ES2254365T3 - Motores impulsados por gas licuado o comprimido. - Google Patents

Abstract

Un motor que comprende una cámara de expansión, medios de admisión para admitir en la cámara un fluido impulsor que consta de un gas refrigerado, licuado, y también para admitir en la cámara un líquido de intercambio térmico, medios de salida para sacar el líquido de intercambio térmico, en un estado enfriado, de la cámara, y un cambiador de calor para incrementar la temperatura del líquido de intercambio térmico extraído, antes del reciclaje del líquido de intercambio térmico a través de la cámara, expandiéndose, en uso, el fluido impulsor a un estado gaseoso en la cámara, y entregando, el líquido de intercambio térmico, energía térmica al fluido impulsor en expansión, provocando, la expansión del fluido impulsor, la generación de potencia del eje en el motor, donde el fluido impulsor es nitrógeno licuado, aire licuado, dióxido de carbono licuado, o una mezcla de estos.

Description

Motores impulsados por gas licuado o comprimido.

Esta invención se refiere a un motor impulsado por gas licuado, refrigerado, y a un método para generar potencia del eje, a partir de un gas licuado, refrigerado.

En un motor conocido de este tipo, es admitido nitrógeno líquido en una cámara de expansión. El nitrógeno se expande, e impulsa un pistón o rotor dentro de la cámara, para producir potencia del eje. La expansión del nitrógeno provoca enfriamiento, y el propio efecto del enfriamiento limita el potencial para la expansión del gas. Como resultado, la eficiencia de los motores conocidos de este tipo, es baja. La invención ayuda a mejorar la eficiencia de los motores impulsados por gas licuado o comprimido.

El documento FR-A-2 273 940 muestra un motor que funciona con nitrógeno líquido que es calentado y vaporizado, previamente a ser suministrado al motor, mientras que el documento FR-A-2 338 377 muestra un motor en el que la potencia se extrae de dióxido de carbono licuado, almacenado en un tanque, que tiene una camisa de agua para calentar el dióxido de carbono, antes de que este sea suministrado al motor. En cada caso, el precalentamiento del fluido impulsor no soluciona el problema provocado por el enfriamiento del fluido impulsor en el motor.

De acuerdo con un aspecto de la invención, un motor comprende una cámara de expansión, medios de admisión para admitir en la cámara un fluido impulsor, que consta de un gas refrigerado, licuado, y también para admitir en la cámara un líquido de intercambio térmico, medios de salida para la retirada del líquido de intercambio térmico, en un estado enfriado, desde la cámara, y un cambiador de calor para incrementar la temperatura del líquido de intercambio térmico, previamente a la recirculación del líquido de intercambio térmico a través de la cámara, expandiéndose, en uso, el fluido impulsor en la cámara y entregando, el líquido de intercambio térmico, energía calorífica al fluido impulsor en expansión provocando, la expansión del fluido impulsor, la generación de potencia del eje para el motor, donde el fluido impulsor es nitrógeno licuado, aire licuado, dióxido de carbono licuado, o una mezcla de estos.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para la generación de potencia del eje a partir de un fluido impulsor, que comprende un gas licuado, refrigerado, que comprende admitir el fluido impulsor, en su estado líquido, en una cámara de expansión, permitiendo que el fluido impulsor se expanda en la cámara para producir potencia del eje, donde, adicionalmente, es admitido un líquido de intercambio térmico, en la cámara en la que el líquido de intercambio térmico cede energía térmica al fluido impulsor en expansión, siendo retirado de la cámara el líquido de intercambio térmico enfriado, calentado y reciclado a la cámara, donde el fluido impulsor es nitrógeno licuado, aire licuado, dióxido de carbono licuado, o una mezcla de estos.

Así, en la invención, el líquido de intercambio térmico proporciona una fuente de energía térmica, que se invierte en reducir la cantidad de enfriamiento al que el fluido impulsor es sometido cuando el fluido impulsor se expande en la cámara. La transferencia de energía térmica desde el líquido de intercambio térmico al fluido impulsor, incrementa la temperatura del fluido impulsor en expansión, incrementando de ese modo su expansión.

Preferentemente, el líquido de intercambio térmico está, o está próximo, a la temperatura de ambiente cuando es suministrado a la cámara.

La cámara puede acomodar un elemento impulsor móvil, que es movido con respecto al alojamiento de la cámara, para producir la potencia del eje. En una realización, el elemento impulsor está montado de forma giratoria en el alojamiento, de modo que el motor es un motor giratorio. En este caso, el elemento impulsor puede llevar turbinas móviles, que acoplan con la periferia interior del alojamiento cuando el elemento rota en este. En otra realización, el alojamiento es un cilindro y el elemento impulsor, es un pistón, al que se puede hacer oscilar dentro del cilindro, impulsando, el pistón, un eje del cigüeñal al efecto de producir la potencia del eje.

El cambiador de calor puede tener una longitud de tubo, o tubería, flexible, a través de la cual fluye el fluido del cambiador de calor, proporcionándose, el medio impulsor, para aplicar un movimiento de flexión repetitivo al tubo o tubería, al efecto de impedir la acumulación de hielo en la superficie exterior del tubo o tubería.

Ahora se describirá realizaciones preferidas de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

la figura 1 es una vista diagramática, de un motor rotativo acorde con la invención,

las figuras 2 y 3 muestran modificaciones del motor mostrado en la figura 1,

la figura 4 es una vista esquemática que muestra un motor al que puede hacerse oscilar, acorde con la invención,

la figura 5 ilustra una parte de un cambiador de calor, que puede ser usada en el motor de cualquiera de las realizaciones ilustradas, y

las figuras 6 y 7 muestran motores similares a los de las figuras 4 y 1 respectivamente, pero impulsados por gas comprimido.

En todos los dibujos, las piezas correspondientes llevan los mismos números de referencia.

En referencia a la figura 1, el motor tiene un alojamiento, en general cilíndrico, 1 que define una cámara cilíndrica 3, dentro de la cual está montado en un eje excéntrico 12, un rotor cilíndrico 5 que tiene una pluralidad de ranuras que se extienden axialmente, cada una de las cuales acomoda una paleta deslizable 7, cuya extremidad radialmente externa acopla con la periferia interior del alojamiento 1, cuando el rotor 5 rota dentro del alojamiento 1.

Un tanque de almacenamiento a presión 2, mantiene un suministro de fluido impulsor en forma de nitrógeno líquido a, aproximadamente, -200ºC. El nitrógeno líquido es suministrado a la cámara 3, a través del tubo de suministro 4 y un dispositivo de control de flujo 6, en esta caso una válvula giratoria. El primer medio de admisión admite el nitrógeno líquido hacia la cámara 3. Un líquido de intercambio térmico, tal como etilenglicol, también es suministrado a la cámara 3, a través de un segundo medio de admisión, por medio de un tubo de suministro 9 que extrae el líquido de intercambio térmico desde un depósito 18. El líquido de intercambio térmico es retirado de la cámara 3, a través de un tubo de retorno 16, que devuelve al líquido de intercambio térmico al depósito 18. En este paso desde el depósito 18 a la cámara 3, el líquido de intercambio térmico pasa a través de un cambiador de calor 20, provisto con una pluralidad de aletas.

En uso, el nitrógeno líquido es admitido en la cámara 3, y tiene lugar la expansión entre las localizaciones 8 y 10, provocando que el rotor 5 rote alrededor de su eje de giro 12 en un sentido horario, como se ve en la figura 1. La expansión del nitrógeno provoca el enfriamiento pero, recurriendo a la invención, el nitrógeno en expansión absorbe energía térmica desde el líquido de intercambio térmico que es, de ese modo, enfriado. El nitrógeno, ahora en un estado gaseoso expandido, y el líquido de intercambio térmico, salen a través de las aberturas 14 y después vuelven al depósito 18, por medio del tubo de retorno 16. El líquido de intercambio térmico reciclado, absorbe calor desde la atmósfera, al fluir a través del cambiador de calor 20. Como resultado, el líquido de intercambio térmico admitido en la cámara 3 está, aproximadamente, a temperatura ambiente. El nitrógeno es sacado, o purgado, del depósito 18 por una salida 22.

En la modificación de la figura 2 se incorpora una bomba 26, en el tubo 4 que suministra nitrógeno licuado a la cámara 3. La bomba de alimentación puede ser controlada para variar el flujo de nitrógeno licuado a la cámara.

La modificación de la figura 3 es similar a la de la figura 2, salvo con el añadido de un cambiador de calor 27, dispuesto entre la bomba 26 y el medio de admisión a la cámara 3. El cambiador de calor 27 tiene una serie de aletas, para calentar el nitrógeno licuado en alguna medida, antes de la admisión a la cámara 3. Esto puede reducir la formación de hielo alrededor de la cámara, sin pérdidas significativas de la cantidad de potencia producida.

El motor mostrado en la figura 4 tiene una cámara de expansión 3, en la forma de un cilindro dentro del cual un pistón 28 es capaz de desempeñar un movimiento de vaivén, impulsando, el pistón 28, un eje del cigüeñal 29 que produce la potencia del eje. El tubo 4 para el nitrógeno líquido, incorpora un dispositivo de control de flujo 30, que puede ser una bomba de inyección temporizada, que es operativa para dispensar dosis de nitrógeno licuado en puntos apropiados del ciclo del motor. Por ejemplo, durante la primera parte del ciclo, el liquido de intercambio térmico es extraído hacia el cilindro, a través de una válvula de admisión 32 y, en este punto, también es inyectado nitrógeno licuado hacia el líquido de intercambio térmico. El nitrógeno licuado se expande, la presión en el cilindro se eleva, y fuerza al pistón 28 a experimentar una carrera de presión. Cuando el pistón 28 alcanza el punto muerto del fondo, se abre una válvula de escape 34 y el nitrógeno expandido y el líquido de intercambio térmico, fluyen a través de la válvula 34 y, desde allí, por el tubo de retorno 16 al depósito 18.

En cada una de las realizaciones descritas, el líquido de intercambio térmico es extraído hacia la cámara por un efecto de succión producido por el rotor o pistón. Cuando está dentro de la cámara 3, el líquido de intercambio térmico está en estrecho contacto con el nitrógeno, de modo que tiene lugar transferencia térmica eficaz, del líquido de intercambio térmico al nitrógeno expandido. Esta transferencia de energía térmica al nitrógeno, incrementa la medida en que se expande el nitrógeno, incrementando de ese modo la cantidad de potencia del eje producida por el motor. El líquido de intercambio térmico es reciclado a través de la cámara 3, pasando a través del cambiador de calor 20, para devolver su temperatura al ambiente.

La figura 5 ilustra como el cambiador de calor 20, puede incluir una longitud de serpentín de tubo flexible, de caucho 36, a través de la cual fluye el líquido de intercambio térmico. Cualquier vapor de agua en el aire, que se congele en el tubo 36, es desplazado mediante la aplicación de un movimiento de vaivén al tubo 36, como se indica por medio de la flecha 38. La flexión repetida del tubo es aplicada por el medio de impulsor 39 y provoca que el hielo se rompa, y se desprenda de la superficie del tubo.

El motor mostrado en la figura 6 se similar al mostrado en la figura 4, excepto en que el tanque 2 es de la forma de un cilindro de gas comprimido, que contiene un gas comprimido, como nitrógeno. El motor mostrado en la figura 7 también está impulsado por un gas comprimido, como nitrógeno, en un cilindro 2 siendo, el motor, un motor giratorio que se corresponde con el ilustrado en la figura 1.

Claims (10)

1. Un motor que comprende una cámara de expansión, medios de admisión para admitir en la cámara un fluido impulsor que consta de un gas refrigerado, licuado, y también para admitir en la cámara un líquido de intercambio térmico, medios de salida para sacar el líquido de intercambio térmico, en un estado enfriado, de la cámara, y un cambiador de calor para incrementar la temperatura del líquido de intercambio térmico extraído, antes del reciclaje del líquido de intercambio térmico a través de la cámara, expandiéndose, en uso, el fluido impulsor a un estado gaseoso en la cámara, y entregando, el líquido de intercambio térmico, energía térmica al fluido impulsor en expansión, provocando, la expansión del fluido impulsor, la generación de potencia del eje en el motor, donde el fluido impulsor es nitrógeno licuado, aire licuado, dióxido de carbono licuado, o una mezcla de estos.

2. Un motor acorde con la reivindicación 1, en el que la cámara aloja un elemento impulsor móvil dentro del alojamiento, siendo, el elemento impulsor, móvil con respecto al alojamiento, para producir la potencia del eje.

3. Un motor acorde con la reivindicación 2, en el que el elemento impulsor está montado de forma giratoria en el alojamiento.

4. Un motor acorde con la reivindicación 3, en el que el elemento impulsor lleva paletas que acoplan con la periferia interior del alojamiento, cuando el elemento rota.

5. Un motor acorde con la reivindicación 2, en el que el elemento impulsor es un pistón, y el alojamiento es un cilindro dentro del cual el pistón puede realizar un movimiento de vaivén impulsado, el pistón, un eje del cigüeñal, para producir potencia del eje.

6. Un motor acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el cambiador de calor tiene una longitud de tubo, o tubería, flexible, a través de la cual fluye el fluido de intercambio térmico, estando provisto, el medio impulsor, para aplicar un movimiento repetitivo de flexión al tubo, o tubería, al efecto de impedir la acumulación de hielo en la superficie exterior del tubo o tubería.

7. Un método para generar potencia del eje, a partir de un fluido impulsor que comprende un gas refrigerado, licuado, que comprende admitir al fluido impulsor, en estado líquido, en una cámara de expansión, permitiendo que el fluido impulsor se expanda a su estado gaseoso, en la cámara, para producir potencia del eje, donde adicionalmente es admitido un líquido de intercambio térmico en la cámara, donde el líquido de intercambio térmico entrega energía térmica al fluido impulsor en expansión, siendo, el líquido enfriado de intercambio térmico, retirado de la cámara, calentado y reciclado a la cámara, donde el fluido impulsor es nitrógeno licuado, aire licuado, dióxido de carbono licuado, o una mezcla de estos.

8. Un método acorde con la reivindicación 7, en el que el líquido de intercambio térmico está, o está próximo, a la temperatura ambiente, cuando es suministrado a la cámara.

9. Un motor acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el líquido de intercambio térmico, cuando está dentro de la cámara, está en estrecho contacto con el fluido impulsor también en la cámara.

10. Un método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el líquido de intercambio térmico, cuando está dentro de la cámara, está en contacto íntimo con el fluido impulsor también en la cámara.