ES2602228B1 - Motor-compresor de cilindros rotativos - Google Patents

Abstract

Motor-compresor de cilindros rotativos que comprime un gas, por la acción de una fuerza centrífuga sobre un pistón horizontal, en el interior de un cilindro. La energía de compresión es dada por un motor eléctrico cuyos elementos metálicos soportan al compresor en rotación. El gas comprimido puede utilizarse en un circuito exterior o internamente, inyectándolo en unos propulsores de reacción, que empujan tangencialmente al mecanismo en rotación. Cuando utiliza aire y combustible, la reacción en los propulsores, incrementa la energía del giro, transformando al motor eléctrico en generador eléctrico. Sus relaciones, potencia/peso y rendimiento, son muy elevados. No arroja mino-partículas al exterior porque el vapor de agua producido es condensado, utilizando el agua obtenida para eliminar la polución y sellar la cámara de gases. Acoplado a una fuente ecológica, solar o similar, almacena energía neumática que devuelve como energía eléctrica funcionando como motor de aire de alto rendimiento.

Description

DESCRIPCIÓN

Motor-Compresor de Cilindros Rotativos.

Sector de la técnica 5

El de la compresión del aire o de otro fluido gaseoso, mediante la utilización de energía eléctrica y/o térmica. El de la transformación de la energía térmica y/o neumática en mecánica y/o eléctrica.

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Estado de la técnica anterior

La técnica anterior relacionada con la invención está referida a los motores y compresores de pistones alternativos y a los sistemas de transmisión mediante mecanismos de cigüeñal y biela-manivela. También está referida a los motores de 15 impulso por la expansión experimentada por los gases en combustión y la aplicación del principio de acción -reacción. (Propulsores tipo jet y cohetes).

Las patentes nacionales P201301160, P201400068, P201400114, y la internacional PCT/ES2014/00211 publicadas, describen un nuevo motor de combustión interna, 20 basado en el principio de acción-reacción, similar al de los propulsores jet y como alternativa a los motores de pistón y transmisión por cigüeñal y sistema biela-manivela. Este tipo de motor térmico a reacción, cuando usa combustible convencional, requiere para su correcto funcionamiento la inyección de un elevado caudal másico de aire, a elevada presión y en un sistema sometido a elevada velocidad angular. Para cubrir este 25 requisito se ha creado un compresor de gases de pistón inercial, referenciado en la citada PCT/ES2014/00211 y en la patente P201400560 publicada. El prototipo fabricado ha planteado varios desafíos tecnológicos para el desarrollo de modelos competitivos en el mercado de los compresores de gases y/o en el de los motores térmicos con combustible convencional. 30

Explicación de la invención

La explicación de la invención, tal como es caracterizada en las reivindicaciones, se realiza aportando los datos que indica la Ley de Patentes y el Reglamento para la 35 ejecución de la Ley vigentes y para ello, se exponen los problemas técnicos planteados y las soluciones, indicando al final de esta exposición las ventajas de la invención en relación a la técnica anterior.

Problemas técnicos planteados 40

El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos basa la gran eficiencia energética del motor térmico a reacción, en la inyección del aire para la combustión a muy elevada presión, realizándose un ciclo termodinámico Brayton y obteniéndose un alto rendimiento térmico. Ello implica desplazar un gran volumen de aire en la etapa de aspiración del aire 45 en el compresor de pistón inercial, como etapa previa a la inyección del aire a alta presión para la combustión (PCT/ES2014/00211). Esta aspiración se realiza mediante la presión diferencial de vacío y este diferencial de la presión limita la velocidad de desplazamiento del aire en la válvula de admisión. Por lo tanto un gran caudal de aspiración de aire, con la velocidad limitada, requiere de una gran superficie de aspiración. Por ello el primer 50

problema técnico que se plantea es el conseguir dar la suficiente superficie de entrada al aire en la válvula de aspiración del compresor de pistón inercial.

El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, forma un conjunto de motor eléctrico, compresor de aire de pistón inercial y motor térmico a reacción, en una geometría de 5 revolución a elevada velocidad angular y de una significativa masa de inercia. (PCT/ES2014/00211) El control de la presión del aire a la salida del compresor de pistón inercial y/o la potencia generada por el motor térmico a reacción, están relacionados con el control de las revoluciones de la citada masa inercial. Por lo tanto, conseguir un eficaz control de las revoluciones del sistema, sin pérdidas significativas de energía y 10 con rapidez de respuesta es el segundo problema técnico planteado.

La masa del motor eléctrico asociado aumenta el peso del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos. Conseguir una significativa reducción de peso es el tercer problema técnico planteado. 15

La cámara de recogida de los gases de combustión que expulsan los propulsores del motor térmico a reacción, ha de ser estanca en relación a la zona de aspiración del aire del compresor de pistón inercial y a la propia atmósfera. El sellado estanco de la cámara de recogida de los gases de la combustión es el cuarto problema técnico 20 planteado.

El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos elimina la contaminación por micro partículas, condensando el vapor de agua de la combustión y filtrando el agua contaminada por la polución (PCT/ES2014/00211). Pero los filtros no pueden instalarse 25 bajo la acción directa de la llama ni soportan temperaturas muy elevadas. La instalación de filtros, alejados de la acción directa de los gases muy calientes, para la recogida y filtrado del agua contaminada, es el quinto problema técnico planteado.

Solución a los problemas planteado 30

Para conseguir una gran superficie de entrada de aire en la válvula de admisión (6) del cilindro (2) se diseña la citada válvula de admisión (6) con un plato (18) de configuración troncocónica y que ocupa la casi totalidad de la superficie interior de la culata (11). Con el muelle (9) extendido, el plato (18) hace presión sobre el asiento (16) de la culata (11) y 35 cierra los orificios (8) que perforan la culata (11). Con el muelle (9) comprimido, el plato (18) se separa del asiento (16) de la culata (11) y entra el aire a la cámara (7) del cilindro a través de los orificios (8). El muelle (9) de la válvula de admisión puede ser comprimido mecánicamente por el empuje que sobre la semiesfera (10) realiza una chapa laminada (31) curvadas en forma de "C", cuando la citada semiesfera entra en contacto y desliza 40 sobre la superficie de la chapa laminada (31). Este contacto se produce por cada ciclo de aspiración-compresión del pistón (1) y mantiene abierta la válvula de admisión, durante el citado ciclo. (Figuras de referencia 1, 2, 3, 4, 11 y 12).

Para conseguir un control de las revoluciones del eje central (80) se utiliza un variador 45 de frecuencia, conectado en la acometida (64) de la alimentación eléctrica al estator (23) del motor eléctrico. (Figuras de referencia 5, 6, 7 y13).

Para conseguir una reducción de peso del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos (que está formado por un compresor de aire (gas) de pistón inercial, un motor eléctrico y un 50 motor térmico a reacción o alternativamente por un compresor de aire (gas) de pistón

inercial y un motor eléctrico) el estator (23) del motor eléctrico forma parte de la estructura, soporte estático, para la rotación del mecanismo, perteneciendo al rotor del motor eléctrico la totalidad de componentes mecánicos en rotación.

El estator (23), dispone las bobinas (24) con un flujo magnético radial, es de 5 configuración cilíndrica y la base inferior está unida rígidamente a una columna (47). Esta columna tiene un hueco axial (48) por el que canaliza la alimentación eléctrica del estator (23), un soporte (46) para el rodamiento axial-radial inferior (44), una cremallera circular (49) y está rígidamente unida a la base (50) del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos. El estator (23) dispone de un saliente (26) para la fijación del rodamiento axial-radial 10 superior (30) del eje central (80).

El rotor del motor eléctrico lo forman los siguientes componentes:

Un carrete metálico (28) en cuya superficie Interior tiene unas barras interiores (29) de 15 material buen conductor eléctrico, unidas en sus dos extremos por unos anillos (27) de idéntico material.

Una plataforma giratoria (32), unas chapas laminadas (31) curvadas en forma de "C", unas barras exteriores (34) de material buen conductor eléctrico, unidas en sus extremos 20 por unos anillos de idéntico material e instaladas en un cilindro metálico (35) hueco. En este hueco se introduce el carrete cilíndrico (28) que queda rígidamente fijado en el cilindro metálico (35), formando una doble jaula de ardilla.

Un conjunto de cilindros (2) con sus ejes secundarios (3) y ruedas dentadas (52), 25 soportados por la plataforma giratoria (32), mediante rodamientos axiales-radiales y ocupando los vértices de un polígono regular. Para ello la plataforma giratoria dispone de taladros perforantes (33) para el paso del extremo inferior (20) de los ejes secundarios (14).

30

Un colector a presión (42) cuyo fondo circular (43) está unido al cilindro metálico (35), soportado por el rodamiento axial-radial superior (30) del eje central (80) y dispone de taladros perforantes para el paso del extremo superior (14) de los ejes secundarios (3). la entrada de los ejes secundarios (3) al colector a presión (42) es sellada mediante juntas rotativas estancas. El tejado (57) del colector a presión (42) está cerrado por una placa 35 plana circular y con pendiente negativa hacia el exterior.

El lateral del colector a presión (42) está formado por dos láminas en forma de tronco de cono, la lámina circular interior (69) cierra herméticamente el colector a presión (42) y la lámina circular exterior (71), es paralela a la anterior pero separada de ella por una 40 pequeña distancia (en el orden de unos pocos milímetros) y unida al colector a presión (42) por su parte superior.

La solución descrita, reduce el peso del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos porque elimina las transmisiones mecánicas entre el eje motriz del motor eléctrico y el eje central 45 del compresor de gases de pistón inercial (P201400560 y PCT/ES2014/00211) y utiliza las masas metálicas canalizadoras de los flujos magnéticos del estator del motor eléctrico como elementos estructurales para el soporte de los componentes mecánicos en rotación. (Figuras de referencia 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18 y 27).

50

Para conseguir un sello estanco de la cámara gases del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos las cámaras de combustión (54), los propulsores (55) de los gases procedentes de la combustión, los inyectores de combustible (56) y los inyectores de aire (66), se instalan sobre el tejado (57) del colector a presión (42). La entrada de combustible (73) se realiza mediante una junta rotativa hidráulica (58) y por el hueco axial perforante del eje 5 de potencia (79) que es una prolongación del eje central (80). El empuje tangencial en la salida de los gases (65) de los propulsores (55) hace girar al colector a presión (42), que está mecánicamente integrado en el rotor del motor eléctrico. Las fuerzas centrífugas desplazan a las partículas no quemadas hacia los tubos de agua (67) del intercambiador de calor situado en el perímetro circular Interior de la cúpula ondulada (61). El vapor de 10 agua originado en la combustión es condensado en el citado intercambiador de calor y el agua líquida y caliente cae al fondo húmedo (70) de la cámara de gases (53). Este fondo húmedo (70) dispone de una lámina circular de la cámara (68) de geometría troncocónica y que queda situada en el espacio comprendido entre la lámina circular interior (69) y la lámina circular exterior (71) del colector a presión (42). Con esta disposición, el agua 15 procedente de la condensación del vapor de agua de la combustión, al subir su nivel sobre el fondo húmedo (70) de la cámara de gases (53), ocupa el espacio comprendido entre la lámina circular exterior (71) y la lámina circular de la cámara (68), sellando herméticamente la cámara de gases (53) de la zona correspondiente a la aspiración del aire para la combustión. La única comunicación de la cámara de gases (53) con la 20 atmósfera es la del catalizador toroidal (63) y tubo de escape (59), situados en la parte superior de la cúpula ondulada (61). La estanqueidad en rotación del sello hidráulico requiere de un rodamiento radial blindado (74) en el eje de potencia (79), además del engranaje de potencia (78), piñón de ataque (79) y soporte triangular (76) de la junta rotativa hidráulica (58). (Figuras de referencia 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 y 29). 25

Para la instalación de filtros que limpien el agua procedente de la condensación del vapor de agua de la combustión y eliminen las partículas contaminantes, lejos de la acción directa de la llama y de la alta temperatura de la cámara de gases, se diseñan unos tubos-columna (62), en el perímetro circular exterior del Motor-Compresor de 30 Cilindros Rotativos. Estos tubos-columna, además de dar soporte estructural, canalizan el agua contaminada de la cámara de gases a la corona circular (75) del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos. la parte superior de los citados tubos-columna (62), sobresale del fondo (70) de la cámara de gases (53), actuando de rebosadero, por encima del nivel del sello hidráulico de la citada cámara. la parte inferior de los tubos-columna (62) canaliza el 35 agua contaminada a los filtros instalados en la corona circular (75). (Figuras 201 22 y 24).

Ventajas de la invención

En relación a los contenidos de las patentes publicadas P201400068, P201400114, 40 P20140560 y patente internacional PCT/ES201400211 la solución presentada en la actual patente puede alcanzar desplazamientos volumétricos del caudal de aire en aspiración, varias decenas de veces superior.

El compresor de pistón alternativo de cigüeñal y biela-manivela, para alta presión, realiza 45 varias etapas de compresión en serie, realizando una carrera del pistón por cada etapa en una compresión adiabática. Esto implica un rendimiento final que es el producto de los rendimientos parciales de cada etapa. El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos alcanza altas presiones en una sola carrera de compresión del pistón, que al ser una carrera de múltiples etapas (a nivel teórico son infinitas etapas en una compresión cuasi-estática, 50

próxima a la isotérmica), para un mismo ratio de compresión y desplazamiento volumétrico consigue significativos ahorros de energía.

El compresor de pistón alternativo de cigüeñal y biela-manivela, para grandes centrales de compresión de gases, incluidos los GLP, requiere de sistemas mecánicos y 5 transmisiones, con aceros especiales y tratamientos superficiales singulares, sistemas de lubricación y refrigeración y no soportan líquidos incomprensibles en el interior de los cilindros. El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, trabajando como compresor de aire o gas, elimina esta exigencia tecnológica. El pistón inercial puede ser fabricado de materiales diversos y no está sometido a esfuerzos derivados de la transmisión 10 mecánica. Las tolerancias en los ajustes de deslizamiento son mayores y el movimiento del pistón, apoyado en un rodamiento lineal, reduce las pérdidas por rozamientos. lo anterior significa menores costes de fabricación y de mantenimiento al tiempo que puede comprimir mezclas bifásicas.

15

La integración física del motor eléctrico, compresor de aire(gas) de pistón inercial y motor térmico a reacción, como una unidad compacta, sin elementos de transmisión mecánica (embragues y/o reenvíos) de acoplamiento entre ellos es una ventaja tecnológica que implica una considerable reducción de masa y espacio utilizado.

20

El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, trabajando como motor térmico a reacción, presenta un alto rendimiento en términos de potencia de empuje por dos razones; la alta presión del aire para la combustión y la no limitación de la temperatura a la salida del propulsor. Diseña un sistema de eliminación de la contaminación por efectos de la polución que, aunque como procedimiento está reflejado en las patentes P201400114 y 25 petitorio PCT/ES2014/00211, la solución presentada en las citadas patentes, entra en conflicto con la entrada de aire para la combustión cuando se requieren elevados caudales de aspiración. La presente patente soluciona este conflicto y da solución completa a la eliminación de la polución. la integración del motor térmico a reacción, motor eléctrico y compresor de aire (gas) de pistón inercial sobre un único eje en 30 rotación, dan al Motor-Compresor de Cilindros Rotativos las características de un motor híbrido.

Breve descripción de los dibujos.

35

Para mejor comprensión de la explicación realizada en el apartado anterior, se complementa con un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1: Se representa, en alzado, una vista seccionada de un pistón (1), en el interior 40 de su cilindro (2), el eje secundario (3), el rodamiento lineal (5), la válvula de admisión (6), el eje de la válvula de admisión (17), la cámara del cilindro (7), el asiento (16) de la culata, el plato (18), la válvula de descarga (15), el conducto de descargar (4), el extremo superior (14), el extremo inferior (20) y el rebaje del extremo inferior (19).

45

Figura 2: Representa la vista lateral izquierda del eje secundario. El eje A-A marca el plano seccionador de la figura 1.

Figura 3: Representa una vista isométrica exterior del cilindro y eje secundario, el tornillo-prisionero (12), la culata (11) y sus pernos de fijación (13). Hay marcado un circulo B 50 como detalle ampliado.

Figura 4: Se dibuja el detalle B de la figura anterior, donde se observan los taladros de admisión (8), el muelle (9) y la semiesfera (10).

Figura 5: Representa en alzado la vista exterior del estator del motor eléctrico. El eje C-C marca el plano seccionador para la figura 6. 5

Figura 6: Dibuja en sección la vista lateral izquierda del estator (23). Los polos magnéticos (21) y las bobinas (24).

Figura 7: Es una perspectiva isométrica del estator con la superficie polar (22), el pilar 10 (25) y el saliente (26).

Figura 8: Es una sección del carrete metálico, con las barras interiores (29) y los anillos (27).

15

Figura 9: Es la vista exterior del carrete metálico con el eje D-D del plano seccionador de la figura 8.

Figura 10: Representa una isométrica del carrete metálico (28).

20

Figura 11: Es un alzado de la plataforma giratoria con las chapas laminadas (31).

Figura 12: Es una isométrica de la plataforma giratoria (32), con los taladros pasantes (33), las barras exteriores (34), el cilindro metálico (35), los extremos en abanico (37) de las chapas laminadas y sus ranuras de ventilación (36). 25

Figura 13: Representa una sección en alzado del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos especialmente concebido para producir aire (gas) comprimido, con la junta rotativa (40), el acoplamiento (41) para la descarga, la cúpula plana (39), el colector a presión (42), el fondo circular (43) del colector, el tejado (57), el rodamiento axial-radial superior (30), el 30 eje central (80), la chapa cilíndrica (38) con sus tomas de aire (45), la acometida (64) al estator del motor eléctrico y la corona circular (75).

Figura 14: Es una vista en planta del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, concebido para el suministro de aire (gas) a presión, con las aperturas radiales (51) y el eje E-E del 35 plano seccionador que genera la figura 13.

Figura 15: Es un detalle ampliado, del círculo G de la figura 13, con el rodamiento axial-radial inferior (44).

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Figura 16: Es un detalle ampliado, del círculo F de la figura 13, con el soporte (46), la columna (47), el hueco axial (48), la cremallera circular (49) y la base (50).

Figura 17: Es una vista en alzado del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos concebido para el suministro de aire (gas) a presión, con el eje H-H del plano seccionador de la 45 figura 18.

Figura 18: Representa la planta seccionada del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos con las ruedas dentadas (52).

50

Figura 19: Representa en perspectiva una vista exterior del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, concebido para producir aire (gas) a presión.

Figura 20: Representa una vista exterior en alzado del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, especialmente concebido como motor térmico a reacción, con la junta rotativa 5 hidráulica (58) y el eje I-I del plano seccionador de la figura 21.

Figura 21: Representa la planta seccionada de la figura 20, sobre el tejado (57) del colector a presión.

10

Figura 22: Es una vista ampliada del detalle J de la figura 20. Se representan los tubos-columnas (62).

Figura 23: Es una vista ampliada del detalle K de la figura 21 con las cámaras de combustión (54), los propulsores (55) y los inyectores de combustible (56). 15

Figura 24: Sección en alzado, del plano seccionador M-M de la figura 25, del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, especialmente concebido como motor térmico a reacción, con el catalizador toroidal (63), la cúpula ondulada (61), el rodamiento radial-blindado (74) y el eje de potencia (79). 20

Figura 25: Es la vista en planta de la cúpula del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos con la entrada de combustible (73), el radiador (60), el tubo de escape (59) y el eje M-M del plano seccionador que genera la figura 24.

25

Figura 26: Dibuja el detalle P de la figura 24 con la salida de los gases (65) y el inyector de aire (66).

Figura 27: Detalle Q de la figura 24 con el sellado hidráulico de la cámara de gases (53), formado por la lámina circular interior (69), la lámina circular exterior (71) y la lámina 30 circular de la cámara (68). El fondo húmedo (70) y los tubos de agua (67) del intercambiador.

Figura 28: Es una representación isométrica del aspecto externo del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, especialmente concebido para como motor térmico a reacción. 35

Figura 29: Es una ampliación del detalle R de la figura anterior. Sobre el techo plano (72) de la cúpula está el soporte triangular (76). Acoplado al eje de potencia se instala un engranaje de potencia (78) y un piñón de ataque (79).

40

A continuación se proporciona una lista ordenada de los elementos de las figuras:

1 = pistón; 2 =cilindro; 3 = eje secundario; 4 =conducto de descarga; 5 = rodamiento lineal; 6 = válvula de admisión; 7 = cámara; 8 = taladro de admisión; 9 = muelle; 10 = semiesfera; 11 = culata; 12 = tornillo prisionero; 13 = perno de fijación; 14 = extremo 45 superior; 15 = válvula de descarga; 16 = asiento; 17 = eje de la válvula de admisión; 18 = plato; 19 = rebaje del extremo inferior; 20 = extremo inferior; 21 = polo magnético; 22 = superficie polar; 23 = estator; 24 = bobina; 25 = pilar; 26 = saliente; 27 = anillo; 28 = carrete metálico; 29 = barra interior; 30 = rodamiento axial-radial superior; 31 = chapa laminada; 32 = plataforma giratoria; 33 = taladro pasante; 34 = barra exterior; 50 35 = cilindro metálico; 36 = ranura ventilación; 37 = extremo en abanico; 38 = chapa

cilíndrica; 39 = cúpula plana; 40 =junta rotativa; 41 = acoplamiento; 42 = colector a presión; 43 = fondo circular; 44 = rodamiento axial-radial inferior; 45 = toma de aire; 46 = soporte; 47 = columna; 48 = hueco axial; 49 = cremallera circular; 50 = base; 51 = apertura radial; 52 = rueda dentada; 53 = cámara de gases; 54 = cámara de combustión; 55 = propulsor; 56 = inyector de combustible; 57 = tejado del colector; 5 58 = junta rotativa hidráulica; 59 = tubo de escape; 60 = radiador; 61 =cúpula ondulada; 62 = tubo-columna; 63 = catalizador toroidal; 64 = acometida; 65= salida de los gases; 66 = inyector de aire; 67 = tubo de agua; 68 = lámina circular de la cámara; 69 = lámina circular interior; 70 = fondo húmedo; 11 = lámina circular exterior; 12 = techo plano; 73 = entrada combustible; 74 = rodamiento radial-blindado; 75 = corona circular; 10 76 = soporte triangular; 77 = piñón; 78 = engranaje de potencia; 79 = eje de potencia; 80 = eje central.

Modo de realización preferente

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El estator (23), se fabrica en chapas de material ferromagnético, la bobina (24) en hilo de cobre aislado y el saliente (27) de apoyo en acero, incluido el mecanizado y acoplamiento del pilar (26) que se fabrica en acero y la superficie polar (22) de material ferromagnético. La parte del rotor que forma la doble jaula de ardilla, se fabrica en dos piezas. La primera mediante el mecanizado del carrete metálico (28) en material ferromagnético y al que se 20 le acoplan, en el número adecuado, la barra interior (29) preferentemente de aluminio y el anillo (27) de cierre, del mismo material. La segunda pieza, se fabrica mediante el mecanizado en aleación de aluminio de la plataforma giratoria (32), con los taladros pasantes (33) y a la que se fijan las chapas laminadas (31), curvadas en “C” y fabricadas en acero, una por cada cilindro. Las citadas chapas laminadas se unen por su lado 25 interior mediante un cilindro metálico (35) de material ferromagnético y forma tubular. En la superficie interior de este cilindro metálico (35), se mecanizan unas ranuras donde se acoplan las barras exteriores (34). Ambas piezas se acoplan por ajuste a presión y tornillos de fijación. Cada pistón (1), se fabrica en acero y lleva un tratamiento térmico de cementado en toda su superficie. Las dos bases del citado pistón son fijadas mediante 30 tornillos roscados al cuerpo central del pistón, una vez haya sido instalado el rodamiento lineal (5). Cada cilindro (2) se fabrica en aleación de aluminio realizando en la superficie interior un tratamiento térmico de anodizado. Cada culata (11), es mecanizada en una aleación de aluminio. En este mecanizado se practica el hueco para el eje de la válvula de admisión (17), el asiento (16) y los taladros de admisión (8). El plato (18) y el eje de la 35 válvula de admisión (17) se mecanizan en una pieza de acero y sobre el extremo del eje de la válvula de admisión (17) se acopla el mulle (9) y la semiesfera (10), que queda fijada mediante rosca. la válvula de descarga (15), se acopla al conducto de descarga (4) mediante rosca. El eje secundario (3) se mecaniza de una pieza de acero. Cada culata (11) se fija al cilindro (2) mediante el perno de fijación (13), en el número de pernos y 40 diámetro adecuado a la presión de diseño. El rodamiento lineal se fija al cilindro por medio de un tornillo-prisionero (12).

La base (50) se fabrica en una pieza de acero fundido. En su centro se fija mediante soldadura la cremallera circular (49) y la columna (47). Esta columna se fabrica en acero, 45 con un soporte (46) para el rodamiento axial-radial inferior (44). El estator (23) se suelda al extremo superior de la columna (47) y se conecta a los cables de la alimentación eléctrica instalados a través del hueco axial (48). El rodamiento axial-radial inferior (44) se fija al soporte (46). Este rodamiento soporta la plataforma giratoria (32) con los cilindros (2), los ejes secundarios (3), la doble jaula de ardilla y las chapas laminadas (31). Las 50 ruedas dentadas (52), se montan en el rebaje del vástago inferior (21) de los ejes

secundarios (3) y al tiempo que se acoplan al citado rebaje, quedan engranadas en la cremallera circular (49).

El colector a presión (42) se fabrica de planchas de acero inoxidable de la resistencia adecuada a la presión de descarga del aire (gas), unidas mediante soldadura y con los 5 taladros en su base para ajustar el extremo superior (14) de cada eje secundario (3). En el centro del fondo circular (43), por su lado exterior se fija el rodamiento axial-radial superior (30). El perímetro circular del colector a presión (42) se cierra mediante soldadura con la lámina circular interior (69) fabricada en acero inoxidable. A esta lámina se suelda en su parte superior, la lámina circular exterior (71), fabricada en acero 10 inoxidable.

El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, fabricado para su uso como compresor de aire o gas, requiere el cierre perimetral exterior, para la estabilidad del rotor del motor eléctrico integrado. Este cierre se realiza mediante una chapa cilíndrica (38) que 15 incorpora los huecos de toma del aire (45) para aspiración y ventilación. Esta chapa cilíndrica (38) se une mediante soldadura al perímetro exterior de la corona circular (75) y mediante tornillos y junta de asiento a la cúpula plana (39). En el centro de la cúpula plana (39) se fija la junta rotativa (40) y el acoplamiento (41) de descarga.

20

El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos fabricado como dispositivo de motor térmico a reacción, las cámaras de combustión (54) se fabrican en esferas huecas de fundición de acero e interiormente recubiertas por cerámicas refractarias.

Sobre la superficie esferoidal se practican los taladros para la inyección de aire y del 25 combustible y la salida de los gases de la combustión. El propulsor (55) asociado a cada cámara de combustión (54) se fabrica en aleación de acero inoxidable y configuración troncocónica uniendo mediante soldadura las diferentes secciones. El inyector de aire (66) y el inyector de combustible (56) se fabrican en aleación de acero inoxidable. Los citados elementos se fijan sobre el tejado del colector (57). 30

La corona circular (75) fabricada en fundición de hierro se fija concéntrica con la base (50). En esta corona se mecanizan los huecos para los filtros del agua procedente de la cámara de gases, se montan los citados filtros y se comunican hidráulicamente con los tubos-columna (62) que se instalan en el perímetro circular exterior. 35

El cierre perimetral exterior, en su parte superior forma el fondo húmedo (70) de la cámara de gases. A este fondo y por el lado interior va soldada la lámina circular de la cámara (68) de acero inoxidable. Esta lámina queda situada entre la lámina circular exterior (71) y la lámina circular interior (69). En paralelo a lo anterior se fabrica la cúpula 40 ondulada (61) de cierre, preferentemente en fundición de aluminio y el radiador (60). Sobre la superficie interior de la cúpula ondulada (61) se fijan los tubos de agua (67) del intercambiador y el catalizador toroidal (63). Antes de la instalación de la cúpula se monta el eje de potencia (79), de acero inoxidable, hueco en su eje axial, se fija al eje central (80) por su extremo inferior y se conectan los inyectores. La cúpula ondulada, queda 45 fijada mediante tornillos y junta estanca en su perímetro exterior sobre el fondo circular (70) de la cámara de gases (53). En su centro se acopla el rodamiento radial blindado (74). Este rodamiento asegura la estanqueidad en rotación del sello hidráulico de la cámara de gases. Sobre el techo (72) de la cúpula se monta, en el eje de potencia, el engranaje de potencia (78) al que irá acoplado el piñón de ataque (79). Por último se fija 50

el soporte triangular (76) sobre el techo plano (72) de la cúpula y a este soporte va fijado el tubo de escape (59) y la junta rotativa hidráulica (58).

Posibles aplicaciones

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En la industria, el Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, tiene aplicación en las siguientes plataformas:

Plataforma de la automoción: Puede ser implementado en cualquier vehículo terrestre con mejores prestaciones de potencia y consumo. Su capacidad de eliminar las partículas 10 contaminantes representa una gran ventaja competitiva.

Plataforma ferroviaria: En una cabeza tractora se puede instalar un Motor-Compresor de Cilindros Rotativos de potencia suficiente para la tracción ferroviaria.

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Sector naval: Quizás en este sector su aplicación industrial adquiere un mayor significado por varias razones muy importantes para el sector, como lo son la potencia, la fiabilidad, la agilidad de respuesta, la autonomía (ahorro de combustible) y el peso y esto es válido tanto en el sector civil como en el militar.

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Sector de la energía/Grupos electrógenos: En este sector, tiene aplicación en las empresas que requieran una fiabilidad y continuidad en el suministro de energía eléctrica y estén conectadas a una red propia o externa. Como grupo electrógeno para la producción de energía eléctrica puede trabajar conectado a unas baterías eléctricas, mediante dispositivos de convertidor/inversor. 25

La energía generada por el motor térmico puede ser entregada como energía mecánica, como energía eléctrica y como energía neumática, de manera simultánea o única, en función de la utilización que se proyecte del Motor-Compresor de Cilindros Rotativos. los propulsores de reacción pueden trabajar únicamente con el aire comprimido a muy alta 30 presión. Estas circunstancias pueden darse, por ejemplo, cuando el Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, trabaja acoplado a una fuente de energía alternativa. En periodos naturales de alta producción alternativa, el compresor almacenará energía neumática en el colector de alta presión de aire o en un depósito externo. Cuando la naturaleza no permita la producción de energía alternativa, el aire a alta o muy alta presión 35 almacenado, se inyectará a los propulsores que trabajaran como motor de aire a alta presión. Esto puede garantizar el suministro constante de energía limpia.

Sector de compresión de gases: El Motor-Compresor de Cilindros Rotativos, posee características técnicas por las que supera a los actuales compresores como son el alto 40 desplazamiento volumétrico y másico y alta presión de salida en una sola carrera de compresión. A ello hay que sumar su menor contaminación acústica y su mejor rendimiento energético, singularmente cuando suministra aire a muy alta presión.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Motor-compresor de cilindros rotativos, formado por varios cilindros (1) en rotación, en una plataforma giratoria (32) y un pistón (2), con movimiento alternativo inercial, en el interior de cada uno de los citados cilindros. Está caracterizado porque dispone por 5 cilindro de dos válvulas de admisión (6) con una semiesfera (10), muelle (9), plato (18) y eje de la válvula de admisión (17), por cada válvula; dos culatas (11) con taladros de admisión (8), asiento (16), pernos de fijación (13) y válvula de descarga (15), por cada culata; un pistón (1) y un rodamiento lineal (5); una rueda dentada (52) en el extremo inferior (20) de un eje secundario (3) y una junta rotativa estanca en el extremo superior 10 (14) del citado eje. Dispone de rodamientos axiales-radiales en el eje secundario (3) y de un conducto de descarga (4). Dispone para el conjunto de todos los cilindros de una base (50), una cremallera circular (49), una columna (47) con un soporte (46) y un hueco axial (48) que perfora a la columna en toda su longitud y un rodamiento axial-radial inferior (44) montado en el soporte. Dispone de un motor eléctrico formado por: un estator (23), con 15 bobinas (24) de campo magnético radial, polos magnéticos (21), superficie polar (22), saliente (26) y pilar (25); un rotor formado por un carrete metálico (28), barras interiores (29) con anillos (27) en sus extremos y plataforma giratoria (32) con un cilindro metálico (35) y unas barras exteriores (34), formando doble jaula de ardilla, en la superficie interior del citado cilindro; la plataforma giratoria (32) tiene taladros pasantes (33) en número 20 igual al número de cilindros y situados en los vértices de un polígono regular, chapas laminadas (31) curvadas en "C" con ranuras de ventilación (36); en el rotor además, queda integrado un colector a presión (42), formado por un fondo circular (43) soportado por un rodamiento axial-radial superior (30), una lámina circular interior(69), una lámina circular exterior (71) un tejado (57) y un eje central (80). Dispone de junta rotativa (40) 25 con un acoplamiento (41) conectado a la red de suministro de aire a presión, una base (50) perforada en el centro para la acometida (64) eléctrica, una chapa cilíndrica (38) de cierre lateral con toma de aire (45) y una cúpula plana (39) con aperturas radiales (51), para el cierre superior.

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2. 2. Motor-compresor de cilindros rotativos, formado por un conjunto de cámaras de combustión en forma de esferas (54) y propulsores (55) a reacción, en rotación. la expulsión de los gases de los propulsores se realiza en dirección tangencial a la citada rotación. Está caracterizado porque dispone fijadas sobre el tejado (57) del colector a presión (42), las cámaras de combustión (54), los propulsores (55), los inyectores de 35 combustible (56) y los inyectores de aire (66); dispone de una cámara de gases (53) con un fondo húmedo (70), una lámina circular de la cámara (68) entre la lámina circular exterior (71) y la lámina circular interior (69) del colector a presión (42), un eje de potencia (79) perforado axialmente y unido a un eje central (80), integrado en el rotor un motor eléctrico; dispone el extremo inferior del eje de potencia (79) conectado con los 40 inyectores de combustible (56) y su extremo superior acoplado a un rodamiento radial-blindado (74); dispone de unos tubos de agua (67) que forman un intercambiador de calor, un catalizador toroidal (63) y un tubo de escape (59); dispone en la corona circular (75) de filtros de agua conectados con el extremo inferior de unos tubos-columna (62) instalados en el perímetro exterior de la chapa cilíndrica de cierre lateral; los citados 45 tubos-columna, penetran por el fondo húmedo (70) de la cámara de gases (53), por su extremo superior; dispone de una cúpula ondulada (61) de cierre estanco, que incorpora un radiador (60) y el remate superior es un techo plano (72), sobre el que se instala un engranaje de potencia (78), un piñón (77), una junta rotativa hidráulica (58) fijada por medio de un soporte triangular (76) y con taladro axial para la entrada de combustible 50 (73).
3. 3. Motor-Compresor de Cilindros Rotativos según reivindicaciones 1 y 2 constituido por un compresor de aire y un motor eléctrico o alternativamente por un compresor de aire, un motor eléctrico y un motor térmico. Está caracterizado porque dispone de fuente de suministro de energía eléctrica exterior en corriente alterna trifásica e instala un variador de frecuencia en este suministro, conectándose la salida del citado variador a los 5 terminales de las bobinas (24), del estator (23) del motor eléctrico.