ES2940921A1 - Motor Térmico - Google Patents
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Abstract
Motor térmico de expansión, similar a los convencionales de combustión interna, de los que constan, de un bloque con su culata, de uno o más cilindros, con sendos émbolos, entradas, salidas y tapa, caracterizado por tener adicionalmente un inyector de fluidos, un alimentador de energía radiante, medios de obturación, cuerpos transparentes, en cada uno de los cilindros y un concentrador de rayos en foco, situado en la cámara de expansión, cerca de la salida del inyector. Tiene un alimentador de energía radiante con un concentrador tipo lente de Fresnel y obturador o alternativamente, un seguidor solar, concentrador parabólico y obturador o alternativamente, un emisor de rayos láser con obturador electrónico. Los cuerpos transparentes resisten temperaturas de hasta 1200 grados Celsius existiendo un módulo óptico/electrónico distribuidor de energía radiante con espejos orientables, un recuperador de calor y circuitos de refrigeración.
Description
DESCRIPCIÓN
Motor térmico
Objeto técnico de la invención
La presente invención se refiere a un motor de expansión, de estructura similar a los motores habituales de combustión interna, de dos o cuatro tiempos, alimentado por inyección de un fluido, preferentemente agua, que recibe energía de radiación solar o de rayos láser, concentrada en un punto focal que se localiza en la cámara de expansión. Se produce la transformación del fluido en vapor, en el interior de dicha cámara y el motor funciona como una máquina de vapor.
Para dar paso a la radiación se utiliza un material transparente, resistente a altas temperaturas, incorporado en zonas concretas del motor.
Sector de la técnica al que se refiere la invención
La invención que se presenta afecta al Sector de Mecánica General, Apartado de Motores y Bombas, de la Clasificación Internacional de Patentes CIP y concretamente al capítulo de Máquinas o motores en general. Máquinas de vapor. Desde el punto de vista industrial, incide directamente en el campo de las energías renovables, sector del automóvil, máquinas con motor de vapor en general y generadores industriales.
Antecedentes de la invención
El motor de combustión interna ha sido uno de los inventos del siglo XIX que mayor incidencia está teniendo en todos los aspectos de la vida, y muy en especial, en la movilidad de las personas. Han sido innumerables las mejoras que, poco a poco, se han ido introduciendo en la concepción primitiva de los motores de explosión originales de ciclo alternativo.
El progreso es continuo pues el instinto competitivo de los hombres hace que, constantemente, se trate de conseguir mejores rendimientos a menor coste A título de ejemplo podemos citar los innumerables progresos derivados de las propias carreras de automóviles o motocicletas en las que el ingenio de los técnicos permite alcanzar fases de desarrollo cada vez más perfectas con el resultado de motores de menor consumo y mejores prestaciones de velocidad, potencia y par motor.
Con motivo del aumento continuo de la contaminación en todo el mundo e incluso ante el temor del agotamiento de las reservas de petróleo, la tendencia actual es aprovechar las energías renovables o energías alternativas, especialmente motores eléctricos o híbridos, motores de hidrógeno u otros gases y motores de aire comprimido.
Existen antecedentes importantes tanto del motor de aire como del motor de agua y se dice que no han sufrido desarrollo por conspiración de las petroleras aunque esto no es totalmente cierto. Las dos soluciones resultan muy atractivas pues tanto el aire como el agua son elementos muy abundantes en la naturaleza.
En los momentos actuales, se está poniendo especial empeño en el desarrollo de los motores eléctricos y las principales marcas de automóviles ya han lanzado prototipos o primeros modelos que están circulando con éxito y presentando inconvenientes menores que los registrados por los motores de aire y de agua.
Motor de agua
Dado que la invención que describe este documento está relacionada, en cierto modo, con el motor de agua, haremos referencia a algunas realizaciones presentadas en su momento que utilizan uno de sus componentes que es el hidrógeno.
Uno de los prototipos fue inventado por el español Arturo Estévez Varela que presentó un ciclomotor que funcionaba con agua fresca, limpia y pura de botijo añadiendo ciertas "piedras" de Boro que al reaccionar con el agua generaba hidrógeno.
Otro invento fue el de Jack Nicholson de Estados Unidos que presentó un Chevrolet adaptado para consumir hidrógeno.
En el año 2006 la empresa BMW lanzó un prototipo que funcionaba con hidrógeno pero con una autonomía de 200 km escasos.
En todos los motores que funcionaban con producción de hidrógeno a bordo, se comprobó que el balance energético era negativo, es decir, se consumía más energía en producir el hidrógeno a bordo que la energía que se obtenía de ese hidrógeno al quemarlo en el motor. Por ello, el siguiente paso fue el de obtener hidrógeno a bordo mediante electrolisis tal como hizo el norteamericano Stanley Meyer que fue demandado y condenado por fraude en 1996 por varios inversores. Sus argumentos de defensa iban en contra del primer y segundo principios de la Termodinámica.
El autobús Solaris Urbino 12 Hydrogen, del fabricante español Solaris (Grupo CAF), circula actualmente en algunas ciudades propulsado con hidrógeno.
Citaremos, por último, la solución de inyección de agua pulverizada en la admisión, en motores desarrollados por BMW que rebaja la temperatura y mejora el rendimiento de la combustión de gasolina que es la que, de hecho, proporciona la energía.
El resultado global es que no se han conseguido soluciones aceptables de motores de hidrógeno por lo que en las grandes ciudades, la tendencia generalizada se orienta hacia los automóviles y autobuses eléctricos e híbridos.
Motor de vapor
No obstante, el inventor que presenta este documento se inclina por un motor de fluidos, en especial agua, que se inyecta en la cámara de expansión y se convierte en vapor mediante energía procedente de la radiación solar o de la radiación láser.
En ese sentido, los antecedentes de máquinas registradas, se orientan también hacia las máquinas de vapor más que hacia los motores de combustión.
La primera patente de una máquina de vapor se remonta al año 1698 en la que el británico Thomas Savery realizó un motor que, calentando agua y funcionando a presión muy alta, se destinaba a extraer agua del fondo de las minas de carbón.
Catorce años más tarde, su socio Thomas Newcomen inventó una máquina que, basándose en la máquina de vapor de Savery, utilizaba vapor a menos presión.
Fue, sin embargo en el año 1769 cuando James Watt patentó la que se reconoce como primera máquina de vapor que posteriormente revolucionó el mundo de la industria y del transporte pues se aplicó a vehículos, máquinas e instalaciones fijas de todo tipo.
En 1908 circulaban por Inglaterra automóviles fabricados por la casa Stanley y también, a principios del siglo XX, más de la mitad de los coches en Estados Unidos funcionaba a vapor. El coche oficial del presidente de los Estados Unidos de América, Theodore Roosevelt, utilizaba un coche a vapor de la marca White de 30 caballos de potencia.
No obstante la aparición de los coches de motor de combustión interna, desbancó al vapor pues en 1918 el modelo Stanley Steamer valía unas seis veces más que el Ford T.
El ferrocarril fue asimismo pionero en la utilización de locomotoras de vapor. La primera fue construida por el británico Richard Trevithick en 1803 aunque se considera que el precursor de estas locomotoras es el también británico George Stephenson.
Es sobradamente conocido el desarrollo y perfeccionamiento de la tracción vapor en todas las administraciones ferroviarias del mundo hasta que han sido los motores de combustión interna y sobre todo los motores eléctricos, de varios tipos, los que han hecho desaparecer, prácticamente, dicha modalidad de tracción.
o o o O o o o
Como veremos en la descripción de esta invención, se centra la atención en un tipo de motor de vapor que consume un producto, superabundante en la naturaleza y barato, como es el agua, aplicando técnicas modernas de la óptica y la electrónica así como materiales especiales.
Descripción sumaria de la invención
Tal como se ha indicado al principio del documento, la invención se refiere a un motor de expansión, de estructura similar a los habituales de combustión interna, de dos o cuatro tiempos, de los que funcionan por inyección, recibiendo energía de radiación solar o de radiación láser, concentrándola en un punto focal que se localiza en la cámara de expansión.
De forma análoga a la de un motor convencional en el que se introduce gasolina o gasoil en la cámara de combustión, en esta invención se inyecta un fluido, que puede ser agua, que en el momento adecuado, recibe energía calorífica solar o láser vaporizándolo y generando elevadas presiones que impulsan el émbolo del motor.
La estructura básica es la de un motor de "combustión interna" donde se traslada el proceso de "combustión externa" de una máquina de vapor al interior de la cámara de expansión.
Es bien conocido que, en las primitivas máquinas de vapor, con la energía calorífica obtenida generalmente de la combustión del carbón, se calentaba un gran volumen de agua para acumular presión de vapor en una caldera. Al pasar este vapor a presión a los cilindros, se generaba el movimiento.
En el dispositivo que ahora se describe, el vapor a presión se genera en el mismo lugar en que se necesita, o sea, dentro del propio motor evitándose las pérdidas correspondientes y en consecuencia, incrementándose la eficacia de la máquina.
En una primera y segunda formas de realización se instala un conjunto óptico de seguimiento solar, captación de energía y concentración de los rayos en un foco mediante lentes de Fresnel y concentradores parabólicos, respectivamente, de tal manera que el foco se sitúa exactamente en el interior de la cámara de expansión.
Para ello se cuenta con una culata especial, de material total o parcialmente transparente, resistente a altas temperaturas de manera continuada, que posibilita el paso de la radiación solar hacia el interior del motor.
Estudios previos realizados han permitido saber que una lente de Fresnel de, aproximadamente 1 m2, o un sistema parabólico de espejos, son capaces de concentrar la radiación solar, produciendo un punto focal que alcanza temperaturas de entre 800 y 1000 grados Celsius. Este punto focal, de apenas unos pocos milímetros, es dirigido a través de elementos transparentes, a las cámaras de expansión de uno o más cilindros con sus correspondientes pistones o émbolos que, al vaporizarse y expandirse el fluido de alimentación, generan el movimiento.
Un tercer modo de realización sustituye la radiación solar por un rayo láser de alta potencia que, igualmente, penetra en el motor hasta la cámara de expansión, a través de sus elementos de material transparente.
El funcionamiento es idéntico al de los motores de explosión convencionales por lo que no se considera necesario incidir en dicho funcionamiento.
La invención es aplicable a motores de varios cilindros, utilizando la misma fuente de energía, para lo cual se complementa la instalación con espejos o medios similares que desvían la radiación hacia cada cilindro, de manera sincronizada, como se hace en los distribuidores de chispa o dispositivos de encendido electrónico habituales.
El motor así concebido, sea cual sea el modo de realización, se puede destinar a la generación de energía eléctrica, al movimiento de bombas de extracción de agua o a cualquier otro fin.
En los apartados siguientes se incluyen los dibujos esquemáticos y la descripción que permiten comprender el fundamento de la invención, de la que no se conoce antecedente alguno, por lo que el inventor considera que se trata de una novedad muy interesante que puede revolucionar el mundo de los motores sin contaminar el medio ambiente.
Breve descripción de los dibujos
Se incluyen tres figuras esquemáticas, que se consideran suficientes para la correcta interpretación de la invención.
Figura 1
Muestra el motor de la invención, en vista lateral, teniendo en la parte superior los elementos esquemáticos que le caracterizan. Se han señalado los siguientes elementos:
1. - Motor
2. - Bloque
3. - Émbolo
4. - Culata
5. - Cámara de expansión
6. - Entrada
6.1. - Válvula de admisión
7. - Salida
7.1. - Válvula de escape
8. - Tapa
Figura 2
Esta figura muestra una ampliación de la parte superior del motor para apreciar mejor los detalles que afectan a la invención
9. - Inyector de fluido
10. - Haz de rayos
11. - Obturador
12. - Lente de Fresnel
13. - Cuerpo transparente primero
14. - Cuerpo transparente segundo
15. - Punto focal
Figura 3
Esta figura muestra el direccionamiento de los rayos hacia el motor mediante un seguidor solar y un concentrador parabólico de los conocidos como fuera de eje.
16. - Seguidor solar
17. - Concentrador parabólico
Explicación detallada de modos de realización de la invención
Motor térmico (1) (Figs.1, 2 y 3) consistente en un motor de expansión, de estructura similar a los habituales de combustión interna, de dos o cuatro tiempos, que estando alimentado mediante inyector de un fluido, preferentemente agua, recibe energía radiante concentrada en un punto focal ubicado en la cámara de expansión.
Primer modo de realización
En este modo de realización, concebido por su inventor, el motor térmico (1) es de los que consta, entre otros elementos, de un bloque (2), con émbolo (3), culata (4), entrada (6) con válvula de admisión, salida (7) con válvula de escape y tapa (8).
En la invención que se presenta en este documento, se incorporan además en el motor los siguientes elementos principales: un inyector de fluido (9), un obturador (11), una lente de Fresnel (12), un cuerpo transparente primero (13) y un cuerpo transparente segundo (14). Se supone la existencia de otros accesorios que no caracterizan la invención.
Aunque es sobradamente conocido, conviene recordar que, en el proceso de funcionamiento de un motor de explosión convencional de combustible fósil, hay fases en las que el émbolo (3) asciende verticalmente por el interior del bloque (2) hasta llegar al que se conoce como punto muerto superior en cuyo momento comienza su movimiento de descenso.
En la posición del punto muerto superior (p.m.s), que es la representada en la (Fig.1), el fluido existente en el interior, queda comprimido y confinado en un volumen mínimo comprendido entre la parte superior del émbolo (3) y la culata (4) que conforman lo que aquí hemos denominado cámara de expansión (5), equivalente a la cámara de combustión de los motores convencionales.
Si, en ese momento de (p.m.s.), siendo el fluido combustible, se genera una chispa, dentro de la cámara de combustión (5), se produce una explosión que proyecta al émbolo (3) hacia abajo con gran fuerza.
En el motor térmico (1) de la invención, el extremo del inyector de fluido (9), se sitúa en la cámara de expansión (5), los cuerpos transparentes primero (13) y segundo (14) se sitúan de tal manera que permitan el paso franco del haz de rayos hacia la cámara de expansión (5), tal como queda representado en la (Fig.1), quedando externamente la lente de Fresnel (12), el obturador (11) y otros elementos ópticos complementarios no especificados.
La lente de Fresnel (12) está colocada con gran precisión para conseguir que las radiaciones solares que recibe, conformando el haz de rayos (10), confluyan con toda exactitud en el punto focal (15), situado en la cámara de expansión (5), muy próximo al extremo del inyector de agua (9).
Con esta configuración, el funcionamiento del motor es el que se describe a continuación. Se hace referencia a la (Fig.2) donde se pueden ver ampliados los elementos que intervienen. Cuando el émbolo (3) asciende por el interior del bloque (2), estando cerradas las válvulas de admisión (6.1) y de escape (7.1), el aire contenido en el cilindro, se comprime progresivamente hasta alcanzar un máximo de presión cuando se llega al (p.m.s.). En ese momento se producen tres hechos importantes que son, el suministro de agua a través del inyector de agua (9), la apertura del obturador (11) y la entrada del haz de rayos (10) a través de la lente de Fresnel (12) con la consecuencia de producirse una concentración de rayos en el punto focal (15) que, elevando la temperatura del fluido hasta casi 1000 grados Celsius, lo vaporiza y lo expande empujando el émbolo (3) hacia abajo con una fuerza muy elevada que incluso supera a la que se consigue en un motor de explosión convencional.
El ciclo se sigue desarrollando de forma idéntica a la de otros motores, sean de dos o cuatro tiempos si bien es precisa la debida sincronización del conjunto de elementos móviles. Una de tales sincronizaciones es la que afecta a la apertura del obturador (11) cuando el émbolo culmina
la fase de compresión aunque ello se resuelve con facilidad, según el estado de la técnica actual, por lo que no caracteriza a este invento.
Como en otros motores, se puede mejorar el rendimiento global a base de conectar la salida (7) a un grupo recuperador de calor y condensador redirigiendo parte del flujo a la bomba de alimentación de fluido que, de esta manera, entra a mayor temperatura.
Dado que esta primera forma de realización se basa en la recepción y aprovechamiento de los rayos solares, se comprende que el motor térmico (1) de la invención es un motor montado en un banco estático requiriéndose la intervención de instalaciones complementarias que optimicen la captación de energía.
El acoplamiento de un motor de este tipo a un generador, permite la transformación de energía solar en energía eléctrica.
Segundo modo de realización
En la (Fig.2) se esquematiza un segundo modo de realización en el que el motor (1) recibe el haz de rayos (10) solares mediante un concentrador parabólico (17) de los conocidos como fuera de eje que, a su vez los recibe de un seguidor solar (16).
Tercer modo de realización
En el tercer modo de realización la energía radiante es un rayo láser de gran potencia que incide secuencialmente en el punto focal (15) vaporizando el fluido que entra en la cámara de expansión (5) a través del inyector de fluido (9).
En este caso se prescinde del obturador (11) que queda sustituido por un equipo electrónico que genera y proyecta el láser en el momento oportuno.
Este tipo de motor se puede instalar en un vehículo automóvil, con las ventajas que ello supone, pues consume un producto muy abundante y económico sin contaminar el medio ambiente. o o o O o o o
Otras consideraciones
Cualquiera de los modos de realización, preferidos por el inventor, permite la aplicación de su principio de funcionamiento a motores de varios cilindros pues tan solo se requiere un módulo óptico/electrónico distribuidor de la energía radiante.
Teniendo en cuenta las elevadas temperaturas que se producen en el punto focal (15) con rayos que deben atravesar los cuerpos transparentes primero (13) y segundo (14), se comprende que estos cuerpos constituyen componentes importantes de la invención que deben resolverse con materiales especiales resistentes a altas temperaturas.
Se prevén dispositivos de refrigeración de los conocidos y ampliamente experimentados según el actual estado de la técnica.
No se considera necesario hacer más extenso el contenido de esta descripción para que un experto en la materia pueda comprender el alcance y las ventajas derivadas de la invención, así
como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de la misma. Sin embargo, debe entenderse que la invención ha sido descrita según realizaciones preferidas de la misma, por lo que puede ser susceptible de modificaciones siempre que ello no repercuta o suponga alteración alguna del fundamento de dicha invención. Es decir, los términos en que ha quedado expuesta esta descripción preferida de la invención, deberá ser tomada siempre con carácter amplio y no limitativo.
Claims (8)
1. Motor térmico (1) consistente en un motor de expansión, de estructura similar a los convencionales de combustión interna, de dos o cuatro tiempos, de los que constan, entre otros elementos, de un bloque (2) con su culata (4), de uno o más cilindros, con sendos émbolos (3), entradas (6) con, al menos, una válvula de admisión (6.1), salidas (7) con, al menos, una válvula de escape (7.1) y tapa (8), caracterizado por tener como elementos adicionales un inyector de fluidos (9), un alimentador de energía radiante, medios de obturación de la energía radiante, cuerpos transparentes (13) y (14) en cada uno de los cilindros y un concentrador del haz de rayos (10) en un punto focal (15), situado en el interior de la cámara de expansión (5), en las proximidades de la salida del inyector de fluidos (9).
2. Motor térmico, según la reivindicación primera, caracterizado por tener como alimentador de energía radiante la propia radiación solar con, al menos, un concentrador de lente de Fresnel (12) complementado con un obturador (11).
3. Motor térmico, según la reivindicación primera, caracterizado por tener como alimentador de energía radiante la propia radiación solar con, al menos, un seguidor solar (16) y un concentrador parabólico (17) complementado con un obturador (11).
4. Motor térmico, según la reivindicación primera, caracterizado por tener como alimentador de energía radiante un rayo láser complementado con un obturador electrónico.
5. Motor térmico, según la reivindicación primera, caracterizado por estar fabricados los cuerpos transparentes en material resistente a temperaturas de hasta 1200 grados Celsius o superiores.
6. Motor térmico, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de un módulo óptico/electrónico distribuidor de la energía radiante con espejos orientables o elementos similares, que distribuye la radiación de manera secuencial a cada uno de los cilindros cuando el número de estos es de dos o más.
7. Motor térmico, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de un recuperador de calor del fluido expulsado por las salidas (7).
8. Motor térmico, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de circuitos de refrigeración.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2940921 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20230512 |
|
| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20230828 |