MOTOR DE CICLO CERRADO.

Un sistema de motor de ciclo cerrado que comprende: una unidad de motor (110) operable para quemar combustible con gas comburente,

produciéndose de ese modo gases de escape, teniendo la unidad de motor (110) una admisión (112) y un escape (114); y un circuito de gas que proporciona una comunicación fluida entre la admisión (112) y el escape (114), teniendo el circuito de gas un absorbedor (120) para absorber al menos parcialmente los gases de escape, y una resistencia al flujo, estando ubicada la resistencia al flujo entre el absorbedor (120) y la admisión (112) y dispuesta de tal manera que la presión en la admisión (112) sea menor que la presión en el escape (114), en el que la resistencia al flujo es ajustable en respuesta a la presión en la admisión (112)

Motor de ciclo cerrado.

Esta invención se refiere a un sistema de motor de ciclo cerrado mejorado. Los sistemas de motor de ciclo cerrado son operables independientemente del aire atmosférico, y de esta manera son especialmente útiles donde el aire atmosférico no está disponible libremente. Tales motores se usan por tanto a menudo en aplicaciones bajo el agua.

Los motores de ciclo cerrado se conocen, por ejemplo, de la publicación de patente europea núm. 0118284. Tales motores conocidos comprenden un circuito por el que al menos algo del gas de escape de una cámara de combustión es canalizado de manera que retorne a la misma. Un suministro de oxigeno mezclado con un gas portador inerte se proporciona a la cámara de combustión, en la que se quema combustible con el oxigeno para producir dióxido de carbono, entre otros productos de combustión. El circuito comprende un absorbedor en el que el gas de escape es tratado con agua para retirar el dióxido de carbono del gas de escape.

La Publicación de Patente Europea núm. EP-0644112 da a conocer otro motor de ciclo cerrado, que comprende una unidad de motor operable para quemar combustible con gas comburente, produciéndose de ese modo gases de escape, teniendo el motor una admisión y un escape; y un circuito de gas que proporciona una comunicación fluida entre la admisión y el escape, teniendo el circuito de gas un absorbedor para absorber al menos parcialmente los gases de escape, y una resistencia al flujo.

Desafortunadamente, la absorción de gas de dióxido de carbono del escape requiere una gran cantidad de energía, y esto crea una gran pérdida de potencia parásita para el motor. La reducción de esta pérdida parásita es esencial si se debe mejorar la eficacia general del motor. Se reconoce en la técnica anterior que es importante que la presión parcial del dióxido de carbono en el absorbedor sea elevada, ya que la eficacia de absorción se incrementa a medida que se incrementa la presión parcial del dióxido de carbono. Por lo tanto, se ha sugerido en el documento EP0118284 comprimir el gas de escape antes de que llegue al absorbedor, y después expandir el gas de salida del absorbedor. Tal expansión es necesaria para reducir la presión en el colector de admisión del motor a una presión que esté dentro de las limitaciones de funcionamiento del motor. Sin embargo, la compresión del gas de escape, según se da a conocer en el documento EP0118284, requiere una pérdida de energía parásita adicional para accionar un compresor. Sin esta compresión adicional, la presión de absorción máxima está limitada por la presión máxima del colector de admisión que la máquina puede aceptar. Esta limitación se produce porque la presión de pico de los cilindros del motor está directamente influenciada por la presión del colector de admisión, que, en un sistema configurado para minimizar la pérdida de energía, es cercana a la presión de absorción. La vida útil del motor está directamente influenciada por la presión de pico de los cilindros del motor: unas presiones de pico de los cilindros más elevadas resultan desafortunadamente en una vida útil más corta.

Como consecuencia, existe una necesidad de un sistema de motor de ciclo cerrado más eficaz con menos pérdidas parásitas. Es por lo tanto un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de motor de ciclo cerrado que aborde al menos parcialmente esta necesidad, y que mitigue al menos parcialmente los problemas descritos anteriormente con los sistemas de motor de ciclo cerrado previamente conocidos.

En términos generales, la presente invención reside en el concepto de configurar un sistema de motor de ciclo cerrado de tal manera que se desarrolle una diferencia de presión, en la operación del motor, entre los colectores de admisión y de escape, y de hacer uso de una presión mayor en la parte del escape del motor para mejorar la eficacia de la absorción de los gases de escape. Mediante la incorporación de una resistencia al flujo en el circuito de gas que conecta el escape a la admisión, se puede conseguir tal diferencia de presión, mejorando de ese modo la eficacia de absorción de dióxido de carbono, y reduciendo así las pérdidas parásitas. Así, a pesar del hecho de que una resistencia adicional, que se podría esperar que incrementara las pérdidas de energía dentro del sistema de motor, se ha introducido en el flujo del circuito de gas, se mejora la eficacia general del sistema. Además, estos beneficios se consiguen de forma ventajosa sin el uso de un compresor.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de motor de ciclo cerrado que comprende: una unidad de motor operable para quemar combustible con gas comburente, produciéndose de ese modo gases de escape, teniendo la unidad de motor una admisión y escape; y un circuito de gas que proporciona una comunicación fluida entre la admisión y el escape, teniendo el circuito de gas un absorbedor para absorber al menos parcialmente los gases de escape y una resistencia al flujo, estando ubicada la resistencia al flujo entre el absorbedor y la admisión y dispuesta de tal manera que la presión en la admisión sea mayor que la presión en el escape en la que la resistencia al flujo es ajustable en respuesta a la presión en la admisión. La ubicación de la resistencia al flujo entre el absorbedor y la admisión también garantiza que el absorbedor permanezca a la presión mayor del escape, más que a la presión inferior de la admisión. Sorprendentemente, la incorporación de una resistencia al flujo adicional en el circuito de gas mejora la eficacia del sistema de motor puesto que la presión en el absorbedor se incrementa sin necesidad de componentes que consumen energía adicionales, como un compresor. El incremento de la presión en el absorbedor incrementa la eficacia de absorción de CO₂, y así se reducen las pérdidas parásitas asociadas con el absorbedor. Ya que se reducen las pérdidas parásitas, se incrementa la potencia de exportación del sistema para una potencia dada del eje del motor.

La inclusión de la resistencia permite que el sistema de ciclo cerrado haga uso de la capacidad natural de la unidad de motor para aceptar una diferencia de presión entre los colectores de admisión y de escape. De hecho, ciertos tipos de unidad de motor, como motores diesel provistos de turbocompresores accionados por los gases de escape, están diseñados para operar con una diferencia de presión entre la admisión y el escape. Mediante la retirada del turbocompresor, esta diferencia de presión se puede usar para incrementar la eficacia de absorción. Además, la presencia de una diferencia de presión entre los colectores de admisión y de escape de la unidad de motor hace posible que se seleccione una variedad más amplia de unidades de motor para el uso en el sistema de motor de ciclo cerrado. Previamente, las limitaciones impuestas por la presión máxima permitida del colector de admisión han reducido el número de unidades de motor que se pueden usar en el sistema de motor de ciclo cerrado. Este problema se mitiga por la presente invención, ya que la resistencia al flujo se puede seleccionar en dependencia de la unidad de motor que se desee usar en un sistema de motor de ciclo cerrado dado.

Ya que la resistencia al flujo es ajustable en respuesta a la presión en la admisión, se puede garantizar que la presión de la admisión se mantenga dentro de un intervalo aceptable para el motor, mientras que también se permita que se mantenga una presión elevada en el absorbedor. Además, la presencia de una resistencia al flujo ajustable permite que el sistema dé cuenta de cualquier incremento transitorio de la presión en la admisión. Tales transitorios de lo contrario pueden exceder la presión máxima que la admisión sea capaz de aceptar.

La resistencia al flujo comprende un limitador de flujo, como una placa de orificio, o un tubo con sección de diámetro reducido. El uso de una placa de orificio proporciona un modo ventajosamente simple de conseguir la resistencia al flujo, que se puede incorporar a los sistemas de motor de ciclo cerrado existentes, o a los diseños existentes para los sistemas de motor de ciclo cerrado, rápidamente y de forma eficaz. En una forma de realización especifica descrita más adelante, la resistencia al flujo comprende además una válvula reductora de presión sensible a la presión de la admisión. La presión en el colector de admisión de la unidad de motor se puede ajustar entonces para que se puedan seleccionar los valores de presión más eficaces.

Un suministro de gas comburente...

1. Un sistema de motor de ciclo cerrado que comprende:

una unidad de motor (110) operable para quemar combustible con gas comburente, produciéndose de ese modo gases de escape, teniendo la unidad de motor (110) una admisión (112) y un escape (114); y

un circuito de gas que proporciona una comunicación fluida entre la admisión (112) y el escape (114), teniendo el circuito de gas un absorbedor (120) para absorber al menos parcialmente los gases de escape, y una resistencia al flujo, estando ubicada la resistencia al flujo entre el absorbedor (120) y la admisión (112) y dispuesta de tal manera que la presión en la admisión (112) sea menor que la presión en el escape (114),

en el que la resistencia al flujo es ajustable en respuesta a la presión en la admisión (112).

2. Un sistema de motor según la reivindicación 1 en el que la resistencia al flujo comprende un limitador de flujo.

3. Un sistema de motor según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la resistencia al flujo comprende una placa de orificio (140).

4. Un sistema de motor según la reivindicación 3 en el que la resistencia al flujo comprende además una válvula reductora de presión (150) sensible a la presión de la admisión.

5. Un sistema de motor según la reivindicación 4 en el que se proporciona un suministro de gas comburente al circuito de gas entre la placa de orificio (140) y la válvula reductora de presión (150).

6. Un sistema de motor según la reivindicación 1 en el que la resistencia al flujo comprende medios de extracción de energía para extraer energía del flujo en el circuito de gas.

7. Un sistema de motor según la reivindicación 6 en el que los medios de extracción de energía comprenden una turbina.

8. Un sistema de motor según cualquier reivindicación precedente en el que la presión en la admisión (112) es controlable independientemente de la presión en el escape.

9. Un vehículo sumergible que comprende un sistema de motor de ciclo cerrado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Un procedimiento de operación de un sistema de motor de ciclo cerrado, comprendiendo el sistema una unidad de motor (110) que tiene una admisión (112) y un escape (114), y un circuito de gas que proporciona una comunicación fluida entre el escape (114) y la admisión (112), comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a) operación del motor, produciéndose de ese modo gases de escape, cuyos gases de escape son expulsados al circuito de gas en el escape (114);

b) absorción al menos parcial de los gases de escape en un absorbedor (120);

c) provisión de una resistencia al flujo en el circuito de gas, estando ubicada la resistencia al flujo entre el absorbedor (120) y la admisión (112), y dispuesta de tal manera que la presión en la admisión (112) sea menor que la presión en el escape (114); y

d) ajuste de la resistencia al flujo en respuesta a la presión en la admisión (112).