Procedimiento y dispositivo para transformar energía térmica en energía mecánica.

Procedimiento para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica por modificación del volumen,

la presión y la temperatura del medio de trabajo, en particular de los gases, caracterizado por que el medio de trabajo es aspirado en la primera etapa con aumento de volumen, después de lo que el medio de trabajo es transferido, con reducción de volumen de la primera etapa, a la segunda etapa, con aumento de volumen de la segunda etapa, después de lo que el medio de trabajo, con reducción de volumen de la segunda etapa y pasando por la tercera etapa con un volumen invariable y suministro simultáneo de calor, es transferido a la cuarta etapa con aumento del volumen de la cuarta etapa, después de lo que el medio de trabajo es transferido desde la cuarta etapa, con reducción del volumen de la cuarta etapa, a la quinta etapa, en donde el medio de trabajo en esta quinta etapa se expande con aumento del volumen de la quinta etapa y se efectúa el trabajo, y después de la expansión el medio de trabajo es descargado de la quinta etapa con reducción de volumen de la quinta etapa.

Procedimiento y dispositivo para transformar energía térmica en energía mecánica La presente invención se refiere a un procedimiento para transformar energía térmica en energía mecánica mediante la modificación del volumen, la presión y la temperatura del medio de trabajo, en particular gases en varias etapas, así como un dispositivo para la realización de este procedimiento.

Un procedimiento de este tipo y un dispositivo de este tipo se desvelan, por ejemplo, en los documentos WO 03/102403 A y WO 03/12257 A.

Se conocen procedimientos para transformar energía térmica en energía mecánica, en los que la presión y la temperatura del medio de trabajo en un espacio de trabajo se modifican con un volumen variable. Con un volumen decreciente aumentan la presión y la temperatura, y esto tanto como consecuencia del mencionado cambio de volumen, así como también - y esto en particular - en la última etapa de la reducción de volumen o, respectivamente, en la primera etapa del nuevo aumento de volumen por el suministro adicional de energía térmica bien sea desde el exterior o por la generación de calor en el medio dentro del espacio de trabajo (por ejemplo, por combustión) . Con un repetido aumento de volumen, debido a la presión que se genera por la reducción de volumen en el espacio de trabajo cerrado, después de restar las pérdidas se efectúa un trabajo necesario para la posterior reducción de volumen, mientras que la presión, que se produce por el suministro adicional de energía térmica, igualmente después de restar las pérdidas efectúa el trabajo mecánico resultante. Con un espacio de trabajo permanentemente cerrado, debido al suministro adicional de energía térmica la temperatura del medio al final de un aumento de volumen y, por lo tanto, también al comienzo de la siguiente reducción de volumen, sería siempre mayor que la temperatura al comienzo del proceso de aumento de volumen anterior . Por lo tanto, la temperatura del medio, con un suministro de calor desde el exterior, alcanzaría la temperatura en que se suministra calor desde afuera, por lo que la diferencia de temperatura y por ende también la cantidad de calor suministrado, sin incluir las pérdidas, se ubicaría en cero. Sin embargo, el suministro de calor por procesos en el medio cesaría en el caso de un espacio de trabajo cerrado debido a la falta de oxígeno. Por lo tanto, el espacio de trabajo debe abrirse por un determinado periodo de tiempo para la descarga del medio usado y la alimentación de medio nuevo, y esto tanto al comienzo del aumento de volumen como también después. El proceso de trabajo de cambios de presión y de temperatura con reducción de volumen y aumenta de volumen se efectúa en dos ciclos. Si a estos dos ciclos se añaden otros dos adicionales, es decir, aumenta de volumen para la alimentación del medio usado y reducción de volumen para la descarga del medio usado, se trata de un proceso de cuatro tiempos para la transformación de energía térmica en energía mecánica. Si la alimentación y la descarga del medio se efectúan al comienzo del primer ciclo o al final del segundo ciclo, entonces se trata de un proceso de dos tiempos. Todos estos procesos se desarrollan, de acuerdo con el estado conocido de la técnica, en un espacio de trabajo que en casos excepcionales puede estar dividido en dos partes.

De acuerdo con el procedimiento conforme a la presente invención para la transformación de energía térmica en energía mecánica por modificación del volumen, la presión y la temperatura del medio de trabajo, el medio de trabajo es aspirado a la primera etapa con aumento de volumen de la primera etapa, después de lo que el medio de trabajo con reducción de volumen de la primera etapa es transferido a la segunda etapa con aumento del volumen de la segunda etapa, después de lo que el medio de trabajo con reducción de volumen de la segunda etapa es transferido pasando por la tercera etapa con suministro simultáneo de calor a la cuarta etapa, después de lo que es transferido desde la cuarta etapa con reducción del volumen de la cuarta etapa a la quinta etapa y en esta quinta etapa es expandido con aumento del volumen de la quinta etapa. Ventajosamente, el medio de trabajo es transferido directamente a la quinta etapa con reducción de volumen de la segunda etapa pasando por la tercera etapa y con calentamiento simultáneo. Ventajosamente, el medio de trabajo se enfría durante la transferencia desde la primera etapa a la segunda etapa. Ventajosamente, el medio de trabajo es transferido desde la quinta etapa con reducción del volumen de la quinta etapa y enfriamiento simultáneo a la primera etapa con aumento simultáneo del volumen de la primera etapa. Ventajosamente, el medio de trabajo es transferido de la quinta etapa con reducción del volumen de la quinta etapa a la tercera etapa y se usa para el proceso de calentamiento. Ventajosamente, el medio de trabajo es transferido con reducción del volumen de la quinta etapa y/o con enfriamiento simultáneo desde la quinta etapa directamente a la segunda etapa con aumento del volumen de la segunda etapa. En el dispositivo para la transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica por modificación del volumen, la presión y la temperatura del medio de trabajo, la tercera etapa está configurada por lo menos de acuerdo con la presente invención como un espacio de trabajo de volumen modificable, mientras que las otras etapas están configuradas como espacios de trabajo de volumen modificable, en particular como máquinas de pistón giratorio, y en el sentido de paso del medio de trabajo están dispuestas en orden consecutivo, en parte antes de la tercera etapa y en parte después de esa etapa. Ventajosamente, el volumen máximo de la primera etapa es mayor que el volumen máximo de la segunda etapa, en donde el volumen máximo de la quinta etapa es mayor que el volumen máximo de la cuarta etapa y en donde el volumen máximo de la quinta etapa es mayor que el volumen máximo de la primera etapa o tiene el mismo tamaño que el volumen máximo de la primera etapa. Ventajosamente, la quinta etapa está unida con la primera etapa. Ventajosamente, la tercera etapa está configurada como cámara de combustión y/o como intercambiador de calor. Ventajosamente, la quinta etapa que está provista con una válvula de aspiración. Ventajosamente, entre la primera etapa y la segunda etapa, así como entre la quinta etapa y la primera etapa, se 2 5

encuentra interconectado un refrigerador y entre la etapa unida y la segunda etapa se encuentra interconectado un refrigerador.

La presente invención se representa más detalladamente en los dibujos adjuntos. La figura 1 muestra la forma de realización básica de la presente invención, mientras que en la figura 2 se muestra una modificación con refrigerador entre la primera y la segunda etapa, así como entre la quinta y la primera etapa. La figura 3 muestra la forma de realización, en la que la primera etapa se une con la quinta etapa y entre la quinta y la segunda etapa se interconecta un refrigerador.

De acuerdo con la figura 1, el medio de trabajo es introducido en la primera etapa 1 con ampliación del volumen de la primera etapa 1, después de lo que es transferido con reducción de volumen de la primera etapa 1 por aumento de volumen de la segunda etapa a la segunda etapa 2. Después, el medio de trabajo pasa a la tercera etapa 3 con reducción de volumen de la segunda etapa 2. Durante el paso por la tercera etapa 3, se suministra calor al medio de trabajo - bien sea desde el interior por combustión de combustible en el medio de trabajo, o desde el exterior por calentamiento de la tercera etapa, por ejemplo, a través de un proceso de combustión externo. Desde la tercera etapa 3, el medio de trabajo es transferido a la cuarta etapa 4, cuyo volumen aumenta simultáneamente, después de lo que el medio de trabajo pasa de la cuarta etapa 4 con reducción del volumen de la cuarta etapa a la quinta etapa 5. En esta quinta etapa 5, el medio de trabajo se expande con aumento del volumen de la quinta etapa. Después de la expansión, el medio de trabajo es conducido con reducción de volumen de la quinta etapa 5 bien sea hacia el exterior o nuevamente de regreso a la primera etapa 1. Cuando se usa aire como medio de trabajo y con un proceso de combustión externo como forma de suministro de calor para la tercera etapa, es ventajoso usar aire caliente expandido para el proceso de combustión externo. El procedimiento de acuerdo con la presente invención representa, por lo tanto, un proceso de circuito termodinámico con cinco tiempos o ciclos. En algunos casos, puede ser ventajoso suprimir la cuarta etapa 4 y conducir el medio directamente a la quinta etapa para su correspondiente expansión. En la figura 2 se puede ver... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica por modificación del volumen, la presión y la temperatura del medio de trabajo, en particular de los gases, caracterizado por que el medio de trabajo es aspirado en la primera etapa con aumento de volumen, después de lo que el medio de trabajo es transferido, con reducción de volumen de la primera etapa, a la segunda etapa, con aumento de volumen de la segunda etapa, después de lo que el medio de trabajo, con reducción de volumen de la segunda etapa y pasando por la tercera etapa con un volumen invariable y suministro simultáneo de calor, es transferido a la cuarta etapa con aumento del volumen de la cuarta etapa, después de lo que el medio de trabajo es transferido desde la cuarta etapa, con reducción del volumen de la cuarta etapa, a la quinta etapa, en donde el medio de trabajo en esta quinta etapa se expande con aumento del volumen de la quinta etapa y se efectúa el trabajo, y después de la expansión el medio de trabajo es descargado de la quinta etapa con reducción de volumen de la quinta etapa.

2. Procedimiento para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de trabajo es transferido con reducción de volumen de la segunda etapa a través de la tercera etapa y con calentamiento simultáneo directamente a la quinta etapa.

3. Procedimiento para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el medio de trabajo es enfriado durante la transferencia desde la primera etapa a la segunda etapa.

4. Procedimiento para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el medio de trabajo es transferido desde la quinta etapa con reducción del volumen de la quinta etapa y refrigeración simultánea a la primera etapa con aumento simultáneo del volumen de la primera etapa.

5. Procedimiento para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el medio de trabajo es transferido desde la quinta etapa con reducción del volumen de la quinta etapa a la tercera etapa y es usado para el proceso de calentamiento.

6. Procedimiento para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de trabajo es transferido con reducción del volumen de la quinta etapa y/o con refrigeración simultánea desde la quinta etapa directamente a la segunda etapa con aumento del volumen de la segunda etapa.

7. Dispositivo para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la tercera etapa (3) está formada como por lo menos un espacio de trabajo con volumen invariable, mientras que las otras etapas (1, 2, 4, 5) están formadas como espacios de trabajo con volumen variable, en particular como máquina de pistón giratorio, y en el sentido del paso del medio de trabajo están dispuestas consecutivamente, en parte antes de la tercera etapa (3) y en parte después de esta etapa.

8. Dispositivo para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el volumen máximo de la primera etapa (1) es mayor que el volumen máximo de la segunda etapa (2) , en donde el volumen máximo de la quinta etapa (5) es mayor que el volumen máximo de la cuarta etapa

(4) y en donde el volumen máximo de la quinta etapa (5) es mayor que el volumen máximo de la primera etapa (1) o tiene el mismo tamaño que el volumen máximo de la primera etapa (1) .

9. Dispositivo para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que la quinta etapa (5) está unida con la primera etapa (1) .

10. Dispositivo para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que la tercera etapa (3) está formada como cámara de combustión y/o como intercambiador de calor.

11. Dispositivo para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que la quinta etapa (5) está provista con una válvula de aspiración (8) .

12. Dispositivo para una transformación en varias etapas de energía térmica en energía mecánica de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que un refrigerador (6, 7) se encuentra interconectado entre la primera etapa (1) y la segunda etapa (2) , así como entre la quinta etapa (5) y la primera etapa (1) , y un refrigerador (76) se encuentra interconectado entre la etapa unida (51) y la segunda etapa (2) .