermate programmate dei veicoli per la salita e discesa dei passeggeri.

Quest’ultimo vantaggio risulta ancora più evidente nel caso in cui le operazioni di rifornimento avvengano in modo automatico, ad esempio tramite mezzi atti a connettere automaticamente bocchette di adduzione di aria compressa nei serbatoi del veicolo con bocchette di distribuzione presenti nella sede stradale o in apposite colonnine. Un veicolo secondo l’invenzione è particolarmente adatto ad essere utilizzato in seno all’applicazione del metodo dell’invenzione in quanto l’utilizzo della struttura portante del veicolo stesso come contenitore dell’aria compressa consente di ottimizzare i pesi del veicolo e di conseguenza le prestazioni dello stesso permettendo così una più elevata capacità di trasporto passeggeri.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Questi e altri vantaggi associati al metodo dell’invenzione per la gestione dei rifornimenti in veicoli provvisti di almeno un propulsore ad aria compressa ed a veicoli ad aria compressa secondo l’invenzione risulteranno peraltro più facilmente comprensibili mediante l’illustrazione di esempi realizzativi, non limitativi, come di seguito descritti con l’ausilio delle tavole di disegno allegate, nelle quali:

- la figura 1 rappresenta una vista prospettica dal basso della struttura portante di un veicolo secondo l’invenzione;

- la figura 2 rappresenta una mappa di linee di percorrenza di mezzi pubblici ad aria compressa riforniti per mezzo di una infrastruttura di distribuzione di aria compressa secondo il metodo dell’invenzione;

- la figura 3 rappresenta una vista laterale di un veicolo ad aria compressa in rifornimento presso una stazione di rifornimento di una infrastruttura di distribuzione dell’aria compressa secondo il metodo dell’invenzione;

- la figura 4 rappresenta una vista prospettica di un veicolo ad aria compressa in prossimità di una stazione di rifornimento secondo l’invenzione.

DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE

Con riferimento alla figura 1 è indicata complessivamente con 10 la struttura portante di un veicolo ad aria compressa in cui sono visibili elementi portanti longitudinali, 11, a sezione sostanzialmente rettangolare, elementi portanti trasversali, 12, anch’essi a sezione sostanzialmente rettangolare, montanti, 13, e traverse, 14, per la protezione dell’abitacolo, strutture di supporto delle ruote anteriori, 15, e dei relativi mezzi di trasmissione, strutture di supporto delle ruote posteriori, 16, serbatoi di aria compressa longitudinali, 18 e serbatoi di aria compressa trasversali, 19.

I serbatoi di aria compressa longitudinali 18, di forma cilindrica ed internamente cavi sono connessi tra loro tramite i serbatoi trasversali 19, anch’essi di forma cilindrica ed internamente cavi, e, tutti insieme formano un unico serbatoio in quanto le rispettive cavità sono in comunicazione tra loro. In questo modo un’unica bocchetta di adduzione, 20, può essere prevista per il riempimento dei serbatoi.

Come chiaramente visibile in figura i serbatoi 18 e 19 sono parte integrante della struttura del veicolo e ne connettono, nella zona centrale del veicolo, la porzione sinistra con la porzione destra.

Infatti, lateralmente ed esternamente i serbatoi longitudinali 18 sono connessi direttamente tramite saldatura a elementi portanti trasversali 12, e anteriormente detti serbatoi longitudinali sono connessi alle strutture di supporto delle ruote 15, mentre posteriormente sono connessi ad un ulteriore elemento portante trasversale 12, ancora per mezzo di saldature.

Certamente in fig.1 la struttura portante del veicolo è rappresentata in modo estremamente schematico, utile a comprendere il concetto inventivo. Infatti, le modalità di attuazione del concetto inventivo stesso potrebbero essere anche molto diverse da quella rappresentata. I serbatoi 15 e 16 potrebbero avere forma anche molto diversa, anche con sezione rettangolare, analogamente a quanto avviene per gli altri elementi portanti 11 e 12; i vani interni dei vari serbatoi potrebbero non essere connessi tra loro, ed in questo caso sarebbero previste più bocchette di adduzione 20; saranno certamente previsti mezzi di sicurezza quali valvole di sfogo; infine, la forma, le dimensioni e gli elementi componenti la struttura portante stessa potrebbero differire anche notevolmente da quelli dell’esempio rappresentato in quanto l’utilizzo di propulsori ad aria compressa comporta una completa riprogettazione della struttura portante rispetto a quelle di tecnica nota normalmente utilizzate quando si utilizzano motori a combustione interna o elettrici.

Un veicolo secondo l’invenzione viene vantaggiosamente impiegato per il trasporto pubblico in centri urbani secondo il metodo dell’invenzione.

A questo scopo viene predisposta all’interno dell’area urbana che deve essere servita dai mezzi pubblici ad aria compressa una infrastruttura di stazioni di rifornimento di aria compressa ad alta pressione, dell’ordine dei 300 bar o superiore.

La progettazione e realizzazione dell’infrastruttura avviene in funzione di numerosi parametri.

Viene definita l’area che deve essere servita da mezzi pubblici ad aria compressa, sia come dimensione complessiva che come forma.

Quindi, possono essere definiti percorsi di massima che è opportuno che vengano compiuti dai veicoli.

In base all’autonomia dei veicoli possono quindi essere calcolati il numero delle stazioni di rifornimento e la distanza massima tra di esse.

Quindi, in funzione dei percorsi e delle fermate programmate dei veicoli per la salita e discesa dei passeggeri può essere definita la posizione delle stazioni di rifornimento.

Ad esempio, come rappresentato in fig.2 l’infrastruttura può essere predisposta all’interno di un’area di circa 20 km<2>, di forma approssimativamente rettangolare, con lato maggiore pari a circa 5 km e lato minore di circa 4 km.

All’interno di questa area vengono quindi identificate 6 linee di trasporto urbano, da L1 a L6, atte a realizzare attraverso fermate programmate, S, un adeguato servizio di collegamento di punti nevralgici dell’area stessa.

Supponendo che il singolo veicolo sia dotato di un’autonomia di pochi chilometri, privilegiando così rispetto all’autonomia la capacità di trasporto, viene definita la densità e la posizione delle stazioni di rifornimento di aria compressa, ubicate preferibilmente in corrispondenza di fermate programmate S.

Adottando questa soluzione i tempi di sosta necessari per la salita e la discesa dei passeggeri possono essere utilizzati per eseguire le operazioni di rifornimento di aria compressa dei serbatoi dei veicoli.

Infatti, per mezzo di compressori di tipo “high-end” di ultima generazione e grazie al fatto che la quantità di aria compressa da immagazzinare è limitata in quanto deve garantire un autonomia limitata, l’operazione di rifornimento può avvenire in tempi brevissimi, al massimo 3 o 4 minuti.

Nella soluzione realizzativa evidenziata in fig.2 le stazioni di rifornimento 30 sono alimentate con aria compressa da tre distinte linee di distribuzione ed esattamente una prima linea, 40A, alimentata da un primo compressore, 50A, una seconda linea, 40B, alimentata da un secondo compressore, 50B, ed una terza linea, 40C, alimentata da un terzo compressore, 50C.

Tale soluzione comporta evidenti vantaggi. Come mostrato in fig.3 una linea di distribuzione, 40, può essere realizzata tramite una tubazione, 41, interrata sotto il piano stradale, mentre in corrispondenza delle stazioni di rifornimento 30, ubicate in corrispondenza di fermate programmate S del veicolo, possono essere previsti raccordi, 42, atti a portare l’aria compressa a mezzi di distribuzione, 43, presenti nella sede stradale. Durante la fermata di un veicolo, V, per la salita e discesa dei passeggeri entrano in funzione mezzi automatici di connessione dei mezzi di distribuzione 43 con le bocchette di adduzione di aria compressa ai serbatoi del veicolo stesso, e quindi avviene il riempimento dei serbatoi. L’operazione dura complessivamente un massimo di 3 o 4 minuti.

I suddetti mezzi automatici di connessione possono prevedere mezzi per allineare automaticamente una bocchetta di adduzione del serbatoio con una bocchetta di distribuzione nel caso che la fermata del veicolo con avvenisse in posizione ottimale per l’esecuzione del rifornimento. Tali mezzi di allineamento possono essere previsti in corrispondenza della bocchetta di adduzione, in corrispondenza della bocchetta di distribuzione oppure su entrambe le bocchette.

Con riferimento alla fig.4, nel caso di adozione dei mezzi automatici di connessione sopra descritti, l’operazione può risultare semplificata e velocizzata dalla presenza di mezzi di identificazione della posizione del veicolo rappresentati ad esempio da emettitori di segnali, 60, presenti sulla carreggiata, corrispondenti sensori, 61, a bordo del veicolo e mezzi di guida automatica che in funzione della posizione rilevata guidano il veicolo nella corretta posizione di rifornimento.

La presenza di linee di distribuzione interrate e di mezzi di distribuzione dell’aria compressa giacenti nel piano della sede stradale consente di realizzare una infrastruttura praticamente invisibile, con impatto nullo sulle caratteristiche architettoniche del centro urbano. I compressori 50 che alimentano le stazioni di rifornimento possono essere ubicati in posizioni particolarmente idonee, nel rispetto di eventuali vincoli architettonici, urbanistici o di sicurezza.

Una volta definita ed adeguatamente realizzata una infrastruttura come sopra descritto veicoli ad aria compressa per il trasporto pubblico urbano aventi una autonomia anche molto limitata possono percorrere le linee ad essi assegnate eseguendo le soste per essi programmati. Durante alcune di queste fermate programmate vengono eseguite le operazioni di rifornimento che avvengono durante le fermate stesse, senza quindi impegnare per tali operazioni tempi aggiuntivi che comporterebbero quindi costi di gestione aggiuntivi.

Certamente, rispetto a quanto sopra descritto, al metodo dell’invenzione possono essere apportate numerose modifiche. Ad esempio, invece che utilizzare linee di distribuzione di aria compressa, potrebbe essere previsto un distinto compressore e relativo serbatoio di stoccaggio di aria compressa presso ogni stazione di rifornimento. Nelle stazioni di rifornimento le operazioni di rifornimento potrebbero essere eseguite manualmente da un operatore. Il metodo potrebbe essere attuato per rifornire veicoli su rotaia anziché su gomma, oppure le stazioni di rifornimento potrebbero essere utilizzate da veicoli di dimensioni ridotte quali piccoli bus navetta, taxi, o vetture private.

Certamente, nella progettazione e realizzazione della infrastruttura potrebbe essere necessario prendere in considerazione parametri anche molto diversi da quelli sopra delineati, parametri che saranno comunque quelli usualmente presi in considerazione nella progettazione di infrastrutture per il trasporto urbano e nella progettazione di impianti di aria compressa ad alta pressione.

Infine, molte altre modifiche potranno essere apportate al metodo ed ai veicoli ad aria compressa oggetto della presente invenzione rimanendo nell’ambito di attuazione dell’idea inventiva sopra descritta e nell’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni seguenti.

Infatti, la descrizione sopra effettuata di specifiche forme realizzative è utile ad illustrare il concetto di base dell’invenzione, in modo tale che esperti del settore possano attuarla modificando e adattando alle varie applicazioni le suddette forme realizzative; tali adattamenti e modifiche saranno quindi considerabili come equivalenti delle forme realizzative esemplificate. Si intende che le espressioni o la numerazione utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e di ausilio nella comprensione del concetto inventivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la gestione dei rifornimenti in veicoli per il trasporto urbano, preferibilmente pubblico, provvisti di almeno un propulsore ad aria compressa caratterizzato dal fatto di comprendere fasi di: - creazione, in una predefinita area di un centro abitato, di una infrastruttura di stazioni di rifornimento di aria compressa; - rifornimento di veicoli provvisti di almeno un propulsore ad aria compressa presso dette stazioni di rifornimento.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che presso ognuna di dette stazioni di rifornimento è ubicato almeno un compressore per la produzione di aria compressa ad alta pressione.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta infrastruttura comprende almeno un compressore d’aria che alimenta una rete di distribuzione dell’aria compressa avente punti di prelievo in corrispondenza di dette stazioni di rifornimento.
4. 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la fase di creazione di detta infrastruttura comprende una fase di definizione della posizione di dette stazioni di rifornimento, detta definizione avvenendo in funzione della forma e dimensioni dell’area che deve essere servita da detti veicoli ad aria compressa, dell’autonomia di detti veicoli e di ulteriori eventuali parametri quali vincoli urbanistici, architettonici e paesaggistici, norme di sicurezza, percorsi e posizioni di fermata di detti veicoli.
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti veicoli compiono percorsi con fermate predefinite e programmate per la salita e la discesa dei passeggeri, dette stazioni di rifornimento essendo ubicate presso le aree di fermata, detta fase di rifornimento avendo luogo durante dette fermate per la salita e discesa dei passeggeri.
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che, in prossimità di una stazione di rifornimento, detto veicolo è guidato da mezzi di guida automatica atti a posizionare detto veicolo in modo tale da portare bocchette di adduzione di aria compressa di detto veicolo in corrispondenza di mezzi di distribuzione di aria compressa di detta stazione di rifornimento, la connessione di detti mezzi di distribuzione di aria compressa con dette bocchette di adduzione di aria compressa avvenendo in modo automatico allorché detto veicolo è correttamene posizionato.
7. 7. Veicolo provvisto di almeno un propulsore ad aria compressa caratterizzato dal fatto che almeno un serbatoio di aria compressa è ricavato nella struttura portante di detto veicolo.
8. 8. Veicolo secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detta struttura portante comprende elementi portanti longitudinali e trasversali, almeno uno di detti elementi portanti essendo costituito da un serbatoio di aria compressa.
9. 9. Veicolo secondo la rivendicazione 7 o 8 caratterizzato dal fatto che detta struttura portante comprende elementi portanti internamente cavi, aria compressa essendo immagazzinabile nelle cavità di detti elementi portanti grazie alla presenza di almeno una bocchetta di adduzione.
10. 10. Veicolo secondo la rivendicazione 7 o successive caratterizzato dal fatto che detto veicolo è un veicolo ibrido comprendente almeno un propulsore ausiliario elettrico o a combustione interna.