MX2007001877A - Aparato y metodo para enfriar aire. - Google Patents

Abstract

Un aparato de turbina eolica 40 para enfriar aire que tiene una turbina eolica 10 conectada radialmente a un compresor de refrigeracion 13 dispuesto para comprimir el refrigerante, medios 18 para conducir el refrigerante comprimido en forma centrifuga hacia afuera, medios para provocar que el refrigerante comprimido pierda presion 23 para enfriar las aspas 16 de la turbina eolica 10, y medios para regresar el refrigerante gastado en forma centripeta al compresor 13.

Description

APARATO Y MÉTODO PARA ENFRIAR AIRE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato y método para enfriar aire.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de turbina eólica para enfriar un aire caracterizado porque comprende una turbina eólica axíalmente conectada a un compresor de refrigeración dispuesto para comprimir el refrigerante, medios para conducir el refrigerante comprimido centrífugamente hacia afuera, medios para hacer que el refrigerante comprimido pierda presión para enfriar las aspas de la turbina eólica, y medios para regresar el refrigerante gastado en forma centrípeta al compresor. De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método para condesar agua de aire ambiental, que comprende impulsar, por medio de viento ambiental, un aparato de turbina eólica de conformidad con la presente invención, que se monta en un conducto por medio de viento ambiental para hacer que las aspas de la turbina eólica se enfríen y para enfriar así el aire de viendo ambiental que pasa a través del conducto y la turbina eólica, y provocando que el vapor de agua en el aire de viento ambiental se condese para formar agua líquida y recolectar el agua líquida. De acuerdo con incluso otro aspecto de la presente invención, se proporciona una turbina eólica que tiene al menos un aspa montada a un alojamiento del compresor que se monta en un eje para rotación axial con relación al eje, y medios para conducir el refrigerante comprimido hacia afuera de manera centrífuga y medios para regresar el refrigerante en forma centrípeta a través del o cada aspa con pérdida de presión y cambio de fase de líquido a gaseoso para enfriar el o cada aspa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se describirá ahora por medio de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en donde: La figura 1 es una vista en planta esquemática de una turbina eólica de la presente invención que muestra una sola aspa de turbina; La figura 2 es una vista en planta esquemática adicional similar a la figura 1 que muestra una pluralidad de aspas de la turbina; La figura 3 es una elevación lateral esquemática de una primera modalidad de un aparato para transportar aire de conformidad con la presente invención; La figura 4 es una vista similar a la figura 3 que muestra una segunda modalidad de un aparato de la presente invención; La figura 5 es una elevación lateral de una tercera modalidad de un aparato de la presente invención; La figura 6 es una vista en planta de una modalidad adicional de una turbina eólica de la presente invención como se utiliza en la tercera modalidad del aparato ilustrado en la figura 5; La figura 7 es una elevación lateral de una cuarta modalidad de un aparato de la presente invención; La figura 8 es una vista en planta de una modalidad adicional de una turbina eólica de la presente invención que se utiliza en la cuarta modalidad del aparato ilustrado en la figura 7; La figura 9 es una elevación lateral esquemática de un compresor utilizado en el aparato de enfriamiento de aire de la presente invención; La figura 10 es una elevación lateral esquemática de una modalidad adicional de un compresor utilizado en el aparato de enfriamiento de aire de la presente invención; Las figuras 11A-11 D son varias vistas del compresor de la figura 10; La figura 12 es una elevación lateral esquemática de incluso una modalidad adicional de un compresor utilizado en el aparato de enfriamiento de aire de la presente invención; La figura 13 es una vista similar a la figura 3 que muestra una quinta modalidad de un aparato de la presente invención; Las figuras 14A-14C muestran esquemáticamente un compresor de refrigerante en espiral útil en la presente invención en varias posiciones; La figura 15A es una vista en planta de una forma alternativa de un compresor en espiral útil en la presente invención; y La figura 15B es una vista lateral de un compresor en espiral de la figura 15 A.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la figura 1 de los dibujos anexos se muestra un aparato de turbina eólica 10 que comprende un eje central 12 que tiene un compresor 13 que comprende un alojamiento 14 montado alrededor del mismo. El alojamiento del compresor 14 se dispone para girar axialmente con relación al eje 12. Además, una pluralidad de aspas de turbina 16 (únicamente una de las cuales se muestra) se montan al alojamiento del compresor 14. Como se muestra, un tubo 18 se extiende hacia afuera desde el alojamiento 14 a una bobina de enfriamiento periférica 20. Una tubería tortuosa 22 se extiende desde la bobina de enfriamiento 20 de regreso al alojamiento 14. Existe una constricción 23 en una parte de la tubería 22 adyacente a la bobina de enfriamiento 20.

En uso, el aspa de turbina 16 se hace girar axialmente alrededor del eje 12 mediante energía cinética del aire de viento ambiental. La rotación del aspa 16 provoca la rotación del alojamiento del compresor 14 y el refrigerante en el alojamiento del compresor 14 a ser comprimido, sufrir un cambio de fase de gaseoso a líquido. El refrigerante líquido comprimido fluye hacia afuera impulsado por el compresor y asistido por una fuerza centrífuga a lo largo del tubo 18 a la bobina de enfriamiento 20 que actúa como un múltiple. Como se muestra, el refrigerante tiene que desplazarse casi en un círculo completo para alcanzar la tubería 22. Esto permite que el refrigerante comprimido se enfríe durante su residencia en la bobina de enfriamiento 20. El refrigerante deja la bobina de enfriamiento 20 a través del la constricción 23 que conduce a la tubería 22. En este punto, el refrigerante sufre una pérdida rápida de presión y de esta manera se evapora de regreso a la fase gaseosa y provoca que el aspa 16 se enfríe. El refrigerante gastado entonces pasa en forma centrípeta de regreso al alojamiento 14 en una línea de baja presión del compresor 13. El enfriamiento del aspa 16 hace que el aire de viento ambiental se enfríe lo cual tiene efectos útiles como se escribirá. En la figura 2, se muestra un aparato 30 similar al de la figura 1. En la figura 2 puede observarse una pluralidad de aspas de turbina 16, una pluralidad de tubos 18, una bobina de enfriamiento 20 y una pluralidad de tuberías 22. En esta modalidad, el refrigerante comprimido pasa a lo largo de los tubos 18 a la bobina de enfriamiento 20. Desde la bobina de enfriamiento 20 el refrigerante comprimido pasa a través de una pluralidad de tubos cortos 28 a un múltiple interior 26. Desde el múltiple interior 26 el refrigerante comprimido pasa a través de las constricciones 23 en los tubos 22 como se describe en la presente con anterioridad. De este modo, el refrigerante comprimido no entra a los tubos 22 directamente y por lo tanto se enfría mediante su residencia en la bobina de enfriamiento 20 y los tubos 28 y el múltiple interior 26. En la figura 3, se muestra un aparato 40 que comprende una turbina eólica 10. Se muestra un múltiple interior respectivo 26 adyacente a un extremo exterior de cada aspa 16. El refrigerante líquido comprimido pasa inicialmente desde la bobina de enfriamiento 20 a cada múltiple interior 26 a través de tubos cortos 28. El refrigerante entonces pasa a través de las constricciones 23 en las tuberías 22 como se describe de aquí en adelante. Además, se muestra en la figura 3, un conducto recolector de viento 42 y una cámara de condensación de salida 44. El conducto 42 incluye una porción ancha exterior 46 y una porción relatívamente angosta interior 48. La combinación de la porción ancha 46 y la porción angosta 48 incrementa la velocidad de aire en el conducto 42. El aire de viento ambiental que sopla en la dirección de una flecha 50 fluye a través de la turbina eólica 10 para hacer que la última gire de manera que las aspas 16 se enfríen. Esto provoca que la temperatura ambiental caiga por debajo del punto de condensación o un punto de rocío y el vapor de agua se condense del aire ambiental para formar agua líquida.

Esto se mejora medíante la presencia de deflectores 52 que impiden el flujo de aire e inducen agua líquida para recolectarla en los mismos. El agua líquida fluye desde los deflectores 52 en una porción de piso inclinado 54 a partir del cual el agua líquida fluye en un canal de recolección 56. El aire frío a partir del cual se ha removido el agua se escapa a través de una salida superior 58. Como puede observarse en la figura 3, la bobina 20 se ubica externamente del conducto 42 de manera que el calor perdido del refrigerante comprimido se surte en el aire ambiental más que dentro del conducto 42. En la figura 4, se muestra un aparato 60 similar al de la figura 3, excepto que una entrada 62 se encuentra más abajo y se proporciona con alas 64. En este caso, las alas 64 solamente se abren, como se muestra, en el lado que mira al viento del aparato 60. El aire de viento fluye hacia arriba a través de la turbina 10 y posteriormente a través de una cámara de condensación 66 para escapar a través de una ventilación superior 68. Una vez más el agua líquida se recolecta en los deflectores 52 y posteriormente fluye a lo largo de un piso inclinado 54 para recolectarse en un canal 56. En la figura 5, se muestra un aparato 70 similar al de la figura 4, excepto que la ventilación de escape 68 se proporciona con una turbina eólica adicional 72 para reducir la presión en la ventilación de escape 68 y mejorar la remoción del aire de escape. La potencia obtenida de la turbina eólica está disponible para cualquier propósito útil. En la figura 6, se muestra una turbina eólica 10 que tiene guías de viento 62 con alas 64 entre pares adyacentes de guías de viento 62. Las alas 64 se disponen para abrirse como se muestra por la forma oblonga más ancha cuando las alas se enfrentan en la dirección del viento ambiental. En la figura 7, se muestra una forma alternativa del aparato de la presente invención. En esta figura se muestra un aparato 80 que tiene un embudo 82 en un nivel intermedio y un dispositivo de desviación dirigido hacia abajo 84. El dispositivo 84 se dispone para moverse en pivote alrededor de un eje sustancialmente vertical para orientarse a sí mismo, en uso, en una posición que es más efectiva para dirigir el aire de viento ambiental a través de una turbina eólica 10. El aire fría entonces puede introducirse a una cámara de condensación 86 por debajo de la turbina eólica 10 y depositar humedad en los deflectores 88. La humedad depositada puede entonces fluir en un canal de recolección 90. El aire enfriado agotado de humedad puede entonces pasar hacia arriba a una ventilación superior 92. En la figura 8, se muestra una turbina eólica 10 similar a la que se muestra en la figura 7. Como se muestra, el dispositivo 84 enfrenta el viento ambiental entrante. El aire de viento se dirige en la turbina eólica 10. En la figura 9, se muestra una forma preferída del compresor 90 de la presente invención. El compresor 90 tiene un cubo o alojamiento cilindrico giratorio central 92 en donde se montan las aspas 16 y los tubos que portan el refrigerante de la turbina eólíca 10 como se describe en la presente. El compresor 90 incluye aspas del compresor 94 montadas en un eje de accionamiento 96. Las aspas 94 se disponen para impulsarse a alta velocidad mediante un ten de engranajes 98 ajustado a una pared interior del cubo 92. El refrigerante utilizado que regresa en forma centrípeta al compresor 90 como se describió anteriormente se vuelve a comprimir y se envía hacia afuera de manera centrífuga como se describió anteriormente. En la figura 10 se muestra una forma alternativa del compresor 100 montado dentro de un cubo o alojamiento cilindrico 102. En esta modalidad el refrigerante se desplaza mediante un rodillo 104 montado excéntricamente en un eje 106 con relación a un eje principal 108 del compresor 100. Como se muestra en las figuras 11A-11 D, el compresor 100 opera de la siguiente manera. El compresor 100 comprime un eje central 101 que tiene una excéntrica 102 montada en el mismo. Un alojamiento giratorio 103 se mona alrededor de la excéntrica 102. Un tubo 104 se conduce lejos del alojamiento 103 y una tubería 105 se conduce en el alojamiento 103. Una paleta desviada por resorte 106 se extiende a través de una pared del alojamiento 103 y hace contacto con una superficie exterior de la excéntrica 102. La rotación del alojamiento 103 provoca que el refrigerante contenido en el mismo se comprima y salga a través del tubo 104. De igual manera, el refrigerante utilizado regresa al alojamiento 103 a través de la tubería 105. Esto se facilita por la paleta 106 que se desvía por resorte en acoplamiento con la superficie exterior de la excéntrica 102. En la figura 12 se muestra una forma alternativa adicional del compresor 120 montado dentro de un cubo cilindrico 122. En esta modalidad el refrigerante está contenido en una cámara elástica 124. La cámara 124 se contrae y se expande alternativamente. Esto se realiza mediante discos excéntricos 126 montados de manera fija en un eje central 128. Cada disco 126 tiene un canal circular 130 formado en un lado interior del mismo. Un cojinete deslizable 132 se monta en cada canal 130. Una varilla respectiva 134 se extiende desde cada cojinete 132 a una placa de extremo respectiva 136 de la cámara 124. Cada varilla 134 se restringe mediante un elemento guía circular 138. En uso, un cubo 126 gira de manera axial alrededor del eje 128 y la cámara 124 gira con el cubo 122. Este movimiento provoca que los cojinetes 132 se deslicen en los canales 130 y las varillas 134 para corresponder en forma correspondiente en el elemento guía 138. De esta manera, la cámara 124 se expande y contrae para comprimir alternativamente e impulsar hacia fuera el refrigerante comprimido a través de una válvula de un sólo paso 140 y permitir el ingreso de refrigerante utilizado a través de una válvula de un sólo paso 142. En la figura 13, se muestra un aparato de turbina eólica 130 que es similar al que se muestra en las figuras 4 y 5. En esta modalidad, los embudos de viento 132 se disponen para dirigir aire de viento ambiental sobre una superficie de agua 134. El agua puede ser agua fresca o salobre. El aire de viento entonces pasa hacia arriba a través de un tubo recto 136 (o un conducto inclinado en una ladera) para pasar a través de una turbina eólíca 10 y de ahí una cámara de condensación 138 que tiene deflectores 52 y un piso inclinado 54 a partir del cual fluye el agua en un canal de recolección 56. El aire de escape se ventila a través de una salida 58. La humedad absoluta del aire que entra al aparato 130 incrementa y la densidad del aire por lo tanto disminuye. De este modo, el flujo de aire debido al viento aumenta mediante convección a medida que el aire húmedo se eleva a la turbina eólica 10. También se contempla que el compresor de refrigeración utilizado en el aparato de la presente invención puede estar en forma de un compresor en espiral. Esta modalidad de la presente invención se ilustra en las figuras 14A-14C de los dibujos anexos. En la figura 14A-14C, se muestra un compresor en espiral 150 que tiene un alojamiento 151 que tiene montado en el mismo una placa circular 152. Además, un engranaje de anillo interno 154 montado en un eje axial de turbina eólica (no mostrado) se extiende alrededor de una periferia interna del alojamiento 151. Las aspas de turbina 16 se montan al alojamiento 151 y provocan que el viento efectúe rotación axial del alojamiento 151 en un eje fijo (no mostrado). El alojamiento 151 gira, en uso, mediante rotación de las aspas de una turbina eólica como se describe en la presente con anterioridad. Como se indica anteriormente, el compresor en espiral 150 se monta en un cojinete en el eje axial fijo (no mostrado). Un espiral 156 se fija al alojamiento 151 mientras otro 158 se impulsa mediante tres engranajes planetarios 160 montados en el alojamiento 151 colocado en el ápice de un triángulo equilátero. Los engranajes 160 se impulsan mediante el engranaje de anillo 154. El espiral 158 puede describirse como un espiral en ondulación. Los engranajes 160 se conectan asimétricamente a la placa 152 por medio de conexiones pivotales respectivas 162. En uso, el alojamiento 151 gira axialmente mediante la turbina eólica. Esto provoca que los engranajes planetarios giren mediante acoplamiento con el engranaje de anillo fijo 154. Esto provoca que el engranaje de anillo 154 gire y de esta manera provoque la rotación de los engranajes planetarios 160. La rotación de los engranajes planetarios 160 provoca que la placa 152 se mueva en un movimiento en ondulación que provoca que el espiral 158 se mueva de manera correspondiente, Como se muestra en las figuras 14A a 14C esto provoca espacios entre los dos espirales 156 y 158 para abrirse y cerrarse alternativamente en una manera progresiva. Esta acción conduce a la compresión de un vapor refrigerante contenido entre los espirales de manera que el vapor se someta a presión incrementada y se convierta en forma líquida. Como se describió anteriormente, el refrigerante líquido comprimido es de esta manera impulsado hacia afuera del alojamiento del compresor 151 a través de un tubo (no mostrado) mediante fuerza centrifuga. Además, como se describió anteriormente, el refrigerante gastado regresa a través de las tuberías (no mostradas) al interior del alojamiento 151 en donde entra al espacio entre los espirales 156 y 158.

En las figuras 15A y 15B se muestra una disposición alternativa de un compresor en espiral 180 útil en la presente invención en comparación con el compresor en espiral de la figura 14A-14C. Los números de referencia similares denotan partes similares. Debe notarse en la figura 15A que únicamente se muestra el espiral 158. En esta modalidad está un eje central 182 que tiene montado en el mismo un alojamiento 184. El alojamiento se monta en un cojinete del eje 182. El eje 182 puede o no ser continuo. Una rueda de engranaje central 186 se monta de manera fija alrededor del eje 182. La rueda de engranaje 186 se conecta a tres engranajes planetarios 188. Además, como se observa en la figura 15B un espiral 156 se fija al alojamiento 184 por cualquier medio adecuado tal como la placa de extremo (no mostrada). El otro espiral 158 se monta en una placa de extremo 190 y se conecta a los engranajes planetarios 188 a través de pernos excéntricos 192. El eje 182 y la rueda de engranaje 186 se fijan en posición. El alojamiento 184 se dispone para girar alrededor del eje 182 como se describe en la presente con anterioridad. Los engranajes planetarios 188 se acoplan con la rueda del engranaje 186 y por lo tanto provocan que gire a medida que el alojamiento 184 gira. Esta rotación de los engranajes planetarios 188 provoca que el espiral 158 se mueva en las placas 190 por medio de los pernos 192 de manera que el espiral 158 sufra un movimiento en ondulación como se describe en la presente.

Modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos siempre que estén dentro del alcance de la presente invención.

Claims (18)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un aparato de turbina eólica para enfriar aire caracterizado porque comprende una turbina eólica axialmente conectada a un compresor de refrigeración dispuesto para comprimir refrigerante, medios para conducir el refrigerante comprimido centrífugamente hacia afuera, medios para hacer que el refrigerante comprimido pierda presión para enfriar las aspas de la turbina de la turbina eólica, y medios para regresar el refrigerante gastado en forma centrípeta al compresor, el aparato además comprende un eje central, el compresor de refrigeración tiene un alojamiento que se monta alrededor del eje, el alojamiento del compresor dispuesto para girar axialmente con relación al eje, y una pluralidad de aspas de turbina montadas en el alojamiento y que se extienden lejos de la misma.

2.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el medio del tubo se extiende hacía afuera desde el alojamiento y se interconecta con una bobina periférica.

3.- El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la bobina se coloca externamente del aparato para radiar calor al aire ambiental.

4.- El aparato de conformidad con la reivindicación 2 ó 3, caracterízado además porque una tubería de retorno respectiva se extiende desde la bobina a través de una o más aspas de turbina, la o cada tubería de retorno proporcionada adyacente a la bobina con una constricción para provocar que el refrigerante sufra pérdida de presión y las aspas de turbina se enfríen, el refrigerante gastado entonces regresa de manera centrípeta de regreso al alojamiento en un lado de baja presión del compresor.

5.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque se proporciona dispositivo recolector de viento en donde el aire de viento ambiental fluye, el dispositivo recolector de viento contiene la turbina eólica y el aire de viento ambiental provoca que la turbina eólica gire para provocar que el refrigerante se comprima mediante el compresor de refrigeración y fluya hacia afuera bajo fuerza centrífuga y regrese en forma centrípeta al compresor de refrigeración para provocar el enfriamiento de las aspas para provocar que el vapor de agua en el aire de viento ambiental se condese para formar agua líquida.

6.- El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el dispositivo recolector de viento comprende un embudo de entrada corriente arriba de la turbina eólica y una cámara de condensación de salida corriente debajo de la turbina eólíca y una porción intermedia más angosta que el embudo de entrada, la porción intermedia contiene la turbina eólica.

7.- El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la cámara de condensación comprende un deflector para mejorar la condensación de agua del aire ambiental.

8.- El aparato de conformidad con la reivindicación 6 ó 7, caracterizado además porque la cámara de condensación de salida se proporciona con medios para recolectar agua líquida condensada desde el aire de viento ambiental.

9.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado además porque el conducto se proporciona con alas que se disponen para abrirse cuando miran hacia el viento.

10.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado además porque la cámara de condensación de salida tiene una ventilación de salida proporcionada con una turbina eólica adicional para reducir la presión en la ventilación de salida y mejorar la remoción del aire de escape.

11.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado además porque la turbina eólica tiene pares adyacentes de guías de viento con alas respectivas entre los mismos, las alas dispuestas para abrirse cuando miran en la dirección del viento ambiental.

12.- El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11 , caracterizado además porque se proporciona un dispositivo de desviación dispuesto para moverse en pivote alrededor de un eje sustancialmente vertical para orientarse a sí mismo, en uso, en una posición que es más efectiva para dirigir viento ambiental a través de la turbina eólíca.

13.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el compresor de refrigeración comprende además aspas del compresor montadas en un eje de accionamiento, las aspas del compresor dispuestas para impulsarse mediante un tren de engranaje ajustado a una pared interior del alojamiento.

14.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el alojamiento del compresor de refrigeración comprende un rodillo excéntricamente montado.

15.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el alojamiento del compresor de refrigeración contiene una cámara elástica que contiene refrigerante cuya cámara elástica se dispone para contraerse y expandirse alternativamente.

16.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el alojamiento del compresor de refrigeración comprende un compresor en espiral.

17.- Un método para condensar agua de aire ambiental que comprende impulsar, por medio de un viento ambiental, un aparato de turbina eólica de conformidad con la reivindicación 1 , montada en un conducto para provocar que las aspas de la turbina eólica se enfríen y para enfriar así el aire de viento ambiental que pasa a través del conducto y la turbina eólica y provocar que el vapor de agua en el aire de viento ambiental se condense para formar agua líquida y recolectar el agua líquida.

18.- Una turbina eólica que tiene una pluralidad de aspas de turbina montadas a un alojamiento del compresor de refrigeración que se monta en un eje para rotación axial con relación al eje y medios para conducir el refrigerante comprimido centrífugamente hacia afuera y medios para regresar el refrigerante en forma centrípeta a través de la o cada una de las aspas con pérdida de presión y cambio de fase del refrigerante de líquido a gaseoso para enfriar el o cada aspa, las aspas de turbina se extienden hacia afuera del alojamiento.