MX2007002944A - Motor regenerativo de calor. - Google Patents

Abstract

Un motor regenerativo de calor usa el agua tanto como el fluido de trabajo como el lubricante. Durante la operacion, el agua es bombeada, desde el recipiente de recoleccion, a traves de un serpentin, alrededor de una puerta de escape del cilindro, causando que esta agua sea precalentada por el vapor escapado del cilindro. Esta agua precalentada luego entra en un generador de vapor y se calienta por una camara de combustion, para producir vapor sobre-calentado a alta presion. El aire es precalentado en un intercambiador de calor y luego mezclado con combustible desde un atomizador de este combustible. Un encendedor quema el combustible atomizado, conforme las llamas y el calor se dirigen en una centrifuga dentro de la camara de combustion. La velocidad y torsion del motor se controlan por un arreglo de balancin y leva, el cual abre una valvula de tipo aguja, para inyectar vapor sobre-calentado a alta presion, dentro de un cilindro, que tiene un piston de movimiento reciproco. El vapor inyectado se expande en una accion explosiva en la parte superior del piston a una presion alta, que fuerza el piston hacia abajo e impulsa rotatoriamente una leva de manivela unida y el ciguenal. El vapor de escape se dirige a traves de un condensador de centrifuga, que tiene un arreglo de placas planas. El aire de enfriamiento desde los ventiladores circula a traves de las placas planas para condensar este vapor a un estado liquido. La condensacion del agua es regresada al recipiente de recoleccion para el uso subsiguiente en la generacion de vapor.

Description

MOTOR REGENERATIVO DE CALOR ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La presente invención se dirige a un motor de vapor y, más particularmente, a un motor regenerativo de calor, el cual usa el agua como el fluido de trabajo, al igual que el lubricante, y en que este motor es altamente eficiente, ambientalmente favorable y adaptado para el luso de múltiples combustibles.

Discusión de la Técnica Anterior Los intereses ambientales han hecho propuestas tecnológicas complejas, costosas de realizar, en el diseño de motores. Por ejemplo, la tecnología de celdas de combustible proporciona el beneficio de una operación limpia que quema hidrógeno. Sin embargo, el costo y tamaño de los motores de celdas de combustible, al igual que el costo de la creación, almacenamiento y entrega el hidrógeno de grado combustible, desplaza no proporcionalmente los beneficios ambientales, Como un ejemplo más, los vehículos eléctricos de operación limpia se limitan a intervalos muy cortos, y deben ser recargados regularmente por la electricidad, generada de plantas de energía de combustible de carbón, diesel o nuclear, Y, mientras las turbinas de gas son limpias, ellas operan a una velocidad constante. En tamaños pequeños, las turbinas de gas, son costosas de construir, operar y reacondicionar. Los motores de combustión interna de diesel y gas son eficientes, de peso ligero y relativamente baratos de fabricar, pero ellos producen un nivel significante de contaminantes, que son peligrosos al ambiente y la salud de la población general y son específicos de combustible. El motor de vapor de ciclo Rankin original, fue inventado por James Watt hace 150 años. Los motores de vapor de ciclo Rankin actuales usan tubos para llevar vapor sobrecalentado al motor y, en seguida, a un condensador. Los tubos sencillos usados para llevar el vapor sobrecalentado al motor tienen una significante área superficial expuesta, la cual limita los niveles de presión y temperatura. Las presiones y temperaturas inferiores, menos deseables, a las cuales el agua puede cambiar fácilmente el estado entre líquido y gas, requieren un sistema de control complicado. Mientras los motores de vapor son generalmente voluminosos e ineficientes, ellos tienden a ser ambientalmente limpios. Los motores de vapor han variado los niveles de eficiencia que varían del 5% en los trenes de valor de modelo más antiguos a tanto como el 45% en plantas de vapor modernas. En contraste, los motores de combustión interna de dos carreras, que operan a aproximadamente el 17% de eficiencia, mientras los motores de combustión interna de cuatro careras proporcionan una eficiencia hasta aproximadamente el 25%. Los motores de combustión diesel, por otra parte, proporcionan tanto como un 35% de eficiencia del motor.

Objetos y Ventajas de la Invención Con lo anterior en mente, es un objeto primario de la presente invención proporcionar un motor el cual sea compacto y que opere con alta eficiencia. Es un objeto más de la presente invención proporcionar un motor compacto y altamente eficiente, que proporcione la regeneración de calor y el cual opere en o cerca de la presión supercrítica (224 kg/(cm2) y altas temperaturas (649°C) Es aún otro objeto de la presente invención proporcionar un motor altamente eficiente y compacto, el cual sea favorable ambientalmente, use combustión externa, un quemador de ciclón y lubricación por agua.

Es aún otro objeto de la presente invención proporcionar un motor de vapor compacto y altamente eficiente, el cual tenga la capacidad de múltiples combustibles, permitiendo que el motor queme cualquiera de una variedad de fuentes de combustible y sus combinaciones. Es todavía otro objeto de la presente invención, proporcionar un motor de vapor compacto y altamente eficiente, el cual sea de peso ligero, con sistema no separado de enfriamiento con agua y que no produzca vibraciones ni ruido del escape. Es todavía otro objeto de la presente invención proporcionar un motor de valor compacto, altamente eficiente, el cual sea de peso ligero, con un sistema de enfriamiento con agua no separado y el cual no produzca vibraciones no ruido del escape. Es aún otro objeto de la presente invención, proporcionar un motor de valor compacto y altamente eficiente, el cual no requiera transmisión. Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención serán más fácilmente evidentes con referencia a la descripción detallada y los dibujos acompañantes de la misma.

Compendio de la Invención La presente invención se dirige a un motor compacto y altamente eficiente, el cual usa agua como el fluido de trabajo, al igual que el lubricante. Este motor consiste primariamente de un condensador, un generador de vapor y una sección principal del motor, que tiene válvulas, cilindros, pistones, vastagos de empuje, un cojinete principal, levas y un cigüeñal. El aire ambiental es introducido dentro del condensador por sopladores de admisión. La temperatura del aire es aumentada en dos fases antes de entrar a un horno del ciclón. En la primera fase, el aire entra en el condensador desde los sopladores. En la siguiente fase, el aire se dirige desde el condensador y a través de los intercambiadores de calor, donde el aire es calentado antes de entrar en el generador de vapor. En este generador de vapor, el aire precalentado se mezcla con el combustible desde el atomizador de combustible. El quemador quema el combustible atomizado en una centrífuga, que causa que los elementos de combustible pesado se muevan hacia los costados externos del horno, donde ellos se consumen. Los gases más calientes, más ligeros, se mueven a través de haces de tubos pequeños, Los cilindros del motor se disponen en una configuración radial con las cabezas de cilindro y las válvulas que se extienden dentro del horno de ciclón. Las temperaturas en el haz de tubos se mantienen en 649°C. El haz de tubos que lleva el vapor, se dirige a través del horno y se expone a las altas temperaturas, en el horno, el vapor es sobrecalentado y se mantiene a una presión hasta aproximadamente 1462 kg . El vapor de escape se dirige a través de un serpentín primario, el cual también sirve para precalentar el agua en el generador. El vapor de escape es luego dirigido a través de un condensador, en un sistema centrífugo de condensación compresiva, que consiste de un arreglo apilado de placas planas. El aire de enfriamiento, que circula a través de las placas planas, se calienta en el intercambiador de calor del escape y sale dentro del horno. Este ciclo de recalentado del aire w3 agrega grandemente a la eficiencia y estado compacto del motor. La velocidad y torsión del motor se controlan por un diseño de balancín y leva, el cual sirve para abrir y cerrar una válvula de tipo aguja en la cabeza del motor. Cuando se abre la válvula, vapor a alta presión, alta temperatura, se inyecta dentro del cilindro y se permite expandir como una explosión sobre la parte superior de la presión alta del pistón. El uso de tres o más pistones permite el arranque automático.

Breve Descripción de los Dibujos Para un entendimiento más completo de la naturaleza de la presente invención, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con los dibujos acompañantes, en los cuales: la Figura 1 es un diagrama general que ilustra el flujo de aire a través del motor de la presente invención; la Figura 2 es un diagrama general que ilustra el flujo de agua y vapor a través del motor; la Figura 3 es una vista en elevación lateral, mostrada en sección transversal, que ilustra los componentes principales del motor; la Figura 4 es una vista de planta superior, en sección transversal parcial, tomada a lo largo del plano de la línea 4-4 en la Figura 3; la Figura 5 es una vista de planta superior, en sección transversal parcial, tomada a lo largo del plano de la línea 5-5 en la Figura 3; la Figura 6 es una vista de planta superior aislada de un conjunto de disco de manivela; la Figura 7 es una vista en sección transversal aislada, que muestra un conjunto de válvula de alivio de compresión, conjunto de válvula de inyección y cabeza de cilindro. la Figura 8 es un diagrama de la carrera de potencia; la Figura 9 es una vista en sección transversal de un conjunto de control del acelerador y el tempo del motor, acoplado en una dirección adelante a baja velocidad; la Figura 10 es una vista en sección transversal del conjunto de control del acelerador y el tiempo del motor, acoplado en una dirección adelante a alta velocidad; la Figura 11 es una viste en sección transversal del conjunto de control del acelerador y el tiempo del motor, acoplado en una dirección reversa; la Figura 12 es una vista de Olanta superior de una válvula de división; la Figura 13 es una vista en sección transversal de la válvula de división, tomada a lo largo de la línea 13-13 en la Figura 2, que ilustra una válvula de control de flujo en el divisor; y la Figura 14 es una vista de planta superior, en un corte parcial, que muestra una bomba primaria de poli-fases y colector para los sistemas de bomba de presión alta y menor del motor; Números de referencia similares se refieren a partes similares a través de las varis vistas de los dibujos.

Descripción Detallada de la Modalidad Preferida La presente invención se dirige a un motor de vapor radial y se indica generalmente como 10 a través de los dibujos. Haciendo referencia inicialmente a las Figuras 1 y 2, este motor 10 incluye un generador 20 de vapor, un condensador 30 y una sección de motor principal 50, que comprende los cilindros 52, las válvulas 53, los pistones 54, los vastagos de empuje 74, la leva 61 de manivela y un cigüeñal 60, que se extiende axialmente a través del centro de la sección de motor. Durante la operación, el aire ambiental se introduce en el condensador 30 por los sopladores 38 de admisión. La temperatura del aire es aumentada en dos fases, antes de entrar en un horno 22 de ciclón (referido después como la "cámara de combustión") . El condensador 30 es un condensador dinámico de placa plana, con un arreglo apilado de las placas planas 31 que rodean el núcleo del motor. Este diseño estructural del condensador dinámico 30 permite las múltiples pasadas del vapor para aumentar la función de condensación. En una primera fase, el aire entra en el condensador 30 desde los sopladores 38 y es circulado sobre las placas 31 di condensador para enfriar las superficies externas de las placas y condensa el vapor de escape que circula dentro de las placas. Más particularmente, el vapor que sale de las puertas 55 de escape de los cilindros 52, pasa a través de los serpentines de precalentamiento que rodean los cilindros. El vapor cae en el núcleo del condensador, donde la fuerza centrífuga de la rotación del cigüeñal impulsa el vapor dentro de las cavidades internas de las placas el condensador 31. Conforme el vapor cambia de fase en un líquido, entre en las puertas selladas en la periferia de las placas del condensador. El líquido condensado cae a través de las flechas de recolección y dentro del sumidero 34 en la base del condensador. Una bomba 92 de presión alta regresa el líquido desde el sumidero 34 del condensador al serpentín 34 en la cámara de combustión, completando el ciclo de fluido del motor. El arreglo apilado de las placas del condensador 31 presenta un área superficial grande para maximizar la transferencia de calor dentro de un volumen relativamente compacto. La fuera centrífuga del impulsor del cigüeñal que impulsa repetidamente el vapor de condensación en las placas 31 de enriamiento, combinado con el diseño de placas apiladas, proporciona un sistema de múltiples pasadas que es mucho más efectivo que los condensadores convencionales de un diseño de una sola pasada. La envoltura 12 del motor es una cubierta aislada, que encierra el conjunto de la cámara de combustión y pistón. La envoltura 12 incorpora conductos 32 de transferencia de aire que acanalan el aire desde el condensador 30, donde se ha precalentado, a la porción de admisión de los intercambiadores de calor 42 de aire a aire, donde el aire es calentado ulteriormente. Saliendo de los intercambiadores 42 de calor este aire admitido calentado entra en los conjuntos del atomizador / encendedor en el quemador 40, donde se quema en la cámara de combustión. La envoltura incluye conductos de retorno que capturan los gases de escape de combustión en el centro superior de la cámara de combustión y conduce estos gases de nuevo a través de la porción de escape de los intercambiadores de calor 42 de aire a aire. La envoltura del motor se agrega a la eficiencia y estado compacto del motor por conservar el calor con su aislamiento, proporcionando un trabajo de conducto necesario para el flujo de are del motor, e incorporando los intercambiadores de calor que recogen el calor del escape. El agua en su trayectoria de entrega desde la bomba del sumidero del condensador a la cámara de combustión es bombeado a través de una o más líneas 21 de suministro principal de vapor para cada cilindro. La línea 21 principal de vapor, a través de un serpentín 23 de precalentamiento, que es enrollado alrededor de cada faldilla de cilindro adyacente a esas puertas de escape del cilindro. El vapor que sale de las puertas de escape suministra calor a este serpentín, el cual eleva la temperatura del agua, que se dirige a través del serpentín hacia la cámara de combustión. Recíprocamente, en el suministro a los serpentines de calentamiento, el vapor de escape comienza el proceso de enfriamiento sobre su trayectoria q través de estos serpentines, preparatorio a la entrada al condensador. La colección de estos serpentines adyacente a las puertas de escape del cilindro barre el calor que de otra manera se perderían al sistema, contribuyendo así a la eficiencia general del motor. En la siguiente fase, el aire se dirige a través de los intercambiadores 42 de calor, donde este aire es calentado antes de entrar al generador 20 de vapor (véanse las figuras 2 y 3) . En el generador 20 de vapor, el aire precalentado se mezcla con el combustible desde el atomizador 41 de combustible (Véase la Figura 8). Un encendedor 53 quema el combustible atomizado en una centrífuga, causando que los elementos de combustibles pesados se muevan hacia los costados externos de la cámara 22 de combustión, donde se consumen. La cámara 22 de combustión se dispone en la forma de un cilindro, el cual encierra un serpentín enrollado circulatorio de los haces densos 24 de tubos, formando una porción de las líneas de suministro de vapor que conducen a los cilindros respectivos. Los tubos 24 en haces se calientan por el quemado del combustible del conjunto 40 de quemador de boquillazas de combustión, que comprenden los sopladores 38 de aire, el atomizador 41 de combustible y el encendedor 43 (véase la Figura 4). Estos quemadores 40 se montan en los costados opuestos de la pared de la cámara circular de combustión y se alinean para dirigir sus llamas en una dirección en espiral. Girando el frente de la llama alrededor de la cámara de combustión, el serpentín de los tubos 24 es repetitivamente 'lavado' por el calor de este gas de combustión, que circula en un movimiento al centro del haz 24 de tubos. Las temperaturas en el haz 24 de tubos se mantienen en aproximadamente 649°C. El haz 24 de tubos lleva el vapor y se expone a las altas temperaturas de combustión, donde el vapor se sobrecalienta y se mantiene a una presión de aproximadamente 224 kg/cm2. El gas caliente sale a través de una abertura, colocada en el centro superior del techo redondo de la cámara de combustión cilindrica. El movimiento centrífugo de los gases de combustión causa que las partículas sin quemar, más pesadas, suspendidas en los gases, se acumule en la pared externa de la cámara de combustión, donde se incineran, contribuyendo a un escape más limpio. Esta circulación ciclónica de los gases de combustión dentro de la cámara de combustión, crea una eficiencia mayor en el motor. Específicamente, múltiple pasadas de la bobina de tubos 24 permiten promover mayor saturación de calor con relación a la cantidad de combustible gastado. Asimismo, la configuración de los haces de tubos, enrollados circularmente, permite que mayores longitudes del tubo sean encerradas dentro de la cámara de combustión de dimensiones limitadas, que dentro de una caldera convencional. Igualmente, dividiendo cada línea de suministro de vapor del cilindro en dos o más líneas de entrada a la cámara de combustión (es decir, en el haz de tubos), un área superficial de tubos mayor se expone a los gases de combustión, promoviendo mayor transferencia de calor así que el fluido puede ser calentado a temperaturas y presiones mayores, lo cual además mejora la eficiencia del motor. Conforme el agua sale de la única línea 21 del serpentín de precalentamiento de cada cilindro individual, en su camino a la cámara de combustión, se ramifica en dos o más líneas 28 por cilindro, formando parte del haz de tubos, el cual consiste de un haz 24 en serpentín de estas líneas ramificadas 28 para todos los cilindros, como se describió antes Como se ve en la figura 3, estas líneas múltiples 28 son idénticas en áreas de sección transversal y longitudes. Mientras cada igualación de volúmenes y capacidades entre la línea 'alimentadora' 21 sencilla y las líneas ramificadas 28 será balanceada bajo condiciones estáticas, bajo las condiciones dinámicas de las altas temperaturas supercri ticas y altas presiones, el flujo comparativo en las líneas de ramal pueden llegar a estar sin balancear, conduciendo al sobrecalentamiento potencial y posible falla de pared en el tubo con flujo menor. La válvula 26 de división, ubicada en la junta de la única línea 21 a las líneas múltiples 28, iguala el flujo entre las líneas ramales (véanse las figuras 3, 12 y 13) . La válvula 26 de división minimiza la turbulencia en la junta formando no una intersección en ángulo recto "T", sino una intersección en "Y" con un ápice estrecho. El cuerpo de esta junta en "Y" contiene válvulas 27 de control de flujo, que permiten el lujo sin impedir del fluido hacia el generador de vapor 20, a través de cada línea de ramal 28, y permite que cualquier sobrepresión incremental en una línea sea "sangrada" de nuevo a la válvula de sobrepresión (regulador de presión) 46 para prevenir la sobrepresión del sistema. Como se ve en la figura 5, los cilindros 52 del motor se disponen en una configuración radial con las cabezas 51 de cilindro y válvulas 53 extendiéndose dentro del horno de ciclón. Una leva 70 mueve los vastagos 74 de empuje (véase la figura 5) para controlar la abertura de las válvulas de inyección de vapor 53. A velocidades mayores del motor, las válvulas 3 de inyección de vapor se abren completamente para inyectar vapor en los cilindros 52, causando que las cabezas 54 de pistón sean empujadas radialmente al interior. El movimiento de la cabezas 54 de pistón causa que los vastagos 56 de conexión se muevan radialmente al interior, para girar el disco 61 de manivela y el cigüeñal 60. Como se muestra en la figura 6, cada vastago de conexión 56 se conecta al disco 61 de manivela. Más específicamente, la superficie circular interna del enlace del vastago de conexión se adapta con un anillo 59 de cojinete para el acoplamiento alrededor de un cubo 63 en el disco 61 de manivela., En una modalidad preferida, el disco 61 de manivela se forma de un material de cojinete, el cual rodea la superficie externa del enlace del vastago de conexión, proporcionando así un cojinete de respaldo doble para llevar la cabeza del pistón. Los vastagos 56 de conexión son impulsados por este disco 61 de manivela. Estos vastagos se montan en intervalos iguales alrededor de la periferia de este cojinete circular. Las porciones interiores de los cojinetes de respaldo doble que unen los vastagos de conexión del pistón al disco 61 de manivela, se diseñan para limitar la deflexión angular de estos vastagos de conexión 56, así que el claro se mantenga entre todos los seis vastagos de conexión durante una rotación completa del cigüeñal 60. El centro del disco 61 de manivela está ahorquillado a una sola junta rotatoria 62 del cigüeñal, que está desplazada del eje central del cigüeñal 60. Mientras los extremos de fondo que conectan los vastagos de conexión 56 giran en un círculo alrededor del disco 61 de manivela, el desplazamiento del muñón 62 de la manivela en el cual se monta el disco 61 de la manivela, crea una geometría que hace que la rotación resultante de estos vastagos viaje alrededor de una trayectoria elíptica. Esta geometría única confiere dos ventajas a la operación del motor. Primera, durante la carrera de potencia de cada pistón, su vastago de conexión está en alineamiento vertical con el movimiento del pistón de impulso, transfiriendo así la fuerza completa de la carrera. Segunda, el desplazamiento entre los vastagos de conexión 56 y el disco 61 de manivela, el desplazamiento entre el disco de manivela y el muñón 62 de manivela y el desplazamiento del muñón 62 de manivela al propio cigüeñal, se combinan para crear un brazo de palanca que amplifica la fuerza de cada carrera de potencia individual sin aumentar la distancia que viaja el pistón. Un diagrama que muestra esta carrera de potencia única se muestra en la figura 8. Por lo tanto, se mejora la eficiencia mecánica. Este arreglo también proporciona un tiempo alimentado para la admisión y escape del vapor. Haciendo referencia a la Figura 7, a velocidades menores del motor, las válvulas 53 de inyección de vapor se cierran parcialmente y una válvula 46 de liberación de compresión de volumen del claro es abierta para liberar el vapor de los cilindros 52. Las válvulas 46 del volumen del claro se controlan por las RPM del motor. La válvula 46 del volumen del claro es una innovación que mejora la eficiencia del motor a velocidades tanto bajas como altas. La minimización del volumen del claro en un cilindro 52 es ventajosa para la eficiencia, conforme disminuye la cantidad del vapor sobrecalentado requerido para llenar el volumen, reduce el área de contacto de vapor, que absorbe calor que de otra manera sería usado en la expansión explosiva de la carrera de potencia y, por crear una mayor compresión en la cámara más pequeña, además eleva la temperatura del vapor admitido. Sin embargo, la mayo compresión que resulta del volumen menor tiene el efecto adverso a bajas RPM del motor de crear una retropresión contra la carga que entra del vapor sobrecalentado. El propósito de la válvula 46 de volumen del claro es reducir la compresión del cilindro a RPM menores del motor, mientras mantiene una compresión mayor en velocidades más rápidas del pistón, donde es mínimo el efecto de la retropresión. La válvula 46 del volumen del claro controla la entrada a un tubo 47 que se extiende desde el cilindro dentro de la cámara de combustión 22. Es operada hidráulicamente por el sistema de bomba de presión menor de la bomba 90 de agua de múltiples fases, primaria, impulsada por motor. A ROM menores, la válvula 46 del volumen del claro abre el tubo 47. Agregando el volumen incremental de este tubo 47 a aquel del cilindro 52, el volumen del claro total es aumentado con una disminución consecuente de la compresión. La carga del vapor que fluye dentro del tubo es calentada adicionalmente por la cámara 22 de combustión que rodea el tubo sellado 47, vaporizando de nuevo en el cilindro 52, donde contribuye a la expansión del vapor total de la carera de potencia a baja velocidad. A RPM mayores, el sistema de bomba de la bomba 90 impulsada por motor, que actúa hidráulicamente la válvula del volumen del claro, desarrolla la presión cercana a la válvula 46 del volumen del claro, reduciendo el volumen total del claro y elevando la compresión del cilindro para la operación eficiente a mayor velocidad del motor. Las válvulas 46 del volumen del claro contribuyen a la eficiencia del motor a operaciones de velocidades tanto bajas como altas. Vapor bajo la presión supercrítica es admitida a los cilindros 52 del motor por un mecanismo de acelerador enlazado mecánicamente, que actúa sobre la válvula 53 de aguja de inyección de vapor. Para soportar las temperaturas de 649°C, las válvulas 53 de aguja son enfriadas con agua en el fondo.de sus vastagos, por agua llevada por tubo desde y regresada al condensador 30 por una bomba 96 de lubricación con agua. A lo largo de la mitad de los vastagos de válvula, una serie de sellos en laberinto, o ranuras, en el vastago de válvula, en conjunto con anillos de empaque y sellos de labio menores, crean un sello entre cada vastago de válvula y un buje dentro del cual se mueve la válvula. Esto sella y separa el refrigerante que fluye pasando la parte superior del vastago de válvula y la presión aproximada de 224 kg/cm2 que se encuentra en la cabeza y asiento de cada válvula. La remoción de esta válvula 53, al igual que el ajuste para su claro de asiento, pueden ser hechas por roscas maquinadas en el cuerpo superior del conjunto de válvula. La válvula 53 de aguja, que admite el vapor sobrecalentado, se cierra positivamente por un resorte 82, dentro de cada brazo 80 de balancín de válvula, que se monta a la periferia de la cubierta de motor. Cada resorte 82 ejerce suficiente presión para mantener la válvula 53 cerrada durante las condiciones estáticas . El movimiento para abrir cada válvula se inicia por el anillo 84 de leva, montado en el cigüeñal. Un lóbulo 85 en el anillo de leva, fuerza un seguidor 76 de garganta para 'golpear' un solo vastago 74 de empuje por cilindro 52. Cada vastago 74 de empuje se extiende desde cerca del centro del motor de seis cilindros, configurado radialmente, al exterior al balancín 60 de la válvula de aguja. La fuerza del seguidor 76 de garganta en el vastago 74 de empuje supera la presión de cierre del resorte y abre la válvula 53. El contacto entre el seguidor, el brazo 80 de balancín y el vastago de empuje 74 se determina por el casquillo de ajuste roscado, montado en cada brazo 80 de balancín de la válvula de aguja. El control de admisión en el motor se logra variando la distancia en que cada vastago 74 de empuje se extiende, con la extensión ulterior abriendo la válvula de aguja por una mayor cantidad para admitir más fluido sobrecalentado. Todos los seis vastagos 74 pasan a través del anillo 78 de control de garganta, que gira en un arco, desplazando donde el extremo interno de cada vastago 74 de empuje en el brazo de cada seguidor de leva (véase la figura 5) . A no ser que el seguidor 76 se eleve por el lóbulo 85 de leva, todas las posiciones a lo largo del seguidor, donde el vastago 74 de empuje se apoya., están 'cerradas' igualmente. Conforme el arco del anillo 78 de garganta se desplaza, el punto de apoyo del vastago 74 de empuje desplaza el brazo inferior hacia afuera y en alejamiento del fulcro del seguidor. Cuando el seguidor 76 es golpeado por el lóbulo 85 de leva, la distancia del arco que el brazo viaja se amplifica, impulsando así el vastago 74 de empuje más, y así también la abertura de la válvula de aguja. Una sola palanca unida al anillo de garganta y que se extiende al exterior de la cubierta del motor se usa para desplazar el arco del anillo de garganta, y así llega a ser la admisión del motor. Haciendo referencia a las Figuras 9-11, el control de tiempo del motor se logra moviendo el anillo 84 de leva. El control del tiempo avanza el momento que el fluido sobrecalentado se inyecta en cada pistón y acorta la duración de esta inyección, conforme aumentan las RPM del motor. El movimiento "ascendente" del anillo 84 de leva hacia el muñón del cigüeñal 62 altera la duración de tiempo exponiendo el seguidor 76 a la porción inferior del anillo 84 de leva, donde el perfil del lóbulo 85 de la leva se reduce progresivamente. La rotación de este mismo anillo 84 de leva altera el tiempo de cuando el lóbulo de leva inicia la inyección de vapor a los cilindros. La rotación del anillo de leva se logra por un pasador 88 de leva de manguito, que se fija al manguito 86 de leva. El pasador 88 de leva se extiende a través de la ranura vertical curvilínea en el anillo 84 de leva, asi que, conforme se eleva el anillo 84 de leva, por la presión hidráulica, un movimiento de torcido ocurre entre el anillo 84 de leva y el pistón 86 del manguito de leva, en que este anillo 84 de leva y el lóbulo 85 giran parcialmente. Estos dos movimientos del anillo de leva son accionados por el pistón 86 del manguito de leva, que se sella a y gira con el cigüeñal 60. Más específicamente, un pasador 87 de leva de cigüeñal, que se fija al cigüeñal, 60 pasa a través de una abertura en el anillo de leva y una ranura vertical en el pistón de manguito de leva. Esto permite el movimiento vertical (es decir el movimiento longitudinal del anillo 84 de leva) y el manguito 85 de leva con relación al cigüeñal, pero impide la rotación relativa entre el manguito de leva 86 y el cigüeñal (debido a la ranura vertical), así que el manguito 86 de leva gira con el cigüeñal. Un sistema de bomba de agua, impulsado por el cigüeñal, proporciona la presión hidráulica, para extender este pistón 86 del manguito de leva. Conforme aumentan las RPM del motor, se eleva la presión hidráulica. Esto extiende el pistón 86 del manguito de leva y alza el anillo de leva 84, exponiendo así los perfiles de RPM mayores sobre el lóbulo 85 a los seguidores 76 de leva. Las velocidades del motor reducidas reducen correspondientemente la presión hidráulica en el pistón 86 del manguito de leva y un resorte 100 de serpentín sellado retracta el pistón 86 del manguito de leva y el propio anillo 84 de leva. La posición normal del controlador de garganta es hacia delante con velocidad baja. Conforme el anillo 78 de garganta admite vapor al pistón, la manivela comienza a girar en una rotación lenta hacia delante. La duración larga del lóbulo 85 de leva permite que la admisión de vapor en los cilindros 52 por un período más largo de tiempo. Como se describió previamente, la trayectoria elíptica de los vastagos de conexión crean un alto grado de torsión, mientras la admisión de vapor dentro del cilindro es por un período más largo de tiempo y sobre un brazo de palanca mayor, en la fase del siguiente cilindro, permitiendo así un movimiento de partida automático. Conforme avanza el anillo 78 de garganta, más vapor es admitido al cilindro, permitiendo un aumento en las RPM, . Cuando aumentan las RPM, la bomba 90 suministra presión hidráulica para izar el anillo 84 de leva a alta velocidad hacia delante. Este anillo 84 de leva se mueve en dos fases, elevando la leva para disminuir la duración del lóbulo de leva avanzar el tiempo de leva. Esto ocurre gradualmente conforme las RPM son aumentadas a una posición predeterminada. La palanca 102 de desplazamiento es cargada por resorte en el vastago 104 de desplazamiento, para permitir que el manguito 86 eleve el anillo de leva 84 Para invertir el motor, debe ser detenido cerrando la garganta. La inversión del motor no se logra por selección de los engranajes de transmisión, y se hace alterando el tiempo. Más específicamente, la inversión del motor se logra empujando el vastago 104 de desplazamiento para elevar el manguito 86 de leva hasta el cigüeñal 60, conforme el pasador 88 de leva de manguito viaja en una ranura en espiral en el anillo de leva, causando que la manivela avance la leva pasando el centro muerto superior. El motor correrá ahora en reversa, conforme el pistón empuja el disco de manivela en un ángulo relativo al cigüeñal en la dirección de la rotación inversa. Este movimiento de desplazamiento mueve solamente el tiempo y no la duración del lóbulo de leva a la abertura de válvula. Esto dará una torsión completa y auto-iniciará en reversa. La alta velocidad no es necesaria en reversa. El vapor de escape es dirigido hacia un serpentín primario, el cual también sirve para precalentar el agua en el generador 20. El vapor de escape es luego dirigido a través del condensador 30, en un sistema centrífugo de condensación compresiva. Como se describió antes, el aire de enfriamiento circula a través de las placas planas, se calienta en un intercambiador de calor 42 de escape y se dirige dentro del quemador 40. El ciclo de recalentamiento del aire agrega grandemente eficiencia y estado compacto del motor. Los requisitos de entrega de agua del motor son suministrados por una bomba 90 de múltiples fases, que comprende tres sistemas de bomba de presión. Uno es un sistema 92 de bomba de presión alta, montado directamente adyacente dentro del mismo alojamiento. Un sistema 94 de bomba de presión media suministra la presión del agua para activar la válvula del volumen del claro, y la presión del agua, para operar el mecanismo de tiempo de leva. Un sistema 96 de presión menor proporciona la lubricación y enfriamiento al motor. La unidad de presión alta bombea agua desde el sumidero 34 del condensador a través de líneas individuales 21, pasando los serpentines de la cámara 22 de combustión a cada una de las seis válvulas 53 de aguja, que proporcionan el fluido sobrecalentado a la cabeza de potencia del motor. Esta sección de alta presión de la bomba 90 de múltiples fases contiene pistones dispuestos radialmente, que asemejan estrechamente la configuración de la cabeza de potencia mayor del motor. La línea de entrega de agua desplazada de cada pistón de bomba de agua, se conecta por un colector 98, que se conecta a un regulador compartido por todas las seis líneas de entrega que actúan para igualar y regular la presión de entrega del agua a seis pistones de la cabeza de potencia, Todos regulan la presión de entrega del agua a los seis pistones de la cabeza de potencia. Todos bombean las subunidades dentro de la bomba de múltiples fases y son impulsadas por una flecha central. Esta flecha de impulso de bomba se conecta al cigüeñal 60 del motor principal por un acoplador mecánico. Cuando el motor se detiene, un motor eléctrico auxiliar bombea el agua, manteniendo la presión del agua necesaria para restaura el motor.

Mientras la presente invención se ha mostrado y descrito de acuerdo con una modalidad preferida y práctica de la misma, se reconocerá que se consideran desviaciones de la presente descripción, dentro del espíritu y ámbito de la presente invención.

LISTA DE COMPONENTES 10. Motor 12. Envoltura del Motor 20. Generador de Vapor 21. Línea de Suministro de Vapor (Línea de Alimentación) 22. Cámara de Combustión / Horno de Ciclón 23. serpentín de Pre-Calentamiento Alrededor de cada Cilindro 24. Haz de Tubos (Serpentín de Tubos), que Consiste de Líneas Ramales para Todos los Cilindros 26. Válvula de División 27. Válvulas de Control de Flujo 28. Líneas Ramal divididas de la línea principal del alimentador 30. Condensador 31. Placas Planas 32. Conductos de Transferencia de Admisión de Aire 34. Sumidero / Recipiente de Recolección de Condensado 38. Sopladores 40. Quemador de Combustible de Boquilla de Combustión 41. Atomizador de Combustible 42. Intercambiadores de Calor 43. Encendedor 46. Válvula del Volumen del Claro de Liberación de Compresión 57. Tubos del Volumen del Claro 50. Conjunto del Motor Principal 51. Cabezas de Cilindro 52. Cilindros 53. Cabezas de Pistón 55. Puertas de Escape en Cilindros 56. Vastagos de Conexión 59. Anillo de Cojinete en el Interior del Enlace del Vastago de Conexión 60. Cigüeñal 61. Disco de Manivela 62. Muñón del Cigüeñal 63. Cubo en Disco de Manivela para la Unión al Vastago de Conexión 76. Seguidor de Garganta 74. Vastagos de Empuje 78. Anillo de Control de Admisión 80. Brazos de Balancines 82. Resorte en Brazos de Balancín 84. Anillo de Leva 85. Lóbulo en Anillo de Leva 86. Pasador de Leva de Cigüeñal 88. Pasador de Leva de Manguito 90. Bomba Primaria de múltiples Fases 92. Sistema de Bomba de Alta Presión 94. Sistema de Bomba de Presión Media 96, Sistema de Bomba de Presión Baja 98. Colector de Bomba 100. Resorte de Serpentín para Retirar el Pistón de Manguito de Leva 102. Palanca de Desplazamiento 104. Vastago de Desplazamiento 106. Collar de Desplazamiento.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES 1. Un motor que comprende: un condensador, que incluye un arreglo de placas espaciadas, que proporcionan superficies enfriadas con aire y un sumidero debajo de este arreglo de placas espaciadas, para recoger el condensado líquido; un generador de vapor, que incluye al menos un quemador, adaptado para quemar un combustible suministrado, y una cámara de combustión, que comunica con dicho al menos un quemador, para generar calor dentro de dicha cámara de combustión; un conjunto de impulso del motor principal, el cual comprende : al menos un cilindro; un pistón, cautivo en forma móvil dentro de dicho cilindro, e incluye una cabeza de pistón estructurada y dispuesta para el movimiento recíproco, sellado, dentro de dicho cilindro; un cigüeñal; una leva de manivela, fija a dicho cigüeñal y rotatoria con el mismo; un vastago de conexión, conectado pivotalmente entre dicho pistón y dicha leva de manivela; y una válvula de inyector, operable entre una posición cerrada y una posición abierta, para liberar una carga presurizada de vapor en la porción superior de dicho cilindro; una línea de vapor, para entregar vapor a dicha válvula del inyector, para la inyección en dicho cilindro al abrir momentáneamente dicha válvula del inyector; una bomba, para bombear agua desde dicho sumidero y a través de dicha línea de vapor; dicha línea de vapor incluye una sección dentro de dicha cámara de combustión, con un área superficial expuesta dentro de dicha cámara de combustión, que permite la transferencia de calor, con el fin de cambiar la fase del agua dentro de dicha línea de vapor, de líquido a vapor, para entregarlo a dicha válvula del inyector; un pasaje de transferencia de escape, para entregar el vapor de escape desde dicho al menos un cilindro, a dicho condensador, en que este vapor de escape cambia su fase en líquido, antes de la recolección dentro de dicho sumidero; y un intercambiador de calor, para pre-calentar el aire de admisión antes de entrar en dicha cámara de combustión, dicho intercambiador de calor usa la energía de calor desde los gases de escape liberados desde dicha cámara de combustión.
2. 2. El motor, según se define en la reivindicación 1, en que dicho conjunto de impulso del motor principal comprende: una pluralidad de dichos cilindros, cada uno tiene dicho pistón, y dicha cabeza de pistón es cautivada en forma móvil dentro de estos cilindros; una pluralidad de vastagos de conexión, cada uno conectado pivotalmente a dicho pistón de un cilindro respectivo de dicha pluralidad de cilindros; y una pluralidad de válvulas de inyector, cada una de esta pluralidad de válvulas de inyector se coloca operativamente para liberar la carga presurizada de vapor dentro de un cilindro respectivo de dicha pluralidad de cilindros, al ser operado a dicha posición abierta.
3. 3. El motor, según se define en la reivindicación 1, en que dicho generador de vapor comprende: al menos un soplador, para suministrar un flujo de aire dentro de dicha cámara de combustión; un atomizador de combustible, para dirigir el combustible suministrado en una niebla atomizada dentro del flujo de aire; y un encendedor, para encender la niebla atomizada de combustible.
4. 4. El motor, según se define en la reivindicación 2, en que la sección de dicha línea de vapor incluye una pluralidad de líneas ramales dentro de la cámara de combustión.
5. 5. El motor, según se define en la reivindicación 4, que además comprende: una válvula del divisor, en una junta de una sola porción de línea de dicha línea de vapor y dichas líneas ramales, dicha válvula del divisor estando estructurada y dispuesta para igualar la presión de flujo del vapor, entre la pluralidad de líneas de ramal.
6. 6. El motor, según se define en la reivindicación 2, en que dicha pluralidad de cilindros se disponen en una configuración radial.
7. 7. El motor, según se define en la reivindicación 2, que además comprende: una pluralidad de válvulas del volumen del claro, cada una de estas válvulas del volumen del claro estando colocada operativamente con un cilindro respectivo de la pluralidad de cilindros, y dichas válvulas de volumen di claro estando estructuradas y dispuestas para reducir la compresión del vapor dentro de dichos cilindros en las RPM menores del motor y cada una de dicha pluralidad de válvulas de volumen del claro estando además estructurada y dispuesta para mantener una compresión de vapor mayor, dentro de dichos cilindros, a RPM mayores del motor.
8. 8. El motor, según se define en la reivindicación 1, que además comprende: un vastago de empuje, acoplado operativamente a dicha válvula de inyector; y un brazo de balancín, orientado por resorte, acoplado operativamente con dicho vastago de empuje, para abrir momentáneamente dicha válvula del inyector.
9. 9. El motor, según se define en la reivindicación 8, que además comprende: un anillo de leva, montado en forma móvil sobre dicha flecha de manivela; un lóbulo, que se abulta hacia afuera desde el anillo de leva; y un seguidor de garganta, en contacto operativo con el anillo de leva, dicho vastago de empuje, dicho seguidor de garganta está estructurado y dispuesto para empujar dicho vastago de empuje contra dicha válvula de inyector, al conectar el seguidor de garganta con dicho lóbulo sobre el anillo de leva, para abrir momentáneamente dicha válvula del inyector, conforme gira el anillo de leva.
10. 10. Un motor, que comprende: un condensador, que incluye un arreglo de placas espaciadas que proporcionan superficies enfriadas con aire y un sumidero debajo del arreglo de placas espaciadas, para recoger el condensado líquido; una cámara de combustión; al menos un cilindro; un pistón, cautivado en forma móvil dentro de dicho cilindro, y que incluye una cabeza de pistón estructurada y dispuesta para el movimiento recíproco, sellado, dentro de dicho cilindro; un cigüeñal; Una leva de manivela, fija a dicho cigüeñal y que puede girar con el mismo; un vastago de conexión, conectado pivotalmente a dicho pistón y dicha leva de manivela; una válvula de inyector, operable entre una posición cerrada y una posición abierta, para liberar una carga presurizada de vapor dentro de la porción superior de dicho cilindro; un vastago de empuje, acoplado operativamente a dicha válvula de inyector; un brazo de balancín, orientado por resorte, acoplado operativamente con dicho vastago de empuje para abrir momentáneamente dicha válvula del inyector; una línea de vapor, para entregar vapor a dicha válvula del inyector, para la inyección en dicho cilindro al abrir momentáneamente dicha válvula del inyector; una bomba, para bombear agua desde dicho sumidero y a través de dicha línea de vapor; dicha línea de vapor incluye una sección ramificada de tubos, dispuesta en un haz dentro de dicha cámara de combustión, y dicho arreglo de haz de tubos proporciona un área superficial expuesta dentro de dicha cámara de combustión para la transferencia de calor, con el fin de cambiar la fase del agua dentro de dicha línea de vapor, de líquida a vapor, y para calentar el vapor a una temperatura que produzca vapor sobrecalentado para entregarlo a la válvula del inyector; un pasaje de transferencia de escape, para entregar el vapor de escape desde dicho al menos un cilindro a dicho condensador, en que este vapor de escape cambia de fase en líquido, antes de la recolección dentro de dicho sumidero; y un intercambiador de calor, para el precalentamiento del aire de admisión antes de entrar en dicha cámara de combustión, dicho intercambiador de calor usando la energía de calor de los gases de escape liberados desde dicha cámara de combustión.
11. 11. Un motor, que comprende: un condensador, que incluye un arreglo de placas espaciadas, que proporcionan superficies enfriadas con aire y un sumidero debajo del arreglo de estas placas espaciadas, para recoger el condensado liquide- una cámara de combustión; un conjunto que genera calor, para quemar un suministro de combustible y producir una centrífuga de aire caliente y llamas dirigida dentro de dicha cámara de combustión; un conjunto de impulso del motor principal, que comprende : al menos un cilindro; un pistón, cautivo, en forma móvil dentro del cilindro y que incluye una cabeza de pistón estructurada y dispuesta para el movimiento recíproco sellado dentro de dicho cilindro; un cigüeñal; una leva de manivela, fija a dicho cigüeñal y que puede girar con el mismo; un vastago de conexión, conectado pivotalmente entre dicho pistón y dicha leva de manivela; una válvula de inyector, operable entre una posición cerrada y una posición abierta, para liberar una carga presurizada de vapor dentro de la porción superior de dicho cilindro; Un vastago de empuje, acoplado operativamente a la válvula del inyector; y un brazo de balancín, orientado por resorte, acoplado operativamente con dicho vastago de empuje para abrir momentáneamente dicha válvula del inyector; una línea de vapor, para entregar vapor a dicha válvula del inyector, para la inyección en dicho cilindro al abrir momentáneamente dicha válvula del inyector; una bomba, para bombear agua desde dicho sumidero y a través de dicha línea de vapor; dicha línea de vapor incluye una sección dirigida a través de dicha cámara de combustión, en que el agua y el vapor, dentro de dicha sección de dicha línea de vapor, se alientan por exponer al calor dentro de dicha cámara de combustión, para producir vapor dentro de dicha línea de vapor, para entregarlo a dicha válvula del inyector y dentro de dicho cilindro al abrir dicha válvula del inyector; un primer intercambiador de calor, para el precalentamiento del aire de admisión, antes de entrar en dicha cámara de combustión, dicho primer intercambiador de calor usa el calor de los gases de escape liberados de dicha cámara de combustión; y un segundo intercambiador de calor, para calentar el agua en dicha línea de vapor, antes de entrar en dicha sección de la línea de vapor, dentro de dcha. cámara de combustión; y dicho segundo intercambiador de calor usando el calor del vapor escapado de dicho al menos un cilindro.
12. 12. Un método para producir energía en un motor, que tiene al menos un cilindro, un pistón, cautivado, en forma móvil, dentro de dicho cilindro y que incluye un pistón con una cabeza de pistón, para el movimiento recíproco sellado dentro de dicho cilindro, un cigüeñal, una leva de manivela, fija a dicho cigüeñal y que puede girar con este, y un vastago de conexión, conectado pivotalmente entre dicho pistón y la leva de manivela; dicho método comprende las etapas de: bombear líquido desde un depósito a través de una o más líneas que conducen a una válvula del inyector en dicho al menos un cilindro; generar calor en una cámara de combustión, quemando un combustible y aire en mezcla; dirigir una acción de una o más líneas, a través de dicha cámara de combustión, para exponer el líquido bombeado a través de una o más líneas al calor de dicha cámara de combustión; producir vapor dentro de dicha sección de la una o más líneas desde el calor de dicha cámara de combustión; inyectar el vapor dentro de dicho cilindro y contra dicha cabeza de pistón, para forzar dicho pistón en una carrera de potencia descendente, girando así la leva de manivela y dicho cigüeñal; pre-calentar el aire de admisión, antes de entrar en la cámara de combustión, usando el calor de los gases de escape que salen de la cámara de combustión; pre-calentar el líquido que viaja a través de una o más líneas, antes de entrar en dicha sección dentro de la cámara de combustión; dirigir el vapor de escape desde dicho cilindro dentro de un condensador; condensar el vapor de escape para producir líquido; y dirigir el líquido dentro de dicho depósito. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un motor regenerativo de calor usa el agua tanto como el fluido de trabajo como el lubricante. Durante la operación, el agua es bombeada, desde el recipiente de recolección, a través de un serpentín, alrededor de una puerta de escape del cilindro, causando que esta agua sea precalentada por el vapor escapado del cilindro. Esta agua precalentada luego entra en un generador de vapor y se calienta por una cámara de combustión, para producir vapor sobre-calentado a alta presión. El aire es precalentado en un intercambiador de calor y luego mezclado con combustible desde un atomizador de este combustible. Un encendedor quema el combustible atomizado, conforme las llamas y el calor se dirigen en una centrífuga dentro de la cámara de combustión. La velocidad y torsión del motor se controlan por un arreglo de balancín y leva, el cual abre una válvula de tipo aguja, para inyectar vapor sobre-calentado a alta presión, dentro de un cilindro, que tiene un pistón de movimiento recíproco. El vapor inyectado se expande en una acción explosiva en la parte superior del pistón a una presión alta, que fuerza el pistón hacia abajo e impulsa rotatoriamente una leva de manivela unida y el cigüeñal. El vapor de escape se dirige a través de un condensador de centrífuga, que tiene un arreglo de placas planas. El aire de enfriamiento desde los ventiladores circula a través de las placas planas para condensar este vapor a un estado líquido. La condensación del agua es regresada al recipiente de recolección para el uso subsiguiente en la generación de vapor.