Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión.

Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión,

patente de adición a la patente principal P201301160 de título Motor de impulso celeste. Esta patente de adición tiene por objetivo evitar la contaminación atmosférica del motor, cuando funciona consumiendo combustibles fósiles, derivados del petróleo. Comprende un sistema de refrigeración secundario que condensa el vapor de agua de la combustión, utilizando esta condensación para lavar los gases de la citada combustión y retener las micro-partículas, causantes de la polución, en el interior del motor, al tiempo que el agua líquida, producida por la condensación en el interior del motor, disuelve parcialmente parte del CO2 producido, expulsándolo por la parte inferior del motor al suelo, como agua carbonatada inocua para el medio ambiente. Con lo que se consigue, a igual cantidad de combustible consumido, anular la contaminación de micro-partículas y reducir las emisiones de CO2.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201400114.

Solicitante: ORELLANA HURTADO, DIEGO.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ORELLANA HURTADO,Diego.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F02C3/08 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 3/00 Plantas motrices de turbinas de gas caracterizadas por la utilización de productos de combustión como fluido energético (generado por combustión intermitente F02C 5/00). › comprimiendo el compresor al menos una fase radial (F02C 3/10 tiene prioridad).
Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión.

Fragmento de la descripción:

Motor de impulso celeste: Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión.

Sectores de la técnica

Los sectores de la técnica implicados son los de las máquinas para la generación de energía eléctrica y los de los motores para desplazar vehículos de cualquier naturaleza dentro de la atmósfera terrestre, sobre tierra o en el mar.

Estado de la técnica

En el estado actual de la técnica no existe nada parecido al motor de impulso celeste con impulso circular y capacidad omnidireccional, aunque la técnica es variada en la impulsión tipo jet. La única documentación existente encontrada por el autor de este tipo de motor es la redactada en la documentación de la solicitud de patente principal n° 2013001160, en trámite.

Explicación de la patente de adición

Es una variante de los sistemas de refrigeración y de compresión.

Problemas técnicos planteados

En la combustión de combustible convencional y aire, el motor de impulso circular genera temperaturas muy superiores a los 2.000 K en el interior de las esferas, lo que produce la oxidación del propio nitrógeno del aire. Hay que evitar la salida directa a la atmósfera del óxido de nitrógeno. La evacuación de los gases a altas temperaturas, también puede oxidar el nitrógeno del aire próximo a la salida, por lo que el motor no puede expulsar ni gases muy calientes ni óxidos procedentes de la combustión. En grandes potencias puede ser necesario comprimir el aire para la combustión en varias etapas con compresores adicionales al propio motor, pero en potencias medias y bajas puede implementarse la compresión en una sola etapa múltiple sobre el propio eje de giro del motor.

Solución a los problemas planteados

Para evitar la salida de gases muy calientes y oxidados a la atmósfera, se instala un circuito secundario de refrigeración (10) en el perímetro circular y lado interior del motor, que evacúa al exterior sólo el calor de los gases resultantes de la combustión, enfriando los mismos y condensando los condensables. Todas las partículas sólidas procedentes de la combustión quedan en el interior del motor. Los óxidos reaccionan con el vapor de agua interior y los ácidos resultantes de esta reacción son neutralizados mediante compuestos básicos situados en la base interior, produciendo sales que quedan almacenadas en el fondo del motor. Una salida de gases (32) que abre por presión diferencial y un filtro, permiten que sólo salgan al exterior gases limpios de la combustión y a baja temperatura. El vapor de agua se obtiene por refrigeración interior y superficial de la esfera de combustión (6). La presión de aire se obtiene por la instalación de un compresor, tipo tomillo o similar, en el eje central de giro (16).

Ventajas de las soluciones propuestas

La primera y muy importante, es la de evitar continuar oxidando nuestra atmósfera con la expulsión de óxidos nitrosos y carbónicos que en la actualidad producimos y expulsamos en la totalidad de máquinas térmicas existentes. La segunda, evitar todo tipo de lluvia ácida. La tercera, poder elevar la temperatura de combustión y por lo tanto los rendimientos térmicos del motor sin aumento de la contaminación. La cuarta, no expulsar partículas al aire que respiramos.

Descripción de los dibujos

(1) La esfera.

(2) Protección metálica sobre la que apoya la cerámica.

(3) Cerámica refractaria pegada sobre el acero.

(4) Alimentación combustible.

(5) Alimentación de comburente (aire).

(6) Agua de refrigeración del hierro hacia el exterior de la esfera y de la cerámica, hacia el interior de la esfera.

(7) Circuito eléctrico, terminado en una resistencia eléctrica de cerámica.

(8) Propulsor asimétrico de salida de gases de la combustión.

(9) Rueda de esferas impulsando el eje de giro.

(10) Circuito de agua del sistema secundario de refrigeración.

(11) Envoltura exterior del motor.

(12) Anillo común de presión del combustible para alimentación de inyectores.

(13) Bombas de presión del combustible (bombas de engranajes o similar).

(14) Inyectores de combustible y comburente.

(15) Toma de aire para la combustión.

(16) Compresor de aire de tornillo o similar (o varios compresores de pistón en cascada sobre el mismo eje).

(17) Depósito sumidero de los residuos de la combustión.

(18) Aspiración del agua para la refrigeración de las esferas.

(19) Depósito de aire a alta presión.

(20) Depósito de agua, la presión la recibe del efecto centrífugo de la rueda de esferas, al girar.

(21) Depósito de combustible.

(22) Canalización señales eléctricas de ignición, motor eléctrico de las esferas e inyectores combustible y comburente.

(23) Rodamientos de base.

(24) Rodamientos de cabeza.

(25) Eje.

(26) Asiento del motor.

(27) Piñón de ataque.

(28) Acoplamiento motor-generador-freno eléctrico.

(29) Acoplamiento eje de potencia (salida a la caja de cambios o eje de hélice de un barco, por ejemplo).

(30) Boca de carga del combustible.

(31) Bombas de circulación de agua, para el sistema secundario de refrigeración.

(32) Escape de los gases no condensables a la atmósfera, funciona por presión diferencial y dispone de filtros de purificación de los gases expulsados a baja temperatura.

(33) Ordenador de control de funcionamiento.

(34) Motores paso a paso, para direccionamiento de los propulsores de las esferas, en sentido radial-tangencial.

(35) Control nivel de agua del circuito primario de refrigeración.

(36) Control de la temperatura interior del motor.

(37) Control del nivel de combustible.

(38) Control de las revoluciones del eje de potencia.

Explicación breve de los dibujos

La figura 1 represente en sección una esfera o cámara de combustión (1) en la que se diferencia por el rayado inclinado el material de acero de soporte mecánico (2) del material cerámico (3) de soporte térmico. El agua de refrigeración de la misma se inyecta por la acción de la fuerza centrifuga, por el circuito (6) que circula por su interior y sale mediante pulverizadores espaciales al exterior de la esfera y mediante pulverizadores

superficiales, a su interior. Esta agua pulverizada se vaporiza en cualquier caso, refrigerando el espacio en tomo a la esfera y aportando interiormente un vapor adicional al propio de la combustión, que actúa como limitador de la temperatura superficial de la cerámica. El combustible procedente de los inyectores, (uno por esfera) se introduce en la misma por el circuito (4) y el comburente por el circuito (5). Combustible y comburente han de ser inyectados a muy alta presión y en función del diámetro de la esfera pueden existir uno o más puntos de inyección (se representan tres). El circuito (7) representa el suministro eléctrico para producir una chispa de inicio de la ignición o un punto caliente por resistencia cerámica con el mismo fin. Este circuito puede ser eliminado si el comburente se suministra a alta presión y temperatura suficiente para la auto combustión de la mezcla combustible-comburente. La citada combustión produce una violenta expansión de los gases resultantes con la consiguiente elevación de su temperatura, al ser una reacción muy exotérmica, viéndose obligados a salir a gran velocidad (hipersónica) por el propulsor (6), incrementando el vector de su momento lineal (m.v) en el sentido de la salida de este propulsor y por el principio de acción y reacción y por el principio de conservación del momento lineal, sobre la esfera se produce un impulso mecánico igual al incremento del citado momento lineal pero en sentido contrario a la salida de los gases.

En la figura 2 representamos una sección en planta del conjunto de varias esferas (9) (el mínimo serán dos por los equilibrados dinámicos del eje (25) de rotación y el máximo dependerá del diseño de cada motor pero su número y ubicación dentro de la rueda de esferas, deberá coincidir con los vértices de un polígono regular). Por causa del impulso mecánico anteriormente explicado, se produce un incremento del momento del par (M) sobre el eje central (25) y con ello un incremento de la velocidad angular (w) y, en cualquier caso, un incremento de la potencia disponible en este eje (producto escalar de M.w). Unas bombas de presión de combustible (13) alimentan un anillo común circular a alta presión (12) que a su vez suministra el citado combustible a los inyectores (14). Un circuito situado en un plano inferior al representado, suministra el comburente desde un depósito (19) a muy alta...

 


Reivindicaciones:

1. Motor de impulso circular con sistemas de neutralización de los gases de la combustión que, mediante un conjunto circular de propulsores (9), solidarios a un eje común (25) y con cámaras de combustión de geometría esferoidal (1), genera por la combustión de combustibles fósiles y aire atmosférico, inyectados en la citada cámara a alta presión, un impulso tangencial en el conjunto circular. Los gases de salida del propulsor, muy calientes para la alta eficiencia de la relación Impulso/Calor suministrado, son refrigerados en el interior del motor (10), condensando el vapor de agua de la combustión y utilizando el agua líquida de esta condensación en lavar los propios gases no condensables, eliminando de estos gases y antes de su salida a la atmósfera, las micro partículas sólidas producidas en la combustión y causantes de la polución y al tiempo reduciendo la salida de C02 gaseoso a alta temperatura, al disolverse parcialmente el C02 gas con el agua líquida. Para ello el motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión está caracterizado por disponer de un eje (25) de giro central y perforado longitudinalmente. En uno de sus extremos, normalmente el inferior, se acopla o conecta el sistema de compresión (15) y (16), de los gases comburentes (aire) y el retomo de agua (18) de un sistema de refrigeración directa y primaria a las esferas o cámaras de combustión, tanto en su superficie exterior como en su superficie interior y por el extremo opuesto del citado eje se acoplan, la alimentación del combustible (30) y las canalizaciones eléctricas (22) de los circuitos para el control, mando y potencia, que son necesarios en las partes giratorias del motor. Comprende un conjunto de varias esferas solidariamente unidas al eje de giro central mediante brazos o plataforma (9) de apoyo y sobre la que quedan integrados los propulsores (8) por los que salen los gases procedentes de las cámaras de combustión. Sobre esta plataforma se integran los depósitos receptores de agua de refrigeración primaria (20) y gases comburentes (aire) a muy alta presión (19), y los sistemas de inyección de combustible y comburente, a muy alta presión, a las cámaras de combustión o esferas (1) e igualmente quedan integrados en la plataforma giratoria los circuitos eléctricos de control, mando y potencia, para los inyectores citados, sistemas de encendido en su caso y sistemas de alimentación y control eléctrico de los motores de posicionamiento de los propulsores, que van instalados sobre las esferas, en su eje de simetría vertical. Comprende, entre otros elementos, circuito anular de combustible a muy alta presión (12), y depósito de combustible (21) que puede instalarse solidario o no solidario con el sistema giratorio y dispositivo de control del nivel de combustible. Comprende un motor eléctrico de arranque (28), que actúa como generador eléctrico, cuando entra en funcionamiento el motor térmico, conectado a una fuente de energía exterior que puede ser de baterías o de red o ambas simultáneamente, con sistemas automáticos de enclavamiento. Comprende un sistema de re-envío (27) por engranajes para transmisión del giro del motor de arranque al eje central y viceversa y para transmisión del giro del eje central, al eje de potencia (29). Comprende control por ordenador (33), conectado eléctricamente con el motor/generador eléctrico y con la fuente de energía exterior y con los sensores de temperatura interior del motor (36), nivel de agua del circuito primario de refrigeración (35), nivel de combustible (37), inyectores de combustible y comburente y giro del eje de potencia de salida (38), entre otros elementos. Comprende en el número necesario para la estabilidad y equilibrios, estático y dinámico, del sistema giratorio, de rodamientos axiales (23), de apoyo vertical y rodamientos radiales (24),de apoyo horizontal. Comprende elementos soporte (26) de los rodamientos citados, encajados de manera solidaria en la estructura envolvente o chasis del motor, estando este chasis formado por un cuerpo base de forma cilindrica, un cuerpo medio en forma de plato en posición normal (hacia arriba) y un cuerpo superior en forma de plato en posición invertida (hacia

abajo), solidariamente acoplados los tres cuerpos, mediante pernos de sujeción y juntas de asiento, para un cierre estanco de los componentes interiores del motor.

2. Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión según reivindicación 1, que realiza la combustión, a temperaturas y presiones muy altas, al inyectar en proporciones estequiométricas combustible y comburente, para lo que está caracterizado por disponer en las plataformas o brazos soporte de giro, (9) solidarios con el eje central, de cámaras de combustión (1) de forma esferoidal, de exterior metálico (2) e interior superficial de cerámica refractaria (3). Estas esferas disponen de la adecuada mecanización para poder inyectar en su interior, a alta presión, el combustible (4), el comburente (6) a la temperatura adecuada para la auto combustión o en su defecto sistema de encendido por resistencia eléctrica de cerámica y sistema de inyección de agua (5) del circuito primario de refrigeración, tanto al lado exterior de la esfera (refrigeración del acero), como al lado interior de la esfera (zona de combustión).

3. Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión, según reivindicaciones 1 y 2 que para un alto valor del cociente Impulso/Calor suministrado, única garantía de un alto rendimiento termodinámico, muy superior a los actuales, se caracteriza por contener, solidario con el eje de giro central y utilizando el giro del citado eje, un compresor de aire (16), de las características técnicas adecuadas para suministrar aire a muy alta presión y temperatura al conjunto giratorio de las esferas, tomando aire por la parte inferior de eje (15) y descargándolo o directamente a los inyectores de comburente de cada una de las esferas, o a un depósito central para su distribución a los citados inyectores de comburente (19).

4. Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión, según reivindicaciones 1, 2 y 3, que por las altas temperaturas a las que trabajan las cámaras de combustión, ha de implementar sistemas de refrigeración continua y directa de las citadas cámaras y para ello está caracterizado por disponer de un circuito primario de refrigeración directa de la combustión, formado por un depósito receptor de los retornos de agua de refrigeración primaria y reserva del agua de refrigeración primaria. En este depósito se realizan los procesos de neutralización de componentes ácidos, si el agua de retorno toma un valor de pH inferior a 6, y se depositan en su fondo (17), las micro partículas sólidas y no quemadas, procedentes de la combustión, que son arrastradas por el agua del circuito primario. Estas micro partículas, causantes de la contaminación atmosférica ambiental, junto a otros componentes sólidos que puedan producirse en el interior del motor y arrastrados por el agua del circuito primario, al fondo del depósito, se van decantando y almacenando progresivamente, en filtros acoplados a la base del depósito (17) que pueden ser periódicamente retirados por los equipos de mantenimiento del motor, para su tratamiento descontaminante, según normativa correspondiente. El motor dispone de una bomba de agua sumergida en el fondo del depósito (18), que introduce una recirculación forzada, para el arrastre de las micro partículas y otros residuos contaminantes y el suministro de agua, ya filtrada, al depósito interior (20) del agua de refrigeración primaria. Por efecto centrífugo, esta agua en el depósito primario (20) es inyectada a las esferas.

5. Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de combustión, según reivindicaciones 1, 2, 3 y 4, que al objeto de enfriar los gases de la combustión, que salen de los propulsores a altas temperaturas y velocidades, y condensar el vapor de agua de los citados gases, al tiempo que condensa el vapor de agua del circuito primario de refrigeración, está caracterizado por instalar unos circuitos secundario de

refrigeración (10) mediante agua fría exterior y bombas de presión (31) exteriores al motor y un intercambiador de tubos interior al motor (10,) en un sistema anular que recorre todo el perímetro interior del motor en la proximidad del cierre del cuerpo medio del chasis con el cuerpo superior. Por la fuerza centrifuga y la componente de velocidad radial de los gases de la combustión, las partículas más pesadas de la misma (las micro partículas sólidas) quedan en contacto con los tubos del intercambiador (10) que al condensar el agua de la combustión son arrastradas por esta agua y decantan sobre los filtros (17) instalados en el fondo cilindrico del motor. Comprende un dispositivo indicador del nivel (35) de agua del circuito primario de refrigeración, que por presión diferencial de columna liquida, abre o cierra un escape de agua instalado en la parte baja del cuerpo medio del chasis, en su proximidad a la unión con el fondo cilindrico, evacuando periódicamente el exceso de agua, que procedente de la combustión, que se va acumulando en el fondo del motor, manteniendo su nivel entre dos cuotas prefijadas. Comprende un sistema exterior de recuperación del agua del circuito secundario de refrigeración, mediante bomba recirculadora (31) y radiadores de aire y ventiladores en pequeñas potencias o mediante torres de recuperación en potencias medias o grandes o mediante los sistemas alternativos de recuperación de calor que se consideren oportunos porque al condensar el vapor procedente de la combustión, tenemos disponible el poder calorífico superior del combustible.

6. Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 5, que su funcionamiento produce una atmósfera interior muy húmeda por la constante producción de vapor de agua y condensación del mismo, caliente y con componentes oxidados, lo que favorece la posible reacción de oxidación de los óxidos a ácidos, el carbónico es un ácido débil y el C02 al diluirse en agua (parcialmente), esta queda ligeramente ácida (pH de 6.5), similar al agua de lluvia o agua carbonatada (agua con gas) de mesa, que es inocua para el medio ambiente y puede ser expulsada al exterior sin peligro de contaminación ambiental, reduciendo al tiempo, la emisiones de C02 gaseoso a la atmósfera, pero el NO que se produce a altas temperaturas de combustión, que es el caso que nos ocupa, si llega a entrar en contacto con oxígeno suficiente (exceso de aire de combustión o entrada por fallo o avería de aire atmosférico, dentro del recinto del motor) pasa a N02 y este dióxido con el vapor de agua reacciona a ácido nitroso, que puede llegar a ácido nítrico (con N03), ácidos fuertes y muy fuertes que no debe ser expulsado al exterior, aunque estén muy diluidos en agua, esta puede presentar un pH del orden de 3.5, por lo que se hace necesario su corrección automática. Para ello el motor está caracterizado por disponer de un sistema medidor del pH, que mide la acidez del agua de retorno del circuito primario de refrigeración y que está conectado con el ordenador de control (33), y disponer de un dosificador de componente básicos en la superficie del depósito que neutraliza los posibles ácidos producidos, garantizando que el agua en exceso, expulsada por la parte inferior del motor, no tenga un pH inferior a 6.5.

7. Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión, según reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 y 6 que mantiene en su funcionamiento una atmósfera interior, caliente y húmeda que no debe de entrar en contacto con la atmósfera exterior y que tiene que expulsar a esta atmósfera exterior los productos sobrantes de la combustión, fundamentalmente N2, 02 y C02 y este último en la menor medida posible. El vapor de agua lo expulsa condensado, como agua liquida, por la parte inferior y la propia columna de agua liquida impide la entrada de aire atmosférico, al interior del motor. El único aire que debe entrar al motor, es el suministrado por el compresor a muy alta presión para la combustión estequiométrica. Para ello el motor está caracterizado por

disponer de un escape de gases (32,) con sistema de apertura por presión diferencial, estando siempre la presión interior por encima de la atmosférica. Este pequeño diferencial de presión, (de 0,5 a 1 bar) no incide significativamente en la relación Impulso/Calor suministrado, que mide la eficiencia del proceso termodinámico, pero favorece la emisión de gases no contaminantes. El escape (32) comprende un catalizador y un silenciador, como cualquier escape clásico de un motor térmico, instalados en el cuerpo superior del chasis. El catalizador trabaja, en estas condiciones en temperaturas mínimas de 500°C en todo momento. Para ello se dispone de una sonda de temperatura (36) en la atmósfera interior que está conectada al ordenador de control (33), manteniendo la temperatura de trabajo del catalizador entre 500°C y 700°C., lo que es garantía que en todo momento la salida de gases calientes del motor estará formada por 02, N2 y el C02 no disuelto en el agua del circuito primario.

8. Motor de impulso circular con sistema de neutralización de los gases de la combustión según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 cuyo funcionamiento requiere un recinto estanco y de morfología circular, porque el citado funcionamiento está basado en el principio de acción-reacción y la tercera ley de Newton, mediante propulsores a chorro o tipo jet. El escape de un propulsor tipo jet, no debe de tener obstáculos en su recorrido, que teóricamente debe ser infinito y para conseguir este efecto de salida con un espacio de recorrido "infinito" en un recinto cerrado y estanco, el motor está caracterizado por disponer de un chasis, en dos cuerpos en forma de platos invertido uno en relación al otro unidos por su base más ancha mediante pernos de sujeción y juntas estancas. Este chasis es la frontera entre el interior del motor y la atmósfera exterior, impidiendo que los gases de la combustión entren en contacto directo con la atmósfera. Los gases de la combustión salen de los propulsores, y cuando lo hacen tienen dos componentes de velocidad, la tangencial que es perpendicular al radio de giro y la radial que es coincidente con el radio de giro. La tangencial es función de la temperatura y decae con la refrigeración del recinto, aunque sí el chorro de gases, tuviera sólo esta componente de velocidad, los gases se estrellarían contra las paredes del recinto limitando los efectos propulsores a pesar de la refrigeración y haciendo inoperante al motor. Pero la componente radial no decae, característica fundamental que han de tener los gases expulsados en el propulsor de impulso circular, la componente radial es una componente función de la masa y la aceleración angular, que se mantienen constantes en la salida del propulsor. Esta componente orienta a la masa de los gases a seguir girando, en un recorrido circular al tiempo que son refrigerados, condensado el vapor de agua y expulsados.


 

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