ITTO20130907A1 - Sistema per il recupero dell'energia di frenata dei veicoli con motore termico - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

“VEICOLO CON UN SISTEMA PER IL RECUPERO DELL'ENERGIA DI FRENATA”

a nome di LUSSO Dario

di nazionalità ITALIANA, residente a COLLEGNO (TO)

Via TERRACINI n.1

Inventore designato LUSSO Dario

Depositata il 08 novembre 2013

* ;;;RIASSUNTO ;;Veicolo provvisto di un sistema di recupero dell’energia di frenata di veicoli motorizzati con motori termici. ;Il sistema è costituito da uno o più freni elettrici che vengono trascinati dal moto inerziale del veicolo e da una o più celle elettrolitiche. Dalla dissociazione elettrolitica dell’acqua realizzata mediante l’elettricità prodotta in frenata si ottengono idrogeno e ossigeno riutilizzabili dal motore termico del veicolo. Idrogeno e ossigeno così prodotti vengono temporaneamente contenuti in un volume a pressione atmosferica delimitato da una membrana flessibile (sacco). Il volume necessario è relativamente ridotto in quanto il gas viene subito riutilizzato alla successiva richiesta di potenza del motore termico. In questo modo la miscela introdotta in camera di combustione avrà una potenzialità termica dovuta in parte al combustibile tradizionale e in parte al combustibile ottenuto dal recupero dell’energia di frenata. ;La novità del sistema consiste nel fatto che l’energia recuperata è direttamente riutilizzata dal motore termico che equipaggia il veicolo ed è quindi installabile con facilità sui veicoli già circolanti. Un veicolo equipaggiato con questo sistema può continuare a generare e accumulare combustibile dalla dissociazione dell’acqua anche durante la sosta utilizzando l’elettricità proveniente da celle fotovoltaiche. ;;;*

DESCRIZIONE

La presente invenzione industriale riguarda un veicolo provvisto di un nuovo sistema per il recupero dell’energia di frenata del tipo definito nel preambolo della rivendicazione 1.

Come noto la maggior parte dei mezzi di trasporto su ruote quando devono ridurre la velocità in tempi brevi azionano sistemi di frenatura basati sull’attrito e, più in generale, sulla dissipazione in calore dell’energia cinetica del veicolo.

Quando si deve aumentare nuovamente la velocità del mezzo è necessario somministrare nuovo combustibile al motore termico (16).

Questo modo di procedere è particolarmente costoso nel caso di trasporti che prevedono frequenti “stop and go” come accade nel caso dei trasporti urbani: ad ogni fase di rallentamento dovuto a soste, semafori e traffico viene infatti dissipata tutta l’energia cinetica del veicolo.

Nei trasporti urbani questo modo di agire causa un elevato consumo di combustibile e aggrava l’inquinamento.

Nella fase di rallentamento si producono polveri nocive dovute ai materiali di usura dei freni, rumore e inquinamento termico. Durante la fermata e la successiva fase di accelerazione si consuma nuovo combustibile con rilascio in atmosfera di prodotti di combustione nocivi (NOx, CO, CO2, particolato e incombusti vari).

Quando si deve ridurre la velocità di un veicolo tradizionale viene seguita una procedura di questo tipo:

• si arresta l’erogazione di potenza del motore

• si sfrutta in parte il rallentamento naturale dovuto alla resistenza all’avanzamento del veicolo (aerodinamica e attriti)

• si aziona l’impianto di frenatura vero e proprio che trasforma in calore l’energia cinetica in eccesso.

In conclusione, tutta l’energia cinetica risultante dalla diminuzione di velocità del veicolo tradizionale viene dissipata in calore non utilizzabile.

Con l’introduzione dei moderni sistemi di trazione ibridi, parte dell’energia di frenata viene oggi recuperata mediante frenatura elettrica producendo energia per la ricarica delle batterie di trazione o di condensatori. Altri sistemi prevedono il trasferimento dell’energia cinetica del veicolo a sistemi di masse rotanti (volani) da cui viene successivamente ritrasferita alle ruote. Altri sistemi ancora prevedono la compressione di gas in modo da poter accumulare un fluido compresso da cui sfruttare un salto entalpico per la successiva accelerazione.

Molti sistemi esistenti hanno la caratteritica comune di essere adatti a veicoli appositamente progettati mentre poco si prestano alla trasformazione dei veicoli esistenti. In nessuno dei sistemi esistenti viene infatti utilizzato il motore termico principale per il recupero dell’energia.

Tali sistemi richiedono componenti costosi, di peso elevato e interventi di installazione molto invasivi. Spesso la catena dei rendimenti di questi processi di accumulo e recupero assume valori deludenti.

Dal documento DE 101 07 693 A1 è noto un veicolo provvisto di un sistema di recupero dell’energia cinetica del veicolo durante le fasi di rallentamento per produrre idrogeno e ossigeno che vengono accumulati in serbatoi separati a bordo del veicolo in vista di un loro successivo impiego, ad esempio in celle a combustibile. Altri sistemi di recupero di energia per veicoli sono descritti in US2010/107994-A1, WO2006/124805 A2, DE 102010 063016 e US2013/158828.

Uno scopo della presente invenzione è di realizzare un veicolo con un sistema migliorato di recupero dell’energia cinetica.

Questi ed altri scopi vengono realizzati secondo l’invenzione con un veicolo avente le caratteristiche definite nella rivendicazione 1 e nelle rivendicazioni da essa dipendenti.

In un tale veicolo incrementi di peso sono praticamentetrascurabili e gli interventi di trasformazione non alterano i dispositivi di frenata già installati, che non vengono modificati e mantengono intatta la loro funzionalità ma entrano in azione solamente come sistemi di sicurezza e stazionamento. Più in generale si può dire che non viene modificata l’architettura del sistema di frenatura e di trazione. Il principio di funzionamento di un veicolo secondo l’invenzione è di tipo elettrochimico, secondo la logica seguente:

• il veicolo viene equipaggiato con uno o più generatori elettrici connessi direttamente o indirettamente alle ruote (freni elettrici); questi generatori saranno dimensionati in modo da opporre al moto del veicolo una coppia frenante sufficiente a ottenere la decelerazione voluta ma durante la marcia non offrono alcuna resistenza apprezzabile;

• questo tipo di frenatura non prevede parti di usura e non produce né polveri ne rumori, pertanto non danneggia l’ambiente;

• l’elettricità prodotta dai suddetti generatori alimenta una o più celle elettrolitiche per la dissociazione di acqua (H2O) e la produzione di idrogeno (H2) e ossigeno (O2); chiameremo successivamente, per brevità, la miscela di questi gas col termine “combustibile rigenerato”; • il combustibile rigenerato viene raccolto temporaneamente in appositi serbatoi flessibili stagni provvisti nel veicolo; l’eventuale produzione di gas in eccesso può essere scaricata in ambiente trattandosi di gas non nocivi (H2e O2);

• i serbatoi flessibili di raccolta possono essere di piccole dimensioni e di forma qualsiasi in quanto devono contenere, a pressione atmosferica (o poco superiore) solo il combustibile rigenerato nell’ultima frenata; il combustibile viene infatti immediatamente utilizzato dal motore termico del veicolo alla successiva richiesta di potenza;

• i serbatoi per la raccolta dei gas possono essere realizzati come sacche flessibili facilmente posizionabili all’interno delle strutture del veicolo, in spazi non utilizzabili in altro modo; • il combustibile rigenerato è costituito solo da idrogeno e ossigeno che provengono da un unico processo elettrolitico e si trovano già nella giusta proporzione stechiometrica per una combustione ideale; Non sono necessari ulteriori dosaggi e vengono introdotti direttamente in camera di combustione miscelati all’aria comburente del combustibile abituale; in fase di accelerazione del veicolo, per la parte di combustibile recuperata, i prodotti di combustione sono costituiti da solo vapore d’acqua; conseguenza diretta di ciò è la diminuzione di NOx , CO, CO2 e particolato nei prodotti di combustione;

• il combustibile rigenerato, essendo gassoso ed essendo costituito da una miscela di idrogeno e ossigeno, non ha caratteristiche detonanti o di autoaccensione e può essere miscelato all’aria comburente;

• il combustibile rigenerato è composto solo da idrogeno e da ossigeno e migliora il processo di combustione della miscela introdotta in camera di combustione;

• la mancanza di una parte di azoto nel processo di combustione determina una minore perdita di calore sensibile con i prodotti di combustione e quindi aumento del rendimento termodinamico;

• Come conseguenza, un veicolo equipaggiato col sistema per la produzione e l’accumulo di combustibile di recupero può continuare a produrre combustibile anche quando è parcheggiato se è disponibile una sorgente di energia elettrica in grado di alimentare la cella elettrolitica, per esempio celle solari applicate al veicolo (13).

Come si può osservare dal disegno allegato, il sistema è composto da:

• uno o più generatori elettrici (1) trascinati dalle ruote (2) o da un albero di trasmissione ad esse connesso;

• un serbatoio (3) di contenimento dell’acqua additivata con elettrolito per l’alimentazione della/e cella/e elettrolitica/e (5);

• valvola e sistema di controllo (4) del livello dell’elettrolito nella cella elettrolitica (5);

• cella o celle elettrolitiche (5) alimentata/e con acqua demineralizzata e additivata con apposito elettrolito;

sistema di conduttori elettrici (6) per il collegamento tra i generatori elettrici (1) e la cella elettrolitica (5);

sacca/sacche flessibili (7) per l’accumulo temporaneo dei gas prodotti dalla cella elettrolitica (5);

sistema di tubazioni di collegamento tra la cella/celle elettrolitiche (5) e il volume di accumulo (7), dotato di sistema di depurazione (9) per trattenere eventuali tracce di prodotti indesiderati dell’elettrolisi;

sistema di tubazioni di collegamento tra il volume di accumulo (7) e il condotto di aspirazione (44) del motore termico (16), con valvole di ritegno (15) e dispositivo di blocco dei ritorni di fiamma (12) ;

valvola (10) di apertura del flusso del combustibile di recupero connessa col comando dell'acceleratore o col regolatore di velocità; e

contattore di attivazione (11) della frenata elettrica, connesso al comando freno e/o dell'acceleratore.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Veicolo, provvisto di ruote (2), di un motore termico (16), e di un sistema di frenatura atto a produrre combustibile chimico mediante il recupero dell’energia cinetica quando il veicolo deve essere rallentato, comprendente: almeno un generatore elettrico (1) con funzione di freno elettrodinamico, connesso alle ruote (2) e capace di frenare il veicolo a causa dell’incremento di resistenza alla rotazione per effetto della corrente elettrica che genera quando viene attivata la frenatura; almeno una cella elettrolitica (5), atta a dissociare in idrogeno e ossigeno l’acqua in essa contenuta, proveniente da un contenitore (3); un sistema di cavi (6) e un dispositivo commutatore (11) per trasferire corrente elettrica dal generatore (1) alla cella elettrolitica (5); un dispositivo di controllo (4) che regola il livello dell’acqua all’interno della cella (5); prime tubazioni (8) per convogliare l’idrogeno e l’ossigeno ad almeno un serbatoio, seconde tubazioni (17) per convogliare l’idrogeno e l’ossigeno da detto almeno un serbatoio (7) al motore termico (16); caratterizzato dal fatto che detto almeno un serbatoio (7) è flessibile e definisce almeno una camera a volume variabile (7) a pressione atmosferica in cui vengono contenuti l’idrogeno e l’ossigeno prodotti, dalla quale questi vengono continuamente aspirati dal motore termico (16) quando esso è in funzione. 2 – Veicolo secondo la rivendicazione 1, in cui il motore termico (16) aspira l’idrogeno e l’ossigeno attraverso le seconde tubazioni comprendenti valvole antiriflusso (15), un dispositivo antiritorno di fiamma (12) e una valvola di regolazione (10). 3 - Veicolo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l’almeno un serbatoio (7) è realizzato con una membrana costituita da una pellicola flessibile di materiale tessuto o non tessuto, impermeabile ai gas e in grado di confinarli in equilibrio con la pressione atmosferica. 4 - Veicolo secondo la rivendicazione 3, in cui detta membrana è realizzata mediante un foglio di polimero termosaldabile di spessore compreso tra 0.2 e 5 mm su cui sono applicati raccordi per permettere la connessione con le suddette prime e seconde tubazioni di riempimento e svuotamento. 5 - Veicolo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l’almeno un serbatoio (7) è dotato di un involucro rigido di protezione, permeabile all’aria atmosferica, esterno ad esso e realizzato ad esempio in lamiera metallica o in materiali compositi, con lo scopo di proteggere il serbatoio stesso e impedirne la lacerazione in caso di urti del veicolo.