ITRM20080597A1

ITRM20080597A1 - DEVICE FOR THE INCREASE OF THE EFFICIENCY OF ENDOTHERMIC MOTORS

Info

Publication number: ITRM20080597A1
Application number: IT000597A
Authority: IT
Inventors: Vittorio Costantino
Original assignee: Costantini Vittorio
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-06

Description

Descrizione Description

Premesso che una delle principali limitazioni sofferta dai motori endotermici (anche di recente progettazione e costruzione) è certamente il loro scarso rendimento -anche nei propulsori di ultime generazioni, in effetti, tale rendimento (il r. termodinamico) si attesta attorno al 30% mentre il resto viene disperso in attriti e calore -si è cercato con il presente brevetto di trasformare parte della, cospicua, quantità di energia termica, altrimenti dissipata nell'ambiente, in energia meccanica/cinetica con lo scopo principale di abbattere sensibilmente i consumi del combustibile utilizzato ed, in certi casi, anche di migliorare le prestazioni (in termini di coppia e potenza) del veicolo. L'invenzione oltre che rappresentare un indubbio vantaggio tecnico ha anche una notevole valenza ambientale sia con la riduzione dell'immissione di C02 nell'atmosfera, che con la diminuzione del calore emesso dai motori endotermici che, ormai capillarrnente diffusi al livello planetario, risultano essere un rilevante elemento clima-alterante. Given that one of the main limitations suffered by endothermic engines (also of recent design and construction) is certainly their poor performance - even in the latest generation engines, in fact, this efficiency (the thermodynamic r.) Is around 30% while the rest is dispersed in friction and heat - with this patent an attempt has been made to transform part of the large quantity of thermal energy, otherwise dissipated into the environment, into mechanical / kinetic energy with the main purpose of significantly reducing fuel consumption used and, in some cases, also to improve the performance (in terms of torque and power) of the vehicle. In addition to representing an undoubted technical advantage, the invention also has a considerable environmental value both with the reduction of the emission of C02 into the atmosphere, and with the reduction of the heat emitted by endothermic engines which, by now widespread widespread on a planetary level, appear to be a significant climate-altering element.

a) Descrizione statica (owero struttura e componenti). a) Static description (i.e. structure and components).

L'invenzione in sostanza non consiste altro che nella sostituzione del tradizionale impianto di raffreddamento (nei veicoli terrestri costituito essenzialmente dal radiatore e relativi condotti) con un particolare microimpianto di cogenerazione. Questo impianto sarà strutturato essenzialmente in due sezioni (che andremo a definire: camere) distinte e separate anche se collegate tra loro; una valvola di tenuta con annesso, in uscita, un ugello di concentrazione del flusso; una (o più) turbina ed una pompa di immissione, Per maggior chiarezza esplicativa, l'invenzione verrà ora spiegata con riferimento al disegno (solo schamatico) allegato. Entrando quindi nel dettaglio Il circuito, come accennato, consiste in due separate "camere" (A e B) entrambe, come già accade nei tradizionali, impianti di raffreddamento, sigillate e pressurizzate e che accolgono al loro interno un normale fluido di raffreddamento (acqua o antigelo) The invention essentially consists in replacing the traditional cooling system (in land vehicles essentially consisting of the radiator and related ducts) with a particular micro cogeneration system. This system will be essentially structured in two sections (which we will define: rooms) distinct and separate even if connected to each other; a sealing valve with an attached flow concentration nozzle at the outlet; one (or more) turbine and an intake pump. For the sake of clarity, the invention will now be explained with reference to the attached drawing (schamatico only). Entering therefore into detail, the circuit, as mentioned, consists of two separate "chambers" (A and B) both, as already happens in traditional, sealed and pressurized cooling systems and which contain a normal cooling fluid (water or antifreeze)

La prima camera (la A), ad alta pressione, è definibile (in riferimento al fluido) come c.di: The first chamber (A), at high pressure, can be defined (with reference to the fluid) as c.di:

¤ "reimmissione/raccolta /riscaldamento/compressionen, ¤ "reintroduction / collection / heating / compressionen,

la seconda (la B), con una pressione inferiore, 6 la C. di: the second (B), with a lower pressure, 6 C. of:

m "vaporizzazione/espansione/spinta(della turbina)/raffreddamento/condensazionen . m "vaporization / expansion / thrust (of the turbine) / cooling / condensation.

Seguendo il flusso del fluido possiamo osservare come tra la camera A e la<C.>B esista una valvola di tenuta ( l ) , opportunamente tarata ad una determinata pressione per consentire la fuoriuscita dei vapori bollenti; segue quindi una turbina alettata (2) e più in basso la coppa di raccolta del fluido. Tra la C. B e la C. A, troviamo invece una pompa di immissione (3), per la re-imissione appunto del fluido, ormai ritornato nel suo originario stato liquido, nella C. A che, come si 6 detto, viene a trovarsi sotto maggiore pressione. Inoltre si consideri che lo sfruttamento diretto dell'energia termica del motore, come poc'anzi vedremo, porterà ad una rivoluzione concettuale ,e quindi di conseguenza anche strutturale, del motori stessi in relazione appunto all'aspetto termico. Il calore sarA visto come risorsa e non come inconveniente o problema da eliminare. Following the flow of the fluid we can observe how between chamber A and <C.> B there is a seal valve (l), suitably calibrated at a certain pressure to allow the boiling vapors to escape; then follows a finned turbine (2) and lower down the fluid collection cup. Between C. B and C. A, on the other hand, we find an intake pump (3), for the re-introduction of the fluid, which has now returned to its original liquid state, in C. A which, as already said, is to be under greater pressure. Furthermore, consider that the direct exploitation of the thermal energy of the engine, as we will see above, will lead to a conceptual revolution, and therefore also structural, of the engines themselves in relation to the thermal aspect. Heat will be seen as a resource and not as an inconvenience or problem to be eliminated.

Si passerà dunque dal motore aperto (prese d'aria sul lato anteriore del veicolo), raffreddato (utilizzo appunto del radiatore) e ventilato (utilizzo sporadico della ventola di raffreddamento), come avvenuto finora, avente come scopo la dissipazione e dispersione del calore, al motore chiuso, incapsulato e coibentato al fine della conservazione e del mantenimento del calore stesso. Si rende quindi opportuna, anzi necessaria, per raggiungere una e maggiore efficienza del sistema ed esaltare i vantaggi della presente invenzione, provvedere ad una efficace coibentazione del motore . It will therefore pass from the open engine (air intakes on the front side of the vehicle), cooled (use of the radiator) and ventilated (sporadic use of the cooling fan), as has happened so far, with the aim of dissipating and dispersing heat, to the closed motor, encapsulated and insulated for the purpose of preserving and maintaining the heat itself. It is therefore advisable, indeed necessary, to provide for an effective insulation of the motor in order to achieve greater efficiency of the system and enhance the advantages of the present invention.

Questa potra awenire con pannelli ignifughi imbottiti di lana di roccia o qualsiasi altro materiale ignifugo (ricordiamo che deve resistere alle alte temperature) e di facile asportazione e rimozione allorquando si debba agire sulla manutenzione ordinarialstraordinaria del motore (dalla sostituzione delle candele e delle cinghie allo smontaggio della testa ecc.): This can be done with fireproof panels padded with rock wool or any other fireproof material (remember that it must withstand high temperatures) and easy to remove and remove when it is necessary to act on routine maintenance of the engine (from replacing spark plugs and belts to disassembly head etc.):

b) Descrizione Dinamica (funzionamento e operatività) b) Dynamic Description (operation and operation)

Il funzionamento del sistema è in sostanza alquanto semplice ed intuitivo: il liquido refrigerante staziona a freddo, di norma, nella parte inferiore della camera A che inizialmente ha la stessa pressione (atmosferica) della camera B. Con l'accensione del motore inizia a circolare (spinto da una normale pompa dell'acqua come negli attuali, convenzionali, sistemi a radiatore) nei condotti (tali condotti pescano e scaricano il fluido entrambi ancora nella camera A) attorno alle camicie del motore, ne assorbe il calore ed inizia dopo alcuni minuti a sumscaldarsi, come awiene in un normale circuito di raffreddamento. The operation of the system is basically quite simple and intuitive: the coolant is usually cold in the lower part of chamber A which initially has the same (atmospheric) pressure as chamber B. When the engine is switched on, it starts to circulate (driven by a normal water pump as in current, conventional, radiator systems) in the ducts (these ducts draw and discharge the fluid both still in chamber A) around the engine jackets, absorbs the heat and starts after a few minutes to overheat, as in a normal cooling circuit.

Dopo poco il fluido si awicinerà al punto di ebollizione raggiungendo una certa, notevole pressione (siamo ancora nella camera A) che farà aprire la valvola di pressione) 'sparerà" (a questo punto il fluido si trasferisce nella camera B che risulta essere in sensibile depressione rispetto alla A) il getto bollente sulle pale di una piccola turbina ( 2 ) che pub essere considerata "il cuoren del sistema. Questa turbina inizierà quindi a girare vorticosamente. Frattanto, dopo essersi espanso repentinamente ed aver ed colpito violentemente le pale della turbina il fluido si raffredderà sensibilmente riacquistando il suo stato liquido, tenderà a scendere verso la parte bassa della camera B in una coppa di After a while the fluid will approach the boiling point reaching a certain, considerable pressure (we are still in chamber A) which will open the pressure valve) 'it will shoot "(at this point the fluid is transferred to chamber B which appears to be sensitive depression with respect to A) the boiling jet on the blades of a small turbine (2) which can be considered "the heart of the system. This turbine will then start spinning whirlwind. In the meantime, after expanding suddenly and having violently hit the turbine blades, the fluid will cool down considerably, regaining its liquid state, it will tend to descend towards the lower part of chamber B in a bowl of

raccolta da cui tramite la pompa di reimmissione (3) passerà nella camera A circolando nuovamente intorno al motore, surriscaldandosi successivamente, e reiniziando cosl il proprio ciclo. Come ulteriore ottiminazione del sistema potremo sincronizzare (con la gestione elettronica) l'apertura della valvola di tenuta (1) -che provocherà un brusco calo della pressione nella camera A awicinandosi temporaneamente a quella deiia camera B -all'attivazione della pompa (3) di immissione (minore sforzo di spinta = minori consumi), con uno sfasamento appena di qualche centesimo di secondo per poter immettere il liquido proprio nel momento di minore pressione rilevato nella C.A. from which through the re-introduction pump (3) it will pass into chamber A, circulating again around the motor, subsequently overheating, and thus restarting its cycle. As a further optimization of the system we will be able to synchronize (with the electronic management) the opening of the seal valve (1) - which will cause a sudden drop in pressure in chamber A, temporarily approaching that of chamber B - upon activation of the pump (3) injection (less pushing effort = lower consumption), with a phase shift of just a few hundredths of a second to be able to introduce the liquid at the moment of lower pressure detected in the AC.

Torniamo ora all'azione della turbina (2) collocata nella sommità della camera 6 proprio di fronte alla valvola/ugello (1) che si frappone alla camera A. Abbiamo visto come la t. colpita dal getto ad alta pressione del fluido bollente inizierà a girare velocemente generando una cospicua quantità di energia meccanica; a questo punto si rende necessaria una puntualiuazione che evidenzierà le due varianti (casi) di questa invenzione in base all'utilino che faremo dell' energia cinetica fornita dalla turbina. Energia il cui impiego sarà ottimizzato in base al tipo di veicolo su cui sarà utilizzata. Avremo i seguenti due casi: Let us now return to the action of the turbine (2) located in the top of chamber 6 just in front of the valve / nozzle (1) which stands in the way of chamber A. We have seen how the t. hit by the high pressure jet of the boiling fluid it will start spinning quickly generating a conspicuous amount of mechanical energy; at this point it is necessary to make a precise definition that will highlight the two variants (cases) of this invention on the basis of the utility we will make of the kinetic energy supplied by the turbine. Energy whose use will be optimized according to the type of vehicle on which it will be used. We will have the following two cases:

primo caso. modello del veicolo piccolo ad andamento prevalentemente discontinuo (autovetture, veicoli medi e pesanti, stradali in genere). Qui B preferibile disporre di un motore ibrido owero un accoppiamento motore endotermico/motore elettrico, sul genere di vari modelli già esistenti sul mercato, cito una su tutte: la nota "Toyota Prius". In questo caso l'energia cinetica assunta dalla turbina andrà ad azionare un alternatore per la ricarica delle batterie. first case. small vehicle model with mainly discontinuous performance (cars, medium and heavy vehicles, road vehicles in general). Here it is preferable to have a hybrid engine or an endothermic engine / electric motor coupling, on the type of various models already existing on the market, I mention one above all: the well-known "Toyota Prius". In this case, the kinetic energy taken by the turbine will drive an alternator to recharge the batteries.

Queste saranno ricaricate quindi senza l'utilizzo dell'alternatore del motore in marcia riducendone quindi lo sforzo ed i consumi. Consumi che risulteranno ulteriormente ridotti in quanto si potrà fare maggiormente uso del motore elettrico, notoriamente molto più efficiente del motore endotermico, per via della maggiore autonomia delle batterie che risulteranno sempre molto cariche These will then be recharged without using the alternator of the running engine, thus reducing the effort and consumption. Consumption that will be further reduced as it will be possible to make more use of the electric motor, notoriously much more efficient than the internal combustion engine, due to the greater autonomy of the batteries which will always be very charged

secondo caso: modello del veicolo grande e ad andamento prevalentemente costante (ad esempio nave o traghetto, treni, generatori temo elettrici, ma anche, paradossalmente, veicoli che cercano una extra performance quali auto sportive) il moto rotatorio della turbina, sincronizzando la sua velocità e potenza attraverso un variatore a gestione elettronica (che garantirà un regime relativamente costante di rotazione della turbina entro un range di massimo rendimento) andrCi ad agire in modo meccanico e diretto sull'asse di trasmissione potenza (albero motore o piantone dell'elica per le navi) in modo da integrare ed aiutare l'azione del motore. In questo caso il dispositivo potrà apportare anche un incremento di coppia e potenza erogate. second case: large vehicle model with a predominantly constant trend (for example ship or ferry, trains, electric temo generators, but also, paradoxically, vehicles looking for extra performance such as sports cars) the rotational motion of the turbine, synchronizing its speed and power through an electronically controlled variator (which will guarantee a relatively constant turbine rotation speed within a range of maximum efficiency). navi) in order to integrate and help the action of the engine. In this case the device can also bring an increase in torque and power delivered.

Claims

CLAIMS 1) The double chamber circuit with differentiated pressure * 2) the use of the turbine for the recovery of energy from boiling vapors. * 3) the coupling of the system to a hybrid engine. 4) coupling the system to a drive. 5) Valve opening synchronism pump activation. 6) The insulation of the engine. * Used on a self-propelled vehicle with an internal combustion engine