ES1305790U

ES1305790U - plasma turbine

Info

Publication number: ES1305790U
Application number: ES202331595U
Authority: ES
Inventors: Freitas Romero Luis Felipe De
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-09-08
Filing date: 2023-09-08
Publication date: 2024-02-16

Abstract

Turbina de plasma, que comprende un compresor (3) y una turbina (1), caracterizada por que comprende, entre el compresor (3) y la turbina (1), una o más cámaras de plasma (7) cada una con un inyector de plasma (4) que posee un cátodo (44) y un ánodo (43), una primera entrada (41) desde un microcompresor (5), a mayor presión que el compresor (3), y una salida (45) hacia la cámara de plasma (7), y donde el aire de la primera entrada (41) pasa por los electrodos, de forma que el aire de la primera entrada (41) se convierte en plasma en el inyector de plasma (4).Plasma turbine, comprising a compressor (3) and a turbine (1), characterized in that it comprises, between the compressor (3) and the turbine (1), one or more plasma chambers (7) each with an injector plasma (4) that has a cathode (44) and an anode (43), a first inlet (41) from a microcompressor (5), at a higher pressure than the compressor (3), and an outlet (45) towards the plasma chamber (7), and where the air from the first inlet (41) passes through the electrodes, so that the air from the first inlet (41) is converted into plasma in the plasma injector (4).

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Turbina de plasmaplasma turbine

SECTOR DE LA TÉCNICATECHNIQUE SECTOR

La presente solicitud se refiere a una turbina de aviación, del tipo que incluye una turbina que gira por el paso de un gas, y que utiliza un sistema de plasma para su calentamiento e impulsión. Es aplicable para generar otro tipos de trabajo mecánico, por ejemplo para propulsión en una aeronave. The present application refers to an aviation turbine, of the type that includes a turbine that rotates through the passage of a gas, and that uses a plasma system for its heating and drive. It is applicable to generate other types of mechanical work, for example for propulsion in an aircraft.

ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE TECHNIQUE

Se conoce en el estado de la técnica la existencia de turbinas de diversos tipos. Las más sencillas son las ruedas de molino fluvial, existiendo algunas altamente complicadas. En esta invención, se parte de turbinas e instalaciones que utilizan el ciclo Brayton (compresión, calentamiento, expansión, enfriamiento) en un gas para obtener un trabajo, generalmente energía eléctrica o empuje en caso de aviación. The existence of turbines of various types is known in the state of the art. The simplest are the river mill wheels, while there are some highly complicated ones. In this invention, we start with turbines and installations that use the Brayton cycle (compression, heating, expansion, cooling) in a gas to obtain work, generally electrical energy or thrust in the case of aviation.

Estos sistemas requieren de combustibles fósiles que se queman en cámaras o en la propia turbina para generar la temperatura y, en ocasiones, la compresión. Este sistema por lo tanto genera residuos y contaminación. Parte de estos residuos se quedan en la propia turbina, de forma que modifican y reducen su eficiencia. These systems require fossil fuels that are burned in chambers or in the turbine itself to generate temperature and, sometimes, compression. This system therefore generates waste and pollution. Part of this waste remains in the turbine itself, modifying and reducing its efficiency.

Por otro lado, se conocen las pistolas de plasma utilizadas, por ejemplo, para cortar elementos metálicos. Estas pistolas son capaces de convertir un chorro de gas en un chorro de plasma usando únicamente una diferencia de voltaje. Este chorro de plasma está a varios miles de grados y con una velocidad de expulsión extremadamente alta. On the other hand, plasma guns used, for example, to cut metal elements, are known. These guns are capable of converting a gas jet into a plasma jet using only a voltage difference. This plasma jet is at several thousand degrees and with an extremely high ejection velocity.

El solicitante no conoce ningún sistema que permita obtener las ventajas de la invención. The applicant does not know of any system that allows obtaining the advantages of the invention.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNBRIEF EXPLANATION OF THE INVENTION

La invención consiste en una turbina de plasma según la reivindicación primera. Sus diferentes variantes resuelven los problemas reseñados. The invention consists of a plasma turbine according to the first claim. Its different variants solve the problems outlined.

La invención está dirigida a la desaparición por completo de residuos de combustión originados por los combustibles fósiles (partículas en suspensión, NOx, COx...). En el caso de la aviación, representa el 20% de CO<2>producido en el mundo. The invention is aimed at the complete disappearance of combustion residues caused by fossil fuels (suspended particles, NOx, COx...). In the case of aviation, it represents 20% of CO<2>produced in the world.

Esta instalación puede ser utilizada en turbopropulsores, turbohélices, turbofán, turboeje... en la aviación privada o militar, pudiendo ser fabricado como equipo original o modificando cualquier motor que implique una turbina. This installation can be used in turboprops, turboprops, turbofans, turboshafts... in private or military aviation, and can be manufactured as original equipment or by modifying any engine that involves a turbine.

Este invento desarrolla un motor donde el plasma se produciría para calentar en la cámara de plasma el aire proveniente del compresor de la turbina y así crear empuje en el caso de motores para aviación o trabajo para generación de electricidad, turboeje, turbopropulsor, turbofán, etc. This invention develops an engine where the plasma would be produced to heat the air coming from the turbine compressor in the plasma chamber and thus create thrust in the case of engines for aviation or work for electricity generation, turboshaft, turboprop, turbofan, etc. .

La instalación de generación parte de un compresor y una turbina. También dispone, entre el compresor y la turbina, de una o más cámaras de plasma con un cátodo y un ánodo, una primera entrada desde el compresor, una segunda entrada desde un compresor auxiliar o microcompresor, a mayor presión que el compresor y una salida hacia la turbina. La segunda entrada pasa por los electrodos, de forma que el aire de la segunda entrada se convierte en plasma en la cámara de plasma. El microcompresor elevará la presión más de cuatro veces la presión del compresor, pero a una cantidad reducida de aire (frecuentemente 1%) The generation installation is based on a compressor and a turbine. It also has, between the compressor and the turbine, one or more plasma chambers with a cathode and an anode, a first inlet from the compressor, a second inlet from an auxiliary compressor or microcompressor, at a higher pressure than the compressor, and an outlet. towards the turbine. The second inlet passes through the electrodes, so that the air from the second inlet is converted to plasma in the plasma chamber. The microcompressor will raise the pressure to more than four times the compressor pressure, but at a reduced amount of air (often 1%)

Con esta modificación no se altera la composición de las partes que conforma una turbina y solo se cambia la cámara de combustión tradicional por las cámaras de plasma. No se altera tampoco el ciclo de funcionamiento de la turbina (ciclo Brayton) y se mantiene el empuje. With this modification, the composition of the parts that make up a turbine is not altered and only the traditional combustion chamber is changed for plasma chambers. The operating cycle of the turbine (Brayton cycle) is not altered either and the thrust is maintained.

La instalación así creada es un motor totalmente eléctrico y ecológico sin tener gases contaminantes y también evita el uso de hidrógeno verde, que implicaría cambios complicados en el avión. The installation thus created is a totally electric and ecological engine without polluting gases and also avoids the use of green hydrogen, which would imply complicated changes to the plane.

Idealmente la última etapa del compresor está conectado a la entrada del microcompresor, que así necesita elevar menos la presión, dado que parte del trabajo está realizado por el compresor. En esta entrada se puede disponer una válvula de control para regular cuánto aire entra al microcompresor. Ideally, the last stage of the compressor is connected to the inlet of the microcompressor, which thus needs to raise the pressure less, given that part of the work is done by the compressor. A control valve can be installed at this inlet to regulate how much air enters the microcompressor.

Otras variantes se aprecian en el resto de la memoria. Other variants are seen in the rest of the memory.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES

Para una mejor comprensión de la invención, se incluye un apartado de dibujos que contiene lo siguiente: For a better understanding of the invention, a section of drawings is included that contains the following:

Figura 1: Esquema de una instalación según la invención. Figure 1: Scheme of an installation according to the invention.

Figura 2: Sección esquemática de un ejemplo de inyector de plasma. Figure 2: Schematic section of an example of a plasma injector.

Figura 3: Sección esquemática de un ejemplo de cámara de plasma. Figure 3: Schematic section of an example of a plasma chamber.

Figura 4: Esquema de un turborreactor que aplica la invención. Figure 4: Scheme of a turbojet that applies the invention.

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNMODES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION

A continuación, se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta. Next, a way of carrying out the invention is briefly described, as an illustrative and non-limiting example of it.

En la figura 1 se muestra un ejemplo de esquema de la instalación que forma la turbina de plasma de la invención. Parte de una turbina (1) que se conecta al punto de aprovechamiento del trabajo, generalmente un alternador (2) para la generación de energía eléctrica, así como también por expansión de gases para generar empuje en un motor de aviación. La instalación posee igualmente un compresor (3) que puede ser movido por el propio eje de la turbina (1), con o sin multiplicados interpuesto. Figure 1 shows an example of a diagram of the installation that forms the plasma turbine of the invention. Part of a turbine (1) that is connected to the point of use of the work, generally an alternator (2) for the generation of electrical energy, as well as by expansion of gases to generate thrust in an aviation engine. The installation also has a compressor (3) that can be moved by the turbine shaft (1) itself, with or without interposed multipliers.

Se dispone también al menos una cámara de plasma (7) que comprende un inyector de plasma (4). Cada inyector de plasma (4) con una primera entrada (41) (representada doble en las figuras) que llega desde un microcompresor (5), que toma aire y lo dispone a una presión muy superior a la del compresor (3). El microcompresor (5) normalmente captará alrededor del 1% del aire del compresor (3). Los rangos de presiones varían según el modelo de la turbina. Por ejemplo, en una turbina Rolls Royce Tay 611c la relación de presiones entre la entrada y salida del compresor (3) es de 15:1. El microcompresor (5) tiene por su parte una ratio de 4:1, lo que hace que la salida del microcompresor (5) tenga una presión sesenta veces la presión de la entrada al compresor (3). Es decir, se multiplica por 15 en el compresor (3) y luego por 4 en el microcompresor (5). At least one plasma chamber (7) is also provided, comprising a plasma injector (4). Each plasma injector (4) with a first inlet (41) (represented double in the figures) that arrives from a microcompressor (5), which takes air and has it at a pressure much higher than that of the compressor (3). The micro compressor (5) will normally capture around 1% of the air from the compressor (3). Pressure ranges vary depending on the turbine model. For example, in a Rolls Royce Tay 611c turbine the pressure ratio between the inlet and outlet of the compressor (3) is 15:1. The microcompressor (5) has a ratio of 4:1, which means that the output of the microcompressor (5) has a pressure sixty times the pressure of the inlet to the compressor (3). That is, it is multiplied by 15 in the compressor (3) and then by 4 in the microcompressor (5).

El inyector de plasma (4) posee un ánodo (43) y un cátodo (44) alimentados en corriente continua con una diferencia de potencial eléctrico de, por ejemplo, 40.000 V. La figura 2 muestra un ejemplo de realización del inyector de plasma (4), quedando la salida (45) de plasma en la parte izquierda. The plasma injector (4) has an anode (43) and a cathode (44) supplied with direct current with an electrical potential difference of, for example, 40,000 V. Figure 2 shows an example of an embodiment of the plasma injector ( 4), leaving the plasma outlet (45) on the left side.

La diferencia de potencial entre ambos electrodos (43,44) crea un arco eléctrico que convierte el aire intermedio en plasma, el cual es empujado por la presión del aire saliente del microcompresor (5) hacia la salida (45), saliendo a 10.000 °C. De esta forma el aire convertido en plasma se retira, entrando en la cámara de plasma (7), donde calienta el aire proveniente del compresor (3), y se sustituye continuamente por el aire del microcompresor (5). Esta salida (45) está dentro de la cámara de plasma (7) donde se alimenta del aire restante del compresor (3) por unas bocas (71). El aire se dirige a la turbina (1), causando el movimiento del rotor y se expande en la tobera generando empuje. The potential difference between both electrodes (43,44) creates an electric arc that converts the intermediate air into plasma, which is pushed by the pressure of the air leaving the microcompressor (5) towards the outlet (45), leaving at 10,000 °. c. In this way, the air converted into plasma is removed, entering the plasma chamber (7), where it heats the air from the compressor (3), and is continuously replaced by air from the microcompressor (5). This outlet (45) is inside the plasma chamber (7) where the remaining air from the compressor (3) is fed through ports (71). The air is directed to the turbine (1), causing the movement of the rotor and expands in the nozzle generating thrust.

Como el experto en la materia apreciará, el aire a mayor presión de la primera entrada (41) se ioniza y convierte en plasma al atravesar el inyector de plasma (4). Este plasma, además de acelerar el total del aire, sube su temperatura de forma que se puede extraer mayor energía en la turbina (1). As the person skilled in the art will appreciate, the higher pressure air from the first inlet (41) is ionized and converted into plasma when passing through the plasma injector (4). This plasma, in addition to accelerating the total air, raises its temperature so that more energy can be extracted in the turbine (1).

Una válvula de control (6) permite seleccionar cuánto aire se dirige al microcompresor (5). A control valve (6) allows you to select how much air is directed to the microcompressor (5).

La instalación puede formar parte de un reactor de propulsión en una aeronave, de forma que todos los equipos están dispuestos en una carcasa, formando una línea recta, con el microcompresor (5) pudiendo estar en un lado. The installation can be part of a propulsion reactor in an aircraft, so that all the equipment is arranged in a housing, forming a straight line, with the microcompressor (5) being able to be on one side.

La alimentación eléctrica de los electrodos (43,44) puede ser por la electricidad generada en el alternador (2), desde una batería... The electrical power of the electrodes (43,44) can be from the electricity generated in the alternator (2), from a battery...

Claims

1- Plasma turbine, which comprises a compressor (3) and a turbine (1), characterized in that it comprises, between the compressor (3) and the turbine (1), one or more plasma chambers (7) each with a plasma injector (4) that has a cathode (44) and an anode (43), a first inlet (41) from a microcompressor (5), at a higher pressure than the compressor (3), and an outlet (45) towards the plasma chamber (7), and where the air from the first inlet (41) passes through the electrodes, so that the air from the first inlet (41) is converted into plasma in the plasma injector (4).

2- Plasma turbine, according to claim 1, characterized in that the compressor (3) is connected to the inlet of the microcompressor (5).

3- Plasma turbine, according to claim 2, characterized in that it comprises a control valve (6) at the inlet to the microcompressor (5).