ITTO20130473A1 - Unita' per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“UNITA' PER LA FORNITURA DI ENERGIA ELETTRICA PER MEZZO NAVALE, IN PARTICOLARE MEZZO NAVALE SUBACQUEOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo.

Come à ̈ noto, molti mezzi navali subacquei, ad esempio i siluri, sono propulsi da motori elettrici di elevata potenza che assorbono una corrente estremamente elevata (la corrente di picco può essere dell’ordine di 0,5-1 KA) per un intervallo di tempo estremamente limitato dell’ordine della decina – ventina di minuti.

Per alimentare tali motori elettrici sono normalmente utilizzate delle unità elettriche ad elevata densità di energia quali le pile elettriche di tipo elettrochimico.

Le pile elettriche di tipo elettrochimico generalmente comprendono: una pila elettrica principale di tipo elettrochimico in cui una camera alloggia un elettrolita di tipo anidro (ad esempio idrossido di sodio) ed à ̈ provvista di organi di ammissione controllata di un flusso d’acqua dall’ambiente acquatico, per formare, a seguito dell’esecuzione di un comando di ammissione acqua, un elettrolita liquido e di organi di scarico degli effluenti nell’ambiente acquatico, tipicamente gas, prodotti dalla reazione chimica della pila principale; la camera alloggia un sistema di ricircolo dell’elettrolita fluido verso una pluralità di celle elettrochimiche alloggiate nella camera utilizzante un pompa elettrica; una pila elettrica ausiliaria attivabile in seguito a comando remoto per l’apertura degli organi di ammissione controllata e l’alimentazione della pompa elettrica in modo tale realizzare la formazione ed il ricircolo dell’elettrolita.

Le pile del tipo sopra descritto, come à ̈ evidente dalla descrizione schematica sopra allegata, presentano una struttura estremamente complessa comprendendo organi meccanici, elettrici ed organi atti ad assicurare il flusso di acqua verso ed all’interno della camera. Il malfunzionamento di uno di tali organi può impedire – in tutto o in parte - il funzionamento della pila stessa. Inoltre la reazione chimica che à ̈ alla base della generazione di energia elettrica à ̈ violentemente esotermica; per tale motivo il comportamento delle pile elettrochimiche à ̈ piuttosto “delicato†ed i vari parametri (pressione/temperatura) dell’elettrolita presente nella camera devono essere monitorati con attenzione per prevenire malfunzionamenti e/o funzionamenti potenzialmente pericolosi.

Per risolvere i problemi sopra esposti à ̈ stato proposto l’utilizzo di batterie Litio – ione - Polimeri che vengono normalmente utilizzate in campo automobilistico per la trazione dei veicoli elettrici.

Tali batterie presentano una serie di rischi intrinseci che le rende potenzialmente pericolose per applicazioni subacquee, in particolare qualora tale batterie siano alloggiate su un sottomarino.

Giova infatti ricordare come la “chimica†di tali batterie non sia sicura come quella di altre batterie di uso comune: una batteria Litio Ione polimeri può infatti esplodere se surriscaldata o caricata eccessivamente e/o produrre una quantità di gas nocivi. Una batteria Litio ione polimeri richiede diversi sistemi di sicurezza obbligatori al suo interno (ad esempio una valvola di sfiato per controllare la pressione interna).

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale in cui sia possibile disporre in sicurezza batterie di tipo Litio ione Polimeri.

Il precedente scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione in quanto questa à ̈ relativa ad Unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale subacqueo, in particolare siluro, in cui un involucro tubolare a tenuta stagna definisce una cavità allungata lungo un asse che contiene uno o più moduli di alimentazione ciascuno dei quali comprende un contenitore isolante alloggiante una pluralità di batterie, caratterizzato dal fatto che le dette batterie sono del tipo Litio – Ione Polimeri; il detto involucro tubolare essendo provvisto di una prima valvola di tipo normalmente chiuso comunicante da un lato con la cavità allungata e dall’altro con l’esterno dell’involucro; detta prima valvola essendo configurata per consentire l’estrazione di aria dalla cavità allungata e la successiva immissione di gas inerte fino a realizzare una pressione di esercizio del gas inerte all’interno dell’involucro; detto gas inerte penetrando all’interno dei contenitori realizzati in modo non stagno al fine di impedire processi di combustione delle sostanze componenti le dette batterie.

L’invenzione verrà ora illustrata con particolare riferimento ai disegni allegati che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo in cui:

la figura 1 illustra, in vista prospettica, una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale realizzata secondo la presente invenzione;

le figure 2 e 3 illustrano un dettaglio dell’unità di figura 1.

Nella figura 1 à ̈ indicato con 1, nel suo insieme, una unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale, in particolare mezzo navale subacqueo 2 (siluro – rappresentato schematicamente).

L’unità 1 comprende un involucro tubolare a tenuta stagna 3 comprendente una parete cilindrica 4 coassiale ad un asse 5 chiusa ad estremità opposte da pareti circolari piane 6,7 perpendicolari all’asse 5. In questo modo l’involucro tubolare 3 definisce una cavità cilindrica 8 coassiale all’asse 5. Preferibilmente ma non esclusivamente la parete cilindrica 4 à ̈ realizzata da una parete tubolare che definisce il corpo allungato del siluro 2 e le pareti 6,7 sono setti divisori della parete allungata del siluro 2. Risulta comunque chiaro come l’involucro 3 potrebbe essere realizzato separatamente dal corpo del siluro 2 ed essere alloggiato all’interno di questo.

La cavità 8 contiene uno o più moduli di alimentazione 9 ciascuno dei quali comprende un contenitore isolante 10 alloggiante una pluralità di batterie (ad esempio 27) Litio – Ione Polimeri 11 interconnesse in parallelo tra di loro. Ciascun modulo 9 presenta un terminale positivo / negativo ed i vari moduli 9 sono interconnessi in serie tra di loro per realizzare una tensione complessiva del centinaio di Volt.

Secondo la presente invenzione l’involucro 3 à ̈ provvisto di una prima valvola 12 di tipo normalmente chiuso comunicante da un lato con la cavità allungata 8 e dall’altro con l’esterno dell’involucro 3 (in questo caso anche con l’esterno del siluro 2). La valvola 12 à ̈ di tipo noto ed à ̈ configurata per consentire l’estrazione di aria dalla cavità allungata (per effettuare tale operazione la valvola 12 viene collegata in modo noto con un dispositivo per la generazione del vuoto) in modo tale che l’aria presente all’interno della cavità 8 sia aspirata e la pressione all’interno della camera diminuisca sensibilmente (0.3 bar). Al completamento delle operazioni di depressurizzazione della cavità 8, la valvola 12 viene collegata (secondo modalità note) con una sorgente di gas inerte in pressione (tipicamente Azoto, ad esempio proveniente da una bombola di gas in pressione) il quale viene immesso nella camera 8 attraverso la valvola 12 fino a realizzare una pressione di esercizio del gas inerte all’interno della cavità 8 (1.2-1.5 bar). Raggiunta tale pressione di esercizio, la sorgente di gas viene scollegata dalla valvola 12 che si richiude automaticamente.

Il gas inerte penetrando all’interno dei contenitori 10 che sono realizzati in modo non stagno e circonda le batterie 11.

Come à ̈ noto i gas inerti non attivano reazioni chimiche secondo un insieme di condizioni date e sono utilizzati generalmente per evitare reazioni chimiche indesiderate come l’ossidazione e l’idrolisi.

Ad esempio i gas nobili e l’azoto non reagiscono con molte sostanze e sono considerati gas inerti.

I gas inerti più comunemente utilizzati a causa della loro elevata abbondanza in natura e basso costo sono l’azoto N2e l’Argon Ar (le percentuali in aria di tali gas sono: N278% e Ar 1%).

Tale gas inerte impedisce l’innesco e lo svolgimento di una combustione (che richiede appunto ossigeno) anche se le batterie 11 raggiungono temperature elevate a causa di un loro malfunzionamento.

Per tale motivo sono impediti i processi di combustione accidentale delle sostanze componenti le batterie 11. La sicurezza della unità 1 viene migliorata in modo sensibile anche in caso di malfunzionamento delle batterie.

L’unità 1 à ̈ inoltre provvista di una seconda valvola di venting 13 disposta su una parete di estremità 6 o 7 dell’involucro tubolare 3 che separa la cavità allungata 8 da una cavità ausiliaria 14 di contenimento ad essa adiacente realizzata nel mezzo navale 2 e chiusa verso l’esterno del mezzo navale stesso. Tipicamente la cavità ausiliaria 14 à ̈ realizzata in una sezione del siluro 2.

La seconda valvola 13 di tipo normalmente chiuso à ̈ configurata per aprirsi quando la pressione all’interno della cavità allungata 8 supera in modo sensibile quella di esercizio per consentire un deflusso di gas verso la cavità ausiliaria di contenimento 14 impedendo la crescita della pressione all’interno della cavità allungata 8 in caso di produzione accidentale di gas da parte di una o più batterie 11 per malfunzionamento. Una crescita eccessiva della pressione nella cavità allungata 8 potrebbe infatti portare alla esplosione e/o frattura dell’involucro 3.

L’unità 1 può comprendere una unità elettronica 15 cooperante con sensori di pressione 16, 17 alloggiati all’interno della camera allungata 8. L’unità elettronica 15 à ̈ atta a rilevare una rapida crescita (derivata del segnale pressione rispetto al tempo) nella pressione all’interno della camera 8 indicativa di una produzione accidentale di gas da parte di una o più batterie 11 dovuta ad un malfunzionamento e di una diminuzione della pressione all’interno della camera (la pressione misurata scende sotto un valore di soglia) indicativa di una perdita di tenuta dell’involucro stagno 3. In entrambi i casi l’unità elettronica 15 invia un messaggio di allarme verso l’esterno del mezzo navale, ad esempio attraverso le linee di conduttori 18 che collegano il siluro 2 alla elettronica di controllo del mezzo navale.

I sensori di pressione 16, 17 possono comprendere un singolo presso metro oppure un pressostato per la rilevazione di una pressione massima ed un pressostato per la rilevazione di una pressione minima.

Come illustrato nelle figure 2 e 3, ciascun contenitore isolante comprende un corpo a tazza 19 richiudibile con un coperchio isolante piano 20 ed atto ad alloggiare le batterie al Litio – Ione Polimeri disposte accostate tra di loro (le batterie 11 sono presentano forma rettangolare piana). I contenitori comprendono primi contenitori 19-A e secondi contenitori 19-B aventi forma complementare in modo tale che, quando accoppiati tra di loro (su veda la figura 3) sono simmetrici rispetto all’asse 5.

In particolare, il contenitore a tazza 19 presenta in pianta forma sagomata approssimativamente a L comprende un corpo principale 21 ed una appendice 22 (figura 2); quando i contenitori 19-A, 19-B sono accoppiati tra di loro i corpi principali presentano parenti piane adiacenti e sovrapposte e le appendici 22 si estendono da un corpo a tazza 19 verso l’altro. In questo l’ingombro dei due contenitori 19-A, 19-B accoppiati tra di loro consente il loro alloggiamento all’interno della cavità cilindrica 8.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Unità per la fornitura di energia elettrica per mezzo navale subacqueo, in particolare siluro, in cui un involucro tubolare a tenuta stagna (1) definisce una cavità allungata (8) lungo un asse (5) che contiene uno o più moduli di alimentazione (9) ciascuno dei quali comprende un contenitore isolante (10) alloggiante una pluralità di batterie (11), caratterizzato dal fatto che le dette batterie (11) sono del tipo Litio – Ione Polimeri; il detto involucro tubolare (1) essendo provvisto di una prima valvola di tipo normalmente chiuso (12) comunicante da un lato con la cavità allungata (8) e dall’altro con l’esterno dell’involucro (1); detta prima valvola (12) essendo configurata per consentire l’estrazione di aria dalla cavità allungata (8) e la successiva immissione di gas inerte fino a realizzare una pressione di esercizio del gas inerte all’interno dell’involucro; detto gas inerte penetrando all’interno dei contenitori (10) realizzati in modo non stagno al fine di impedire processi di combustione delle sostanze componenti le dette batterie (11). 2.- Unità secondo la rivendicazione 1, in cui l’unità à ̈ provvista di una seconda valvola di venting (13) disposta su una parete di estremità (7) dell’involucro tubolare che separa la detta cavità allungata (8) con una cavità ausiliaria (14) di contenimento ad essa adiacente realizzata in detto mezzo navale e chiusa verso l’esterno del detto mezzo navale; la detta seconda valvola di venting (14) essendo di tipo normalmente chiuso ed essendo configurata per aprirsi quando la pressione all’interno della cavità allungata (8) supera in modo sensibile quella di esercizio per consentire un deflusso di gas verso la cavità ausiliaria (14) di contenimento impedendo la crescita della pressione all’interno della cavità allungata in caso di produzione accidentale di gas da parte di una o più batterie (11). 3.- Unità secondo la rivendicazione 1 e 2, in cui à ̈ prevista una unità elettronica (15) cooperante con sensori di pressione (16,17) alloggiati all’interno della camera allungata; detta unità elettronica (15) essendo atta a rilevare una rapida crescita nella pressione all’interno della camera indicativa di una produzione accidentale di gas da parte di una o più batterie (11) e di una diminuzione della pressione all’interno della camera (8) indicativa di una perdita di tenuta dell’involucro stagno; la detta unità elettronica (15) essendo atta ad inviare un messaggio di allarme in corrispondenza di dette rilevazioni. 4.- Unità secondo la rivendicazione 3, in cui i sensori di pressione comprendono da un presso metro. 5.- Unità secondo la rivendicazione 3, in cui i sensori di pressione comprendono da un pressostato per la rilevazione di una pressione massima ed un pressostato per la rilevazione di una pressione minima. 6.- Unità secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il contenitore isolante (10) comprende un corpo a tazza (19) richiudibile con un coperchio isolante piano (20) ed atto ad alloggiare le dette batterie al Litio – Ione Polimeri (11). 7.- Unità secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i contenitori comprendono primi contenitori (19-A) e secondi contenitori (19-B) aventi forma complementare in modo tale che, quando accoppiati tra di loro (figura 3) sono simmetrici rispetto al detto asse (5). 8.- Unità secondo la rivendicazione 7, in cui il contenitore (19) presenta in pianta forma sagomata approssimativamente a L comprende un corpo principale (21) ed una appendice (22); quando i primi/secondi contenitori (19-A, 19-B) sono accoppiati tra di loro i corpi principali presentano parenti adiacenti e le appendici (22) si estendono da un contenitore (19) verso l’altro.