ITPR20070071A1 - Dispositivo per convertire energia. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

DISPOSITIVO PER CONVERTIRE ENERGIA.

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo per convertire energia, del tipo descritto nel preambolo della rivendicazione 1.

Come è noto, in quasi ogni settore industriale vi è la necessità di trasformare energia, sia essa di tipo elettrico, solare, meccanico, chimico o altro, in energia meccanica, ad esempio sotto forma di rotazione di un albero meccanico, oppure vi è la necessità contraria, cioè di trasformare energia meccanica in energia di altro genere, ad esempio sotto forma di pressione o portata di un fluido.

Normalmente, si definisce “motore” un dispositivo in grado di trasformare in lavoro meccanico un’energia di altra natura, mentre si definisce “pompa” un dispositivo in grado di energizzare un fluido, sfruttando una sorgente di lavoro meccanico. Per quanto riguarda i motori, nel prosieguo della presente descrizione si farà riferimento, in particolare, a motori a fluido, cioè che sfruttano un fluido di lavoro opportunamente energizzato.

In accordo con una prima tecnica nota, mostrata ad esempio nel documento EP 1798396, esistono motori alternativi a combustione interna dotati di una pluralità di pistoni mobili di moto alternativo all’interno di cilindri, ciascuno di detti pistoni essendo collegato ad un albero motore mediante un cinematismo comprendente una biella e una manovella. Generalmente, tale tipologia di motori è impiegata per l auto-trazione oppure nei settori aeronautico e navale.

In accordo con una seconda tecnica nota, mostrata ad esempio nel documento US 4063535, sono noti motori rotativi a combustione interna, in particolare i motori di tipo Wankel.

I motori Wankel sono dotati di un rotore prismatico a base triangolare equilatera con lati leggermente convessi. Il rotore è contenuto all'intemo di una carcassa, lo statore, nella quale sono praticate le luci per l'aspirazione della miscela aria-combustibile e per lo scarico dei gas combusti. Lo statore presenta pareti laterali che definiscono una cavità interna a sezione sostanzialmente ellittica ed è racchiuso da due basi costituite da due pareti piane, le quali presentano centralmente un foro per il passaggio dell'albero motore. Girando all'interno della carcassa con un movimento orbitante, il rotore forma tre camere, il cui volume varia ciclicamente: nelle tre camere si compiono contemporaneamente tre cicli otto a quattro tempi, sfasati tra loro di 120°. Avendo il rotore tre lati uguali, il processo avviene in modo sequenziale tre volte per ogni giro del rotore stesso (corrispondente a tre giri dell'albero motore), con notevoli vantaggi in termini di potenza erogata e regolarità di funzionamento.

In accordo con un’ulteriore tecnica nota, esistono pompe fluidodinamiche che prelevano energia meccanica e la trasferiscono ad un fluido, facendone aumentare la pressione o imponendo una portata. Tipicamente, le pompe fluidodinamiche si dividono in pompe volumetriche, centrifughe o assiali.

Uno dei principali parametri di funzionamento di un motore o di una pompa è il rendimento termodinamico, cioè il rapporto tra l’energia estratta e l’energia introdotta in un sistema (ad esempio un motore o una pompa). Il valore del rendimento è una misura dell’ efficienza della macchina, poiché quantifica l'efficienza della conversione di energia. Generalmente, per tutti i sistemi sopra menzionati, il valore del rendimento non è quasi mai superiore al 35%.

Un ulteriore inconveniente tipico dei motori alternativi a combustione interna è dato dalla complicazione costruttiva necessaria per convertire il moto lineare dei pistoni in un moto rotativo di un albero motore.

Scopo del presente trovato è quello di risolvere gli inconvenienti sopra menzionati, proponendo un dispositivo per convertire energia in grado di limitare grandemente le perdite di energia tipiche dei motori e delle pompe realizzate in accordo con la tecnica nota, al fine di garantire un elevato rendimento termodinamico.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di proporre un dispositivo per convertire energia che sia semplice da costruire. In particolare, è uno scopo del presente trovato quello di proporre un dispositivo per convertire energia che non presenti contemporaneamente componenti meccanici mobili di moto lineare collegati a componenti meccanici mobili di moto rotativo.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo per convertire energia che sia reversibile, cioè che possa funzionare come motore e come pompa.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo per convertire energia che sia affidabile ed economico.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal dispositivo per convertire energia oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.

Questi ed altri scopi risulteranno maggiormente evidenziati dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno in cui:

- la figura 1 illustra una vista frontale in sezione di una prima variante realizzativa di un dispositivo realizzato in accordo con il presente trovato;

la figura 2 illustra una vista laterale in sezione secondo la traccia A-A di figura 1 di un dettaglio costruttivo del dispositivo mostrato in figura 1;

la figura 3 illustra una vista laterale sinistra del dispositivo mostrato in figura 1;

la figura 4 illustra una vista laterale destra del dispositivo mostrato in figura 1;

- la figura 5 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 1 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una prima posizione operativa;

la figura 6 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 1 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una seconda posizione operativa;

la figura 7 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 1 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una terza posizione operativa;

la figura 8 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 1 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una quarta posizione operativa;

la figura 9 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 1 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una quinta posizione operativa;

- la figura 10 illustra una seconda variante realizzativa di un dispositivo realizzato in accordo con il presente trovato;

la figura 11 illustra una vista laterale in sezione secondo la traccia B-B di figura 10 di un dettaglio costruttivo del dispositivo mostrato in figura 10;

- la figura 12 illustra una vista laterale sinistra del dispositivo mostrato in figura 10;

la figura 13 illustra una vista laterale destra del dispositivo mostrato in figura 10;

la figura 14 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 10 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una prima posizione operativa;

la figura 15 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 10 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una seconda posizione operativa;

- la figura 16 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 10 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una terza posizione operativa;

la figura 17 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 10 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una quarta posizione operativa;

la figura 18 illustra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 10 con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre ed in una quinta posizione operativa;

la figura 19 illustra un grafico del funzionamento di una coppia di dettagli costruttivi di un dispositivo in accordo con il trovato;

la figura 20 illustra un grafico del funzionamento di due coppia di dettagli costruttivi di un dispositivo in accordo con il trovato;

le figure 21, 22 e 23 illustrano tre viste assonometriche della prima variante realizzativa del dispositivo mostrata in figura 1.

Con particolare riferimento alle figure da 1 a 9 e da 21 a 23, un dispositivo per convertire energia realizzato in accordo con il presente trovato è globalmente indicato con il numero 1.

Il dispositivo 1 comprende uno statore 2, preferibilmente di forma cilindrica, avente almeno una luce 3 di ingresso ed almeno una luce 4 di scarico per consentire l’introduzione e l’espulsione di un fluido operativo. Propriamente, il fluido operativo potrà essere un liquido, ad esempio acqua, oppure un fluido aeriforme, ad esempio aria oppure una miscela ariacombustibile, tipicamente nel caso in cui il dispositivo 1 agisca come motore a combustione interna.

Con particolare riferimento alle figure da 1 a 4, il dispositivo 1 comprende un primo rotore 5 ed un secondo rotore 6 girevolmente fissati su un uno stesso perno 7 di supporto, tipicamente coassiale a detto statore 2. Preferibilmente, il perno 7 di supporto è posizionato al centro dello statore 2.

Il dispositivo 1 comprende una prima pala 5a ed una seconda pala 6a rispettivamente collegate in modo solidale a detto primo e detto secondo rotore 5, 6. Le pale 5a, 6a sono mobili per rotazione all’ interno dello statore 2 in seguito alla rotazione dei rotori ed interagiscono con il fluido operativo presente all’interno dello statore medesimo.

Preferibilmente le pale 5a, 6a presentano una sezione sostanzialmente trapezoidale, in cui le basi maggiore e minore sono definite da archi di circonferenza ed i lati obliqui sono definiti da raggi dello statore (figura 2).

Il dispositivo 1 è dotato di un albero meccanico 8 cinematicamente collegato a detti rotori 5, 6 e mobile per rotazione attorno ad un suo asse longitudinale. In particolare, l’albero meccanico 8 è collegato al primo rotore 5 mediante primi organi 9 di trasmissione ed è collegato al secondo rotore 6 mediante secondi organi 10 di trasmissione. Precisamente, detti primi e secondi organi di trasmissione sono conformati in modo tale da generare rapporti di trasmissione variabili tra l’albero meccanico 8 e ciascuno di detti rotori 5, 6, in modo tale che ad una prefissata velocità angolare dell’albero meccanico corrispondano contemporaneamente differenti velocità angolari dei rotori e quindi delle pale 5a, 6a ad essi solidalmente collegate.

In particolare, detti organi di trasmissione impongono rapporti di trasmissione variabili in modo tale che, pur mantenendo costante la velocità angolare dell’albero meccanico durante un’intera rotazione dello stesso, i rotori 5, 6 (e quindi le rispettive pale ad essi collegate) subiscano contemporaneamente accelerazioni e decelerazioni in funzione della posizione angolare istantanea assunta dall’albero meccanico durante la sua rotazione.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1 e 4, detti primi organi 9 di trasmissione comprendono una prima ruota ellittica 9a solidalmente collegata al primo rotore 5 girevolmente fissato sul perno 7 di supporto ed una seconda mota ellittica 9b solidalmente calettata su detto albero meccanico 8 ed atta ad impegnarsi con detta prima mota ellittica 9a.

Con particolare riferimento alle figure 1 e 3, detti secondi organi 10 di trasmissione comprendono anch’essi una prima mota ellittica IOa solidalmente collegata al secondo rotore 6, anch’esso girevolmente fissato sul perno 7 di supporto come detto primo rotore 5. Una seconda mota ellittica 10b è solidalmente calettata sull’albero meccanico 8 e si impegna con detta prima mota ellittica IOa.

Con particolare riferimento alla figura 1, dette mote ellittiche 9b, 10b motano pertanto solidalmente l’una rispetto all’altra, in quanto calettate sul medesimo albero meccanico 8.

Preferibilmente, le mote ellittiche 9a, 9b di detti primi organi 9 di trasmissione e/o le mote ellittiche 10a, 10b di detti secondi organi 10 di trasmissione sono del tipo ad ingranaggi.

Preferibilmente, le mote ellittiche 9a, 9b di detti primi organi 9 di trasmissione presentano la stessa geometria e le stesse dimensioni delle mote ellittiche 10a, 10b di detti secondi organi 10 di trasmissione. In particolare, la coppia di mote ellittiche 9a, 9b di detti primi organi 9 di trasmissione e la coppia di mote ellittiche 10a, 10b di detti secondi organi 10 di trasmissione si impegnano ciascuna con il medesimo rapporto di trasmissione massimo, preferibilmente 1:2,5.

Nell’esempio illustrato nelle figure 1, 3 e 4, le mote ellittiche 9a, IOa collegate ai rispettivi primo e secondo rotore 5, 6 sono calettate eccenticamente su detti rotori medesimi. Analogamente, le mote ellittiche 9b, 10b sono calettate eccentricamente sull’albero motore 8.

Come mostrato nelle figure 3 e 4, le mote ellittiche 9a, 9b di detti primi organi 9 di trasmissione sono tra loro accoppiate con uno sfasamento di 180° rispetto alle mote ellittiche 10a, 10b di detti secondi organi 10 di trasmissione.

Nell’esempio illustrato nelle figure da 1 a 9, data l’identica geometria e dimensioni delle mote ellittiche 9a, 9b, 10a, 10b di detti primi e secondi organi 9, 10 di trasmissione ed in considerazione deH’eccenticità con cui le mote ellittiche 9a, 9b, 10a, 10b sono calettate sui rispettivi rotori e sull’albero motore, le velocità angolari del primo e del secondo rotore 5, 6 presentano un andamento identico durante un giro dell’albero meccanico 8 ed assumono uno stesso valore massimo ed uno stesso valore minimo ad ogni giro dell'albero stesso, ma con uno sfasamento di 180°.

Evidentemente, l’andamento delle velocità angolari dei rotori 5, 6 si trasmette in modo identico alle pale 5a, 6a ad essi solidalmente collegate ed interagenti con il fluido operativo introdotto nello statore 2.

Precisamente, ogni giro di una di dette pale 5a, 6a aH'intemo dello statore 2 corrisponde ad un giro dell’albero meccanico 8.

Nel caso in cui il dispositivo 1 oggetto del presente trovato funzioni come “motore”, dette prime mote ellittiche 9a, IOa collegate rispettivamente al primo e al secondo rotore 5, 6 saranno motrici, mentre dette seconde mote ellittiche 9b, 10b saranno condotte. Viceversa, nel caso in cui il dispositivo 1 oggetto del presente trovato funzioni come “pompa”, dette prime ruote ellittiche 9a, IOa collegate rispettivamente al primo e al secondo rotore 5, 6 saranno condotte, mentre dette seconde mote ellittiche 9b, 10b collegate all’albero meccanico 8 saranno motrici.

Con particolare riferimento alle figure da 5 a 9, si descrive ora il funzionamento, denominato anche “ciclo base”, del dispositivo 1, indipendentemente dal fatto che quest’ultimo funzioni come “motore” o come “pompa”.

Il cosiddetto ciclo base inizia con un punto morto (figura 5) che corrisponde al momento in cui le pale 5a, 6a assumono la stessa velocità e si trovano rispettivamente in corrispondenza delle luci 3, 4 di ingresso e di scarico. In particolare, 90° dopo il punto morto (figura 7), il rapporto tra la velocità angolare dell’albero meccanico 8 e la velocità angolare della pala 5a collegata al primo rotore 5 è massimo, mentre il rapporto tra la velocità angolare dell’albero meccanico 8 e la velocità angolare della pala 6a collegata al secondo rotore 6 è minimo, in conseguenza dello sfasamento sopra menzionato e della geometria mostrata nelle figure 3 e 4.

Con riferimento alla figura 19, che illustra l’andamento del rapporto di trasmissione tra l’albero meccanico e le pale in funzione della posizione angolare assunta dall’albero meccanico, si nota che il rapporto tra la velocità angolare dell’albero meccanico 8 e la velocità angolare della pala 5a collegata al primo rotore 5 è massimo quando il rapporto tra la velocità angolare dell’albero meccanico 8 e la velocità angolare della pala 6a collegata al secondo rotore 6 è minimo. Tale comportamento è possibile in considerazione delTeccenticità con cui le mote ellittiche 9a, 9b, 10a, 10b sono calettate sui rispettivi rotori e sull’albero motore.

Preferibilmente, le luci di ingresso e di scarico sono completamente ostruite dalle pale 5a, 6a quando le stesse si trovano in corrispondenza del punto morto (figura 5).

Con riferimento alle figure 6, 7 e 8, successivamente la pala 5a si muove nello statore 2 (freccia contraddistinta con la lettera F) con una velocità angolare che è funzione del rapporto di trasmissione tra la ruota ellittica 9a solidalmente collegata al primo rotore 5 e la mota ellittica 9b solidalmente collegata all’albero meccanico 8. Nel frattempo, dato che le velocità angolari del primo e del secondo rotore 5, 6 presentano un andamento identico durante un giro dell’albero meccanico 8 ed assumono uno stesso valore massimo ed uno stesso valore minimo ad ogni giro dell'albero stesso, ma con uno sfasamento di 180° uno rispetto all’altro, la pala 6a assume velocità di gran lunga inferiori a quelle della pala 5a e pertanto subisce uno spostamento angolare limitato a parità di spostamento angolare dell’albero meccanico 8. Tale comportamento si deduce dal grafico di figura 19, in cui è illustrato il rapporto tra la velocità angolare dell’ albero meccanico 8 e la velocità angolare delle pale e considerando che la velocità angolare dell’albero meccanico è la stessa per entrambe le pale; le mote ellittiche 9b, 10b, infatti, sono calettate solidalmente su detto albero meccanico.

Non appena la pala 5a sarà giunta al punto morto in corrispondenza della luce 4 di scarico (figura 9), il ciclo si ripeterà con le pale 5a, 6a invertite.

Il punto morto viene superato sfmttando preferibilmente l’inerzia delle pale 5a, 6a oppure mediante una o più masse rotanti, tipicamente volani, collegate ai rotori 5, 6.

Si descrive ora il comportamento del dispositivo 1 nel ciclo di funzionamento come “motore” mediante lo sfruttamento di un fluido in pressione.

Con particolare riferimento alla figura 6, dopo aver avviato il motore tramite una sorgente di energia esterna, ad esempio un motore elettrico che applica una coppia all’albero meccanico 8, il punto morto viene superato ad ogni giro delle pale 5a, 6a sfruttando l’inerzia delle pale stesse oppure sfruttando un volano.

Contemporaneamente all’ avviamento del dispositivo, un fluido in pressione viene introdotto nella luce 3 di ingresso ed agisce sia sulla pala 5a anteriore (rispetto al verso di rotazione anti-orario delle pale indicato dalla freccia F di figura 5), sia sulla pala 6a posteriore (rispetto al verso di rotazione anti-orario delle pale). La pressione agente sulle pale esercita una forza, il cui punto di applicazione, data la conformazione delle pale, giace ad una certa distanza dall’asse longitudinale del perno 7 di supporto, generando in tal modo una coppia su ciascuno di detti primo e secondo rotore.

In considerazione del fatto che il rapporto di trasmissione tra le ruote ellittiche 9a, IOa, solidali rispettivamente al primo ed al secondo rotore 5, 6, e le ruote ellittiche 9b, 10b solidali all’albero meccanico 8 è favorevole per la mota ellittica 9a corrispondente alla pala 5a anteriore, quest’ ultima si muove in verso anti-orario, esercitando una coppia motrice sull’albero meccanico; contemporaneamente, la pala 6a posteriore verrà trascinata dall’albero meccanico 8, esercitando quindi una coppia resistente. In particolare, il rapporto di trasmissione è favorevole per la mota ellittica 9a, come risulta evidente dal grafico di figura 19, in cui si nota che per angoli di rotazione dell’albero meccanico 8 compresi tra 90° e 270° il rapporto di trasmissione tra l’albero meccanico 8 e la ruota ellittica 9a è maggiore del rapporto di trasmissione tra l’albero meccanico 8 e la mota ellittica IOa.

La differenza tra la coppia motrice esercitata dalla pala 5a anteriore e la coppia resistente esercitata dalla pala 6a posteriore fornisce una coppia motrice netta tale da far ruotare l’albero meccanico 8.

Con riferimento alle figure 3 e 4, la presenza di mote ellittiche che impongono rapporti di trasmissione variabili e l’opportuna geometria del sistema che prevede uno sfasamento di 180° (determinato dal corrispondente sfasamento del rapporto di trasmissione, come mostrato in figura 19) tra le velocità angolari massima e minima dei rotori 5, 6 consentono di ottenere, a parità di forza esercitata sulle pale 5a, 6a da parte del fluido in pressione, una moltiplicazione di coppia sull’albero meccanico 8, per quanto riguarda la pala 5a anteriore, ed una de-moltiplicazione di coppia sul medesimo albero meccanico 8, per quanto riguarda la pala 6a posteriore.

II rapporto tra le coppie applicate sull’albero meccanico 8 rimane favorevole per la pala 5a anteriore fino al momento in cui quest’ ultima raggiunge la pala 6a posteriore (figura 9). Successivamente, la funzione delle pale 5a, 6a si inverte, in quanto il rapporto di trasmissione tra le ruote ellittiche 9a, IOa dei rotori 5,6 e le ruote ellittiche 9b, 10b dell’albero meccanico 8 diventa favorevole per la pala 6a solidale al secondo rotore 6.

La pala 5a, durante il suo avanzamento aH’intemo dello statore 2 (figure 6, 7 e 8), oltre ad applicare una coppia sull’albero meccanico 8, espelle dalla luce 4 di scarico il fluido operativo rimasto dal ciclo precedente.

Con particolare riferimento alle figure da 5 a 9, si descrive ora il comportamento del dispositivo 1 nel ciclo di funzionamento come “pompa”.

Contrariamente al ciclo come “motore”, in questo caso si applica una coppia esterna sull’albero meccanico 8, attivando in tal modo una rotazione delle pale 5a, 6a. Queste ultime, in considerazione della presenza delle ruote ellittiche 9a, 10a, 9b, 10b e della geometria del sistema, si muovono in mutuo avvicinamento e successivo allontanamento per ogni giro dell’ albero meccanico 8.

Il posizionamento della luce 3 di ingresso in corrispondenza della zona in cui le pale 5a, 6a sono in mutuo allontanamento (figure 6 e 7) e della luce 4 di scarico in corrispondenza della zona in cui le pale sono in mutuo avvicinamento (figura 8) consente di generare, rispettivamente, un’aspirazione di fluido dalla luce di ingresso ed una compressione di fluido con successivo espulsione forzata dalla luce di scarico.

Preferibilmente, il dispositivo 1 è dotato di un diffusore o chiocciola (non illustrati) posizionato esternamente allo statore 2 in corrispondenza della luce 4 di scarico, per incrementare ulteriormente la pressione statica del fluido, diminuendone la velocità all’uscita dallo statore.

Con riferimento alle figure da 10 a 14, si descrive ora il comportamento di un dispositivo per convertire energia in accordo con il presente trovato in un ciclo di funzionamento come motore a combustione interna. In tale variante realizzativa, il dispositivo è stato globalmente indicato con il numero 100.

Il dispositivo 100 comprende uno statore 102, preferibilmente di forma cilindrica, avente almeno una luce 103 di ingresso ed almeno una luce 104 di scarico per consentire l’introduzione e l’espulsione di un fluido operativo, tipicamente aria ed una miscela aria-combustibile.

II dispositivo 100 comprende un condotto 113 di aspirazione per introdurre aria all’intemo dello statore 102 attraverso la luce 103 di ingresso ed un condotto 114 di espulsione per consentire la fuoriuscita dei gas combusti attraverso la luce 104 di scarico.

Nel condotto di aspirazione 113 è preferibilmente presente una valvola 115 di parzializzazione della portata di aria, tipicamente una valvola a farfalla, per controllare la potenza sviluppata dal motore.

Il dispositivo 100 comprende un iniettore 105 per immettere combustibile all interno dello statore 102 e mezzi di accensione della miscela ariacombustibile, preferibilmente una candela elettrica 106 a scintilla,

Con riferimento alla figura 10, il dispositivo 100 comprende un primo rotore 205 ed un secondo rotore 206 girevolmente fissati su un uno stesso perno 207 di supporto, coassiale a detto statore 102. Preferibilmente, il perno 207 di supporto è posizionato al centro dello statore 102.

Il dispositivo 1 comprende una prima coppia di pale 205a, 205b ed una seconda coppia di pale 206a, 206b. In particolare, detta prima coppia di pale 205a, 205b è collegata in modo solidale a detto primo rotore 205, mentre detta seconda coppia di pale 206a, 206b è collegata a detto secondo rotore 206. Le pale sono mobili per rotazione aH’intemo dello statore 102 in seguito alla rotazione dei rotori 205, 206 ed interagiscono con l’aria e/o la miscela ariacombustibile presente aH’intemo dello statore medesimo.

Preferibilmente le pale 205a, 205b, 206a, 206b presentano una sezione sostanzialmente trapezoidale, in cui le basi maggiore e minore sono definite da archi di circonferenza ed i lati obliqui sono definiti da raggi dello statore (figura 11).

II dispositivo 100 è dotato di un albero meccanico 108 cinematicamente collegato a detti rotori 205, 206 e mobile per rotazione attorno ad un suo asse longitudinale. In particolare, l’albero meccanico 108 è collegato al primo rotore 205 mediante primi organi 209 di trasmissione ed è collegato al secondo rotore 206 mediante secondi organi 210 di trasmissione. Precisamente, detti primi e secondi organi di trasmissione sono conformati in modo tale da generare rapporti di trasmissione variabili tra l’albero meccanico 108 e ciascuno di detti rotori 205, 206, in modo tale che ad una prefissata velocità angolare dell’albero meccanico corrispondano contemporaneamente differenti velocità angolari dei rotori e quindi delle pale 205a, 205b, 206a, 206b ad essi solidalmente collegate, In particolare, detti organi di trasmissione impongono rapporti di trasmissione variabili in modo tale che, pur mantenendo costante la velocità angolare dell’albero meccanico durante un’intera rotazione dello stesso, i rotori 205, 206 (e quindi le rispettive pale) subiscano contemporaneamente accelerazioni e decelerazioni in funzione della posizione angolare assunta dall’albero meccanico durante una sua rotazione completa.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 10 e 13, detti primi organi 209 di trasmissione comprendono una prima ruota ellittica 209a solidalmente collegata al primo rotore 205 girevolmente fissato sul perno 107 di supporto ed una seconda ruota ellittica 209b solidalmente calettata su detto albero meccanico 108 ed atta ad impegnarsi con detta prima ruota ellittica 209a.

Con particolare riferimento alla forma realizzativa illustrata nelle figure 10 e 12, detti secondi organi 210 di trasmissione comprendono anch’essi una prima ruota ellittica 210a solidalmente collegata al secondo rotore 206, anch’esso girevolmente fissato sul perno 107 di supporto come detto primo rotore 205, ed una seconda ruota ellittica 210b solidalmente calettata sull’albero meccanico 108 ed atta ad impegnarsi con detta prima ruota ellittica 210a.

Preferibilmente, le ruote ellittiche 209a, 209b di detti primi organi 209 di trasmissione e/o le mote ellittiche 210a, 210b di detti secondi organi 210 di trasmissione sono del tipo ad ingranaggi.

Preferibilmente, le mote ellittiche 209a, 209b di detti primi organi 209 di trasmissione presentano la stessa geometria e le stesse dimensioni delle mote ellittiche 210a, 210b di detti secondi organi 210 di trasmissione. In particolare, la coppia di mote ellittiche 209a, 209b di detti primi organi 209 di trasmissione e la coppia di mote ellittiche 210a, 210b di detti secondi organi 210 di trasmissione si impegnano ciascuna con il medesimo rapporto di trasmissione massimo, preferibilmente 1:2,5.

Nell’esempio illustrato nelle figure 10, 12 e 13, le mote ellittiche 209a, 210a collegate ai rispettivi primo e secondo rotore 205, 206 sono calettate centralmente su detti rotori medesimi, diversamente dalla prima variante realizzativa illustrata nelle figure 10, 12 e 13. Analogamente, le mote ellittiche 209b, 210b sono calettate centralmente sull’albero motore 108.

Preferibilmente, le mote ellittiche 209a, 209b di detti primi organi 209 di trasmissione sono tra loro accoppiate con uno sfasamento di 90° rispetto alle mote ellittiche 210a, 210b di detti secondi organi 210 di trasmissione.

Nell’esempio illustrato nelle figure da 10 a 18, data l’identica geometria e dimensioni delle mote ellittiche 209a, 209b, 210a, 210b di detti primi e secondi organi 209, 210 di trasmissione ed in considerazione del fatto che le mote ellittiche 209a, 2099b, 210a, 210b sono calettate nel loro centro sui rispettivi rotori e sull’albero motore, le velocità angolari del primo e del secondo rotore 205, 206 presentano un andamento identico durante un giro dell’albero meccanico 108 ed assumono uno stesso valore massimo ed uno stesso valore minimo ad ogni giro dell'albero stesso, ma con uno sfasamento di 90°.

Evidentemente, l’andamento delle velocità angolari dei rotori 205, 206 si trasmette in modo identico alle pale 205a, 205b, 206a, 206b ad essi solidalmente collegate ed interagenti con il fluido operativo introdotto nello statore 102.

Con riferimento alla figura 20, che illustra l’andamento del rapporto di trasmissione tra l’albero meccanico e le pale in funzione della posizione angolare assunta dall’albero meccanico, si nota che il rapporto tra la velocità angolare dell’albero meccanico 108 e la velocità angolare delle pale 205a, 205b collegate al primo rotore 205 è massimo quando il rapporto tra la velocità angolare dell’albero meccanico 108 e la velocità angolare delle pale 206a, 206b collegata al secondo rotore 206 è minimo. Tale comportamento è possibile in considerazione del fatto che le mote ellittiche 209a, 209b, 210a, 210b sono calettate nel loro centro sui rispettivi rotori e sull’albero motore.

II funzionamento del dispositivo come motore a combustione interna è il seguente.

Innanzitutto, si avvia il dispositivo mediante una sorgente di energia esterna, ad esempio mediante un motore elettrico che applica una coppia motrice all’albero meccanico 108.

Le pale 205a, 205b collegate al primo rotore 205 si muovono all interno dello statore 102 con una velocità angolare maggiore di quella delle pale 206a, 206b collegate al secondo rotore 206, in considerazione del differente rapporto di trasmissione stabilito dalle mote ellittiche.

Con riferimento alle figure da 14 a 18, tale differenza di velocità determina la formazione di quattro camere a volume variabile alTintemo dello statore, in seguito al mutuo avvicinamento/allontanamento delle pale:

una prima camera 102a (di aspirazione) in corrispondenza della luce 103 di ingresso e con volume in aumento, aH’intemo di detta camera 102a essendo quindi aspirata aria dall’esterno e contemporaneamente inviato combustile mediante l’iniettore 105;

una seconda camera 102b (di compressione) con volume in diminuzione, all’ interno della quale la miscela aria-combustibile subisce una compressione;

una terza camera 102c (di espansione) con volume in aumento, all’interno della quale si espandono i gas combusti in seguito al repentino aumento di pressione conseguente all’ accensione della miscela aria-combustibile, come verrà descritto nel prosieguo (figura 18);

una quarta camera 102d (di scarico) in corrispondenza della luce 104 di scarico e con volume in diminuzione, da detta camera 102d essendo quindi espulsi i gas combusti.

Il volume della seconda camera 102b raggiunge un valore minimo in corrispondenza del punto morto, quando cioè le coppie di pale assumono la stessa velocità e si trovano rispettivamente in corrispondenza delle luci di ingresso e di scarico e della candela 106 (figura 14).

Quando la seconda camera 102b raggiunge il volume minimo (camera di scoppio), la candela 106 scocca la scintilla, provocando l’accensione della miscela aria combustibile e la rapida espansione dei gas combusti che determina una brusca accelerazione della coppia di pale 205a, 205b. L’accelerazione di tali pale è resa possibile dal rapporto di trasmissione favorevole tra le mote ellittiche 209a, 209b di detti primi organi 209 di trasmissione rispetto al rapporto di trasmissione contemporaneamente esistente tra le ruote ellittiche 210a, 210b (figura 19). Per questo motivo, le pale 206a, 206b solidali al secondo rotore 206 subiscono soltanto una lieve accelerazione nel verso di rotazione di detta prima coppia di pale 205a, 205b solidali al primo rotore 205.

Non appena la pala 205a sarà giunta al punto morto in corrispondenza della luce 104 di scarico (figura 14), il ciclo si ripeterà con le pale 205a, 206a invertite.

Il trovato consegue importanti vantaggi.

Innanzitutto, un dispositivo per convertire energia secondo il presente trovato è in grado di limitare le perdite di energia tipiche dei motori e delle pompe realizzate in accordo con la tecnica nota, garantendo un elevato rendimento termodinamico.

Vantaggiosamente, un dispositivo per convertire energia secondo il trovato è semplice da costruire. In particolare, un tale dispositivo è in grado di ricevere una coppia attraverso un albero meccanico (nel caso in cui il dispositivo funzioni come “pompa”) oppure di rendere disponibile una coppia motrice al medesimo albero meccanico (nel caso in cui il dispositivo funzioni come “motore”), senza collegare detto albero a componenti meccanici mobili di moto lineare alternativo, contrariamente ai motori a pistoni a combustione interna descritti nella tecnica nota.

Un altro vantaggio di un dispositivo secondo il trovato è di essere silenzioso e di generare ridotte vibrazioni, non avendo componenti meccanici mobili di moto alternativo.

Vantaggiosamente, un dispositivo per convertire energia secondo il trovato è affidabile ed economico da costruire.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1 ; 100) per convertire energia, caratterizzato dal fatto di comprendere in combinazione: uno statore (2; 102) avente almeno un condotto (3; 103) di ingresso ed almeno un condotto (4; 104) di uscita per consentire l’introduzione e l’espulsione di un fluido operativo; un primo rotore (5;205) girevolmente fissato su un perno (7; 107) di supporto collegato allo statore (2; 102); un secondo rotore (6;206) girevolmente fissato su detto perno (7; 107) di supporto collegato allo statore (2; 102); almeno una prima pala (5a;205a,205b) solidalmente collegata a detto primo rotore (5;205) e mobile per rotazione all’intemo dello statore (2;102) in seguito alla rotazione di detto primo rotore (5;205); almeno una seconda pala (6a;206a,206b) solidalmente collegata a detto secondo rotore (6;206) e mobile per rotazione all’interno dello statore (2; 102) in seguito alla rotazione di detto secondo rotore (6;206), detta prima e seconda pala interagendo con il fluido operativo presente all’interno dello statore; un albero meccanico (8; 108); primi organi (9;209) di trasmissione per collegare detto primo rotore (5;205) a detto albero meccanico (8; 108); secondi organi (10;210) di trasmissione per collegare detto secondo rotore (6;206) a detto albero di trasmissione (8; 108), detti primi e secondi organi (9,10;209,210) di trasmissione essendo conformati in modo tale da generare rapporti di trasmissione variabili tra l’albero meccanico (8; 108) e ciascuno di detti rotori (5,6;205,206), in modo tale che ad una prefissata velocità angolare dell’albero meccanico (8 ; 108) corrispondano contemporaneamente differenti velocità angolari dei rotori (5,6;205,206) e quindi delle pale (5a,6a;205a,205b,206a,206b) ad essi sobdalmente collegate.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno di detti primi e secondi organi (9,10;209,210) di trasmissione comprende almeno una coppia di ingranaggi non circolari, un primo di detti ingranaggi essendo solidalmente collegato ad un corrispondente rotore (5,6;205,206) ed un secondo di detti ingranaggi essendo solidalmente calettato su detto albero meccanico (8; 108) e cinematicamente collegato a detto primo ingranaggio.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui detti primo e secondo ingranaggio non circolare comprendono rispettivamente una prima (9a,10a;209a,210a) ed una seconda (9b,10b;209b,210b) ruota ellittica, detta prima mota ellittica (9a,10a;209a,210a) essendo solidalmente collegata ad un corrispondente rotore (5,6;205,206) e detta seconda mota ellittica (9b,10b;209b,210b) essendo solidalmente calettata su detto albero meccanico (8; 108).
4. 4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli ingranaggi non circolari di detti primi organi (9;209) di trasmissione sono tra loro accoppiati con un sfasamento angolare di circa 180° rispetto agli ingranaggi non circolari di detti secondi organi (10;210) di trasmissione.
5. 5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna pala (5a,6a;205a,205b,206a,206b) presenta una sezione trasversale sostanzialmente trapezoidale.
6. 6 . Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto statore (2; 102) è di forma sostanzialmente cilindrica e presenta una sezione trasversale sostanzialmente circolare.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui le mote ellittiche (9a, IOa) collegate a detti primo e secondo rotore (5,6) e le mote ellittiche (9b, 10b) collegate a detto albero meccanico (8) sono calettate eccenticamente sui rispettivi rotori e sull’albero meccanico.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, comprendente due coppie di pale (205a,205b,206a,206b), una prima coppia (205a,205b) di pale essendo solidalmente collegata a detto primo rotore (205) ed una seconda coppia (206a,206b) di pale essendo solidalmente collegata a detto secondo rotore (206).
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui le pale (205a,205b,206a,206b) di ciascuna coppia sono disposte in posizione diametralmente opposta rispetto al rotore (205,206) a cui sono collegate.
10. 10. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 o 9, in cui le pale (205,205b) di detta prima coppia cooperano con le pale (206a,206b) di detta seconda coppia per definire, durante la rotazione delle pale medesime aH’intemo dello statore (102), quattro camere (102a,102b,102c,102d) a volume variabile a seguito del mutuo avvicinamento e allontanamento delle pale (205a,205b,206a,206b) durante la loro rotazione, dette camere essendo rispettivamente denominate di aspirazione, di compressione, di espansione e di scarico.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui il fluido operativo introdotto nello statore (102) attraverso detto condotto (103) di ingresso comprende aria e viene raccolto in detta camera di aspirazione (102a), detto dispositivo comprendendo inoltre mezzi (105) per iniettare combustibile collegati allo statore (102) ed operativamente attivi internamente a detta camera di aspirazione (102a) per formare una miscela aria-combustibile.
12. 12. Dispositivo secondo le rivendicazione 10 o 11, comprendente mezzi di ignizione per accendere detta miscela aria-combustibile, detti mezzi di ignizione essendo collegati allo statore (102) ed operativamente attivi internamente a detta camera di compressione (102b).
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 12, in cui detti mezzi di ignizione comprendono almeno una candela (106) elettrica a scintilla.
14. 14. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 8 a 13, comprendente una valvola (115) di controllo di flusso installata in detto condotto (103) di ingresso, per parzializzare la portata del fluido operativo.
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui le mote ellittiche (209a, 210a) collegate a detti primo e secondo rotore (205,206) e le ruote ellittiche (209b, 210b) collegate a detto albero meccanico (108) sono calettate nel loro centro sui rispettivi rotori e sull’albero meccanico (108).