BR112020000060B1

BR112020000060B1 - Máquina de calor configurada para realizar ciclos de calor e método para realizar ciclos de calor por meio de tal máquina de calor

Info

Publication number: BR112020000060B1
Application number: BR112020000060-4A
Authority: BR
Inventors: Sergio Olivotti
Original assignee: I.V.A.R. S.P.A.
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2023-11-07
Also published as: BR112020000060A2; CU20200001A7; RS61122B1; JP7473119B2; GEP20217295B; JOP20190295B1; UA127284C2; CA3099678A1; IL271630A; IL271630B; EA202090189A1; CL2020000007A1; PH12020500237A1; JP2020525710A; AU2018298486A1; NI202000003A; WO2019008457A1; EA038808B1; DOP2020000003A; EP3532708A1

Abstract

a presente invenção se refere a uma máquina de calor (121) para realizar um ciclo de calor, em que a máquina de calor opera com um fluido térmico e compreende uma unidade de acionamento (1) dotada de um primeiro rotor (4) e um segundo rotor (5), em que cada um tem três pistões (7a, 7b,7c; 9a,9b,9c) que são deslizáveis em uma câmara anular (12), em que os pistões delimitam seis câmaras de volume variável (13', 13", 13'"; 14', 14", 14'"). a unidade de acionamento compreende uma transmissão configurada para converter o movimento giratório com as respectivas primeira e segunda velocidades angulares periodicamente variáveis (¿1, ¿2) do dito primeiro e segundo rotores (4, 5), deslocados entre si, em um movimento giratório em uma velocidade angular constante. a máquina de calor compreende adicionalmente um tanque de compensação (44), configurado para acumular o fluido térmico comprimido a partir da unidade de acionamento, um regenerador (42) configurado para pré-aquecer o fluido térmico, um aquecedor (41) configurado para superaquecer o fluido térmico que circula na bobina de serpentina, um queimador (40), configurado para suprir a energia térmica necessária ao aquecedor (41); em que o regenerador (42), em comunicação fluida com a unidade de acionamento (1), é adicionalmente configurado para adquirir energia-calor a partir do fluido térmico exaurido e usar o mesmo para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor (41). a invenção se refere adicionalmente a um método para realizar um ciclo de calor por meio da dita máquina de calor.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se refere a uma "máquina de calor”, que compreende uma "unidade de acionamento giratória" dotada de um sistema de transmissão de movimento e algumas configurações funcionais específicas do mesmo e que, apesar de ter ciclos de calor de Joule-Ericsson como sua referência original, complementa e melhora as mesmas, obtendo um ciclo de calor combinado inovador, que opera com uma mistura de ar e vapor aquoso, a fim de obter uma maior potência de unidade, um aumento considerável na eficiência geral e uma lubrificação eficaz do cilindro em que os pistões giram. A presente invenção se refere adicionalmente a um método para realizar ciclos de calor.

[0002] Em particular, a presente invenção pode ter aplicação na produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis, no campo da geração combinada de energia elétrica e calor, no campo de transporte e no setor automotivo em geral.

Antecedentes da invenção

[0003] Algumas considerações históricas referentes aos ciclos termodinâmicos já foram apresentadas na descrição do presente pedido publicado com o número de documento WO2015/114602A1 no nome do mesmo Requerente e, considera- se, portanto, útil mencionar a seguir apenas as partes mais significativas vinculadas à matéria da presente invenção e referentes ao uso como uma máquina de calor caracterizada por um novo "ciclo de calor pulsante”, cuja origem está nos ciclos de Joule-Ericsson.

Notas históricas no motor de Ericsson

[0004] O primeiro projeto e produção do motor de “calor quente” de Ericsson ocorre em 1826, inicialmente sem regeneração e com uma eficiência geral modesta.

[0005] Em 1833, um novo motor de Ericsson foi construído, dotado de valores e um recuperador de calor, e um aumento considerável na eficiência geral foi obtido.

[0006] Em 1853, um motor de “ar quente” de Ericsson foi construído, que foi usado em uma embarcação; o mesmo teve capacidade para gerar 220 kW de potência com uma eficiência geral de 13,3 %.

[0007] Nos anos subsequentes, vários milhares de motores de Ericsson foram produzidos e usados em embarcações e em laboratórios industriais nos Estados Unidos.

[0008] Entre 1855 e 1860, quase 3.000 motores de Ericsson de baixa potência (600 W) foram construídos. Os mesmos foram comercializados e usados nos Estados Unidos, Alemanha, França e Suécia.

[0009] Esses motores possuíam alta confiabilidade e robustez, de modo que um motor instalado em um farol permanecesse em operação por mais de 30 anos após ser colocado em serviço.

[0010] Por razões que ainda não foram totalmente esclarecidas, o motor de Ericsson foi, então, substituído por motores a vapor convencionais e, então, por motores de combustão interna, mais potentes e compactos em tamanho. Representação esquemática do ciclo de Ericsson de circuito fechado

[0011] O ciclo de Ericsson, caracterizado pelo uso de um motor de movimento recíproco que opera em um circuito fechado, é esquematicamente representado na figura 4, e é composto pelos seguintes componentes principais: E_ cilindro de expansão; E1-E2_ válvulas de descarga-entrada de cilindro de expansão; R_ trocador/recuperador de calor; K_ dissipador/trocador de calor; C_ cilindro de compressão; C1-C2_válvulas de descarga-entrada de cilindro de compressão; H_ aquecedor de "fluido térmico”.

[0012] Com referência à dita figura 4, o motor de Ericsson funciona da seguinte maneira: _no cilindro C, como resultado do movimento para baixo do pistão, o fluido térmico (à temperatura T1), que passa através da válvula C1, é, em primeiro lugar, succionado e, então, como resultado do movimento para cima do pistão, é comprimido até alcançar o valor máximo que corresponde à razão predeterminada; _o fluido térmico comprimido passa, então, através da válvula C2 e sai do cilindro C (à temperatura T2); _o fluido térmico passa, então, para o interior do recuperador R, onde o mesmo recebe calor e se aquece (à temperatura T2'); _o fluido térmico passa, então, para o interior do aquecedor H, onde o mesmo recebe calor e se aquece mais (à temperatura T3); _o fluido térmico passa, então, através da válvula E1 e entra no cilindro E onde, por meio de expansão, provoca o movimento para baixo do pistão, produzindo um trabalho útil. _o fluido térmico já expandido, como resultado do movimento para cima do pistão, é, então, descarregado do cilindro e (a uma temperatura reduzida T4) passa através da válvula E2; _o fluido térmico passa, então, através do recuperador R, onde retira o calor (até alcançar uma temperatura reduzida T4'); _o fluido térmico passa, então, através do dissipador K, onde retira mais calor (até atingir a temperatura T1) e a partir de onde um novo ciclo pode começar, perfeitamente idêntico ao anterior.

Representação esquemática do ciclo fechado de Joule

[0013] O ciclo de Joule, caracterizado pelo uso de uma máquina turbo com movimento giratório contínuo, que opera em um circuito fechado, é esquematicamente representado na figura 5, e é composto pelos seguintes componentes principais: E_ turbina de expansão; R_ trocador/recuperador de calor; K_ dissipador/trocador de calor; C_ turbina de compressão; H_ aquecedor de "fluido térmico”.

[0014] Com referência à dita figura 5, a máquina turbo de Joule opera da seguinte maneira: _como resultado do movimento giratório rápido da turbina C, o fluido térmico (à temperatura T1) é succionado e comprimido para o valor predeterminado máximo; _o fluido térmico comprimido sai, então, da turbina C (à temperatura T2); _o fluido térmico passa, então, para o interior do recuperador R, onde o mesmo recebe calor e se aquece (à temperatura T2'); _o fluido térmico passa, então, para o interior do aquecedor H, onde o mesmo recebe calor e se aquece mais (à temperatura T3); _o fluido térmico entra, então, na turbina E, onde, por meio de expansão, provoca o movimento giratório da própria turbina, produzindo um trabalho útil. _o fluido térmico já expandido é, então, descarregado da turbina E e (a uma temperatura reduzida T4); _o fluido térmico passa, então, através do recuperador R, onde retira o calor (até alcançar uma temperatura reduzida T4'); _o fluido térmico passa, então, através do dissipador K, onde retira mais calor (até atingir a temperatura T1), concluindo o ciclo.

Considerações gerais

[0015] Em geral, várias máquinas de calor que funcionam com ciclos termodinâmicos diversificados foram desenvolvidas e outras ainda estão em um estágio experimental.

[0016] No entanto, o Requerente constatou que até as soluções já industrializadas têm muitas limitações. Isso se aplica, em particular, em motores usados para acionar geradores elétricos autônomos de potência pequena e média (abaixo de 50 KWh).

[0017] Atualmente, na prática, as seguintes unidades de acionamento costumam ser usadas para acionar geradores elétricos: _motores de combustão interna recíprocos, que são mecanicamente complicados, barulhentos, são particularmente poluentes e exigem muita manutenção; _motores Stirling, que, embora menos poluentes, devem operar em baixa velocidade (limitação imposta pelo uso de um regenerador de fluxo alternado) a fim de ter uma eficiência geral satisfatória e são, portanto, muito pesados e complicados. _turbinas a gás, que além de serem particularmente poluentes, não são economicamente competitivas em aplicações em pequena escala. _expansores que usam o ciclo de Rankine ou Rankine-Hirn, que, dada a necessidade de usar um gerador de vapor de um certo tamanho, podem ser fortemente competitivos apenas em aplicações de cogeração fixas e exigem inovações tecnológicas adicionais a fim de serem usadas lucrativamente também em aplicações móveis em pequena escala.

[0018] Em geral, todas as soluções da técnica anterior, além dos problemas de poluição, baixa eficiência, complexidade mecânica e altos custos de manutenção, também são caracterizadas por uma razão de custo-benefício que não é particularmente satisfatória, o que limitou muito a disseminação de cogeração no mercado de edifícios residenciais e edifícios comerciais de ocupação múltipla.

[0019] O Requerente também observou que, se for desejado estender o uso de tais máquinas de calor a veículos e microgeração em um ambiente doméstico, a compacidade e a eficiência geral são fundamentais.

Solução inovadora proposta pelo Requerente.

[0020] Nesse contexto, o Requerente definiu o objetivo de propor uma "máquina de calor" inovadora capaz de operar com um ciclo de calor combinado inovador usando ar quente e vapor aquoso, através disso, é possível explorar uma maior quantidade de energia recuperando-se a mesma durante os estágios do próprio ciclo, com um aumento considerável na potência de unidade e eficiência geral, solucionando também o grande problema de lubrificar o cilindro em que os pistões da unidade de acionamento conhecida deslizam.

[0021] Em particular, em comparação aos ciclos de Ericsson e Joule, as inovações introduzidas com a presente invenção podem ser identificadas em três configurações operacionais possíveis diferentes do ciclo de calor.

[0022] Na primeira configuração, que compreende apenas a injeção de água a jusante da regeneração, os seguintes resultados são obtidos: _lubrificação do cilindro da unidade de acionamento, com uma redução de atrito e desgaste e aumento consequente da eficiência mecânica; _aumento da potência de unidade, devido ao aumento na taxa de fluxo e peso molecular do fluido térmico que é expandido no cilindro; _nenhum aumento do trabalho de compressão negativa, visto que a água introduzida é condensada e separada do ar antes da sucção da mesma; _ligeira diminuição da eficiência geral, visto que a quantidade de calor absorvido por evaporação é muito alta por unidade de massa.

[0023] Na segunda configuração, que compreende a injeção de vapor saturado obtido com uma recuperação de energia a jusante da regeneração, os seguintes resultados são obtidos: _lubrificação do cilindro da unidade de acionamento, com uma redução de atrito e desgaste e aumento consequente da eficiência mecânica; _aumento da potência de unidade, devido ao aumento na taxa de fluxo e peso molecular do fluido térmico que é expandido no cilindro; _nenhum aumento do trabalho de compressão negativa, visto que a água introduzida é condensada e separada do ar antes da sucção da mesma; _aumento da eficiência geral, visto que a quantidade de calor absorvido por evaporação é compensada pela recuperação de energia alcançada com o evaporador.

[0024] Na terceira configuração, que compreende a injeção de vapor superaquecido obtido com uma recuperação de energia a jusante da regeneração e a recuperação de energia a partir de gases de combustão, os seguintes resultados são obtidos: _lubrificação do cilindro da unidade de acionamento, com uma redução de atrito e desgaste e aumento consequente da eficiência mecânica;_fumes adicional da potência de unidade, devido ao aumento da taxa de fluxo, peso molecular e entalpia do fluido térmico que é expandido no cilindro; _nenhum aumento do trabalho de compressão negativa, visto que a água introduzida é condensada e separada do ar antes da sucção da mesma; _gases adicionais na eficiência geral, visto que a quantidade de calor absorvido por evaporação é compensada pela recuperação de energia alcançada com o evaporador e o aumento em entalpia obtida com o superaquecimento.

[0025] Portanto, o objetivo na base da presente invenção, nos vários aspectos e/ou modalidades da mesma, consiste em remediar uma ou mais desvantagens das soluções da técnica anterior fornecendo-se uma "máquina de calor" inovadora com capacidade para usar múltiplas fontes de calor e com capacidade para gerar uma grande quantidade de energia mecânica (trabalho), que tem capacidade para ser usada em qualquer locar e para qualquer propósito, mas, de preferência, para a produção de energia elétrica.

[0026] Um objetivo adicional da presente invenção consiste em fornecer uma "máquina de calor" inovadora caracterizada pela alta eficiência termodinâmica e uma excelente razão entre potência e peso.

[0027] Um objetivo adicional da presente invenção consiste em propor uma "máquina de calor” inovadora dotada de uma "unidade de acionamento" caracterizada por uma estrutura mecânica que é simples e pode ser facilmente construída.

[0028] Um objetivo adicional da presente invenção consiste em ter capacidade para produzir uma "máquina de calor" inovadora caracterizada por um custo reduzido de produção.

[0029] Esses objetivos e quaisquer outros que se tornarão mais evidentes no curso da seguinte descrição, são substancialmente alcançados por uma "máquina de calor" inovadora que se encontra em uma "unidade de acionamento” caracterizada por uma série de aspectos particulares.

[0030] Em um aspecto, a presente invenção se refere a uma máquina de calor para realizar um ciclo de calor, em que a máquina de calor opera com um fluido térmico e compreende: - uma unidade de acionamento que compreende: - um invólucro que delimita no mesmo uma câmara anular e que tem aberturas de descarga ou entrada adequadamente dimensionadas em comunicação fluida com condutos externos à câmara anular, em que cada abertura de descarga ou entrada é angularmente espaçada das aberturas de entrada e descarga adjacentes de modo a definir uma trajetória de expansão/compressão para um fluido de trabalho na câmara anular; - um primeiro rotor e um segundo rotor instalado de modo giratório no dito invólucro; em que cada um dos dois rotores tem três pistões que são deslizáveis na câmara anular; em que os pistões de um dos rotores são angularmente alternados com os pistões do outro rotor; em que os pistões angularmente adjacentes delimitam seis câmaras de volume variável; - um eixo primário conectado operativamente ao dito primeiro e segundo rotores; - uma transmissão que é operativamente interposta entre o dito primeiro e segundo rotores e o eixo primário e configurada para converter o movimento giratório com as respectivas primeira e segunda velocidades angulares periodicamente variáveis do dito primeiro e segundo rotores que são deslocados um em relação ao outro em um movimento giratório que tem uma velocidade angular constante do eixo primário; em que a transmissão é configurada para conferir, na velocidade angular periodicamente variável de cada um dos rotores, seis períodos de variação para cada revolução completa do eixo primário.

[0031] Em um aspecto, a dita unidade de acionamento é um expansor volumétrico giratório que opera com o dito fluido térmico.

[0032] Em um aspecto, a máquina de calor compreende uma primeira seção da unidade de acionamento em que, seguindo o movimento oposto dos dois pistões, o fluido térmico, que passa através da abertura de entrada, é succionado para o interior da câmara.

[0033] Em um aspecto, a máquina de calor compreende uma segunda seção da dita unidade de acionamento, em que, seguindo o movimento dos dois pistões um em direção ao outro, o fluido térmico anteriormente succionado é comprimido na câmara e passando, então, através da abertura de descarga, um tubo e uma válvula de verificação, o mesmo é transportado para um tanque de compensação.

[0034] Em um aspecto, a máquina de calor compreende o dito tanque de compensação, configurado para acumular o fluido térmico comprimido para disponibilizar o mesmo, através de tubos específicos e da válvula de verificação, para uso subsequente dos mesmos, em um modo contínuo.

[0035] Em um aspecto, a máquina de calor compreende um regenerador, em comunicação fluida através dos tubos específicos e configurada para pré-aquecer o fluido térmico antes de sua entrada em um aquecedor.

[0036] Em um aspecto, a máquina de calor compreende o dito aquecedor, configurado para superaquecer o fluido térmico que circula na bobina de serpentina (isto é, no tubo colocado em torno da câmara de combustão e que define o aquecedor), usando a energia térmica produzida por um queimador.

[0037] Em um aspecto, a máquina de calor compreende o dito queimador com uma câmara de combustão fixada ao mesmo, em que o dito queimador é configurado para operar com vários tipos de combustível e tem capacidade para suprir a energia térmica necessária ao aquecedor.

[0038] Em um aspecto, a máquina de calor compreende uma terceira seção da dita unidade de acionamento, em comunicação fluida com o dito aquecedor, através de tubos específicos, e configurada para receber, através das aberturas de entrada, o fluido térmico aquecido a uma temperatura alta sob pressão no aquecedor de modo a ter que se expandir em câmaras, que são delimitadas pelos pistões, respectivamente, com o propósito de fazer com que os ditos pistões girem e funcionem.

[0039] Em um aspecto, a máquina de calor compreende uma quarta seção da dita unidade de acionamento, em comunicação fluida com o regenerador através das aberturas de descarga e tubos específicos, e em que, devido à redução de volume das duas câmaras provocada pelo movimento dos dois pares de pistões um em direção ao outro, o fluido térmico exaurido é expelido à força.

[0040] Em um aspecto, o dito regenerador, em comunicação fluida com a dita unidade de acionamento, é configurado para adquirir energia térmica a partir do fluido térmico exaurido e para usar o mesmo para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

[0041] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 6), a primeira seção da unidade de acionamento está em comunicação fluida com o ambiente externo através de um tubo específico, de modo que o ar ambiente possa ser succionado para o interior da câmara.

[0042] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 6), a máquina de calor compreende uma bomba de medição em conexão de fluido com um tanque de água destilada e disposta de modo a permitir que uma quantidade predefinida de água destilada seja injetada no circuito de ar por meio de um injetor, em que a dita quantidade predefinida tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento e garantir a lubrificação do cilindro.

[0043] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 7), a máquina de calor compreende um resfriador operativamente interposto entre a saída de baixa temperatura do regenerador e a entrada do aquecedor.

[0044] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 7), o fluido térmico, que sai do resfriador à temperatura T1, passa para o interior de um tubo específico, passa através de um separador de condensado, em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para um tubo específico adicional à temperatura T1', passa através da abertura de sucção e seguindo o movimento oposto dos dois pistões, é succionado para o interior da câmara da dita primeira seção.

[0045] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 7), empurrada por uma bomba de alta pressão, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador se desloca através de tubos específicos e alcança um injetor disposto de modo a injetar, no circuito de ar, uma quantidade predefinida de água condensada, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento e de garantir a lubrificação do cilindro.

[0046] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 8), a máquina de calor compreende um resfriador que é operativamente interposto entre a saída de baixa temperatura do regenerador e a entrada do aquecedor, e o fluido térmico, que sai do resfriador à temperatura T1, passa para o interior de um tubo, passa através de um separador de condensado, em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, para o interior de um tubo adicional à temperatura T1', passa através da abertura de sucção e seguindo o movimento oposto dos dois pistões, é succionado para o interior da câmara da dita primeira seção e, empurrado por uma bomba de alta pressão, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador se desloca através dos tubos específicos e alcança um evaporador que é configurado para aquecer e vaporizar a água condensada e enviar a mesma para um injetor disposto de modo a injetar, no circuito de ar, uma quantidade predefinida de água condensada vaporizada, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento e garantir a lubrificação do cilindro.

[0047] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 8), o evaporador é operativamente interposto, com seu lado de alta temperatura, entre a dita bomba de alta pressão e o dito injetor, e o evaporador é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento, de modo a adquirir energia térmica residual a partir de seu fluido térmico exaurido e a usar a mesma para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

[0048] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 11), a máquina de calor compreende um resfriador, que é operativamente interposta entre a saída de baixa temperatura do regenerador e a entrada do aquecedor, e o fluido térmico, que sai do resfriador à temperatura T1, passa para o interior de um tubo, passa através de um separador de condensado, em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo à temperatura T1', passa através da abertura de sucção e, seguindo o movimento oposto dos dois pistões, é succionada para o interior da câmara da dita primeira seção e, empurrada por uma bomba de alta pressão, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador se desloca através dos tubos e alcança um evaporador, configurada para aquecer e vaporizar a água condensada e enviar a mesma para um superaquecedor, que, extraindo-se a energia dos gases de combustão a quente a jusante do queimador, é configurada para superaquecer o vapor saturado que sai do evaporador, de modo a suprir energia ao mesmo.

[0049] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 11), o superaquecedor é configurado para enviar a água condensada vaporizada e superaquecida para um injetor, que é disposto de modo a permitir a injeção, no circuito de ar, de uma quantidade predefinida da dita água condensada vaporizada e superaquecida, que tem capacidade para aumentar adicionalmente a potência de unidade da unidade de acionamento e para garantir a lubrificação do cilindro.

[0050] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 11), o evaporador é operativamente interposto, com seu lado de alta temperatura, entre a dita bomba de alta pressão e o dito superaquecedor, e o evaporador é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento, de modo a adquirir a energia térmica residual a partir desse fluido térmico exaurido e a usar a mesma para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

[0051] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 12), a máquina de calor é dotada de um circuito de resfriamento que compreende: - um primeiro recuperador, localizado a montante do queimador, em que o ar de combustão é retirado do ambiente; - uma unidade de resfriamento (ou interespaço) associada à unidade de acionamento; - um segundo recuperador, localizado a jusante do queimador e do aquecedor e, de preferência, a jusante do dito superaquecedor, ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos de resfriamento que conectam em série o dito primeiro recuperador, a dita unidade de resfriamento e o dito segundo recuperador, de modo a formar uma trajetória circular, e que portam uma quantidade de fluido de resfriamento (de preferência, água); - uma bomba de resfriamento, localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos de resfriamento de modo a provocar a circulação do dito fluido de resfriamento no circuito de resfriamento.

[0052] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 12), o primeiro recuperador é configurado para resfriar o dito fluido de resfriamento entregando a energia térmica para o dito ar de combustão, a unidade de resfriamento é configurada para resfriar a unidade de acionamento pela transferência de energia térmica a partir da unidade de acionamento para o fluido de resfriamento, que sofre um aumento de temperatura, e o segundo recuperador é configurado para aquecer a dito fluido de resfriamento adquirindo-se energia térmica a partir dos gases de combustão a quente.

[0053] Em um aspecto (consultar as representações esquemáticas nas figuras 6, 7, 8, 11, 12), a máquina de calor compreende um circuito hidráulico auxiliar. Em um aspecto, o circuito hidráulico auxiliar compreende: - um recuperador auxiliar, localizado a jusante do queimador e do aquecedor e, de preferência, a jusante do superaquecedor, ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos auxiliares configurados para passar através do dito recuperador auxiliar e para serem conectados com um ou mais usos auxiliares, de preferência, dispositivos para unidades de produção e/ou aquecimento de espaço para água quente doméstica; - uma bomba auxiliar, localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos auxiliares de modo a provocar a circulação no dito circuito auxiliar.

[0054] Em um aspecto, o recuperador auxiliar é configurado para recuperar o máximo de energia possível dos gases de combustão e para transmitir a mesma para o fluido que circula no dito circuito auxiliar, em que a dita energia é assim disponível para os ditos usos auxiliares.

[0055] Em um aspecto, a máquina de calor compreende um ventilador a montante do queimador e configurado para retirar o ar de combustão do ambiente e para enviar o mesmo à força para o dito queimador para alimentar o processo de combustão.

[0056] Em um aspecto, a máquina de calor compreende uma ou mais válvulas de verificação localizadas ao longo dos tubos da máquina de calor e configuradas para facilitar a circulação do fluido térmico de uma maneira unidirecional e impedir a saída do fluido térmico na direção oposta.

[0057] Em um aspecto independente da mesma, a presente invenção se refere a um método para realizar um ciclo de calor, em que o método opera com um fluido térmico e compreende as etapas de: - dispor uma máquina de calor; - executar uma pluralidade de etapas.

[0058] Em um aspecto, a dita pluralidade de etapas compreende: - definir o eixo primário em movimento e a transmissão da unidade de acionamento, definir os seis pistões em movimento; - ativar o queimador e iniciar o processo de combustão; - quando o fluido térmico que circula na máquina de calor tiver alcançado um estado de operação mínimo pré- estabelecido, a unidade de acionamento produz o trabalho necessário para ter capacidade de girar de modo independente; - seguindo o movimento oposto dos dois pistões, o fluido térmico é succionado para o interior da câmara através da abertura de sucção; - seguindo o movimento dos dois pistões um em direção ao outro, o fluido térmico anteriormente succionado é comprimido na câmara, submetido a um aumento de temperatura de T1' a T2, passa através da abertura de descarga e alcança o tanque de compensação; - com a intermitência determinada pela rotação dos pistões e a abertura/fechamento resultante das aberturas de entrada, o fluido térmico flui a partir do tanque e passa através do regenerador, em que é submetido a um aumento de temperatura de T2 para T2'; - o fluido térmico passa através da aquecedor, em que recebe energia térmica e aumenta de temperatura de T2” para T3; - girar no cilindro anular, quando os pistões se abrem nas aberturas de entrada, o fluido térmico superaquecido é admitido nas câmaras de expansão em que o mesmo se expande, com uma diminuição em sua temperatura de T3 para T4 e à medida que faz com que os pistões girem, o mesmo produz trabalho útil.

[0059] Em um aspecto, na dita etapa de dispor uma máquina de calor, a dita máquina de calor está de acordo com uma combinação de um ou mais dos presentes aspectos e/ou uma ou mais das reivindicações anexas.

[0060] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 6), seguindo o movimento dos pistões um em direção ao outro, as câmaras diminuem de volume, o fluido térmico exaurido é expelido a partir da unidade de acionamento, passa através das aberturas de descarga, e passa através do regenerador, onde retira a parte da energia térmica que ainda possuía e é submetido a uma diminuição de temperatura de T4 para T4'.

[0061] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 6), na etapa de succionar o fluido térmico para o interior da câmara, o dito fluido térmico é succionado por ar a partir do ambiente à temperatura T1'.

[0062] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 6), o método compreende as etapas de: - retirar a água destilada do tanque; - ativar a bomba de medição e introduzir uma determinada quantidade de água destilada no circuito por meio do injetor, provocando, através disso, uma diminuição da temperatura do fluido térmico resultante a partir de T2' para T2”; - seguindo a etapa de passar através do regenerador, o fluido térmico exaurido é descarregado na atmosfera.

[0063] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 7), o método compreende adicionalmente as seguintes etapas: - o fluido térmico, que sai do resfriador à temperatura T1, passa para o interior de um tubo, passa através de um separador de condensado, em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo à temperatura T1', passa através da abertura de sucção e, seguindo o movimento oposto dos dois pistões, é succionado para o interior da câmara da dita primeira seção; - empurrada por uma bomba de alta pressão, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador se desloca através dos tubos e alcança um injetor disposto de modo a permitir a injeção, no circuito de ar, de uma quantidade predefinida de água condensada, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento e para garantir a lubrificação do cilindro.

[0064] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 8), o método compreende adicionalmente as seguintes etapas: - o fluido térmico, que sai do resfriador à temperatura T1, passa para o interior de um tubo, passa através de um separador de condensado, em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo à temperatura T1', passa através da abertura de sucção e, seguindo o movimento oposto dos dois pistões, é succionado para o interior da câmara da dita primeira seção; - empurrada por uma bomba de alta pressão, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador se desloca através dos tubos e alcança um evaporador, configurada para aquecer e vaporizar a água condensada e enviar para um injetor disposto de modo a permitir a injeção, no circuito de ar, de uma quantidade predefinida de água condensada, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento e garantir a lubrificação do cilindro; em que o dito evaporador é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento, de modo a adquirir a energia térmica residual a partir desse fluido térmico exaurido e a usar a mesma para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

[0065] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 11), o método compreende adicionalmente as seguintes etapas: - o fluido térmico, que sai do resfriador à temperatura T1, passa para o interior de um tubo, passa através de um separador de condensado, em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo à temperatura T1', passa através da abertura de sucção e, seguindo o movimento oposto dos dois pistões, é succionado para o interior da câmara da dita primeira seção; - empurrada por uma bomba de alta pressão, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador se desloca através dos tubos e alcança um evaporador que é configurado para aquecer e vaporizar a água condensada e enviar a mesma para um superaquecedor, que, extraindo-se a energia dos gases de combustão a quente a jusante do queimador, é configurada para superaquecer o vapor saturado que sai do evaporador, de modo a suprir energia ao mesmo; em que o dito superaquecedor é configurado para enviar a água condensada vaporizada e superaquecida para um injetor, que é disposto de modo a permitir a injeção, no circuito de ar, de uma quantidade predefinida da dita água condensada vaporizada e superaquecida, que tem capacidade para aumentar adicionalmente a potência de unidade da unidade de acionamento, para diminuir a eficiência geral e garantir a lubrificação do cilindro, e em que o dito evaporador é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento, de modo a adquirir energia térmica residual a partir desse fluido térmico exaurido e usar o mesmo para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

[0066] Em um aspecto (consultar a representação esquemática na figura 12), o método compreende adicionalmente as seguintes etapas: - dispor um circuito de resfriamento que compreende: - um primeiro recuperador, a montante do queimador, em que o ar de combustão é retirado do ambiente; - uma unidade de resfriamento (ou interespaço) associada à unidade de acionamento; - um segundo recuperador, localizado a jusante do queimador e do aquecedor e, de preferência, a jusante do dito superaquecedor, ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos de resfriamento que conectam em série o dito primeiro recuperador, a dita unidade de resfriamento (interespaço) e o dito segundo recuperador, de modo a formar uma trajetória circular, e que portam uma quantidade de fluido de resfriamento (de preferência, água); - uma bomba de resfriamento, localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos de resfriamento de modo a provocar a circulação do dito fluido de resfriamento no circuito de resfriamento; - executar as seguintes etapas: - resfriar o fluido de resfriamento por meio do dito primeiro recuperador entregando energia térmica para o dito ar de combustão; - resfriar, por meio de a dita unidade de resfriamento, a unidade de acionamento pela transferência de energia térmica a partir da unidade de acionamento para o fluido de resfriamento, que é submetido a um aumento de temperatura; - aquecer, por meio do dito segundo recuperador, o dito fluido de resfriamento adquirindo a energia térmica a partir dos gases de combustão a quente.

[0067] Em um aspecto (consultar as representações esquemáticas nas figuras 6, 7, 8, 11, 12), o método compreende adicionalmente as seguintes etapas: - dispor um circuito hidráulico auxiliar que compreende: - um recuperador auxiliar, localizado a jusante do queimador e do aquecedor e, de preferência, a jusante do dito superaquecedor, ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos auxiliares configurados para passar através do dito recuperador auxiliar e para serem conectados com um ou mais usos auxiliares, de preferência, dispositivos para unidades de produção e/ou aquecimento de espaço para água quente doméstica; - uma bomba auxiliar, localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos auxiliares de modo a provocar a circulação no dito circuito auxiliar; - executar as seguintes etapas: - recuperar o máximo de energia possível a partir dos gases de combustão, por meio do dito recuperador auxiliar; - transmitir a dita energia para o fluido que circula no dito circuito auxiliar; - fornecer a dita energia para usos auxiliares.

[0068] Em um aspecto, a unidade de acionamento é substancialmente composta por: - um bloco de motor formado por um invólucro dotado de uma cavidade interna que define um cilindro toroidal (ou cilindro anular); - dois tríades de pistões alojados de modo giratório dentro do cilindro toroidal (ou cilindro anular), em que cada tríade é conectada a um respectivo rotor de acionamento, sendo que os pistões dos dois tríades se alternam; - uma transmissão de três eixos a com um trem de quatro engrenagens de três ressaltos alojadas em um caso específico, configurada e projetada para transmitir o movimento a partir de e/ou para os dois tríades de pistões, em que a transmissão compreende um eixo primário (ou eixo de acionamento), um primeiro eixo secundário e um segundo eixo secundário, em que cada eixo secundário é conectado, através de rotores de acionamento a uma respectiva tríade de pistão; - um primeiro rotor e um segundo rotor conectados respectivamente a um primeiro e um segundo eixos auxiliares e instalados de modo giratório no invólucro; em que cada um dos dois rotores é mecanicamente integrado com os três pistões que são angularmente deslocados entre si por 120° e deslizáveis na câmara anular; em que os pistões de um dos rotores são angularmente alternados com os pistões do outro rotor de modo que os pistões angularmente adjacentes formem e delimitem cada uma das seis câmaras de volume variável que são criadas.

[0069] Em um aspecto, a câmara anular tem uma seção transversal quadrada ou retangular e os pistões, que tem formato correspondente, são respectivamente retangulares ou quadrados.

[0070] Em um aspecto, a câmara anular tem uma seção transversal circular (que se estende toroidalmente) e os pistões, que têm formato correspondente, têm uma seção transversal circular (que se estende toroidalmente).

[0071] Em um aspecto, o cilindro toroidal (ou cilindro anular) é dotado de várias aberturas de entrada mutualmente distintas para a entrada de um fluido térmico de alta temperatura no cilindro e várias aberturas de descarga mutuamente distintas para evacuar o fluido térmico exaurido.

[0072] Em um aspecto, cada uma das seis câmaras se expande três vezes e entram em contato três vezes para cada revolução completa (360°) do eixo primário.

[0073] Em um aspecto, todas as aberturas de entrada/descarga, usadas para a passagem do fluido térmico, são projetadas no invólucro do cilindro toroidal (ou anular).

[0074] Em um aspecto, o cilindro toroidal (ou cilindro anular) é dotado de uma ou mais aberturas de entrada para a entrada do fluido térmico resfriado no cilindro e uma ou mais aberturas de descarga para evacuar o fluido térmico comprimido no tanque de compensação.

[0075] Em um aspecto, por meio de uma rotação angular manual ou automática do caso que contém a transmissão, em relação às aberturas de entrada/descarga, é possível cronometrar as fases do ciclo de calor para acabarem mais cedo ou mais tarde a fim de otimizar a eficiência termodinâmica.

[0076] Em um aspecto, por meio de uma rotação angular manual ou automática do caso que contém a transmissão, em relação às aberturas de entrada/descarga, é possível cronometrar as fases do ciclo de calor para acabarem mais cedo ou mais tarde a fim de permitir o início autônomo do aparelho de motor.

[0077] Em um aspecto, a primeira tríade de pistões é uma parte integral de um primeiro rotor e a segunda tríade de pistões é uma parte integral de um segundo rotor.

[0078] Em um aspecto, os três pistões de cada um dos dois rotores são angularmente equidistantes entre si. Em um aspecto, os três pistões de cada um dos rotores são conectados rigidamente juntos de modo a girar integralmente uns com os outros.

[0079] Em um aspecto, o primeiro eixo secundário é sólido e integralmente unido em uma extremidade com uma primeira engrenagem de três ressaltos e na extremidade oposta com o primeiro rotor.

[0080] Em um aspecto, o segundo eixo secundário é oco e integralmente unido em uma extremidade com uma respectiva segunda engrenagem de três ressaltos e na extremidade oposta com o segundo rotor.

[0081] Em um aspecto, o eixo primário (ou eixo de acionamento) é integralmente unido com uma primeira e uma segunda engrenagens de três ressaltos, posicionadas em 60° entre si.

[0082] Em um aspecto, a transmissão da unidade de acionamento compreende: - um primeiro eixo auxiliar em que o primeiro rotor é montado; - um segundo eixo auxiliar em que o segundo rotor é montado; - uma primeira engrenagem de três ressaltos e uma segunda engrenagem de três ressaltos encaixadas no eixo primário e angularmente deslocadas entre si por um ângulo de 60°; - uma terceira engrenagem de três ressaltos, encaixada no primeiro eixo auxiliar; - uma quarta engrenagem de três ressaltos, encaixada no segundo eixo auxiliar; em que a primeira engrenagem de três ressaltos opera funcionalmente com a terceira engrenagem de três ressaltos e a segunda engrenagem de três ressaltos opera funcionalmente com a quarta engrenagem de três ressaltos.

[0083] Em um aspecto, o primeiro eixo auxiliar é inserido de modo coaxial no segundo eixo auxiliar ou vice- versa.

[0084] Em um aspecto, o eixo geométrico do eixo primário é paralelo e adequadamente distanciado do eixo geométrico do primeiro eixo e segundo eixo.

[0085] Em um aspecto, cada engrenagem de três ressaltos tem porções de conexão côncavas e/ou planas e/ou convexas entre seus ressaltos.

[0086] Em um aspecto, cada engrenagem de três ressaltos, como pode ser inferido a partir da definição da mesma, tem um perfil substancialmente triangular.

[0087] Em todos os aspectos, uma rotação que tem uma velocidade angular constante do eixo primário (ou eixo de acionamento) provoca uma variação periódica na velocidade angular de rotação dos dois eixos secundários.

[0088] Em todos os aspectos, o eixo primário (ou eixo de acionamento) provoca uma variação cilíndrica periódica da velocidade angular do primeiro e do segundo eixos secundários e das tríades correspondentes de pistões que giram dentro do cilindro toroidal (ou cilindro anular), permitindo a criação de seis câmaras de rotação distintas com uma razão e volume variáveis.

[0089] Em um aspecto, a transmissão de movimento entre os pistões e o eixo primário (ou eixo de acionamento) é obtida com o trem de engrenagens de três ressaltos que conectam o primeiro e o segundo eixos secundários ao eixo primário, caracterizado pelo fato de que enquanto o eixo primário (ou eixo de acionamento) gira com uma velocidade angular constante, os dois eixos secundários giram com uma velocidade angular que é periodicamente maior, igual ou menor que o eixo primário.

[0090] Em um aspecto, sem prejudicar a ideia inventiva, a unidade de acionamento pode ser dotada de qualquer sistema absolutamente para transmitir movimento entre as duas tríades de pistões e o eixo primário (tal como, por exemplo, aqueles reivindicados nas patentes n° US5147191, EP0554227A1 e TW1296023B), é possível adotar qualquer mecanismo capaz de transformar o movimento giratório do eixo primário, que tem uma velocidade angular constante, em um movimento giratório com uma velocidade angular periodicamente variável dos dois eixos secundários, funcionalmente conectados às duas tríades de pistões.

[0091] Em todos os aspectos, a unidade de acionamento pode ser configurada, por meio de condutos de transporte de fluido térmico adequados, de modo que os vários componentes e as várias seções possam ser conectados operativamente com as aberturas de entrada/descarga correspondentes da unidade de acionamento.

[0092] Em um aspecto, a unidade de acionamento é completamente desprovida de válvulas de entrada/descarga e os mecanismos associados, visto que as tríades de pistões, movendo-se no cilindro toroidal (ou cilindro anular), provocam a abertura e o fechamento das aberturas de entrada/descarga para o fluido térmico.

[0093] Em um aspecto, a máquina de calor que usa a unidade de acionamento pode ser dotada de válvulas de verificação apropriadamente posicionadas nos condutos de transporte de fluido térmico, de modo a otimizar o ciclo de calor auxiliando o funcionamento dos pistões na função de abertura-fechamento das aberturas de entrada/descarga.

[0094] Em um aspecto, a máquina de calor que usa a unidade de acionamento pode compreender um ou mais recuperadores e/ou aquecedores de fluido térmico configurados de modo que tenham capacidade para fornecer toda a energia máxima que serve para produzir o trabalho útil, enquanto recupera o máximo possível de toda a energia que seria de outro modo perdida.

[0095] Em um aspecto, a unidade de acionamento é conectada a um gerador com capacidade para produzir a energia elétrica utilizável para qualquer propósito.

[0096] Em um aspecto, a unidade de acionamento tem capacidade para produzir a energia mecânica utilizável para qualquer propósito.

[0097] Em um aspecto, a máquina de calor que usa a unidade de acionamento compreende um sistema de regulação de energia térmica, configurado para regular a temperatura e/ou pressão de entrega do fluido térmico nos vários estágios do processo.

[0098] Em um aspecto, a unidade de acionamento pode ser configurada de modo a funcionar com um ciclo de operação de Joule-Ericsson original, visto que a unidade de acionamento pode realizar funções de compressão e expansão do fluido térmico.

[0099] Em um aspecto, a "máquina de calor" que usa a unidade de acionamento é configurada para funcionar com um novo "ciclo de calor pulsante” que usa ar quente e vapor aquoso, apresentando movimento contínuo unidirecional do fluido térmico.

[0100] Em um aspecto, a unidade de acionamento é adequada para ser empregada como um aparelho com capacidade para produzir energia mecânica usando fluxos de fluido térmico aquecidos com qualquer fonte de calor.

[0101] Em um aspecto, o aquecimento do fluido térmico circulante pode ser alcançado usando um queimador de combustível (por exemplo, um queimador de gás) ou qualquer outra fonte externa de calor, como, por exemplo: energia solar, biomassa, combustível não refinado, dejeto industrial de alta temperatura ou qualquer outra fonte adequada para aquecimento do próprio fluido térmico à temperatura mínima necessária.

[0102] Os recursos adicionais se tornarão mais evidentes a partir da seguinte descrição detalhada da máquina de calor da presente invenção e de algumas modalidades preferenciais do uso da mesma, referentes, respectivamente: _uma primeira configuração funcional (consultar a figura 6) referente ao novo ciclo de operação "aberto”, em que o fluido térmico (normalmente ar) é suplementado com uma injeção de água destilada não reciclável cujo propósito primário consiste na lubrificação do cilindro em que os pistões deslizam e um aumento da potência de unidade da unidade de acionamento; _uma segunda configuração funcional (consultar a figura 7) referente ao novo ciclo de operação "fechado”, em que o fluido térmico (normalmente ar) é suplementado com uma injeção de água condensada, cujo propósito primário consiste na lubrificação do cilindro em que os pistões deslizam e um aumento da potência de unidade da unidade de acionamento; _uma terceira configuração funcional (consultar a figura 8) referente ao novo ciclo de operação "fechado", em que o fluido térmico (normalmente ar) é suplementado com uma injeção de vapor aquoso saturado, que, além da lubrificação do cilindro em que os pistões deslizam e um aumento da potência de unidade da unidade de acionamento, também permite uma melhoria da eficiência geral do ciclo de calor; _uma quarta configuração funcional (consultar a figura 11) referente ao novo ciclo de operação "fechado", em que o fluido térmico (normalmente ar) é suplementado com uma injeção de vapor superaquecido aquoso, que, além da lubrificação do cilindro em que os pistões deslizam e um aumento significativo da potência de unidade da unidade de acionamento, também permite uma grande melhoria da eficiência geral do ciclo de calor; _uma quinta configuração funcional (consultar a figura 12) referente ao novo ciclo de operação "fechado", em que o fluido térmico (normalmente ar) é suplementado com uma injeção de vapor superaquecido aquoso que, além da lubrificação do cilindro em que os pistões deslizam e um aumento significativo da potência de unidade da unidade de acionamento, permite uma grande melhoria da eficiência geral do ciclo de calor e também permite a recuperação de energia térmica completa dos fluidos em circulação.

[0103] Deve ser notado primeiramente que o gás, de preferência, usado como um fluido térmico é "ar” comum; no entanto, sem prejudicar a ideia inventiva, qualquer outro gás que é mais bem adequado e mais compatível com vapor aquoso pode ser usado, como é apresentado e descrito abaixo.

[0104] Também é útil ressaltar que, na condição de "repouso", os fluidos térmicos utilizados (normalmente ar e água) estão na mesma temperatura que o ambiente circundante e que, em soluções de circuito fechado, dentro do cilindro e tubos, uma pressão diferente da pressão atmosférica também pode ser escolhida quando apropriado.

[0105] Em sua completude, o novo ciclo de calor é realizado, de modo contínuo, em várias etapas da variação termodinâmica do fluido: introdução, compressão,aquecimento, vaporização, superaquecimento, expansão (que produz trabalho útil), expulsão e condensação, como descrito abaixo para as cinco configurações principais da máquina de calor de acordo com a presente invenção, que são dadas a título de exemplo não limitativo.

[0106] A configuração funcional mais completa da máquina de calor, representada na figura 12, se refere a uma máquina de calor (121), que compreende uma unidade de acionamento (1) de acordo com um ou mais dos aspectos anteriores, configurada para realizar um novo ciclo termodinâmico, convencionalmente definido como um "ciclo de calor pulsante", caracterizado pelo uso de um fluido térmico, de preferência, composto de ar e água destilada, adequadamente aquecido, vaporizado e superaquecido antes de sua expansão na unidade de acionamento 1, a fim de obter um aumento considerável da potência de unidade, um aumento considerável da eficiência geral e uma lubrificação eficaz do sistema de cilindro/pistão com vapor aquoso.

[0107] Nes sa configuração, em que o início do ciclo é feito para coincidir com a sucção de ar resfriado, a máquina de calor compreende: ■ um "resfriador" (43), adaptado para extrair calor do fluido térmico em circulação, a fim de resfriar o mesmo e aumentar a massa de ar que será, então, succionada/comprimida na unidade (1); ■ uma "unidade de acionamento" de quatro ou seis pistões (1), que tem funções de "compressão” e "expansão” do fluido térmico circulante; ■ um "tanque de compensação” (44) dotado de válvulas de verificação adequadas, adotadas para otimizar a circulação "pulsante” do fluido térmico comprimido; ■ um "regenerador” (42), adaptado para extrair calor do fluido térmico exaurido que é expelido a partir da unidade (1) para pré-aquecer o fluido térmico, que será, então, aquecido; ■ um "evaporador” (95), adaptado para transformar a água condensada em vapor, extraindo adicionalmente energia do fluido térmico exaurido que já passou através do regenerador (42); _ um "superaquecedor” (96) que, extraindo-se energia dos gases de combustão a quente, é capaz de superaquecer o vapor saturado que sai do "evaporador” (95) de modo a dotar o mesmo de energia, com uma vantagem considerável para o ciclo de calor; ■ um "aquecedor” (41), que tem o propósito de aquecer o fluido térmico circulante de modo a dotar o mesmo de energia térmica necessária para a etapa de expansão ativa subsequente, que produz trabalho; ■ um descarregador/separador (93), adaptado para condensar o vapor aquoso em circulação, de modo a ter capacidade para reutilizar o mesmo em um modo contínuo; ■ uma bomba de alta pressão (94), adaptada para recircular a água condensada; ■ um "injetor” (97), adaptado para provocar melhores condições para a introdução do vapor superaquecido no circuito; um "trocador” (98), uma bomba (99), um primeiro "recuperador” (100), um segundo recuperador (101), adaptado para manter a unidade de acionamento (1) em uma temperatura de operação ideal e para recuperar adicionalmente energia dos gases de combustão, antes de sua descarga na atmosfera.

[0108] Em particular, o movimento do fluido de circulação na máquina de calor é condicionado pelo movimento giratório dos pistões, que, provocando-se a abertura/fechamento das aberturas de entrada/descarga, geram o efeito “pulsante” de alta frequência muito particular que caracteriza esse novo ciclo de calor. Por exemplo, uma velocidade de rotação de 1.000 rpm do eixo primário corresponde exatamente a 100 pulsos por segundo do fluido térmico circulante).

Descrição dos diagramas e desenhos

[0109] Com referência aos diagramas e desenhos anexos, nota-se que os mesmos são apenas fornecidos a título de ilustração e não a título de ilustração; em que: ■ A figura 1 mostra uma vista frontal esquemática de uma unidade de acionamento utilizável na presente invenção; ■ A figura 2a ilustra uma vista transversal lateral do corpo central da unidade de acionamento da figura 1; ■ A figura 2b é uma vista transversal lateral de uma variante do corpo central da unidade de acionamento da figura 1, com uma seção do sistema de transmissão de movimento; ■ A figura 3 ilustra uma vista frontal do trem de engrenagens de três ressaltos que formam parte do sistema de transmissão de movimento da unidade de acionamento da figura 1; ■ A figura 4 ilustra o diagrama de operação do ciclo de Ericsson de circuito fechado executado com um motor dotado de pistões com movimento recíproco; ■ A figura 5 ilustra o diagrama de operação de uma máquina de calor com um ciclo de Joule de circuito fechado executado com uma turbina de eixo único; ■ A figura 6 ilustra esquematicamente uma primeira modalidade possível de uma máquina de calor de acordo com a presente invenção em uma configuração "circuito aberto” caracterizada pelo uso de um fluido térmico composto de ar com a injeção de água; ■ A figura 7 ilustra esquematicamente uma segunda modalidade possível de uma máquina de calor de acordo com a presente invenção, em uma configuração de "circuito fechado", caracterizada pelo uso de um fluido térmico composto de ar com a injeção de condensado de vapor aquoso; ■ A figura 8 ilustra esquematicamente uma terceira modalidade possível de uma máquina de calor de acordo com a presente invenção, em uma configuração de "circuito fechado", caracterizada pelo uso de um fluido térmico composto de ar com a injeção de vapor aquoso saturado; ■ A figura 9 ilustra um diagrama funcional que mostra a recuperação de energia obtenível através da vaporização de água condensada; ■ A figura 10 ilustra um diagrama funcional que mostra o aumento de energia obtenível através da vaporização de água condensada e com o uso de vapor aquoso superaquecido no ciclo; ■ A figura 11 ilustra esquematicamente uma quarta modalidade possível de uma máquina de calor de acordo com a presente invenção, em uma configuração de "circuito fechado", caracterizada pelo uso de um fluido térmico composto de ar com a injeção de vapor aquoso superaquecido; ■ A figura 12 ilustra esquematicamente uma quinta modalidade possível de uma máquina de calor de acordo com a presente invenção, em uma configuração de "circuito fechado", caracterizada pelo uso de um fluido térmico composto de ar com a injeção de vapor aquoso superaquecido e dotada de um sistema de recuperação de energia com estabilização térmica da unidade de acionamento; ■ A figura 13 mostra um alargamento de uma porção da máquina de calor de acordo com a presente invenção; essa porção é idêntica para as configurações mostradas nas figuras 6, 7, 8, 11 e 12.

Descrição detalhada da unidade de acionamento empregada na máquina de calor

[0110] Com referência às figuras 1, 2a, 2b, 3, (1) denota em sua totalidade a "unidade de acionamento” empregada como "compressor/expansor” em um novo "ciclo de calor pulsante” que opera, de preferência, com ar quente e vapor aquoso.

[0111] A unidade de acionamento 1 compreende um invólucro 2 que delimita internamente uma base 3.

[0112] Na modalidade não limitativa ilustrada, o invólucro 2 é constituído de duas metades 2a, 2b unidas.

[0113] Alojado na base 3, há um primeiro rotor 4 e um segundo rotor 5, que giram em torno de um mesmo eixo geométrico "X-X”.

[0114] O primeiro rotor 4 tem um primeiro corpo cilíndrico 6 e três primeiros elementos 7a, 7b, 7c que se estendem radialmente a partir do primeiro corpo cilíndrico 6 e são rigidamente conectados ou integrados entre si.

[0115] O segundo rotor 5 tem um segundo corpo cilíndrico 8 e três segundos elementos 9a, 9b, 9c que se estendem radialmente a partir do segundo corpo cilíndrico 8 e são rigidamente conectados ou integrados entre si.

[0116] Os elementos 7a, 7b, 7c do rotor 4 são angularmente equidistantes entre si, isto é, cada elemento é separado do elemento adjacente em média por um ângulo "α” de 120° (medido entre os planos de simetria de cada elemento).

[0117] Os elementos 9a, 9b, 9c do rotor 5 são angularmente equidistantes entre si, isto é, cada elemento é separado do elemento adjacente em média por um ângulo "α” de 120° (medido entre os planos de simetria de cada elemento).

[0118] O primeiro e o segundo corpos cilíndricos 6, 8 são colocados lado a lado nas respectivas bases 10, 11 e são coaxiais.

[0119] Ademais, os três primeiros elementos 7a, 7b, 7c do primeiro rotor 4 se estendem ao longo de uma direção axial e têm uma porção de projeção disposta em uma posição que é radialmente externa ao segundo corpo cilíndrico 8 do segundo rotor 5.

[0120] Ademais, os três segundos elementos 9a, 9b, 9c do segundo rotor 5 se estendem ao longo de uma direção axial e têm uma porção de projeção disposta em uma posição que é radialmente externa ao primeiro corpo cilíndrico 6 do primeiro rotor 4.

[0121] Os três primeiros elementos 7a, 7b, 7c são alternados com os três segundos elementos 9a, 9b, 9c ao longo da extensão circunferencial da câmara anular 12.

[0122] Cada um dentre o primeiro e o segundo elementos 7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c tem, em uma seção radial (figura 1),um perfil substancialmente trapezoidal que converge em direção ao eixo geométrico de rotação "X-X" e, em uma seção axial (figura 2a,2b), um perfil substancialmente circular ou retangular.

[0123] Cada um dentre o primeiro e o segundo elementos 7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c tem um tamanho angular, determinado simplesmente a título de aproximação e não a título de limitação, de cerca de 38°.

[0124] As superfícies periféricas que são radialmente externas ao primeiro e ao segundo corpos cilíndricos 6, 8 delimitam, juntamente com uma superfície interna da base 3, uma câmara anular 12.

[0125] A câmara anular 12 é, portanto, dividida em “câmaras de rotação” de volume variável 13', 13", 13"',14', 14", 14'" pelo primeiro e pelo segundo elementos 7a,7b, 7c, 9a, 9b, 9c. Em particular, cada “câmara de rotação” de volume variável é delimitada (além da superfície radialmente interna ao invólucro 2 e da superfície radialmente externa aos corpos cilíndricos 6, 8) por um dos primeiros elementos 7a, 7b, 7c e um dos segundos elementos 9a, 9b, 9c.

[0126] Na primeira figura 2a, cada um dentre o primeiro e o segundo elementos 7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c tem, em uma seção axial dos mesmos, um perfil substancialmente circular e a câmara anular 12 tem, do mesmo modo, uma seção transversal circular definida como "toroidal”.

[0127] Na variante na figura 2b, cada um dentre o primeiro e o segundo elementos 7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c tem, em uma seção axial dos mesmos, um perfil retangular (ou quadrado) e a câmara anular 12 do mesmo modo tem uma seção transversal retangular (ou quadrada).

[0128] Ent re as paredes internas da câmara anular 12 e cada um dentre o primeiro e o segundo elementos mencionados acima 7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c permanece um interespaço de modo a permitir o movimento giratório dos pistões 4, 5 e o deslizamento dos elementos 7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c na própria câmara 12.

[0129] O primeiro e o segundo elementos 7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c são os pistões da unidade de acionamento 1 ilustrada e as câmaras de rotação de volume variável 13', 13", 13'", 14', 14", 14'" são as câmaras para a compressão e/ou expansão do fluido de trabalho da dita unidade de acionamento 1.

[0130] As aberturas de entrada ou descarga 15', 16', 15", 16", 15'", 16'" (de tamanho e formato adequados) são moldadas em uma parede radialmente externa ao invólucro 2; as mesmas se abrem na câmara anular 12 e estão em comunicação fluida com condutos externos à câmara anular 12, ilustrada adicionalmente abaixo.

[0131] Cada abertura de descarga ou entrada 15', 16', 15", 16", 15'", 16'" é angularmente espaçada de uma maneira apropriada de modo a se adaptar às exigências de cada configuração funcional individual diferente da unidade de acionamento 1.

[0132] A unidade de acionamento 1 compreende adicionalmente um eixo primário 17 paralelo e distanciado do eixo geométrico de rotação "X-X" e montado de modo giratório no invólucro 2 e uma transmissão 18 mecanicamente interposta entre o eixo primário 17 e os rotores 4, 5.

[0133] A transmissão 18 compreende um primeiro eixo auxiliar 19 no qual o primeiro rotor 4 é encaixado e um segundo eixo auxiliar 20 no qual o segundo rotor 5 é encaixado. O primeiro e o segundo eixos auxiliares 19, 20 são coaxiais com o eixo geométrico de rotação "X-X". O segundo eixo auxiliar 20 é tubular e se aloja dentro de uma porção do primeiro eixo auxiliar 19. O primeiro eixo auxiliar 19 pode girar no segundo eixo auxiliar 20 e o segundo eixo auxiliar 20 pode girar no invólucro 2.

[0134] Uma primeira engrenagem de três ressaltos 23 é encaixada no eixo primário 17. Uma segunda engrenagem de três ressaltos 24 é encaixada no eixo primário 17 próximo à primeira. A segundo engrenagem de três ressaltos 24 é montada no eixo primário 17 angularmente deslocada em relação à primeira engrenagem de três ressaltos 23 por um ângulo "Δ" de 60°. As duas engrenagens de três ressaltos 23 e 24 giram juntas em conjunto com o eixo primário 17.

[0135] Uma terceira engrenagem de três ressaltos 25 é encaixada no primeiro eixo auxiliar 19 (de modo a girar integralmente com a mesma) e os dentes da mesma enredam de maneira precisa com os dentes da primeira engrenagem de três ressaltos 23.

[0136] Uma quarta engrenagem de três ressaltos 26 é encaixada no segundo eixo auxiliar 20 (de modo a girar integralmente com a mesma) e os dentes da mesma enredam de maneira precisa com os dentes da segunda engrenagem de três ressaltos 24.

[0137] Cada uma das engrenagens de três ressaltos mencionadas acima 23, 24, 25, 26 tem aproximadamente o perfil de um triângulo equilátero com vértices arredondados 27 e porções de conexão 28, interpostas entre os vértices 27, que podem ser côncavos, planos ou convexos.

[0138] A alteração do formato dos vértices 27 e das porções de conexão 28 das engrenagens possibilita o pré- estabelecimento do valor do movimento periódico angular dos eixos auxiliares 19, 20 durante seu movimento giratório.

[0139] A estrutura da transmissão 18 é de modo que, durante uma revolução completa do eixo primário 17, os dois rotores 4, 5 também executem uma revolução completa, mas com velocidades angulares periodicamente variáveis, deslocadas uma da outra, que induzem os pistões adjacentes 7a, 9a; 7b, 9b; 7c, 9c a se afastarem e se aproximarem um do outro três vezes durante uma revolução completa de 360°. Portanto, cada uma das seis câmaras de volume variável 13', 13", 13"', 14', 14", 14'" se expandem três vezes e entram em contato três vezes em cada revolução completa do eixo primário 17.

[0140] Em outras palavras, os pares de pistões adjacentes dos seis pistões 7a, 7b, 7c; 9a, 9b, 9c são móveis, durante sua rotação em uma velocidade angular periodicamente variável na câmara anular 12, entre uma primeira posição, em que as duas faces dos pistões adjacentes se encontram substancialmente próximas uma da outra, e uma segunda posição, em que as mesmas faces são angularmente separadas pelo máximo permitido. Simplesmente a título de exemplo, na primeira posição, as duas faces dos pistões adjacentes são angularmente separadas uma da outra por cerca de 1 °, enquanto na segunda posição, as mesmas duas faces são angularmente separadas uma da outra por cerca de 81 °.

[0141] As seis câmaras de volume variável 13', 13", 13'", 14', 14", 14'" são constituídas de um primeiro grupo de três câmaras 13', 13", 13'" e um segundo grupo de três câmaras 14', 14”, 14'”. Quando as três câmaras 13', 13", 13'" do primeiro grupo têm o volume mínimo (pistões próximos entre si na distância recíproca mínima), as outras três câmaras 14', 14", 14'" (do segundo grupo) têm o volume máximo (pistões na distância recíproca máxima).

[0142] Com o propósito de melhor esclarecer e destacar os aspectos inovadores da presente invenção, as cinco configurações funcionais principais serão descritas abaixo de uma maneira precisa e detalhada.

[0143] A fim de descrever a operação da máquina de calor (121) inovadora, configurada para operar com um "ciclo de calor pulsante” de acordo com a presente invenção, é necessário começar observando que na unidade de acionamento (1), em cada uma das seis câmaras de volume periodicamente variável (13', 13", 13'", 14', 14", 14'"), cada uma delimitada pelos dois pistões adjacentes entre si e girando dentro do cilindro anular, a sucção diversificada, funções de compressão, expansão e expulsão são realizadas periodicamente.

[0144] A figura 13 mostra um alargamento de uma porção da máquina de calor de acordo com a presente invenção; essa porção se refere à unidade de acionamento empregada, de modo idêntico, nas cinco configurações que são mostradas nas figuras 6, 7, 8, 11 e 12, e são a matéria das seguintes cinco descrições (A, B, C, D, E). Os números de referência incluídos na figura 13, usados para identificar os elementos da unidade de acionamento 1 e sua conexão aos componentes da máquina de calor 121, são aplicáveis aos elementos correspondentes mostrados nas figuras 6, 7, 8, 11 e 12.

[0145] Para âmbito de simplicidade, nas seguintes cinco descrições (A, B, C, D, E), a trajetória seguida pelo fluido térmico nas seções diferentes do motor de calor (121) será explicada como se um único ciclo de calor completo estivesse envolvido. Realmente, para cada revolução do eixo de acionamento (que corresponde a um ângulo de revolução de 360°), não menos que seis ciclos de calor completos são executados.A. Descrição detalhada da máquina de calor 121 que opera de acordo com a configuração funcional representada na figura 6.

[0146] Em comparação aos próprios ciclos de Joule- Ericsson e à única "unidade de acionamento”, a novidade introduzida nessa configuração diz respeito à realização de um ciclo de operação "combinado”, em que o fluido térmico é uma mistura de ar e água (transformada em vapor); isso garante que a lubrificação do cilindro (em que os pistões deslizam) e garante que uma potência de unidade maior sejam obtidas, embora com uma ligeira diminuição da eficiência geral.

[0147] Com referência à figura 6, na posição em que os pistões são localizados, as seguintes etapas principais do ciclo podem ser identificadas:A1_Definição em movimento.

[0148] Not a-se primeiramente que todos os dispositivos de regulação e controle são alimentados através de uma linha elétrica auxiliar específica (não representada), o início da máquina de calor 121 ocorre da seguinte maneira: _o eixo primário 17 (visível na figura 2b) e todo o sistema de transmissão que move os seis pistões 7a,7b,7c,9a,9b,9c são definidos em rotação através do motor iniciador, criando, assim, a condição preliminar para o início do ciclo; _a bomba de medição para medir a água destilada 97b é ativada; _o ventilador 92 é ativado; _o queimador é ativado atuando-se a válvula de regulação 91 (que controla a injeção de combustível F) 40 e o processo de combustão é iniciado; _quando o fluido térmico circulante tiver alcançado a condição de operação mínima predeterminada, a unidade de acionamento 1 terá capacidade para produzir o trabalho necessário a fim de ter capacidade para ser executado remotamente. A2_Início do ciclo, que se inicia a partir da etapa de sucção de ar ambiente.

[0149] O ar succionado do ambiente à temperatura TT, passa para o interior do tubo 93, passa através da abertura de sucção 15"' e, seguindo o movimento contrário dos dois pistões 9c-7c, é succionado para o interior da câmara 13"'. A3_Etapa de compressão e recuperação do ar succionado.

[0150] Seguindo o movimento dos dois pistões 7c-9a um em direção ao outro, o ar anteriormente succionado é comprimido na câmara 14'” (até o limite, que é normalmente pré-definido com uma razão mínima de 1:4 e uma razão máxima de 1:20), submetido a um aumento de temperatura de TT para T2, passa através da abertura de descarga 16'", do tubo 44' e da válvula de verificação 44a e termina no tanque de compensação 44, em que permanece disponível para uso imediato. A4_Etapa de pré-aquecimento do fluido térmico comprimido.

[0151] Com a intermitência determinada pela rotação dos pistões e a abertura/fechamento resultante das aberturas de entrada 15', 15”, o ar flui a partir do tanque 44, passa através da tubo 44” e da válvula de verificação 44b, se desloca através do tubo 44”', e passa para o interior do regenerador 42 (em que é submetido a um aumento de temperatura de T2 para T2'). A5_Etapa de injetar água destilada no conduto de ar.

[0152] O ar, que sai do regenerador 42, se desloca através do tubo 42', passa através da válvula de verificação 42a e passa para o interior do tubo 42'”.

[0153] A água destilada é retirada do tanque 97a, se desloca através do tubo 97”, é levada a uma alta pressão na bomba de medição 97b e, à temperatura Tc, é transportada no tubo 97'” e, por meio do injetor 97, a mesma é introduzida no tubo 42'” em que, como resultado da mistura, a mistura assim formada é submetida a uma diminuição de temperatura de T2' para T2”. A6_Etapa de superaquecimento do fluido térmico circulante.

[0154] O fluido térmico misturado se desloca através do tubo 97', passa através do aquecedor 41 (adjacente à câmara de combustão 40A e dotada do queimador de combustível múltiplo 40), em que recebe energia térmica e aumenta a temperatura de T2” para T3. A7_Etapa de expansão do fluido térmico superaquecido e produção de um trabalho útil.

[0155] Quando os pistões 7a-7b, ao girar no cilindro anular na direção de movimento indicada pelas setas, abrem as aberturas de entrada 15'-15”, o fluido térmico superaquecido que flui através dos tubos 4T-41"-4T" é introduzido nas câmaras de expansão 13' e 13”, em que o mesmo é expandido (diminuindo a temperatura de T3 para T4) e, ao fazer com que os pistões girem, o mesmo produz trabalho útil.A8_Etapa de expulsão e de recuperação de energia do fluido térmico exaurido.

[0156] Seguindo o movimento dos pistões 7a-9b e 7b-9c um em direção ao outro, as câmaras 14' e 14" diminuem de volume, o fluido térmico exaurido (já expandido no ciclo anterior) é expelido a partir da unidade de acionamento 1, passa através das duas aberturas de descarga 16'-16", flui através dos tubos 45'-45"-45'”, passa através do regenerador 42 (onde retira a parte da energia-calor que ainda possui e é submetido a uma diminuição de temperatura de T4 para T4') e então, passa através do tubo 42”, é descarregado na atmosfera, em que o ciclo de calor é, assim, concluído.A9_Recuperação de energia com uma redução da temperatura dos gases de combustão.

[0157] Dado que a função prevista para a máquina de calor consiste também em fornecer energia-calor a ser destinado para os usos auxiliares (produção e/ou aquecimento de espaço de água quente doméstica, etc.), antes de os gases quentes serem descarregados na atmosfera (através do conduto 102), toda sua energia residual é recuperada reduzindo-se sua temperatura o máximo possível (também é possível recuperar mais energia através de sua condensação possível). Para alcançar esse propósito, é feito uso de um circuito hidráulico específico, em que o seguinte modo de conveniência é adotado: o fluido térmico entrante (normalmente água) dos usos auxiliares 103 passa para o interior do tubo 103' e, empurrado pela bomba de circulação 104, passa para o interior do tubo 104', alcança o recuperador 101 à temperatura baixa Tf e, então, passa através do mesmo, devido à redução da temperatura dos gases S a partir de Th7 para Th2, o mesmo adquire energia-calor e se aquece até a temperatura mais elevada Tg, de modo a ser disponível, através do tubo 101’, para os usos auxiliares 130, e para o propósito pretendido.

B. Descrição detalhada da máquina de calor 121 que opera de acordo com a configuração funcional representada na figura 7.

[0158] Em comparação aos próprios ciclos de Joule- Ericsson e à única "unidade de acionamento”, a novidade introduzida nessa configuração diz respeito à realização de um ciclo de operação "combinado”, em que o fluido térmico é uma mistura de ar e água (transformada em vapor); isso garante que a lubrificação do cilindro (em que os pistões deslizam) e garante que uma potência de unidade maior sejam obtidas, embora com uma ligeira diminuição da eficiência geral.

[0159] Com referência à figura 7, na posição em que os pistões são localizados, as seguintes etapas principais do ciclo podem ser identificadas:B1 _Definição em movimento da máquina de calor 121.

[0160] Not a-se primeiramente que todos os dispositivos de regulação e controle são alimentados através de uma linha elétrica auxiliar específica (não representada), o início da máquina de calor 121 ocorre da seguinte maneira: _o eixo primário 17 (visível na figura 2b) e todo o sistema de transmissão que move os seis pistões 7a,7b,7c,9a,9b,9c são definidos em rotação através do motor iniciador, criando, assim, a condição preliminar para o início do ciclo; _a bomba de água condensada 94 é ativada; _o ventilador 92 é ativado; _o queimador 40 é ativado atuando-se na válvula de regulação 91 (que controla a injeção de combustível F) e o processo de combustão é iniciado; _quando o fluido térmico circulante tiver alcançado a condição de operação mínima predeterminada, a unidade de acionamento 1 terá capacidade para produzir o trabalho necessário a fim de ter capacidade para ser executado remotamente. B2_Início do ciclo, que se inicia a partir da Etapa de sucção do fluido térmico resfriado.

[0161] O fluido térmico, que sai do resfriador 43 à temperatura T1, passa para o interior do tubo 43', passa através do separador de condensado 93 (em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar), passa para o interior do tubo 93' à temperatura TT, passa através da abertura de sucção 15'" e, seguindo o movimento contrário dos dois pistões 9c-7c, é succionado para o interior da câmara 13'". B3_Etapa de compressão e recuperação do fluido térmico succionado.

[0162] Seguindo o movimento dos dois pistões 7c-9a um em direção ao outro, o ar anteriormente succionado é comprimido na câmara 14'” (até o limite, que é normalmente pré-definido com uma razão mínima de 1:4 e uma razão máxima de 1:20), submetido a um aumento de temperatura de TT para T2, passa através da abertura de descarga 16'", do tubo 44' e da válvula de verificação 44a e termina no tanque de compensação 44, em que permanece disponível para uso imediato. B4_Etapa de pré-aquecimento do fluido térmico comprimido.

[0163] Com a intermitência determinada pela rotação dos pistões e a abertura/fechamento resultante das aberturas de entrada 15', 15”, o ar flui a partir do tanque 44, passa através da tubo 44” e da válvula de verificação 44b, se desloca através do tubo 44”', e passa para o interior do regenerador 42 (em que é submetido a um aumento de temperatura de T2 para T2'). B5_Etapa de extração de água condensada.

[0164] Empurrada pela bomba de alta pressão 94, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador 93, flui através dos tubos 93” e 94' (à temperatura T1”). B6_Etapa de injeção da água condensada no conduto de ar.

[0165] O ar, que sai do regenerador 42, se desloca através do tubo 42', passa através da válvula de verificação 42a e passa para o interior do tubo 42'” em que, através do injetor 97, a água condensada é introduzida. Como resultado da mistura do ar com a água condensada, a mistura é submetida a uma diminuição de temperatura de T2' para T2”. B7_Etapa de superaquecimento do fluido térmico circulante.

[0166] O fluido térmico misturado se desloca através do tubo 97', passa através do aquecedor 41 (adjacente à câmara de combustão 40A e dotada do queimador de combustível múltiplo 40), em que recebe energia térmica e aumenta a temperatura de T2” para T3. B8_Etapa de expansão do fluido térmico superaquecido e produção de um trabalho útil.

[0167] Quando os pistões 7a-7b, ao girar no cilindro anular na direção de movimento indicada pelas setas, abrem as aberturas de entrada 15'-15”, o fluido térmico superaquecido que flui através dos tubos 41'-41"-41'" é introduzido nas câmaras de expansão 13' e 13”, em que o mesmo é expandido (diminuindo a temperatura de T3 para T4) e, ao fazer com que os pistões girem, produz trabalho útil. B9_Etapa de expulsão e de recuperação de energia a partir do fluido térmico exaurido.

[0168] Seguindo o movimento dos pistões 7a-9b e 7b-9c um em direção ao outro, as câmaras 14' e 14" diminuem de volume, o fluido térmico exaurido (já expandido no ciclo anterior) é expelido a partir da unidade de acionamento 1, passa através das duas aberturas de descarga 16'-16", flui através dos tubos 45'-45"-45'”, passa através do regenerador 42 (onde retira a parte da energia-calor que ainda possui e é submetido a uma primeira diminuição de temperatura de T4 para T4'). B10_Conclusão do ciclo com resfriamento adicional do fluido térmico exaurido.

[0169] O fluido térmico passa para o interior do tubo 42” e alcança o resfriador 43, de onde o ciclo pode continuar e se repetir em um modo contínuo. B11_Recuperação de energia com a otimização do processo de pré-aquecimento do ar de combustão.

[0170] O ar de combustão retirado do ambiente é empurrado pelo ventilador 92 e passa para o interior do resfriador 43, onde o mesmo adquire energia e aumenta de temperatura de Th1 para Th3, facilitando, assim, o processo de combustão. B12_Recuperação de energia com uma redução da temperatura dos gases de combustão.

[0171] Dado que a função prevista para a máquina de calor consiste também em fornecer energia-calor a ser destinado para os usos auxiliares (produção e/ou aquecimento de espaço de água quente doméstica, etc.), antes de os gases quentes serem descarregados na atmosfera (através do conduto 102), toda sua energia residual é recuperada reduzindo-se sua temperatura o máximo possível (também é possível recuperar mais energia através de sua condensação possível). Para alcançar esse propósito, é feito uso de um circuito hidráulico específico, em que o seguinte modo de conveniência é adotado: o fluido térmico entrante (normalmente água) dos usos auxiliares 103 passa para o interior do tubo 103' e, empurrado pela bomba de circulação 104, passa para o interior do tubo 104', alcança o recuperador 101 à temperatura baixa Tf e, então, passa através do mesmo, devido à redução da temperatura dos gases S a partir de Th7 para Th2, o mesmo adquire energia-calor e se aquece até a temperatura mais elevada Tg, de modo a ser disponível, através do tubo 101’, para os usos auxiliares 130, e para o propósito pretendido.

C. Descrição detalhada da máquina de calor 121 que opera de acordo com a configuração funcional representada na figura 8.

[0172] Em comparação aos próprios ciclos de Joule- Ericsson e à única "unidade de acionamento”, a novidade introduzida nessa configuração diz respeito à realização de um ciclo de operação "combinado”, em que o fluido térmico é uma mistura de ar e água (transformada em vapor); isso garante que a lubrificação do cilindro (em que os pistões deslizam) e garante que uma potência de unidade maior sejam obtidas e uma melhoria da eficiência geral.

[0173] Com referência à figura 8, na posição em que os pistões são localizados, as seguintes etapas principais do ciclo podem ser identificadas:C1_Definição em movimento da máquina de calor 121.

[0174] Nota-se primeiramente que todos os dispositivos de regulação e controle são alimentados através de uma linha elétrica auxiliar específica (não representada), o início da máquina de calor 121 ocorre da seguinte maneira: _o eixo primário 17 (visível na figura 2b) e todo o sistema de transmissão que move os seis pistões 7a,7b,7c,9a,9b,9c são definidos em rotação através do motor iniciador, criando, assim, a condição preliminar para o início do ciclo; _ a bomba de água condensada 94 é ativada; _o ventilador 92 é ativado; _o queimador 40 é ativado atuando-se na válvula de regulação 91 (que controla a injeção de combustível F) e o processo de combustão é iniciado; _quando o fluido térmico circulante tiver alcançado a condição de operação mínima predeterminada, a unidade de acionamento 1 terá capacidade para produzir o trabalho necessário a fim de ter capacidade para ser executado remotamente. C2_Início do ciclo, que se inicia a partir da Etapa de sucção do fluido térmico resfriado.

[0175] O fluido térmico, que sai do resfriador 43 à temperatura T1, passa para o interior do tubo 43', passa através do separador de condensado 93 (em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar), passa para o interior do tubo 93' à temperatura TT, passa através da abertura de sucção 15'" e, seguindo o movimento contrário dos dois pistões 9c-7c, é succionado para o interior da câmara 13'". C3_Etapa de compressão e recuperação do fluido térmico succionado.

[0176] Seguindo o movimento dos dois pistões 7c-9a um em direção ao outro, o ar anteriormente succionado é comprimido na câmara 14'” (até o limite, que é normalmente pré-definido com uma razão mínima de 1:4 e uma razão máxima de 1:20), submetido a um aumento de temperatura de TT para T2, passa através da abertura de descarga 16'", do tubo 44' e da válvula de verificação 44a e termina no tanque de compensação 44, em que permanece disponível para uso imediato. C4_Etapa de pré-aquecimento do fluido térmico comprimido.

[0177] Com a intermitência determinada pela rotação dos pistões e a abertura/fechamento resultante das aberturas de entrada 15', 15”, o ar flui a partir do tanque 44, passa através da tubo 44” e da válvula de verificação 44b, se desloca através do tubo 44”', e passa para o interior do regenerador 42 (em que é submetido a um aumento de temperatura de T2 para T2'). C5_Etapa de vaporização/superaquecimento da água condensada.

[0178] Empurrada pela bomba de alta pressão 94, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador 93, flui através dos tubos 93” e 94', passa através do evaporador 95, onde é aquecida/vaporizada (alterando de estado de um líquido para um vapor, com um aumento de temperatura de T1” a Ta). C6_Etapa de injeção do vapor saturado no conduto de ar.

[0179] O ar, que sai do regenerador 42, se desloca através do tubo 42', passa através da válvula de verificação 42a e passa para o interior do tubo 42'” onde, através do injetor 97, o vapor saturado transportado no tubo 95' é introduzido. Como resultado da mistura do ar com o vapor saturado, o fluido térmico é submetido a um aumento de massa e à diminuição de temperatura de T2' para T2”. C7_Etapa de superaquecimento do fluido térmico circulante.

[0180] O fluido térmico misturado se desloca através do tubo 97', passa através do aquecedor 41 (adjacente à câmara de combustão 40A e dotada do queimador de combustível múltiplo 40), em que recebe energia térmica e aumenta a temperatura de T2” para T3. C8_Etapa de expansão do fluido térmico superaquecido e produção de um trabalho útil.

[0181] Quando os pistões 7a-7b, ao girar no cilindro anular na direção de movimento indicada pelas setas, abrem as aberturas de entrada 15'-15”, o fluido térmico superaquecido que flui através dos tubos 41'-41"-41'" é introduzido nas câmaras de expansão 13' e 13”, em que o mesmo é expandido (diminuindo a temperatura de T3 para T4) e, ao fazer com que os pistões girem, produz trabalho útil. C9_Etapa de expulsão e de recuperação de energia do fluido térmico exaurido.

[0182] Seguindo o movimento dos pistões 7a-9b e 7b-9c um em direção ao outro, as câmaras 14' e 14" diminuem de volume, o fluido térmico exaurido (já expandido no ciclo anterior) é expelido a partir da unidade de acionamento 1, passa através das duas aberturas de descarga 16'-16", flui através dos tubos 45'-45"-45'”, passa através do regenerador 42 (onde retira a parte da energia-calor que ainda possui e é submetido a uma primeira diminuição de temperatura de T4 para T4'), passa, então, para o interior do tubo 42”, passa através do evaporador 95, onde retira novamente a parte da energia-calor que possui e é submetido a uma segunda diminuição de temperatura de T4' a T4”, permitindo a recuperação de energia útil, que é esquematicamente representada na área Q95 na figura 9. C10_Conclusão do ciclo com resfriamento adicional do fluido térmico exaurido.

[0183] O fluido térmico passa para o interior do tubo 95” e alcança o resfriador 43, de onde o ciclo pode continuar e se repetir em um modo contínuo. C11_Recuperação de energia com a otimização do processo de pré-aquecimento do ar de combustão.

[0184] O ar de combustão retirado do ambiente é empurrado pelo ventilador 92 e passa para o interior do resfriador 43, onde o mesmo adquire energia e aumenta de temperatura de Th1 para Th3, facilitando, assim, o processo de combustão. C12_Recuperação de energia com uma redução da temperatura dos gases de combustão.

[0185] Dado que a função prevista para a máquina de calor consiste também em fornecer energia-calor a ser destinado para os usos auxiliares (produção e/ou aquecimento de espaço de água quente doméstica, etc.), antes de os gases quentes serem descarregados na atmosfera (através do conduto 102), toda sua energia residual é recuperada reduzindo-se sua temperatura o máximo possível (também é possível recuperar mais energia através de sua condensação possível). Para alcançar esse propósito, é feito uso de um circuito hidráulico específico, em que o seguinte modo de conveniência é adotado: o fluido térmico entrante (normalmente água) dos usos auxiliares 103 passa para o interior do tubo 103' e, empurrado pela bomba de circulação 104, passa para o interior do tubo 104', alcança o recuperador 101 à temperatura baixa Tf e, então, passa através do mesmo, devido à redução da temperatura dos gases S a partir de Th7 para Th2, o mesmo adquire energia-calor e se aquece até a temperatura mais elevada Tg, de modo a ser disponível, através do tubo 101’, para os usos auxiliares 130, e para o propósito pretendido.

D. Descrição detalhada da máquina de calor 121 que opera de acordo com a configuração funcional representada na figura 11.

[0186] Em comparação aos próprios ciclos de Joule- Ericsson e à única "unidade de acionamento”, a novidade introduzida nessa configuração diz respeito à realização de um ciclo de operação "combinado”, em que o fluido térmico é uma mistura de ar e água (transformada em vapor superaquecido); isso garante que a lubrificação do cilindro (em que os pistões deslizam) e garante que uma potência de unidade maior sejam obtidas e uma melhoria da eficiência geral.

[0187] Com referência à figura 11, na posição em que os pistões são localizados, as seguintes etapas principais do ciclo podem ser identificadas: D1_Definição em movimento da máquina de calor 121.

[0188] Nota-se primeiramente que todos os dispositivos de regulação e controle são alimentados através de uma linha elétrica auxiliar específica (não representada), o início da máquina de calor 121 ocorre da seguinte maneira: _o eixo primário 17 (visível na figura 2b) e todo o sistema de transmissão que move os seis pistões 7a,7b,7c,9a,9b,9c são definidos em rotação através do motor iniciador, criando, assim, a condição preliminar para o início do ciclo; _a bomba de água condensada 94 é ativada; _o ventilador 92 é ativado; _o queimador 40 é ativado atuando-se na válvula de regulação 91 (que controla a injeção de combustível F) e o processo de combustão é iniciado; _quando o fluido térmico circulante tiver alcançado a condição de operação mínima predeterminada, a unidade de acionamento 1 terá capacidade para produzir o trabalho necessário a fim de ter capacidade para ser executado remotamente. D2_Início do ciclo, que se inicia a partir da Etapa de sucção do fluido térmico resfriado.

[0189] O fluido térmico, que sai do resfriador 43 à temperatura T1, passa para o interior do tubo 43', passa através do separador de condensado 93 (em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar), passa para o interior do tubo 93' à temperatura T1', passa através da abertura de sucção 15'" e, seguindo o movimento contrário dos dois pistões 9c-7c, é succionado para o interior da câmara 13'". D3_Etapa de compressão e recuperação do fluido térmico succionado.

[0190] Seguindo o movimento dos dois pistões 7c-9a um em direção ao outro, o ar anteriormente succionado é comprimido na câmara 14'” (até o limite, que é normalmente pré-definido com uma razão mínima de 1:4 e uma razão máxima de 1:20), submetido a um aumento de temperatura de TT para T2, passa através da abertura de descarga 16'", do tubo 44' e da válvula de verificação 44a e termina no tanque de compensação 44, em que permanece disponível para uso imediato. D4_Etapa de pré-aquecimento do fluido térmico comprimido.

[0191] Com a intermitência determinada pela rotação dos pistões e a abertura/fechamento resultante das aberturas de entrada 15', 15”, o ar flui a partir do tanque 44, passa através da tubo 44” e da válvula de verificação 44b, se desloca através do tubo 44'”, e passa para o interior do regenerador 42 (em que é submetido a um aumento de temperatura de T2 para T2'). D5_Etapa de vaporização/superaquecimento da água condensada.

[0192] Empurrada pela bomba de alta pressão 94, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador 93, flui através dos tubos 93” e 94', passa através do evaporador 95, onde é aquecida/vaporizada (alterando de estado de um líquido para um vapor, com um aumento de temperatura de T1” para Ta), se desloca através do tubo 95', passa através do superaquecedor 96 (onde adquire energia adicional e aumenta de temperatura de Ta para Tb). D6_Etapa de injeção do vapor superaquecido no conduto de ar.

[0193] O ar, que sai do regenerador 42, se desloca através do tubo 42', passa através da válvula de verificação 42a e passa para o interior do tubo 42'” onde, através do injetor 97, o vapor superaquecido transportado no tubo 96' é introduzido. Como resultado da mistura do ar com o vapor superaquecido, o fluido térmico é submetido a um aumento de energia e aumento de temperatura de T2' para T2”, permitindo a recuperação de energia útil, que é esquematicamente representada na área Q96 na figura 10. D7_Etapa de superaquecimento do fluido térmico circulante.

[0194] O fluido térmico misturado se desloca através do tubo 97', passa através do aquecedor 41 (adjacente à câmara de combustão 40A e dotada do queimador de combustível múltiplo 40), em que recebe energia térmica e aumenta a temperatura de T2” para T3. D8_Etapa de expansão do fluido térmico superaquecido e produção de um trabalho útil.

[0195] Quando os pistões 7a-7b, ao girar no cilindro anular na direção de movimento indicada pelas setas, abrem as aberturas de entrada 15'-15”, o fluido térmico superaquecido que flui através dos tubos 41'-41"-41'" é introduzido nas câmaras de expansão 13' e 13”, em que o mesmo é expandido (diminuindo a temperatura de T3 para T4) e, ao fazer com que os pistões girem, produz trabalho útil. D9_Etapa de expulsão e de recuperação de energia a partir do fluido térmico exaurido.

[0196] Seguindo o movimento dos pistões 7a-9b e 7b-9c um em direção ao outro, as câmaras 14' e 14" diminuem de volume, o fluido térmico exaurido (já expandido no ciclo anterior) é expelido a partir da unidade de acionamento 1, passa através das duas aberturas de descarga 16’-16", flui através dos tubos 45'-45"-45”', passa através do regenerador 42 (onde retira a parte da energia-calor que ainda possui e é submetido a uma primeira diminuição de temperatura de T4 para T4'), passa, então, para o interior do tubo 42”, passa através do evaporador 95, onde retira novamente a parte da energia-calor que possui e é submetido a uma segunda diminuição de temperatura de T4' a T4”, permitindo a recuperação de energia útil, que é esquematicamente representada na área Q95 na figura 10. D10_Conclusão do ciclo com resfriamento adicional do fluido térmico exaurido.

[0197] O fluido térmico passa para o interior do tubo 95” e alcança o resfriador 43, de onde o ciclo pode continuar e se repetir em um modo contínuo. D11_Recuperação de energia com a otimização do processo de pré-aquecimento do ar de combustão.

[0198] O ar de combustão retirado do ambiente é empurrado pelo ventilador 92 e passa para o interior do resfriador 43, onde o mesmo adquire energia e aumenta de temperatura de Th1 para Th3, facilitando, assim, o processo de combustão. D12_Recuperação de energia com uma redução da temperatura dos gases de combustão.

[0199] Dado que a função prevista para a máquina de calor consiste também em fornecer calor de energia a ser destinado para os usos auxiliares (produção e/ou aquecimento de espaço de água quente doméstica, etc.), antes de os gases quentes serem descarregados na atmosfera (através do conduto 102), os mesmos são primeiramente feitos para passar através do superaquecedor 96 (onde sua temperatura é reduzida de Th7 para Th6) e, então, toda sua energia residual é recuperada reduzindo-se sua temperatura o máximo possível (também é possível recuperar mais energia através de sua condensação possível). Para alcançar esse propósito, é feito uso de um circuito hidráulico específico, em que o seguinte modo de conveniência é adotado: o fluido térmico entrante (normalmente água) dos usos auxiliares 103 passa para o interior do tubo 103' e, empurrado pela bomba de circulação 104, passa para o interior do tubo 104', alcança o recuperador 101 à temperatura baixa Tf e, então, passa através do mesmo, devido à redução da temperatura dos gases S a partir de Th6 para Th2, o mesmo adquire energia-calor e se aquece até a temperatura mais elevada Tg, de modo a ser disponível, através do tubo 101’, para os usos auxiliares 130, e para o propósito pretendido.

E. Descrição detalhada da máquina de calor 121 que opera de acordo com a configuração funcional mais completa, representada na figura 12.

[0200] Em comparação aos próprios ciclos de Joule- Ericsson e à única "unidade de acionamento”, a novidade introduzida nessa configuração diz respeito à realização de um ciclo de operação "combinado”, em que o fluido térmico é uma mistura de ar e água (transformada em vapor superaquecido); isso garante que a lubrificação do cilindro (em que os pistões deslizam) e garante que uma potência de unidade maior sejam obtidas e uma melhoria considerável da eficiência geral.

[0201] Com referência à figura 12, na posição em que os pistões são localizados, as seguintes etapas principais do ciclo podem ser identificadas:E1_Definição em movimento da máquina de calor 121.

[0202] Nota-se primeiramente que todos os dispositivos de regulação e controle são alimentados através de uma linha elétrica auxiliar específica (não representada), o início da máquina de calor 121 ocorre da seguinte maneira: _o eixo primário 17 (visível na figura 2b) e todo o sistema de transmissão que move os seis pistões 7a,7b,7c,9a,9b,9c são definidos em rotação através do motor iniciador, criando, assim, a condição preliminar para o início do ciclo; _a bomba de água condensada 94 é ativada; _a bomba de água 99 é eletricamente alimentada; _o ventilador 92 é ativado; _o queimador 40 é ativado atuando-se na válvula de regulação 91 (que controla a injeção de combustível F) e o processo de combustão é iniciado; _quando o fluido térmico circulante tiver alcançado a condição de operação mínima predeterminada, a unidade de acionamento 1 terá capacidade para produzir o trabalho necessário a fim de ter capacidade para ser executado remotamente.E2_Início do ciclo, que se inicia a partir da Etapa de sucção do fluido térmico resfriado.

[0203] O fluido térmico, que sai do resfriador 43 à temperatura T1, passa para o interior do tubo 43', passa através do separador de condensado 93 (em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar), passa para o interior do tubo 93' à temperatura TT, passa através da abertura de sucção 15'" e, seguindo o movimento contrário dos dois pistões 9c-7c, é succionado para o interior da câmara 13'".E3_Etapa de compressão e recuperação do fluido térmico succionado.

[0204] Seguindo o movimento dos dois pistões 7c-9a um em direção ao outro, o ar anteriormente succionado é comprimido na câmara 14'” (até o limite, que é normalmente pré-definido com uma razão mínima de 1:4 e uma razão máxima de 1:20), submetido a um aumento de temperatura de TT para T2, passa através da abertura de descarga 16'", do tubo 44' e da válvula de verificação 44a e termina no tanque de compensação 44, em que permanece disponível para uso imediato.E4_Etapa de pré-aquecimento do fluido térmico comprimido.

[0205] Com a intermitência determinada pela rotação dos pistões e a abertura/fechamento resultante das aberturas de entrada 15', 15”, o ar flui a partir do tanque 44, passa através da tubo 44” e da válvula de verificação 44b, se desloca através do tubo 44'”, e passa para o interior do regenerador 42 (em que é submetido a um aumento de temperatura de T2 para T2'). E5_Etapa de vaporização/superaquecimento da água condensada.

[0206] Empurrada pela bomba de alta pressão 94, a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador 93, flui através dos tubos 93” e 94' à temperatura T1”, passa através do evaporador 95, onde é aquecida/vaporizada (alterando de estado de um líquido para um vapor, com um aumento de temperatura de T1” para Ta), se desloca através do tubo 95”, passa através do superaquecedor 96 (onde adquire energia adicional e é submetida a um aumento de temperatura de Ta a Tb). E6_Etapa de injeção do vapor superaquecido no conduto de ar.

[0207] O ar, que sai do regenerador 42, se desloca através do tubo 42', passa através da válvula de verificação 42a e passa para o interior do tubo 42”' onde, através do injetor 97, o vapor superaquecido transportado no tubo 96' é introduzido. Como resultado da mistura do ar com o vapor superaquecido, o fluido térmico é submetido a um aumento de energia e sua temperatura aumenta de T2' para T2", permitindo a recuperação de energia útil, que é esquematicamente representada na área Q96 na figura 10. E7_Etapa de superaquecimento do fluido térmico circulante.

[0208] O fluido térmico misturado se desloca através do tubo 97', passa através do aquecedor 41 (adjacente à câmara de combustão 40A, dotada do queimador de combustível múltiplo 40), em que recebe energia térmica e aumenta a temperatura de T2” para T3. E8_Etapa de expansão do fluido térmico superaquecido e produção de um trabalho útil.

[0209] Quando os pistões 7a-7b, ao girar no cilindro anular na direção de movimento indicada pelas setas, abrem as aberturas de entrada 15'-15”, o fluido térmico superaquecido que flui através dos tubos 41'-41"-41'" é introduzido nas câmaras de expansão 13' e 13”, em que o mesmo é expandido (diminuindo a temperatura de T3 para T4) e, ao fazer com que os pistões girem, produz trabalho útil. E9_Etapa de expulsão e de recuperação de energia a partir do fluido térmico exaurido.

[0210] Seguindo o movimento dos pistões 7a-9b e 7b-9c um em direção ao outro, as câmaras 14' e 14" diminuem de volume, o fluido térmico exaurido (já expandido no ciclo anterior) é expelido a partir da unidade de acionamento 1, passa através das duas aberturas de descarga 16’-16", flui através dos tubos 45'-45"-45'”, passa através do regenerador 42 (onde retira a parte da energia-calor que ainda possui e é submetido a uma primeira diminuição de temperatura de T4 para T4'), passa, então, para o interior do tubo 42”, passa através do evaporador 95, onde retira novamente a parte da energia-calor que possui e é submetido a uma segunda diminuição de temperatura de T4' a T4”, permitindo a recuperação de energia útil, que é esquematicamente representada na área Q95 na figura 10.E10_Conclusão do ciclo com resfriamento adicional do fluido térmico exaurido.

[0211] O fluido térmico passa para o interior do tubo 95’ e alcança o resfriador 43, de onde o ciclo pode continuar e se repetir em um modo contínuo.E11_Resfriamento otimizado da unidade de acionamento 1, com recuperação de energia.

[0212] A água resfriada no recuperador 98 (à temperature Tc) é constantemente mantida em circulação pela bomba 99, flui através dos tubos 98'-99', passa através de um interespaço específico 2R formado na unidade de acionamento 1, (onde, ao realizar uma ação de resfriamento, é submetido a um aumento de temperatura de Tc a Td), se desloca através do tubo 2', passa através do recuperador 100 (onde adquire energia térmica, aumentando a temperatura de Td para Te), se desloca através do tubo 100' e, por fim, chega no recuperador 98, onde a trajetória termina. O interespaço 2R constitui uma unidade de resfriamento para a unidade de acionamento 1. Os tubos 2', 98', 99' e 100' constituem os tubos de resfriamento. O interespaço 2R (ou unidade de resfriamento) do primeiro recuperador 98, do segundo recuperador 100, da bomba de resfriamento 99 e do tubos de resfriamento constitui em conjunto um circuito de resfriamento da máquina de calor. E12_Recuperação de energia com a otimização do processo de pré-aquecimento do ar de combustão.

[0213] O ar de combustão retirado do ambiente à temperatura Th1 é empurrado pelo ventilador 92 e passa para o interior do resfriador 43 (onde adquire energia e aumenta de temperatura para Th3), passa para o interior do recuperador 98 (onde adquire mais energia e aumenta de temperatura para Th5).

[0214] O ar pré-aquecido é misturado no queimador 40 com o combustível transportado através da válvula de regulação 91 e é introduzido na câmara de combustão 40A, onde o gás, misturado a uma temperatura alta, pode ser submetido à combustão ideal, reduzindo, assim, emissões nocivas.E13_Recuperação de energia com uma redução na temperatura dos gases de combustão.

[0215] Os gases quentes produzidos por combustão à temperatura Th7 são primeiramente resfriados à temperatura Th6 (que passa através do superaquecedor 96), então, adicionalmente resfriados à temperatura Th4 (que passa através do recuperador 100) e, então, dado que a função prevista para a máquina de calor também consiste em fornecer energia-calor a ser destinada para os usos auxiliares (produção e/ou aquecimento de espaço de água quente doméstica, etc.), antes de os gases quentes serem descarregados na atmosfera (através do conduto 102), toda sua energia residual é recuperada reduzindo-se sua temperatura o máximo possível (também é possível recuperar mais energia através de sua condensação possível). Para alcançar esse propósito, é feito uso de um circuito hidráulico específico, em que o seguinte modo de conveniência é adotado: o fluido térmico entrante (normalmente água) dos usos auxiliares 103 passa para o interior do tubo 103' e, empurrado pela bomba de circulação 104, passa para o interior do tubo 104', alcança o recuperador 101 à temperatura baixa Tf e, então, passa através do mesmo, devido à redução da temperatura dos gases a partir de Th4 para Th2, o mesmo adquire energia-calor e se aquece até a temperatura mais elevada Tg, de modo a ser disponível, através do tubo 101’, para os usos auxiliaries 130, e para o propósito pretendido.

[0216] Os tubos 101’, 103' e 104' constituem os tubos auxiliares. O recuperador auxiliar 101, a bomba auxiliar 104 e os tubos auxiliares juntos constituem um circuito de resfriamento da máquina de calor 121.

[0217] A invenção concebida desse modo é suscetível a várias modificações e variantes, todas as quais são abrangidas pelo escopo do conceito inventivo, e os componentes mencionados podem ser substituídos por outros elementos tecnicamente equivalentes.

[0218] A invenção alcança importantes vantagens. Primeiramente, a invenção permite que pelo menos algumas das desvantagens da técnica anterior sejam superadas.

[0219] Além disso, a máquina de calor e o método associado de acordo com a presente invenção têm capacidade para usar uma variedade de fontes de calor e para gerar energia mecânica (trabalho), visto que podem ser empregados em qualquer parte e para qualquer uso, mas, de preferência, para a produção de energia elétrica.

[0220] Além disso, a máquina de calor de acordo com a presente invenção é caracterizada por uma alta eficiência termodinâmica e uma razão entre peso e potência excelentes.

[0221] Além disso, a máquina de calor de acordo com a presente invenção é caracterizada por uma estrutura simples e fácil de ser produzida.

[0222] Além disso, a máquina de calor de acordo com a presente invenção é caracterizada por um custo de produção reduzido.

Claims

1. Máquina de calor (121) para realizar um ciclo de calor, sendo a máquina de calor caracterizada por operar com um fluido térmico e configurada para funcionar com um ciclo de calor combinado usando ar quente e vapor aquoso, apresentando movimento contínuo unidirecional do fluido térmico, a máquina de calor compreendendo: - uma unidade de acionamento (1) que compreende: - um invólucro (2) que delimita no mesmo uma câmara anular (12) e que tem aberturas de descarga ou entrada dimensionadas (15', 16', 15", 16", 15'", 16'") em comunicação fluida com condutos externos à câmara anular (12), em que cada abertura de descarga ou entrada (15', 16', 15", 16", 15'", 16'") é angularmente espaçada das aberturas de entrada e descarga adjacentes de modo a definir uma trajetória de expansão/compressão para um fluido de trabalho na câmara anular (12); - um primeiro rotor (4) e um segundo rotor (5) instalados de modo giratório no dito invólucro (2); em que cada um dos dois rotores (4, 5) tem três pistões (7a, 7b,7c; 9a, 9b, 9c) que são deslizáveis na câmara anular (12); em que os pistões (7a, 7b, 7c) de um (4) dos rotores (4, 5) são angularmente alternados com os pistões (9a, 9b, 9c) do outro rotor (5); em que os pistões angularmente adjacentes (7a, 9a; 7b, 9b; 7c, 9c) delimitam as seis câmaras de volume variável (13', 13", 13'"; 14', 14", 14'"); - um eixo primário (17) conectado operativamente ao dito primeiro e segundo rotores (4, 5); - uma transmissão (18) que é operativamente interposta entre o dito primeiro e segundo rotores (4, 5) e o eixo primário (17) e configurada para converter o movimento giratório com as respectivas primeira e segunda velocidades angulares periodicamente variáveis (w1, w2) do dito primeiro e segundo rotores (4, 5) que são deslocados um em relação ao outro em um movimento giratório que tem uma velocidade angular constante do eixo primário (17); em que a transmissão (18) é configurada para conferir, na velocidade angular periodicamente variável (w1, w2) de cada um dos rotores (4, 5), seis períodos de variação para cada revolução completa do eixo primário (17); em que a dita unidade de acionamento é um expansor volumétrico giratório que opera com o dito fluido térmico; - uma primeira seção da unidade de acionamento (1), em que, seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c, 7c), o fluido térmico, que passa através da abertura de entrada (15'"), é succionado para o interior da câmara (13'"); - uma segunda seção da dita unidade de acionamento (1), em que, seguindo o movimento dos dois pistões (7c, 9a) um em direção ao outro, o fluido térmico anteriormente succionado é comprimido na câmara (14'") e então, passa através da abertura de descarga (16'"), um tubo (44') e uma válvula de verificação (44a), o mesmo é transportado para o interior de um tanque de compensação (44); - um tanque de compensação (44) configurado para acumular o fluido térmico comprimido para disponibilizar o mesmo, através dos tubos específicos (44",42') e da válvula de verificação (44b), para uso subsequente dos mesmos, em um modo contínuo; - um regenerador (42), em comunicação fluida através de tubos específicos (42'-97') com a referida unidade de acionamento (1) e configurado para pré-aquecer o fluido térmico antes de sua entrada em um aquecedor (41); - um aquecedor (41) configurado para superaquecer o fluido térmico que circula em uma bobina de serpentina, usando a energia térmica produzida por um queimador (40); - um queimador (40) com uma câmara de combustão (40A) fixada ao mesmo, em que o dito queimador (40) é adaptado para operar com vários tipos de combustível e ter capacidade para suprir a energia térmica necessária para o aquecedor (41); - uma terceira seção da dita unidade de acionamento (1), em comunicação fluida com o dito aquecedor (41), através de tubos específicos (41', 41", 41"'), e com capacidade para receber, através das aberturas de entrada (15', 15"), o fluido térmico aquecido a uma temperatura alta sob pressão no aquecedor (41) de modo a ter que se expandir nas câmaras (13', 13"), que são delimitadas pelos pistões (9a,7a-9b-7b), respectivamente, com o propósito de fazer com que os ditos pistões girem e produzam trabalho; - uma quarta seção da dita unidade de acionamento (1), em comunicação fluida com o regenerador (42) através das aberturas de descarga (16', 16") e tubos específicos (45', 45", 46) e em que, devido à redução de volume das duas câmaras (14', 14") provocada pelo movimento dos dois pares de pistões (7a, 9b - 7b, 9c) um em direção ao outro, o fluido térmico exaurido é expelido à força; - em que o dito regenerador (42), em comunicação fluida com a dita unidade de acionamento (1), é adicionalmente configurado para adquirir energia térmica a partir do fluido térmico exaurido e para usar o mesmo para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor (41).

2. Máquina de calor (121), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção da unidade de acionamento (1) está em conexão de fluido com o ambiente externo através de um tubo (93), de modo que o ar ambiente possa ser succionado para o interior da câmara (13'"), e em que a máquina de calor (121) compreende uma bomba de medição (97b) em conexão de fluido com um tanque de água destilada (97a) e disposta de modo a permitir que uma quantidade predefinida de água destilada seja injetada em um circuito de ar (42'”) por meio de um injetor (97), em que a dita quantidade predefinida tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento (1) e garantir a lubrificação do cilindro.

3. Máquina de calor (121), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender: - um resfriador (43) que é operativamente interposto entre a saída de baixa temperatura do regenerador e a entrada do aquecedor (41), em que o fluido térmico, que sai do resfriador (43) à temperatura T1, passa para o interior de um tubo (43'), passa através de um separador de condensado (93), em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo (93') à temperatura TT, passa através da abertura de sucção (15'”) e seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c-7c), é succionada para o interior da câmara (13'”) da dita primeira seção e em que, empurrada por uma bomba de alta pressão (94), a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador (93) se desloca através dos tubos específicos (93”, 94') e alcança um injetor (97) disposto de modo a injetar, em um circuito de ar (42'”), uma quantidade predefinida de água condensada, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento (1) e garantir a lubrificação do cilindro.

4. Máquina de calor (121), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender: - um resfriador (43) que é operativamente interposto entre a saída de baixa temperatura do regenerador e a entrada do aquecedor (41); em que o fluido térmico, que sai do resfriador (43) à temperatura T1, passa para o interior de um tubo (43'), passa através de um separador de condensado (93), em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo (93') à temperatura TT, passa através da abertura de sucção (15'”) e seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c-7c), é succionada para o interior da câmara (13”') da dita primeira seção e em que, empurrada por uma bomba de alta pressão (94), a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador (93) se desloca através dos tubos (93”, 94') e alcança um evaporador (95) que é configurado para aquecer e vaporizar a água condensada e enviar a mesma para um injetor (97) disposto de modo a injetar, em um circuito de ar (42'”), uma quantidade predefinida de vapor aquoso, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento (1) e garantir a lubrificação do cilindro, em que o dito evaporador (95) é operativamente interposto, com seu lado de alta temperatura, entre a dita bomba de alta pressão (94) e o dito injetor (97), e em que o dito evaporador (95) é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento (1), de modo a adquirir a energia térmica residual a partir desse fluido térmico exaurido e a usar a mesma para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

5. Máquina de calor (121), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender: - um resfriador (43) que é operativamente interposto entre a saída de baixa temperatura do regenerador e a entrada do aquecedor (41); em que o fluido térmico, que sai do resfriador (43) à temperatura T1, passa para o interior de um tubo (43'), passa através de um separador de condensado (93), em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo (93') à temperatura TT, passa através da abertura de sucção (15'”) e seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c-7c), é succionada para o interior da câmara (13'”) da dita primeira seção e em que, empurrada por uma bomba de alta pressão (94), a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador (93) se desloca através dos tubos (93”, 94') e alcança um evaporador (95) que é configurado para aquecer e vaporizar a água condensada e enviar a mesma para um superaquecedor (96), que, extraindose a energia dos gases de combustão a quente a jusante do queimador (40), é configurado para superaquecer o vapor saturado que sai do evaporador (95), de modo a suprir energia ao mesmo; em que o dito superaquecedor (96) é configurado para enviar a água condensada vaporizada e superaquecida para um injetor (97), que é disposto de modo a permitir a injeção, em um circuito de ar (42'”), de uma quantidade predefinida de vapor aquoso superaquecido, que tem capacidade para aumentar adicionalmente a potência de unidade da unidade de acionamento (1) e garantir a lubrificação do cilindro, em que o dito evaporador (95) é operativamente interposto, com seu lado de alta temperatura, entre a dita bomba de alta pressão (94) e o dito superaquecedor (96), e em que o dito evaporador (95) é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento (1), de modo a adquirir a energia térmica residual a partir desse fluido térmico exaurido e a usar a mesma para pré- aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

6. Máquina de calor (121) de acordo com a reivindicação 5 e caracterizada por ser dotada de um circuito de resfriamento que compreende: - um primeiro recuperador (98), localizado a montante do queimador (40), em que o ar de combustão é retirado do ambiente; - uma unidade de resfriamento (interespaço 2R) associada à unidade de acionamento (1); - um segundo recuperador (100), localizado a jusante do queimador (40) e do aquecedor (41) e, de preferência, a jusante do dito superaquecedor (96), ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos de resfriamento (2', 98', 99', 100') que conectam em série o dito primeiro recuperador (98), a dita unidade de resfriamento (2R) e o dito segundo recuperador (100), de modo a formar uma trajetória circular, e que portam uma quantidade de fluido de resfriamento (de preferência, água); - uma bomba de resfriamento (99) localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos de resfriamento de modo a provocar a circulação do dito fluido de resfriamento no circuito de resfriamento; em que: - o dito primeiro recuperador (98) é configurado para resfriar o dito fluido de resfriamento entregando energia térmica para o dito ar de combustão; - a dita unidade de resfriamento (2R) é configurada para resfriar a unidade de acionamento (1) pela transferência de energia térmica a partir da unidade de acionamento para o fluido de resfriamento, que é submetido a um aumento de temperatura; - o dito segundo recuperador (100) é configurado para aquecer o dito fluido de resfriamento adquirindo-se energia térmica a partir dos gases de combustão a quente.

7. Máquina de calor (121) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores e caracterizada por ser equipada com um circuito hidráulico auxiliar que compreende: - um recuperador auxiliar (101), localizado a jusante do queimador (40) e do aquecedor (41), ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos auxiliares (101’, 103', 104') configurada para passar através do dito recuperador auxiliar e para serem conectados com um ou mais usos auxiliares, de preferência, dispositivos para unidades de produção e/ou aquecimento de espaço para água quente doméstica; - uma bomba auxiliar (104), localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos auxiliares de modo a provocar a circulação no dito circuito auxiliar; em que o dito recuperador auxiliar (101) é configurado para recuperar energia dos gases de combustão e para transmitir a mesma para o fluido que circula no dito circuito auxiliar, em que a dita energia é, assim, disponível para os ditos usos auxiliares (103).

8. Máquina de calor (121), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender adicionalmente: - um ventilador (92) localizado a montante do queimador (40) e configurado para retirar o ar de combustão do ambiente e para enviar o mesmo à força para o dito queimador (40) para alimentar o processo de combustão; e/ou - uma ou mais válvulas de verificação (44a, 44b, 42a) localizadas ao longo dos tubos da máquina de calor e configuradas para facilitar a circulação do fluido térmico de uma maneira unidirecional e impedir a saída do fluido térmico na direção oposta.

9. Método para realizar um ciclo de calor, sendo o método caracterizado por operar com um fluido térmico e sendo configurado para funcionar com um ciclo de calor combinado usando ar quente e vapor aquoso, apresentando movimento contínuo unidirecional do fluido térmico, o método compreendendo as etapas de: - dispor uma máquina de calor (121), conforme definida em qualquer uma ou mais das reivindicações 1 a 8; - executar as seguintes etapas: - iniciar o eixo primário (17) e a transmissão (18) da unidade de acionamento (1), definir os pistões (7a, 7b, 7c, 9a, 9b, 9c) em movimento; - ativar o queimador (40) e iniciar o processo de combustão; - quando o fluido térmico que circula na máquina de calor tiver alcançado um estado de operação mínimo pré- estabelecido, a unidade de acionamento (1) produz o trabalho necessário para ter capacidade de girar de modo independente; - seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c-7c), o fluido térmico é succionado para o interior da câmara (13"') através da abertura de sucção (15"'); - seguindo o movimento dos dois pistões (7c-9a) um em direção ao outro, o fluido térmico anteriormente succionado é comprimido na câmara (14'”), submetido a um aumento de temperatura de T1' para T2, passa através da abertura de descarga (16'") e alcança o tanque de compensação (44); - com a intermitência determinada pela rotação dos pistões e a abertura/fechamento resultante das aberturas de entrada (15', 15”), o fluido térmico flui a partir do tanque (44) e passa através do regenerador (42), em que é submetido a um aumento de temperatura de T2 para T2'; - o fluido térmico passa através da aquecedor (41), em que recebe energia térmica e aumenta de temperatura de T2” para T3; - girar no cilindro anular, quando os pistões (7a-7b) abrem as aberturas de entrada (15-15"), o fluido térmico superaquecido é admitido nas câmaras de expansão (13', 13”) em que o mesmo se expande, com uma diminuição de sua temperatura de T3 para T4 e, à medida que faz com que os pistões girem, o mesmo produz trabalho útil; - seguindo o movimento dos pistões um em direção ao outro (7a-9b; 7b-9c), as câmaras (14', 14”) diminuem de volume, o fluido térmico exaurido é expelido a partir da unidade de acionamento (1), passa através das aberturas de descarga (16’-16”), e através do regenerador (42), onde retira a parte da energia térmica que ainda possuía e é submetido a uma diminuição de temperatura de T4 para T4'.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, na etapa de succionar o fluido térmico para o interior da câmara (13'”), o dito fluido térmico é succionado por ar a partir do ambiente à temperatura TT, e em que o método compreende as etapas de: - retirar a água destilada do tanque (97a); - ativar a bomba de medição (97b) e introduzir uma determinada quantidade de água destilada no circuito por meio do injetor (97), provocando, através disso, uma diminuição da temperatura do fluido térmico resultante a partir de T2' para T2”; e em que, seguindo a etapa de passar através do regenerador (42), o fluido térmico exaurido é descarregado na atmosfera.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente as seguintes etapas: - o fluido térmico, que sai do resfriador (43) à temperatura T1, passa para o interior de um tubo (43'), passa através de um separador de condensado (93), em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo (93') à temperatura T1’, passa através da abertura de sucção (15'”) e seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c-7c), é succionada para o interior da câmara (13'”) da dita primeira seção; - empurrada por uma bomba de alta pressão (94), a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador (93) se desloca através dos tubos (93”, 94') e alcança um injetor (97) disposto de modo a permitir a injeção, em um circuito de ar (42'”), de uma quantidade predefinida de água condensada, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento (1) e garantir a lubrificação do cilindro.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente as seguintes etapas: - o fluido térmico, que sai do resfriador (43) à temperatura T1, passa para o interior de um tubo (43'), passa através de um separador de condensado (93), em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo (93') à temperatura TT, passa através da abertura de sucção (15'”) e seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c-7c), é succionada para o interior da câmara (13'”) da dita primeira seção; - empurrada por uma bomba de alta pressão (94), a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador (93) se desloca através dos tubos (93”, 94') e alcança um evaporador (95) que é configurado para aquecer e vaporizar a água condensada e para enviar a mesma para um injetor (97) disposto de modo a permitir a injeção, em um circuito de ar (42'”), de uma quantidade predefinida de vapor aquoso, que tem capacidade para aumentar a potência de unidade da unidade de acionamento (1) e garantir a lubrificação do cilindro; em que o dito evaporador (95) é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento (1), de modo a adquirir a energia térmica residual a partir desse fluido térmico exaurido e a usar a mesma para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente as seguintes etapas: - o fluido térmico, que sai do resfriador (43) à temperatura T1, passa para o interior de um tubo (43'), passa através de um separador de condensado (93), em que a água no fluido térmico é condensada e separada do ar, passa para o interior de um tubo (93') à temperatura TT, passa através da abertura de sucção (15'”) e seguindo o movimento oposto dos dois pistões (9c-7c), é succionada para o interior da câmara (13'”) da dita primeira seção; - empurrada por uma bomba de alta pressão (94), a água condensada anteriormente extraída do ar pelo separador (93) se desloca através dos tubos (93”, 94') e alcança um evaporador (95) que é configurado para aquecer e vaporizar a água condensada e para enviar a mesma para um superaquecedor (96), que, extraindo-se a energia dos gases de combustão a quente a jusante do queimador (40), é configurado para superaquecer o vapor saturado que sai do evaporador (95), de modo a suprir a energia ao mesmo; em que o dito superaquecedor (96) é configurado para enviar o vapor aquoso superaquecido para um injetor (97), que é disposto de modo a permitir a injeção, em um circuito de ar (42'”), de uma quantidade predefinida do dito vapor aquoso superaquecido, que tem capacidade para aumentar adicionalmente a potência de unidade da unidade de acionamento (1), aumentar o rendimento geral e garantir a lubrificação do cilindro, e em que o dito evaporador (95) é configurado para receber como fluido entrante, em seu lado de baixa temperatura, o fluido térmico exaurido expelido a partir da saída da unidade de acionamento (1), de modo a adquirir a energia térmica residual a partir desse fluido térmico exaurido e a usar a mesma para pré-aquecer o fluido térmico a ser enviado para o aquecedor.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender adicionalmente as seguintes etapas: dispor um circuito de resfriamento, que compreende: - um primeiro recuperador (98), localizado a montante do queimador (40), em que o ar de combustão é retirado do ambiente; - uma unidade de resfriamento (interespaço 2R) associada à unidade de acionamento (1); - um segundo recuperador (100), localizado a jusante do queimador (40) e do aquecedor (41) e, de preferência, a jusante do dito superaquecedor (96), ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos de resfriamento (2', 98', 99', 100') que conectam em série o dito primeiro recuperador (98), a dita unidade de resfriamento (2R) e o dito segundo recuperador (100), de modo a formar uma trajetória circular, e que portam uma quantidade de fluido de resfriamento; - uma bomba de resfriamento (99) localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos de resfriamento de modo a provocar a circulação do dito fluido de resfriamento no circuito de resfriamento; - executar as seguintes etapas: - resfriar o fluido de resfriamento por meio do dito primeiro recuperador (98) entregando energia térmica para o dito ar de combustão; - resfriar, por meio de a dita unidade de resfriamento (2R), a unidade de acionamento (1) pela transferência de energia térmica a partir da unidade de acionamento para o fluido de resfriamento, que é submetido a um aumento de temperatura; - aquecer, por meio do dito segundo recuperador (100), o dito fluido de resfriamento adquirindo-se a energia térmica a partir dos gases de combustão a quente.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado por compreender adicionalmente as seguintes etapas: - dispor um circuito hidráulico auxiliar, que compreende: - um recuperador auxiliar (101), localizado a jusante do queimador (40) e do aquecedor (41), ao longo da trajetória de saída dos gases de combustão a quente; - uma pluralidade de tubos auxiliares (101’, 103', 104') configurada para passar através do dito recuperador auxiliar e para serem conectados com um ou mais usos auxiliares, de preferência, dispositivos para unidades de produção e/ou aquecimento de espaço para água quente doméstica; - uma bomba auxiliar (104), localizada no dito circuito e que é operativamente ativa em um tubo da dita pluralidade de tubos auxiliares de modo a provocar a circulação no dito circuito auxiliar; - executar as seguintes etapas: - recuperar energia a partir dos gases de combustão, por meio do dito recuperador auxiliar (191); - transmitir a dita energia para o fluido que circula no dito circuito auxiliar; - tornar a dita energia disponível para usos auxiliares (103).