ES2713385T3 - Método de generación de flujo de aire de alta velocidad - Google Patents
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Abstract
Un método de generación de flujo de gas de alta velocidad que utiliza un dispositivo compuesto de una tubería de gas (1), una tubería en circulación (2) y un sistema de inicio y control (3), en donde el sistema de inicio y control (3) se compone de uno o una combinación de dos cualesquiera o más de un refrigerador (4), una bomba de circulación (5) y un intercambiador de calor (6); la tubería de gas (1) hace que el medio de trabajo gaseoso se condense en estado líquido y se guíe en la tubería de circulación (2) apretando la tubería de gas para variar el diámetro de la misma o proporcionando adicionalmente un dispositivo de separación de gas-líquido y un dispositivo guía de flujo tal como una curva o espiral en la tubería de gas (1), después el medio de trabajo circula de nuevo para entrar en la tubería de gas (1) después de absorber calor que pasa a través del sistema de inicio y control (3), comprendiendo el método las siguientes etapas operativas: llenar el dispositivo con el medio de trabajo; activar el sistema de inicio y control (3); después de haberse presurizado en estado líquido, el medio de trabajo absorbe calor del entorno natural y se gasifica, entrando en la tubería de gas (1), y generando el flujo de gas de alta velocidad.
Description
DESCRIPCION
Metodo de generacion de flujo de aire de alta velocidad
Campo de la invencion
La invencion proporciona un metodo de generar un flujo de gas a alta velocidad, que pertenece a un metodo de convertir energfa termica o energfa de fluido en energfa mecanica.
Antecedentes de la invencion
En la tecnica anterior, un metodo de generar un flujo de gas de alta velocidad es primero presurizar el gas y despues expandir y eyectar el gas presurizado para generar flujo de gas de alta velocidad. La adopcion de este metodo provoca un consumo de alta energfa y gran desperdicio de fuente de energfa; ademas, debido a muchos aspectos de limitaciones tal como resistencia de presion de un dispositivo mecanico, tolerancia del material a temperatura, peso de la maquina o requisito dimensional y similar, el flujo de gas generado no esta a muy alta velocidad y asf tiene un valor de uso relativamente bajo.
La manera mas importante de utilizar una fuente de energfa por los humanos es convertir energfa termica en trabajo mecanico. Una manera de conversion tradicional es primero convertir energfa termica en energfa de potencial de presion y despues realizar el trabajo en el exterior. Sin embargo, esta manera de conversion tradicional produce perdida de energfa y consume fuente de energfa fosil adicionalmente.
El documento WO2006094324 describe un motor de combustion con una bomba de vapor como fase de compresor. El motor de combustion comprende un quemador continuamente operado bajo presion o en una realizacion determinada un quemador operado a presion atmosferica. En cada caso dicho quemador esta provisto de una turbina de escape posterior provista a la vez posteriormente de un intercambiador de calor recuperativo, que transfiere calor residual desde el escape a todos los medios lfquidos y gaseosos que fluyen en el motor de combustion a un nivel maximo ffsico. El aire de combustion precalentado o gas de escape se comprime posteriormente solo mediante la bomba de vapor sin fase de compresor mecanico. Lo anterior se logra por lo que el vapor operativo se sobrecalienta mediante el calor desde el quemador en un supercalentador de vapor despues de calentarse en el intercambiador de calor y luego durante la expansion isentropica en la boquilla operativa de Laval, se refresca constantemente y se sobrecalienta mediante el calor del quemador. En otras versiones, lo anterior es adecuado como sustitucion para turbocompresores convencionales y como un motor para un vetnculo a motor con uso recuperativo de energfa de frenado.
El documento FR800835 describe un metodo y dispositivos de generacion de aire comprimido para ello.
Sumario de la invencion
La invencion se dirige a evitar inconvenientes en la tecnica anterior mencionada, y asf proporciona un metodo de utilizar una fuente de calor de baja calidad para convertir un flujo de gas de baja velocidad en un flujo de gas de velocidad alta o extremadamente alta con un valor de uso relativamente alto.
La invencion se dirige ademas a convertir la energfa termica transportada por el fluido en la naturaleza en energfa mecanica eficientemente utilizando el metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad en la presente invencion.
Los objetivos de la invencion pueden lograrse adoptando las siguientes medidas:
el metodo de generacion de un flujo de gas de alta velocidad de la invencion se implementa adoptando un dispositivo compuesto de una tubena de gas 1, una tubena de circulacion 2 y un sistema de inicio y control 3. El sistema de inicio y control 3 se compone de uno o una combinacion de dos cualesquiera o mas de un refrigerador 4, una bomba de circulacion 5 y un intercambiador de calor 6; comprendiendo el metodo las siguientes etapas operativas:
llenar el dispositivo con un medio de trabajo;
activar el sistema de inicio y control 3;
despues de haberse presurizado en estado lfquido, el medio de trabajo absorbe calor desde el entorno natural y se gasifica, entrando en la tubena de gas 1 y generando el flujo de gas de alta velocidad.
La tubena de gas 1 es un equipo clave para generar el fluido de alta velocidad. La forma disenada de la tubena de gas 1 puede ajustarse de acuerdo con diferentes requisitos del flujo o caudal. Cuando la temperatura del medio de trabajo en la tubena de gas 1 disminuye debido a un caudal de gas alto y acompanado por el lfquido condensado, la tubena de gas 1 puede hacer que el lfquido se precipite fuera cambiando la forma de la tubena de gas etc.
La tubena de circulacion 2 es una lmea de tubena comun que puede cumplir el transporte de fluido.
El ajuste del sistema de inicio y control 3 va destinado a permitir que parte del medio de trabajo absorba calor y se evapore para entrar en el sistema de tubena de gas despues de haberse presurizado en estado Kquido. El sistema de inicio y control puede jugar los papeles de ajustar el flujo del fluido, licuar el fluido, presurizar el fluido, gasificar el fluido, calentar el fluido y abrir y cerrar la tubena de circulacion.
El refrigerador 4 en el sistema de inicio y control 3 puede seleccionarse y coincidir de acuerdo con un punto de ebullicion y volumen de circulacion del medio de trabajo.
La bomba de circulacion 5 en el sistema de inicio y control 3 puede seleccionarse y coincidir de acuerdo con la condicion de fase gas-lfquido y el volumen de circulacion del medio de trabajo. La bomba de circulacion se usa para mantener la unidireccionalidad de la circulacion y para presurizar el fluido licuado, para obtener una diferencia de presion requerida para generar alta velocidad del fluido en la tubena de gas.
El intercambiador de calor 6 en el sistema de inicio y control 3 puede seleccionarse de acuerdo con la demanda de evaporacion del medio de trabajo y la condicion de diferencia de temperatura de una fuente de intercambio de calor.
El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion comprende el proceso de inicio como sigue:
Preparacion para el inicio:
Un medio de trabajo gaseoso con un punto de ebullicion bajo existe en la tubena de gas 1 y en sus extremos de entrada y salida, y otro tipo de medio de trabajo con alto punto de ebullicion existe en la tubena de circulacion 2; el medio de trabajo con alto punto de ebullicion fluye a traves del sistema de inicio y control.
Activacion de la circulacion de la tubena de circulacion 2 y la tubena de gas 1:
Primero cerrar la entrada y salida de circulacion exterior de la tubena de gas 1, despues activar la bomba de circulacion 5 y el refrigerador 4 en el sistema de inicio y control 3, licuar el medio de trabajo con bajo punto de ebullicion en la tubena de circulacion y transportar el lfquido en el intercambiador de calor 6 mediante la bomba de circulacion 5 para absorber calor y evaporarse. El medio de trabajo gaseoso con bajo punto de ebullicion entra en la tubena de gas 1 despues de absorber el calor desde el entorno exterior y fluye a alta velocidad en la tubena de gas 1, a traves de la tubena de circulacion 2 y el sistema de inicio y control 3 para volver a entrar en la tubena de gas 1. De esta manera, el medio de trabajo con bajo punto de ebullicion circula rapidamente entre la tubena de circulacion 2 y la tubena de gas 1, y en ese momento el diametro de la tubena de gas 1 puede ajustarse para incrementar el caudal del gas.
Activacion de la circulacion exterior de la tubena de gas 1:
Abrir lentamente la entrada y la salida de circulacion exterior de la tubena de gas 1, para hacer que el medio de trabajo con bajo punto de ebullicion en la circulacion exterior circule accionado direccionalmente por el medio de trabajo con alto punto de ebullicion desde la tubena de circulacion 2. Debido a la conservacion de masa del medio de trabajo circulante con alto punto de ebullicion, la adicion del medio de trabajo gaseoso circulante con bajo punto de ebullicion acelerara en gran medida la velocidad lineal del fluido en la tubena de gas, y ademas acelerara en gran medida la velocidad del flujo de gas en la tubena de gas estrechando adicionalmente el diametro de ventilacion de la tubena de gas 1.
Aplicacion de carga
Parte o todo el medio de trabajo con alto punto de ebullicion puede licuarse acelerando la velocidad de flujo y/o colocando un equipo de carga de consumo de energfa tal como una turbina de vapor y demas en la circulacion de la tubena de gas. El medio de trabajo licuado con alto punto de ebullicion se grna en la tubena de circulacion 2 mediante un equipo de separacion de gas-lfquido y un equipo de grna de flujo tal como una curva o espiral o similar adicionalmente proporcionada en la tubena de gas 1, y despues circula de nuevo para entrar en la tubena de gas 1 despues de absorber calor al pasar a traves del sistema de inicio y control 3.
De esta manera, un estado operativo normal se logra, y un flujo de gas de alta velocidad estable con velocidad extremadamente alta se forma en la tubena de gas 1.
Al anadir carga de potencia en la circulacion de la tubena de gas 1, el consumo de energfa del refrigerador 4 en el sistema de inicio y control 3 puede reducirse parcialmente o eliminarse por completo, para lograr un sistema de fuente de energfa de potencia con una eficacia extremadamente alta.
En el proceso de activacion u operacion, la bomba de circulacion 5 puede sustituirse por un sistema de circulacion del refrigerador 4 o por gravedad del lfquido condensado o una fuerza impulsiva desde la tubena de gas. Por este motivo, la bomba de circulacion 5 es posible que se omita y no se use, al igual que el absorbedor de calor 6 en la ausencia de suficiente salida de energfa exterior. El refrigerador 4 tambien es posible que se omita y no se use cuando la energfa
extrafda por el flujo de gas de alta velocidad es suficiente para licuar parte del medio de trabajo. Sin embargo, este sistema debe tener una potencia de circulacion inicial que llega primero desde la potencia de circulacion de la bomba de circulacion 5 o el refrigerador 4 de sf mismos. El absorbedor de calor 6 o el refrigerador 4 en sf mismos se ajustaran o seleccionaran dependiendo de diferentes condiciones de trabajo.
Algunas veces la tubena de gas 1 y la tubena de circulacion 2 pueden combinarse completamente en una lmea de tubena en terminos de estructura ffsica, pero en ese momento la lmea de tubena debe tener funciones dobles tanto de la tubena de gas como de la tubena de circulacion. Esto puede lograrse en la manera de disenar una hendidura grna de flujo lfquido o una tubena de reflujo y similar en la tubena de gas, y en este caso la hendidura grna de flujo o la tubena de reflujo tambien puede verse como la tubena de circulacion 2.
Ademas, los objetivos de la invencion pueden lograrse adoptando las siguientes medidas: en el metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion, la tubena de gas 1 hace que el medio de trabajo gaseoso pueda condensarse en estado lfquido y guiarse en la tubena de circulacion 2 apretando la tubena de gas para variar el diametro de la misma o proporcionando adicionalmente el dispositivo de separacion de gas-lfquido y el dispositivo de grna de flujo tal como la curva o la espiral, despues el medio de trabajo circula de nuevo para entrar en la tubena de gas 1 tras absorber calor que pasa a traves del sistema de inicio y control 3. Esta es una solucion tecnica preferente.
En el metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion, la tubena de gas 1 y la tubena de circulacion 2 se superponen completa o parcialmente, en una conexion de extremo a extremo. Esta es una solucion tecnica de la invencion.
En el metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion, el sistema de inicio y control 3 y la tubena de circulacion 2 estan en conexion en serie entre sf. Esta es una solucion tecnica de la invencion.
El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion se caracteriza por que el flujo de gas descargado de la tubena de gas 1 vuelve a una entrada de la tubena de gas para producir circulacion.
El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion se caracteriza por que el medio de trabajo que fluye en el dispositivo es un fluido o mezcla de mas de un medio de trabajo fluido.
En el metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion, aire o agua se adoptan como el medio de trabajo fluido en la tubena de gas 1. Esta es una solucion tecnica preferente.
En el metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion, una entrada y una salida de la tubena de gas 1 se comunican con la atmosfera. La tubena de circulacion 2 se llena con agua. Un flujo de gas de alta velocidad se genera en la tubena de gas mediante circulacion forzada y licuefaccion en el sistema de inicio y control 3. Cuando el agua en el flujo de gas de alta velocidad esta a una temperatura baja en un estado de alta velocidad, la mayona del vapor de agua se licua para entrar en la tubena de circulacion 2, y el aire en la tubena de gas se acelera ademas bajo una fuerza de accionamiento desde el vapor de agua, y el flujo de gas de alta velocidad se descarga en la atmosfera. El agua en la tubena de circulacion absorbe calor del entorno natural por el absorbedor de calor y se evapora para volver a entrar en la tubena de gas 1 para circulacion. Una pequena parte del agua descargada en la atmosfera se complementara naturalmente por el vapor de agua en el aire natural mediante la entrada de la tubena de gas, para formar un equilibrio de agua.
La aplicacion del metodo de generacion del flujo de gas de alta velocidad de la invencion se caracteriza por que el metodo se aplica a un sistema de motor y otros dispositivos que usan un flujo de gas de alta velocidad.
El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad divulgado en la invencion tiene caractensticas prominentes y sustanciales y representa unos progresos tecnicos notables sobre la tecnica anterior como sigue:
1. Se proporciona un metodo que utiliza una fuente de calor de baja calidad para convertir flujo de gas de baja velocidad en un flujo de gas de alta velocidad o velocidad extremadamente alta con un valor de uso relativamente alto.
2. Al utilizar el metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad en la presente invencion, la energfa termica transportada por el fluido en la naturaleza se convierte en energfa mecanica eficientemente.
3. Se proporciona un dispositivo que puede dirigir el movimiento termico unidireccional de moleculas de gas directamente para convertirse en flujo de gas de alta velocidad evitando el proceso de presurizacion significativa en la mejor extension y utilizando una fuente de calor de baja calidad.
4. El flujo de gas de velocidad extremadamente alta que es muy diffcil de generar por el metodo de presurizacion puede generarse.
5. El flujo de gas de energfa extremadamente alta puede generarse utilizando un dispositivo relativamente simple.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquematico de un principio del dispositivo que implementa el metodo de generacion y un flujo de gas de alta velocidad de la invencion.
La Figura 2 es un diagrama esquematico de un principio de conduccion de un accionamiento de potencia mediante el flujo de gas de alta velocidad generado empleando el metodo de la invencion.
En las figuras:
1 - tubena de gas;
2 - tubena de circulacion;
3 - sistema de inicio y control;
4 - refrigerador;
5 - bomba de circulacion;
6 - absorbedor de calor;
7 - dispositivo de consumo de potencia.
Descripcion detallada de las realizaciones
A continuacion la invencion se describira adicionalmente en detalles incorporando ejemplos.
Ejemplo 1
El metodo de generar un flujo de gas de alta velocidad de la invencion se implementa utilizando un dispositivo compuesto de una tubena de gas 1, una tubena de circulacion 2 y un sistema de inicio y control 3, en donde la tubena de gas 1 se llena con aire y esta en una conexion de extremo a extremo (vease la Figura 2), una turbina de vapor 7 se monta en la tubena de gas 1 y el aire en la tubena de gas 1 puede pasar a traves de la turbina de vapor 7 para realizar trabajos. La tubena de circulacion se llena con refrigerante R134a (u otro medio de trabajo con punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura medioambiental). El flujo de gas R134a de alta velocidad se genera en la tubena de gas por circulacion forzada y licuefaccion en el sistema de inicio y control 3. Cuando el R134a (u otro medio de trabajo con punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura ambiental) en el flujo de gas de alta velocidad esta a temperatura baja en un estado de alta velocidad, parte o todo el R134a se licua para entrar en la tubena de circulacion 2, y al mismo tiempo el aire en la tubena de gas se acelera ademas bajo una fuerza de accionamiento desde el R134a a alta velocidad (u otro medio de trabajo con punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura ambiental) y acciona la turbina de vapor para rotar para realizar y enviar trabajo al exterior, por lo que el sistema de energfa del sistema general disminuye y la temperatura disminuye. El R134a (u otro medio de trabajo con un punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura ambiental) en la tubena de circulacion puede absorber calor desde en entorno natural por el absorbedor de calor y se evapora para volver a entrar en la tubena de gas 1 por circulacion, por lo que el sistema de energfa del sistema general se mantiene en un nivel equilibrado. El ajuste de parametros del sistema de inicio y control 3 puede reducir las frecuencias de trabajo o detener el trabajo del refrigerador 4 y la bomba de circulacion 5 en el sistema de control de inicio 3, y puede asegurar una circulacion automatica del sistema general asf como una operacion automatica de los procesos de absorcion de calor y realizacion de trabajo.
Ejemplo 2
El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion se implementa utilizando un dispositivo compuesto de la tubena de gas 1, la tubena de circulacion 2 y el sistema de inicio y control 3 (vease la Figura 2), en donde la propia tubena de gas 1 puede estar en una conexion de extremo a extremo para formar un paso de lmea de tubena, en donde solo un tipo de medio de trabajo existe, por lo que la circulacion general puede activarse activando el refrigerador y la bomba de circulacion en el sistema de inicio y control 3, pero en este caso el medio de trabajo solo se licua parcialmente a alta velocidad, y la parte no licuada del medio de trabajo permanece circulada a alta velocidad en la tubena de gas 1, de manera que el efecto de uso del Ejemplo 1 tambien puede lograrse.
Ejemplo 3
El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de la invencion se implementa utilizando un dispositivo compuesto por una tubena de gas 1, la tubena de circulacion 2 y el sistema de inicio y control 3 (vease la Figura 2), en donde una entrada y salida de la tubena de gas 1 se comunican con la atmosfera. La tubena de circulacion se llena con agua (u otro medio de trabajo con punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura ambiental). Un flujo de gas de alta velocidad se genera en la tubena de gas por circulacion forzada y licuefaccion en el sistema de inicio y control 3. Cuando el agua en el flujo de gas de alta velocidad esta a una temperatura baja a un estado de alta velocidad, la mayona del agua (u otro medio de trabajo con punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura ambiental) se licua para entrar en la tubena de circulacion 2, y el aire en la tubena de gas se acelera ademas bajo una fuerza de accionamiento desde vapor de agua (u otro medio de trabajo con punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura ambiental), y el flujo de gas de alta velocidad se descarga a la atmosfera. El agua (u otro medio de
trabajo con punto de ebullicion atmosferico menor que la temperatura ambiental) en la tubena en circulacion puede absorber calor desde el entorno natural por el absorbedor de calor y se evapora para volver a entrar en la tubena de gas 1 por circulacion. Una pequena parte de agua descargada en la atmosfera se complementary naturalmente por el vapor de agua en el aire natural mediante la entrada de la tubena de gas, para formar un equilibrio de agua.
Claims (8)
1. Un metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad que utiliza un dispositivo compuesto de una tubena de gas (1), unatubena en circulacion (2) y un sistema de inicio y control (3), en donde el sistema de inicio y control (3) se compone de uno o una combinacion de dos cualesquiera o mas de un refrigerador (4), una bomba de circulacion (5) y un intercambiador de calor (6); la tubena de gas (1) hace que el medio de trabajo gaseoso se condense en estado lfquido y se grne en la tubena de circulacion (2) apretando la tubena de gas para variar el diametro de la misma o proporcionando adicionalmente un dispositivo de separacion de gas-lfquido y un dispositivo grna de flujo tal como una curva o espiral en la tubena de gas (1), despues el medio de trabajo circula de nuevo para entrar en la tubena de gas (1) despues de absorber calor que pasa a traves del sistema de inicio y control (3), comprendiendo el metodo las siguientes etapas operativas:
llenar el dispositivo con el medio de trabajo;
activar el sistema de inicio y control (3);
despues de haberse presurizado en estado lfquido, el medio de trabajo absorbe calor del entorno natural y se gasifica, entrando en la tubena de gas (1), y generando el flujo de gas de alta velocidad.
2. El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la tubena de gas (1) y la tubena de circulacion (2) se superponen completa o parcialmente, o en conexion de extremo a extremo.
3. El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el sistema de inicio y control (3) y la tubena de circulacion (2) estan en conexion en serie entre sf.
4. El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el flujo de gas descargado de la tubena de gas (1) vuelve a una entrada de la tubena de gas para producir circulacion.
5. El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el medio de trabajo que fluye en el dispositivo es un fluido o mezcla de mas de un medio de trabajo fluido.
6. El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el agua o aire se adoptan como el medio de trabajo fluido en la tubena de gas (1).
7. El metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que una entrada y una salida de la tubena de gas (1) se comunican con la atmosfera; por que la tubena de circulacion se llena con agua; por que el flujo de aire de alta velocidad se genera en la tubena de gas por circulacion forzada y licuefaccion en el sistema de inicio y control (3), en donde cuando el agua en el flujo de aire de alta velocidad esta a temperatura baja en el estado de alta velocidad, la mayona del vapor de agua se licua para entrar en la tubena de circulacion (2), y el aire en la tubena de gas se acelera ademas bajo una fuerza de accionamiento desde el vapor de agua, y el flujo de aire de alta velocidad se descarga a la atmosfera, y en donde el agua en la tubena de circulacion absorbe el calor desde el entorno natural por el absorbedor de calor y se evapora para volver a entrar en la tubena de gas (1) por circulacion; y por que una pequena parte de agua descargada en la atmosfera se complementara naturalmente por el vapor de agua en el aire natural mediante la entrada de la tubena de gas, para formar un equilibrio de agua.
8. Una aplicacion del metodo de generacion de flujo de gas de alta velocidad de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el metodo se aplica a un sistema de motor y otros dispositivos usando un flujo de gas de alta velocidad.
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