ES2578991A1 - Motor alternativo regenerativo de combustión de doble efecto - Google Patents
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Abstract
El motor alternativo regenerativo de combustión de doble efecto, convierte de modo eficiente la energía térmica obtenida por combustión de combustibles fósiles dentro de cada cilindro del motor a energía mecánica. La presión ejercida por los gases de combustión accionan los respectivos pistones que transfieren energía mecánica tanto a un cigüeñal como a una bomba hidráulica alternativa. El calor contenido en los gases de combustión después de desplazar los pistones es evacuado a la atmósfera cediendo su calor al aire de combustión por medio de un regenerador calentador de aire y opcionalmente puede alimentar un ciclo térmico de calor residual.
Description
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DESCRIPCION
Motor alternativo regenerativo de combustion de doble efecto.
Campo tecnico de la invencion
La presente invencion pertenece al campo tecnico de la conversion de energla termica procedente de combustibles de origen fosil a energla mecanica tales como los motores de combustion interna del tipo Diesel, y motores de ciclo Otto.
Objetivo de la invencion
El objetivo de la presente invencion denominada "MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO", es la conversion eficiente de la energla termica a energla mecanica por combustion de combustibles fosiles (preferentemente gas natural o hidrogeno) en cada cilindro del motor. El piston de cada cilindro accionado por los gases de combustion puede actuar sobre una bomba hidraulica alternativa. accionar un mecanismo de movimiento lineal alternativo o accionar un mecanismo para transformar el movimiento de desplazamiento lineal en movimiento rotativo tal como el mecanismo biela-manivela-ciguenal.
Antecedentes de la invencion
Las plantas de conversion de energla termica a electrica actuales via energla mecanica estan basadas los siguientes ciclos termicos:
- plantas que operan bajo ciclos de Rankine regenerativos operando con un fluido de trabajo como el agua o un fluido organico,
- plantas que operan bajo ciclos de Brayton abiertos o cerrados operando con fluidos de trabajo como el helio, el nitrogeno o el dioxido de carbono para ciclos cerrados y gases de combustion o aire caliente en ciclos Brayton abiertos,
- plantas que operan segun ciclos combinados que consten en la asociacion de ciclos de Brayton abiertos o cerrados seguidos de ciclos de Rankine operando con agua,
- plantas que operan segun ciclos Ericsson poco comunes,
- plantas que operan segun el ciclo Stirling para pequenas potencias,
- plantas que operan segun el ciclo Otto, y Diesel para cualquier potencia.
La invencion denominada MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO se diferencia de los citados ciclos termodinamicos Diesel y Otto en que es regenerativo y realiza la absorcion de energla termica mediante un proceso isocorico seguido de otro proceso politropico de expansion en el que desarrolla trabajo mecanico.
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El MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO, consiste en un motor de combustion alternativo disenado para utilizar gases combustibles tales como el gas natural o el hidrogeno Estructuralmente es una maquina muy similar a los motores de ciclo Otto que operan con gas, en la que ademas de ser regenerativa, el proceso de combustion tiene la caracterlstica de desarrollar trabajo a lo largo de toda la carrera del piston segun un proceso politropico, a presiones relativamente bajas y a temperaturas muy inferiores a las de la combustion de los motores que operan con ciclo Otto. El ciclo termico llevado a cabo esta constituido por procesos termodinamicos que consisten en un proceso de compresion isentropica del aire en el que se comprime aire atmosferico para la combustion, seguido de un proceso de combustion isocorico y un proceso de expansion politropico con realization de trabajo mecanico, evacuando los gases de exhaustacion a traves de una turbina que impulsa una soplante de aire de combustion y cediendo calor en el regenerador calentador de aire antes de salir a la atmosfera.
Descripcion de las figuras
En esta section se describen a modo ilustrativo y no limitativo, los componentes que constituyen el MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO de combustion interna para facilitar la comprension de la invencion en donde se hace referencia a las siguientes figuras:
Figura 1. Esquema de la configuration del MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO constituido por los siguientes componentes:
1. soplante de aire de combustion.
2. regenerador calentador de aire.
3. cilindro actuador.
4. valvula de admision de 2 posiciones y tres vlas.
5. valvula de escape de 2 posiciones y tres vlas.
6. camara de combustion superior del cilindro (3).
7. camara de combustion inferior del cilindro (3).
8. Turbina de la soplante (1).
9. motor de la soplante (1).
10. conducto de inyeccion de combustible de la camara de combustion (6).
11. conducto de inyeccion de combustible de la camara de combustion (7).
12. conducto de inyeccion de agua.
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El MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO, se implements bajo la estructura mostrada en la figura 1, el cual esta constituido por los componentes siguientes:
- soplante de aire de combustion (1) impulsada por la turbina (8) y opcionalmente por el motor (9) destinada a alimentar la camara de combustion con aire atmosferico calentado mediante el regenerador calentador de aire (2).
- regenerador calentador de aire (2).
- cilindro actuador (3) responsable de realizar trabajo mecanico durante el proceso de expansion isobarica.
- valvula de admision de 2 posiciones y tres vlas (4), destinada a administrar la entrada de aire de la combustion a cada una de las camaras de combustion (6) o (7) alternativamente.
- valvula de escape de 2 posiciones y tres vlas (5), destinada a administrar la salida de los gases de escape de la combustion desde cada una de las camaras de combustion (6) o (7) alternativamente.
- camara de combustion superior (6) del cilindro (3) destinada a alojar el proceso de combustion y actuar sobre el piston hacia abajo.
- camara de combustion inferior (7) del cilindro (3) destinada a alojar el proceso de combustion y actuar sobre el piston hacia arriba.
- turbina (8) de la soplante (1), accionada por los gases de escape destinada a impulsar la soplante (1).
- motor (9) de la soplante (1) destinado a impulsar la soplante en caso de ser insuficiente la impulsion realizada por la turbina (8).
- conducto de inyeccion de combustible (10) de la camara de combustion (6) responsable de permitir la entrada de combustible a la camara de combustion (6) durante la carrera descendente.
- conducto de inyeccion de combustible (11) de la camara de combustion (7) responsable de permitir la entrada de combustible a la camara de combustion (7) durante la carrera ascendente.
- conducto de inyeccion de agua (12) destinado a la alimentacion de agua rociada al aire de la combustion.
El procedimiento de operation del MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO de combustion interna obedece a un ciclo termico que comprende los siguientes procesos termodinamicos:
- proceso de compresion del aire atmosferico,
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- proceso de combustion a volumen constante,
- proceso de combustion y expansion politropica durante la totalidad de la carrera del piston con realization simultanea de trabajo mecanico,
donde los gases de exhaustacion accionan una turbina que impulsa una soplante del aire de combustion y circulan a traves del regenerador calentador de aire (2) saliendo a la atmosfera.
Los tres procesos mencionados del ciclo termico se hallan secuencialmente vinculados siguiendo el siguiente orden:
La soplante de aire de combustion (1) aspira aire fresco de la atmosfera y lo comprime incrementando ligeramente la presion. El aire impulsado por la soplante (1) pasa por el regenerador calentador de aire (2) en donde incrementa su temperatura. El aire caliente pasa por la valvula de admision de 2 posiciones y tres vlas (4) hacia la camara de combustion superior (6) del cilindro (3) en donde se realiza la combustion al alimentar gas combustible por el conducto de inyeccion de combustible (10) a la camara de combustion superior (6) del cilindro (3) durante la toda la carrera del piston con la correspondiente realizacion de trabajo mecanico. Cuando el piston alcanza el punto muerto bajo, cesa la inyeccion de combustible y comienza la evacuation de los gases de la combustion a traves de la valvula de escape de 2 posiciones y tres vlas (5). El gas caliente acciona la turbina (8) que impulsa la soplante de aire de combustion (1) y seguidamente pasa por el regenerador calentador de aire (2) para salir a la atmosfera, cerrando el ciclo termico.
La camara de combustion inferior (7) del cilindro (3) opera de igual manera que la camara de combustion superior (6) del cilindro (3), (con un desfase de 180 grados de ciclo) de manera que cuando la camara de combustion inferior (7) del cilindro (3) esta en la fase de combustion y realizacion de trabajo mecanico, la camara de combustion superior (6) del cilindro (3) se halla en la fase de evacuacion de los gases de combustion y viceversa.
El MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO tienen las siguientes caracterlsticas:
- durante la fase de arranque del motor durante la cual no existen gases de escape suficientes para activar la turbina (8) para impulsar la cantidad suficiente de aire de combustion, se dispone del motor (9) acoplado mecanicamente a la soplan te (1).
- el motor puede estar constituido por varios cilindros similares al cilindro (3).
- el conducto de inyeccion de agua (12) permite la inyeccion continua de una dosis de agua nebulizada o vaporizada al aire destinado a la combustion para favorecer el rendimiento termico del ciclo.
Description de realizaciones preferentes de la invention
La figura 1 muestra la realizacion preferente del MOTOR ALTERNATIVO REGENERATIVO DE COMBUSTION DE DOBLE EFECTO constituido por los siguientes componentes:
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- soplante de aire de combustion (1) impulsada por la turbina (8) y opcionalmente por el motor (9) destinada a alimentar la camara de combustion con aire atmosferico calentado mediante el regenerador calentador de aire (2).
- regenerador calentador de aire (2).
- cilindro actuador (3) responsable de realizar trabajo mecanico durante el proceso de expansion isobarica.
- valvula de admision de 2 posiciones y tres vlas (4), destinada a administrar la entrada de aire de la combustion a cada una de las camaras de combustion (6) o (7) alternativamente.
- valvula de escape de 2 posiciones y tres vlas (5), destinada a administrar la salida de los gases de escape de la combustion desde cada una de las camaras de combustion (6) o (7) alternativamente.
- camara de combustion superior (6) del cilindro (3) destinada a alojar el proceso de combustion y actuar sobre el piston hacia abajo.
- camara de combustion inferior (7) del cilindro (3) destinada a alojar el proceso de combustion y actuar sobre el piston hacia arriba.
- turbina (8) de la soplante (1), accionada por los gases de escape destinada a impulsar la soplante (1).
- motor (9) de la soplante (1) destinado a impulsar la soplante en caso de ser insuficiente la impulsion realizada por la turbina (8).
- conducto de inyeccion de combustible (10) de la camara de combustion (6) responsable de permitir la entrada de combustible a la camara de combustion (6) durante la carrera descendente.
- conducto de inyeccion de combustible (11) de la camara de combustion (7) responsable de permitir la entrada de combustible a la camara de combustion (7) durante la carrera ascendente.
- conducto de inyeccion de agua (12) destinado a la alimentacion de agua rociada al aire de la combustion.
Donde el citado conjunto opera de modo que obedece a un ciclo termico que comprende los siguientes procesos termodinamicos,
- proceso de compresion del aire atmosferico,
- proceso de combustion a volumen constante,
- proceso de combustion y expansion politropica durante la totalidad de la carrera del piston con realization simultanea de trabajo mecanico, donde los gases de exhaustacion accionan una turbina que impulsa una soplante del aire de combustion y circulan a traves del regenerador calentador de aire (2) saliendo a la atmosfera,
y donde los procesos mencionados del ciclo termico se hallan secuencialmente vinculados siguiendo el siguiente orden:
La soplante de aire de combustion (1) aspira aire fresco de la atmosfera y lo comprime
5 incrementando ligeramente la presion. El aire impulsado por la soplante (1) pasa por el
regenerador calentador de aire (2) en donde incrementa su temperatura. El aire caliente pasa por la valvula de admision de dos posiciones y tres vlas (4) hacia la camara de combustion superior (6) del cilindro (3) en donde se real iza la combustion al alimentar gas combustible por el conducto de inyeccion de combustible (10) a la camara de
10 combustion superior (6) del cilindro (3) durante la toda la carrera del piston con la
correspondiente realization de trabajo mecanico. Cuando el piston alcanza el punto muerto bajo. cesa la inyeccion de combustible y comienza la evacuation de los gases de la combustion a traves de la valvula de escape de dos posiciones y tres vlas (5). El gas caliente acciona la turbina (8) que impulsa la soplante de aire de combustion (1) y 15 seguidamente pasa por el regenerador calentador de aire (2) para salir a la atmosfera, cerrando el ciclo termico.
La camara de combustion inferior (7) del cilindro (3) opera de igual manera que la camara de combustion superior (6) del cilindro (3), (con un desfase de 180 grados de ciclo) de 20 manera que cuando la camara de combustion inferior (7) del cilindro (3) esta en la fase de combustion y realizacion de trabajo mecanico, la camara de combustion superior (6) del cilindro (3) se halla en la fase de evacuacion de los gases de combustion y viceversa,
y donde durante la fase de arranque del motor durante la cual no existen gases de 25 escape suficientes para activar la turbina (8) para impulsar la cantidad suficiente de aire de combustion, se dispone del motor (9) acoplado mecanicamente a la soplante (1),
y donde el motor puede estar constituido por varios cilindros similares al cilindro (3).
Claims (3)
- 51015202530354045501. Motor alternativo regenerativo de combustion de doble efecto, constituido por- una soplante de aire de combustion impulsada por una turbina que opera con los gases de exhaustacion y opcionalmente por el motor electrico, la cual esta destinada a alimentar la camara de combustion con aire atmosferico calentado mediante el regenerador calentador de aire con calor de los gases de exhaustacion.- regenerador calentador de aire.- al menos un cilindro actuador responsable de realizar trabajo mecanico durante el proceso de expansion politropica.- valvula de admision de dos posiciones y tres vlas, destinada a administrar la entrada de aire de la combustion a cada una de las camaras de combustion alternativamente.- valvula de escape de dos posiciones y tres vlas, destinada a administrar la salida de los gases de escape de la combustion desde cada una de las camaras de combustion alternativamente.- camara de combustion superior del cilindro destinada a alojar el proceso de combustion y actuar sobre el piston hacia abajo.- camara de combustion inferior del cilindro destinada a alojar el proceso de combustion y actuar sobre el piston hacia arriba.- turbina de la soplante, accionada por los gases de escape destinada a impulsar la soplante de aire de combustion.- motor electrico de la soplante destinado a impulsar la soplante en caso de ser insuficiente la impulsion realizada por la turbina.- conducto de inyeccion de combustible de la camara de combustion superior responsable de permitir la entrada de combustible a la camara de combustion superior durante la carrera descendente.- conducto de inyeccion de combustible de la camara de combustion inferior responsable de permitir la entrada de combustible a la camara de combustion inferior durante la carrera ascendente.- conducto de inyeccion de agua destinado a la alimentacion de agua rociada al aire de la combustion.y caracterizado por(a) utilizar un regenerador calentador de aire que opera con los gases procedentes de la exhaustacion,(b) impulsar la soplante de aire de combustion mediante la turbina de la soplante accionada por los gases de exhaustacion, y51015202530354045(c) disponer de un motor electrico acoplado al eje de la turbina de la soplante para ayudar a la soplante de aire de combustion.
- 2. Motor alternativo regenerativo de combustion de doble efecto, segun reivindicacion 1a, caracterizado por el procedimiento de operation, segun el cual, el ciclo termico comprende tres procesos termodinamicos, los cuales consisten en- proceso de compresion del aire atmosferico,- proceso de combustion a volumen constante,- proceso de combustion y expansion politropica durante la totalidad de la carrera del piston con realization simultanea de trabajo mecanico, donde los gases de exhaustacion accionan una turbina que impulsa una soplante del aire de combustion y circulan a traves del regenerador calentador de aire saliendo a la atmosfera.Donde los procesos mencionados del ciclo termico se hallan secuencialmente vinculados siguiendo el siguiente orden:La soplante de aire de combustion aspira aire fresco de la atmosfera y lo comprime incrementando ligeramente la presion. El aire impulsado por la soplante de aire de combustion pasa por el regenerador calentador de aire en donde incrementa su temperatura. El aire calentado por regenerador pasa por la valvula de admision de dos posiciones y tres vlas hacia la camara de combustion superior del cilindro en donde se realiza la combustion al alimentar gas combustible por el conducto de inyeccion de combustible a la camara de combustion superior del cilindro durante la toda la carrera del piston con la correspondiente realizacion de trabajo mecanico. Cuando el piston alcanza el punto muerto bajo, cesa la inyeccion de combustible y comienza la evacuation de los gases de la combustion a traves de la valvula de escape de dos posiciones y tres vlas. El gas caliente acciona la turbina que impulsa la soplante de aire de combustion y seguidamente pasa por el regenerador calentador de aire para salir a la atmosfera, cerrando el ciclo termico.La camara de combustion inferior del cilindro opera de igual manera que la camara de combustion superior del cilindro, (con un desfase de 180 grados de ciclo), de manera que cuando la camara de combustion inferior del cilindro esta en la fase de combustion y realizacion de trabajo mecanico, la camara de combustion superior del cilindro se halla en la fase de evacuacion de los gases de combustion y viceversa,y donde durante la fase de arranque del motor durante la cual no existen gases de escape suficientes para activar la turbina para impulsar la cantidad suficiente de aire de combustion, se dispone del motor electrico acoplado mecanicamente a la soplante.
- 3. Motor alternativo regenerativo de combustion de doble efecto, segun reivindicacion ia y 2a caracterizado por disponer de varios cilindros.
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2015
- 2015-02-02 ES ES201500095A patent/ES2578991B1/es active Active
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Also Published As
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