ES2238808T3 - Maquina termica. - Google Patents

Abstract

Máquina térmica, que funciona con un medio de trabajo en dos ciclos de trabajo, que comprende: u un primer pistón de trabajo (1), que se mueve en un primer cilindro de trabajo (2) y que mediante una primera varilla de empuje (3) está acoplado a un bloque de transmisión de fuerza lineal (4), que se puede desplazar en la dirección de movimiento del primer pistón de trabajo; u un primer pistón de carga (7), que se mueve en un primer cilindro de carga (8) y que mediante una segunda varilla de empuje (9) dispuesta paralelamente a la primera varilla de empuje (3) está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal (4); u un segundo pistón de trabajo (11), que se mueve en un segundo cilindro de trabajo (12) en dirección de trabajo opuesta a la del primer pistón de trabajo (1) y que mediante una tercera varilla de empuje (13) está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal (4); u un segundo pistón de carga (16), que se mueve en un segundo cilindro de carga (17) en dirección de trabajo opuesta a la del primer pistón de carga (7) y que mediante una cuarta varilla de empuje (18) dispuesta paralelamente a la tercera varilla de empuje (13) está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal (4); u un recinto hueco de calefacción (20), en el cual se aporta calor al medio de trabajo; y u un recinto hueco de refrigeración (21), en el cual se extrae calor del medio de trabajo.

Description

Máquina térmica.

La presente invención se refiere a una máquina térmica, que funciona con un medio de trabajo en dos ciclos de trabajo. La invención se refiere además a una unidad de motor para proporcionar energía mecánica.

Se entienden por máquinas térmicas, en el sentido más amplio, máquinas termodinámicas en las que, haciendo uso de las leyes termodinámicas, se transforma energía térmica en energía mecánica. Para ello, se aporta energía térmica a un medio de trabajo, lo que ocasiona la dilatación del volumen del medio de trabajo, la cual se puede aprovechar para la obtención de trabajo mecánico. En un ciclo de trabajo subsiguiente se extrae energía térmica del medio de trabajo, con lo que se produce una disminución de volumen. En las máquinas térmicas estos dos ciclos de trabajo se desarrollan en un proceso cerrado, por lo que la máquina puede proporcionar energía mecánica continuamente.

Máquinas termodinámicas conocidas, que se han desarrollado en múltiples variantes como motores, son las máquinas Stirling, en las cuales se utiliza el procedimiento de trabajo empleado por primera vez por Robert Stirling. Las máquinas Stirling están constituidas convencionalmente sin válvulas de control. Si se emplean válvulas de control para la regulación del proceso de trabajo, se habla con frecuencia de máquinas Ericsson. La presente invención se puede denominar en el más amplio sentido como máquina Ericsson, pero utiliza una estructura constructiva novedosa, que conduce a particulares ventajas.

El principio térmico se realiza hasta ahora, en el alcance relevante en la práctica, principalmente en máquinas de refrigeración.

Una visión general sobre los principios de trabajo de las máquinas termodinámicas en general y de las máquinas Stirling en particular, así como sobre las más diversas formas de realización de tales máquinas, se puede deducir del libro "Stirling-Maschinen" de Martin Werdich, Ökobuch Verlag Staufen en Freiburg, 1994 (ISBN 3-922964-35-4). Las formas de realización funcionales de máquinas Stirling mostradas en él se han utilizado hasta ahora sólo en forma individualizada, por ejemplo en el
marco de ensayos con modelos. Hasta la fecha, un uso industrial en serie de tales máquinas para proporcionar energía mecánica ha fracasado frente a las múltiples dificultades constructivas para la puesta en práctica del principio conocido. Es conocido desde hace largo tiempo, en efecto, que los principios de trabajo utilizados en las máquinas térmicas para la transformación de energía se pueden emplear con buenos rendimientos y que ofrecen múltiples ventajas frente a los motores de combustión interna ampliamente extendidos. Sin embargo, las dificultades técnicas de realización han impedido hasta ahora una utilización exitosa de las máquinas térmicas en el campo de la producción de energía mecánica. Con frecuencia, la utilización de tales máquinas ha fracasado frente a estructuras complicadas en cada caso particular, que se oponen a un funcionamiento exento de averías durante largo tiempo.

Según el documento DE 35 34 070 es conocida una máquina termodinámica que trabaja según el principio Stirling, que presenta dos parejas de cilindros cada una de las cuales consta de un cilindro frío y un cilindro caliente. A cada pareja de cilindros está asociado un circuito cerrado separado para el medio de trabajo, por lo que son necesarios dos refrigeradores, dos regeneradores y dos calentadores. Esto condiciona una estructura cara y propensa a averías.

Un problema de la presente invención consiste por tanto en hacer uso del principio conocido de las máquinas térmicas y proporcionar una realización técnica que evite o reduzca de manera importante los inconvenientes de las máquinas anteriores de este tipo. Se debe proporcionar una máquina térmica que, empleando los componentes mecánicos más sencillos, pueda proporcionar energía mecánica continuamente. Es además particularmente deseable configurar esta máquina de modo que se puedan proporcionar fuerzas lineales. Finalmente, es un objetivo de la presente invención proporcionar una unidad de motor con utilización de una máquina térmica correspondiente.

Estos problemas se resuelven mediante la máquina térmica según la invención, que funciona con un medio de trabajo en dos ciclos de trabajo y que comprende un primer pistón de trabajo, que se mueve en un primer cilindro de trabajo y que mediante una primera varilla de empuje está acoplado a un bloque de transmisión de fuerza lineal, que se puede desplazar en la dirección de movimiento del primer pistón de trabajo; un primer pistón de carga, que se mueve en un primer cilindro de carga y que mediante una segunda varilla de empuje dispuesta paralelamente a la primera varilla de empuje está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal; un segundo pistón de trabajo, que se mueve en un segundo cilindro de trabajo en dirección de trabajo opuesta a la del primer pistón de trabajo y que mediante una tercera varilla de empuje está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal; un segundo pistón de carga, que se mueve en un segundo cilindro de carga en dirección de trabajo opuesta a la del primer pistón de carga y que mediante una cuarta varilla de empuje dispuesta paralelamente a la tercera varilla de empuje está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal; un recinto hueco de calefacción, en el cual se aporta calor al medio de trabajo; y un recinto hueco de refrigeración, en el cual se extrae calor del medio de trabajo; de modo que durante el primer ciclo de trabajo el medio de trabajo calentado fluye desde el recinto hueco de calefacción a través de una primera válvula de trabajo al primer cilindro de trabajo y desde el segundo cilindro de trabajo a través de una segunda válvula de trabajo al recinto hueco de refrigeración, mientras que el medio de trabajo refrigerado fluye desde el recinto hueco de refrigeración a través de una primera válvula de carga al primer cilindro de carga y desde el segundo cilindro de carga a través de una segunda válvula de carga al recinto hueco de calefacción; y de modo que durante el segundo ciclo de trabajo el medio de trabajo calentado fluye desde el recinto hueco de calefacción a través de una tercera válvula de trabajo al segundo cilindro de trabajo y desde el primer cilindro de trabajo a través de una cuarta válvula de trabajo al recinto hueco de refrigeración, mientras que el medio de trabajo frío fluye desde el recinto hueco de refrigeración a través de una tercera válvula de carga al segundo cilindro de carga y desde el primer cilindro de carga a través de una cuarta válvula de carga al recinto hueco de calefacción; y de modo que durante el primer ciclo del motor la tercera y cuarta válvulas de trabajo y la tercera y cuarta válvulas de carga están cerradas, y durante el segundo ciclo del motor la primera y segunda válvulas de trabajo y la primera y segunda válvulas de carga están cerradas.

Esta máquina térmica ofrece la ventaja de que los pistones de trabajo y de carga están dispuestos de modo que pueden proporcionar fuerzas lineales directamente a un bloque de transmisión de fuerza lineal, sin que sean necesarios otros elementos de engranaje. De esta manera se evitan fuerzas transversales. Se pueden por tanto reducir también notablemente las pérdidas por fricción, generalmente elevadas en las estructuras convencionales. Mediante la asociación simétrica de dos pistones de trabajo y dos pistones de carga, por la máquina según la invención se puede proporcionar energía mecánica en los dos ciclos de trabajo, por lo que la cantidad de energía proporcionada en cada caso está distribuida de modo relativamente uniforme a lo largo del tiempo. Sólo es necesaria una pequeña magnitud de energía para vencer los puntos muertos remanentes, por lo que por ejemplo las masas de inercia a emplear se pueden mantener pequeñas. La estructura según la invención ofrece también la ventaja de que la máquina es de auto-arranque, por lo que se pueden ahorrar medios auxiliares de arranque convencionales.

En una forma de realización variante de la máquina térmica según la invención, ésta se desvía del estricto principio lineal y en lugar de las varillas de empuje se emplean bielas, que unen los pistones de trabajo y de carga, mediante muñones, con un cigüeñal. Las dos parejas de pistones atacan entonces con un desfase de 180º al cigüeñal.

En una forma de realización preferente de la máquina térmica según la invención, el recinto hueco de calefacción y el recinto hueco de refrigeración poseen cada uno un volumen constante, si bien el volumen de los dos recintos huecos puede ser también idéntico.

Una forma de realización variante se caracteriza porque el bloque de transmisión de fuerza lineal es un bastidor apoyado de modo desplazable sobre columnas de guiado, que por un primer lado está acoplado al primer pistón de trabajo y al primer pistón de carga y por un segundo lado, opuesto al primero, está acoplado al segundo pistón de trabajo y al segundo pistón de carga. Esta forma de realización permite una estructura mecánica particularmente sencilla, en la cual el primer pistón de trabajo y el primer pistón de carga por una parte y el segundo pistón de trabajo y el segundo pistón de carga por otra parte están dispuestos paralelamente unos respecto a otros, de modo que los pistones de trabajo y los pistones de carga se mueven en cada caso en direcciones opuestas unos respecto a otros y transmiten las fuerzas linealmente al bloque de transmisión de fuerza lineal, o respectivamente las reciben de éste.

En una forma de realización particularmente conveniente, todas las válvulas son maniobradas mecánicamente por el bloque de transmisión de fuerza lineal. Se puede prescindir por tanto de costosos mecanismos de control mecánicos o electrónicos respectivamente. Esto conduce a una estructura muy robusta y fiable de la máquina térmica. Sin embargo, en formas de realización variantes, las válvulas pueden ser también controladas mediante señales eléctricas y estar diseñadas por ejemplo como válvulas electromagnéticas o configuradas como válvulas hidráulicas. Esto es conveniente por ejemplo si se desea una elevada precisión en relación con los instantes de conmutación de las válvulas y una elevada velocidad de conmutación.

Una forma de realización desarrollada se caracteriza por un bloque de transmisión de fuerza lineal con una cremallera sujeta a él, de modo que dos engranajes de piñón libre que actúan en sentidos contrarios engranan en la cremallera y transforman el movimiento lineal alternativo, mediante una rueda dentada coordinada, en un movimiento de giro uniforme. Esta forma de realización se puede emplear ventajosamente, si hay que transformar la fuerza lineal puesta a disposición en un movimiento de giro, tal como es deseable por ejemplo en automóviles.

En una forma de realización variante, en lugar de la cremallera, un devanado de excitación eléctrico que se extiende longitudinalmente está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal, alrededor del cual están situadas bobinas eléctricas. Es posible por tanto proporcionar energía eléctrica.

Si los pistones están acoplados mediante bielas a un cigüeñal, se puede prescindir del engranaje para la transformación del movimiento lineal en un movimiento de giro.

Una forma de realización ventajosa se caracteriza porque el recinto hueco de calefacción está configurado como colector solar. La aportación de calor tiene lugar entonces directamente mediante radiación solar. Como desarrollo de esta forma de realización, las relaciones de presión y volumen en la máquina térmica se pueden elegir según las leyes de la termodinámica de modo que en el recinto hueco de refrigeración tenga lugar una expansión del medio de trabajo, que tiene como consecuencia un enfriamiento. La "fuente fría" así proporcionada se puede utilizar para la refrigeración o climatización respectivamente del entorno.

Los problemas arriba citados se resuelven también mediante una unidad de motor, en la cual están conectadas conjuntamente al menos dos máquinas térmicas del tipo según la invención, estando preferentemente conectadas conjuntamente cuatro máquinas térmicas desfasadas 90º cada una. Mediante una disposición de este tipo de varias máquinas térmicas según la invención se puede aumentar la potencia global y mejorar las propiedades de marcha de una unidad de motor correspondiente. Como las máquinas individuales trabajan con desfase, se obtiene una distribución más uniforme de la energía mecánica proporcionada, porque los puntos muertos se encuentran también desfasados 90º en cada caso.

Otros detalles, desarrollos y ventajas se deducen de la descripción que sigue de formas de realización preferentes de la presenta invención, haciendo referencia a los dibujos. Muestran:

Fig. 1 un diagrama de bloques de principio de una máquina térmica, representado durante un primer ciclo de trabajo;

Fig. 2 el diagrama de bloques de principio de la máquina térmica, representado durante un segundo ciclo de trabajo;

Fig. 3 una representación simplificada de un engranaje de cremallera de la máquina térmica.

En Fig. 1 se representa una máquina térmica según la invención en un diagrama de principio, encontrándose la máquina en esta representación en un primer ciclo de trabajo. La máquina térmica posee un primer pistón de trabajo 1, que se mueve en un primer cilindro de trabajo 2. Al primer pistón de trabajo 1 está sujeta una primera varilla de empuje 3, que se extiende esencialmente en línea recta hasta un bloque de transmisión de fuerza lineal 4 dispuesto centralmente y que está sujeta a un primer lado 5 de este bloque de transmisión de fuerza lineal 4. Está previsto además un primer pistón de carga 7, que se mueve en un primer cilindro de carga 8 y que mediante una segunda varilla de empuje 9 está acoplado también al primer lado 5 del bloque de transmisión de fuerza lineal 4. La segunda varilla de empuje 9 se extiende esencialmente paralela a la primera varilla de empuje 3. El volumen de trabajo del primer cilindro de trabajo 2 está diseñado notablemente mayor que el volumen de trabajo del primer cilindro de carga 8.

Por el lado opuesto del bloque de transmisión de fuerza lineal 4 está previsto un segundo pistón de trabajo 11, que se mueve a su vez en un segundo cilindro de trabajo 12 y que mediante una tercera varilla de empuje 13 está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal 4. La tercera varilla de empuje 13 está sujeta a un segundo lado 14 del bloque de transmisión de fuerza lineal 4, estando el segundo lado 14 situado opuesto, esencialmente paralelo, al primer lado 5. De modo complementario al primer pistón de carga 7 está previsto además un segundo pistón de carga 16, que trabaja en un segundo cilindro de carga 17 y que mediante una cuarta varilla de empuje 18 está en unión asimismo con el segundo lado 14 del bloque de transmisión de fuerza lineal 4. El volumen de trabajo del segundo cilindro de trabajo 12 corresponde esencialmente al volumen de trabajo del primer cilindro de trabajo 2, mientras que el volumen de trabajo del segundo cilindro de carga 17 corresponde esencialmente al volumen de trabajo del primer cilindro de carga 8 y es menor que el volumen de trabajo de los cilindros de trabajo.

La máquina térmica posee por lo demás un recinto hueco de calefacción 20 y un recinto hueco de refrigeración 21, que tienen preferentemente un volumen invariable, presentando en particular el recinto hueco de calefacción 20 y el recinto hueco de refrigeración 21 un volumen casi idéntico. Tanto en el recinto hueco de calefacción 20 como en el recinto hueco de refrigeración 21 y además en los cilindros y en las conducciones de unión que se extienden entre éstos se encuentra un medio de trabajo cuya dirección de flujo se señala mediante flechas individuales. Como medio de trabajo se emplean preferentemente materias con punto de ebullición relativamente bajo, como agua, alcohol, éter o helio, debiéndose elegir la materia especial teniendo en consideración la finalidad de uso respectiva y las temperaturas de trabajo empleadas. En el recinto hueco de calefacción se aporta continuamente calor al medio de trabajo. Se utiliza para ello una fuente de calor externa. Para la calefacción se pueden por ejemplo quemar combustibles, o como fuente de calor se puede utilizar calor de evacuación disponible en el caso particular respectivo. También puede ser particularmente ventajoso diseñar el recinto hueco de calefacción como colector solar o aportar al mismo, de alguna otra manera apropiada, la energía térmica proporcionada mediante la radiación solar. La configuración del recinto hueco de calefacción como colector solar ha resultado particularmente sencilla y útil, porque por una parte permite conducir el medio de trabajo fácilmente a través de los colectores solares y por otra parte la energía solar utilizada está disponible sin coste alguno.

Para poner en práctica el principio de la máquina termodinámica, en el recinto hueco de refrigeración se extrae calor del medio de trabajo, por lo que la temperatura del medio de trabajo al abandonar el recinto hueco de refrigeración es menor que al entrar en éste.

A continuación se describe en detalle el primer ciclo de trabajo de la máquina térmica. Durante el primer ciclo de trabajo, el medio de trabajo calentado fluye entrando, a través de una primera conducción 25 de medio caliente y de una primera válvula de trabajo 26 abierta, en el primer cilindro de trabajo 2, por lo que el primer pistón de trabajo 1 es expelido y ejerce con ello, mediante la primera varilla de empuje 3, una fuerza que actúa linealmente sobre el bloque de transmisión de fuerza lineal 4. El bloque de transmisión de fuerza lineal 4 efectúa un movimiento lineal de izquierda a derecha, tal como se representa mediante la flecha dibujada. Debido al acoplamiento mediante la segunda varilla de empuje 9, también el primer pistón de carga 7 se mueve saliendo del primer cilindro de carga 8, por lo que el medio de trabajo frío puede fluir entrando, a través de una primera válvula de carga 27 abierta y de una primera conducción de carga 28, en el primer cilindro de carga 8. La fuerza disponible depende de la cantidad de calor aportada, porque la misma viene determinada por la dilatación del medio de trabajo en el recinto hueco de calefacción y por tanto por la cantidad en volumen que es comprimida en el primer cilindro de trabajo 2.

La fuerza proporcionada mediante el primer pistón de trabajo 1 es transmitida, a través del bloque de transmisión de fuerza lineal 4, también a la tercera varilla de empuje 13 y a la cuarta varilla de empuje 18. Por tanto, el medio de trabajo enfriado que se encuentra en el segundo cilindro de carga 17 es expelido por el segundo pistón de carga 16 y fluye volviendo, a través de una primera conducción de retorno 29 y de una segunda válvula de carga 30 abierta, al recinto hueco de calefacción 20, en el cual se calienta de nuevo y experimenta una dilatación de volumen. Igualmente, el medio de trabajo todavía relativamente caliente, que se encuentra en el segundo cilindro de trabajo 12, es expelido mediante el segundo pistón de trabajo 11, de modo que fluye volviendo, a través de una segunda conducción de retorno 31 y de una segunda válvula de trabajo 32 abierta, al recinto hueco de refrigeración 21. En el recinto hueco de refrigeración 21 se extrae calor del medio de trabajo relativamente caliente.

Durante el primer ciclo de trabajo que se acaba de describir, una tercera válvula de trabajo 33 situada entre el recinto hueco de calefacción 20 y el segundo cilindro de trabajo 12, una tercera válvula de carga 34 conectada entre el segundo cilindro de carga 17 y el recinto hueco de refrigeración 21, una cuarta válvula de trabajo 35 conectada entre el recinto hueco de refrigeración 21 y el primer cilindro de carga 2, y una cuarta válvula de carga 36 conectada entre el primer cilindro de carga 8 y el recinto hueco de calefacción 20 se encuentran en estado cerrado. Este control de las válvulas ocasiona que de las dos conducciones respectivas que están conectadas a cada cilindro, sólo una conducción esté abierta, por lo que se tienen relaciones de flujo definidas. El control de las válvulas citadas se efectúa, en la forma de realización representada, de manera mecánica mediante varillas de control, que comunican con el bloque de transmisión de fuerza lineal 4.

El bloque de transmisión de fuerza lineal 4 está apoyado con casquillos de guiado 40 sobre columnas de guiado 41, de modo que se puede realizar un movimiento lineal con poca fricción.

Las relaciones de flujo en la máquina térmica durante el segundo ciclo de trabajo se explican ahora haciendo referencia a Fig. 2. Las posiciones de los pistones individuales en los cilindros, que se muestran en Fig. 2, corresponden a las de Fig. 1, pero durante un movimiento en sentido contrario, que se representa a su vez mediante una flecha en la zona del bloque de transmisión de fuerza lineal. Durante este movimiento mostrado de derecha a izquierda, el medio de trabajo caliente fluye desde el recinto hueco de calefacción 20, a través de una segunda conducción 45 de medio caliente, a través de la tercera válvula de trabajo 33 ahora abierta, al segundo cilindro de trabajo 12. El medio de trabajo que fluye entrando bajo presión en el segundo cilindro de trabajo 12 ocasiona un desplazamiento del segundo pistón de trabajo 11, actuando este movimiento mediante la tercera varilla de empuje 13 sobre el segundo lado 14 del bloque de transmisión de fuerza lineal 4. En el lado opuesto del bloque de transmisión de fuerza lineal, los pistones son empujados entrando en los cilindros, de modo que el primer pistón de carga 7 extrae bajo presión el medio desde el primer cilindro de carga 8, de modo que el mismo fluye entrando, a través de una tercera conducción de retorno 46, a través de la cuarta válvula de carga 38 abierta, en el recinto hueco de calefacción 20, en el cual se calienta de nuevo. Además, desde el recinto hueco de refrigeración 21 se aspira medio de trabajo frío, a través de una segunda conducción de carga 47, a través de la tercera válvula de carga 34 abierta, al segundo cilindro de carga 17, porque el segundo pistón de carga 16 se mueve saliendo de él. Por el contrario, el medio de trabajo es extraído bajo presión desde el primer cilindro de trabajo 2 por el primer pistón de trabajo 1, de modo que fluye entrando, a través de una cuarta conducción de retorno 48, a través de la cuarta válvula de trabajo 35 abierta, en el recinto hueco de refrigeración 21, en el cual se extrae calor del mismo. Durante el segundo ciclo de trabajo, la primera válvula de trabajo 26, la segunda válvula de trabajo 32, la primera válvula de carga 27 y la cuarta válvula de carga 36 están cerradas.

En la forma de realización representada en las Fig. 1 y 2, el bloque de transmisión de fuerza lineal 4 ocasiona en cada caso, esencialmente en los puntos de inversión del movimiento lineal, la conmutación de las válvulas de control citadas, por lo que la fuerza necesaria para mantener el movimiento es proporcionada alternativamente por el primer pistón de trabajo y por el segundo pistón de trabajo. Debido al guiado estrictamente lineal de la fuerza, en esta forma de realización no se precisan en absoluto cigüeñales ni bielas, como es el caso en motores de combustión interna convencionales. Las solicitaciones del material son por tanto menores, lo que en unión con las velocidades de trabajo relativamente pequeñas conduce a una elevada vida de duración de la máquina y a una marcha notablemente suave. Sin embargo, formas de realización variantes de la invención pueden utilizar también el principio del cigüeñal.

Para utilizar la energía mecánica proporcionada por ejemplo para fines de accionamiento, en la forma de realización representada, al bloque de transmisión de fuerza lineal 4 está adosada una cremallera 50, en la que engrana una rueda dentada 51. Debido al modo de funcionamiento de dos ciclos descrito de la máquina térmica se obtiene un movimiento lineal alternativo de la cremallera 50, que da como resultado un movimiento de giro de la rueda dentada 51 con sentido de rotación alternativo.

Fig. 3 muestra una representación simplificada de principio de una posibilidad para transformar este movimiento de giro con sentido de rotación alternativo en un movimiento de giro con sentido de rotación uniforme. La cremallera 50 engrana en este caso con un primer engranaje de piñón libre 52 y un segundo engranaje de piñón libre 53, que engranan a su vez cada uno con una rueda dentada central 54. Los engranajes de piñón libre 52, 53 están dispuestos de modo que, según la dirección del movimiento de la cremallera 50, sólo un engranaje de piñón libre efectúa en cada caso una transmisión de fuerza a la rueda dentada central 54, por lo que ésta es puesta en un movimiento de giro con sentido de rotación uniforme. A la rueda dentada central 54 puede estar sujeto un árbol de salida.

La máquina térmica según la invención puede estar equipada también con cualesquiera otros tipos de engranajes. También es posible llevar a cabo el control de las válvulas, no por medios mecánicos sino de manera eléctrica, hidráulica u otra. La máquina térmica que se ha explicado puede ser constituida como unidad compacta, de modo que sea posible sin dificultades la interconexión de varias de tales unidades. De este modo se pueden constituir también por ejemplo motores, que unifiquen en sí mismos varias de estas unidades.

También es posible sustituir el guiado lineal de las fuerzas por un principio de cigüeñal, de modo que todos los pistones estén acoplados mediante bielas a un cigüeñal común.

Claims (9)

1. Máquina térmica, que funciona con un medio de trabajo en dos ciclos de trabajo, que comprende:

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un primer pistón de trabajo (1), que se mueve en un primer cilindro de trabajo (2) y que mediante una primera varilla de empuje (3) está acoplado a un bloque de transmisión de fuerza lineal (4), que se puede desplazar en la dirección de movimiento del primer pistón de trabajo;

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un primer pistón de carga (7), que se mueve en un primer cilindro de carga (8) y que mediante una segunda varilla de empuje (9) dispuesta paralelamente a la primera varilla de empuje (3) está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal (4);

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un segundo pistón de trabajo (11), que se mueve en un segundo cilindro de trabajo (12) en dirección de trabajo opuesta a la del primer pistón de trabajo (1) y que mediante una tercera varilla de empuje (13) está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal (4);

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un segundo pistón de carga (16), que se mueve en un segundo cilindro de carga (17) en dirección de trabajo opuesta a la del primer pistón de carga (7) y que mediante una cuarta varilla de empuje (18) dispuesta paralelamente a la tercera varilla de empuje (13) está acoplado al bloque de transmisión de fuerza lineal (4);

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un recinto hueco de calefacción (20), en el cual se aporta calor al medio de trabajo; y

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un recinto hueco de refrigeración (21), en el cual se extrae calor del medio de trabajo;

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de modo que durante el primer ciclo de trabajo el medio de trabajo calentado fluye desde el recinto hueco de calefacción (20) a través de una primera válvula de trabajo (26) al primer cilindro de trabajo (2) y desde el segundo cilindro de trabajo (12) a través de una segunda válvula de trabajo (32) al recinto hueco de refrigeración (21), mientras que el medio de trabajo refrigerado fluye desde el recinto hueco de refrigeración (21) a través de una primera válvula de carga (28) al primer cilindro de carga (8) y desde el segundo cilindro de carga (17) a través de una segunda válvula de carga (30) al recinto hueco de calefacción (20); y de modo que durante el segundo ciclo de trabajo el medio de trabajo calentado fluye desde el recinto hueco de calefacción (20) a través de una tercera válvula de trabajo (33) al segundo cilindro de trabajo (12) y desde el primer cilindro de trabajo (2) a través de una cuarta válvula de trabajo (35) al recinto hueco de refrigeración (21), mientras que el medio de trabajo enfriado fluye desde el recinto hueco de refrigeración (21) a través de una tercera válvula de carga (34) al segundo cilindro de carga (17) y desde el primer cilindro de carga (8) a través de una cuarta válvula de carga (36) al recinto hueco de calefacción (20); y de modo que durante el primer ciclo de trabajo la tercera y cuarta válvulas de trabajo (33, 35) y la tercera y cuarta válvulas de carga (34, 36) están cerradas, y durante el segundo ciclo de trabajo la primera y segunda válvulas de trabajo (26, 32) y la primera y segunda válvulas de carga (27, 30) están cerradas.

2. Máquina térmica según la reivindicación 1, caracterizada porque recinto hueco de calefacción (20) y recinto hueco de refrigeración (21) poseen cada uno un volumen constante.

3. Máquina térmica según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el bloque de transmisión de fuerza lineal (4) es un bastidor apoyado de modo desplazable sobre columnas de guiado (41) y casquillos de guiado (40), que por un primer lado (5) está acoplado al primer pistón de trabajo (1) y al primer pistón de carga (7) y por un segundo lado (14), opuesto al primero, está acoplado al segundo pistón de trabajo (11) y al segundo pistón de carga (16).

4. Máquina térmica según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque todas las válvulas (26, 27, 30, 32-36) son maniobradas mecánicamente por el bloque de transmisión de fuerza lineal (4).

5. Máquina térmica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque sobre el bloque de transmisión de fuerza lineal (4) está dispuesta una cremallera (50), en la que engranan dos engranajes de piñón libre (52, 53) que actúan en sentidos contrarios, que engranan a su vez con una rueda dentada (54), de modo que el movimiento lineal alternativo se transforma en un movimiento de giro continuo.

6. Máquina térmica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque sobre el bloque de transmisión de fuerza lineal está dispuesto un devanado de excitación eléctrico que se extiende longitudinalmente, que se mueve linealmente en bobinas eléctricas que lo rodean, por lo que en estas bobinas se induce una tensión eléctrica.

7. Máquina térmica según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el recinto hueco de calefacción (20) está configurado como colector solar.

8. Unidad de motor para proporcionar energía mecánica, caracterizada porque al menos dos máquinas térmicas según una de las reivindicaciones 1 a 7 están interconectadas.

9. Unidad de motor según la reivindicación 8, caracterizada porque cuatro máquinas térmicas, que trabajan con un desfase de 90º cada una, están interconectadas.