Resumen
The present invention relates to a heat engine with an external heat source, consisting of a main piston (B) which performs the mechanical work on a crankshaft, when driven by a preferably monatomic working fluid, which expands due to the discharge from a feeder (A1, A2), which is a container holding working fluid that has been previously heated at a constant volume inside the feeder, there being at least two feeders (A1, A2) for each main piston (B) and two more pistons (C, D) for recycling the working fluid, in order to refill each feeder (A1, A2) under the cycle start conditions. For optimal use, two identical engines are used, the operation of said engines being out of phase relative to one another by exactly one stroke of the cycle. Moreover, in another variant that improves the heating process, more than two feeders (A1, A'1, A2, A'2) are positioned connected to a single main piston (B), and time-division multiplexing of the feeders (A1, A'1, A2, A'2) is applied.
Reivindicaciones
REIVINDICACIONES 1. Motor térmico caracterizado por que comprende una pluralidad de elementos que conforman un circuito cerrado de un fluido de trabajo, donde el motor térmico comprende: - al menos un primer alimentador (A1 ) que comprende un recipiente estanco para el fluido de trabajo, donde el primer alimentador (A1 ) se encuentra situado en un primer ramal del circuito cerrado del fluido de trabajo, y dispone de válvulas de apertura controlada; - al menos un segundo alimentador (A2) que comprende un recipiente estanco para el fluido de trabajo, donde el segundo alimentador (A2) se encuentra situado en un segundo ramal del circuito cerrado del fluido de trabajo y dispone de válvulas de apertura controlada; - un pistón principal (B) situado en correspondencia con un cilindro principal, donde el pistón principal (B) está conectado a un eje del motor térmico por medio de una biela y manivela y un cigüeñal; donde el pistón principal (B) está configurado para desplazarse, en cada ciclo de funcionamiento del motor térmico, al menos dos veces en dirección de compresión en el cilindro principal y al menos dos veces en dirección de expansión en el cilindro principal, y donde el cilindro principal está configurado para: o llenarse con fluido de trabajo tomado alternativamente del al menos un primer alimentador (A1 ) y del al menos un segundo alimentador (A2) en cada movimiento de expansión del pistón principal (B), a través de la válvula correspondiente y; o expulsar fluido de trabajo en cada movimiento de compresión del pistón principal (B), enviando dicho fluido de trabajo a un cilindro secundario a través de la válvula correspondiente; - un pistón secundario (C) situado en correspondencia con el cilindro secundario, donde el pistón secundario (C) está configurado para desplazarse, en cada ciclo de funcionamiento del motor térmico, al menos dos veces en dirección de compresión en el cilindro secundario y al menos dos veces en dirección de expansión en el cilindro secundario; donde el pistón secundario (C) está configurado para moverse en dirección de expansión cuando el pistón principal (B) se mueve en dirección de compresión y viceversa, donde el cilindro secundario está configurado para: o llenarse con fluido de trabajo tomado del cilindro principal en cada movimiento de expansión del pistón secundario (C), a través de la válvula existente al efecto y; o expulsar fluido de trabajo en cada movimiento de compresión del pistón secundario (C), enviando dicho fluido de trabajo a un alimentador (A1 , A2) a través de la válvula existente al efecto; - un pistón terciario (D) situado en correspondencia con un cilindro terciario, donde el pistón terciario (D) está configurado para desplazarse, en cada ciclo de funcionamiento del motor térmico, al menos dos veces en dirección de compresión en el cilindro terciario y al menos dos veces en dirección de expansión en el cilindro terciario; donde el pistón terciario (D) está configurado para moverse en dirección de expansión cuando el pistón principal (B) se mueve en dirección de compresión y viceversa, donde el cilindro terciario está configurado para: o llenarse con fluido de trabajo tomado de un alimentador (A1 , A2) en cada movimiento de expansión del pistón terciario (D), y; o expulsar fluido de trabajo en cada movimiento de compresión del pistón terciario (D), enviando dicho fluido de trabajo a un alimentador (A1 , A2). donde los alimentadores (A1 , A2) están configurados para que, dentro de ellos, el fluido de trabajo se caliente mediante el calor recibido de un fluido caloportador externo. 2. Motor térmico según la reivindicación 1 , caracterizado por que el motor térmico comprende sólo dos alimentadores (A1 , A2), donde: - el pistón principal (B) está configurado para desplazarse, en cada ciclo de funcionamiento del motor térmico, dos veces en dirección de compresión en el cilindro principal y dos veces en dirección de expansión en el cilindro principal; de manera que: o en un primer sub-ciclo de compresión y expansión del pistón principal (B), durante el movimiento de expansión del pistón principal (B), el cilindro principal está configurado para estar conectado al primer alimentador (A1 ) mediante la apertura de una válvula de descarga del primer alimentador (Ga1 b), y; o en un segundo sub-ciclo de compresión y expansión del pistón principal (B), durante el movimiento de expansión del pistón principal (B), el cilindro principal está configurado para estar conectado al segundo alimentador (A2) mediante la apertura de una válvula de descarga del segundo alimentador (Ga2b); o en el primer sub-ciclo y en el segundo sub-ciclo de compresión y expansión del pistón principal (B), durante el movimiento de compresión del pistón principal (B), el cilindro principal está configurado para estar conectado al cilindro secundario mediante la apertura de una válvula de paso (Gbc); - el pistón secundario (C) está configurado para desplazarse, en cada ciclo de funcionamiento del motor térmico, dos veces en dirección de compresión en el cilindro secundario y dos veces en dirección de expansión en el cilindro secundario, de manera que: o en un primer sub-ciclo de compresión y expansión del pistón secundario (C): ■ durante el movimiento de compresión del pistón secundario (C), el cilindro secundario está configurado para estar conectado al segundo alimentador (A2) mediante la apertura de una segunda válvula de carga (Gca2), y; ■ durante el movimiento de expansión del pistón secundario (C), el cilindro secundario está configurado para estar conectado al cilindro principal mediante la apertura de la válvula de paso (Gbc), y; o en un segundo sub-ciclo de compresión y expansión del pistón secundario (C): ■ durante el movimiento de compresión del pistón secundario (C), el cilindro secundario está configurado para estar conectado al primer (A1 ) mediante la apertura de una primera válvula de carga (Gca1 ), y; ■ durante el movimiento de expansión del pistón secundario (C), el cilindro secundario está configurado para estar conectado al cilindro principal mediante la apertura de la válvula de paso (Gbc); - el pistón terciario (D) está configurado para desplazarse, en cada ciclo de funcionamiento del motor térmico, dos veces en dirección de compresión en el cilindro terciario y dos veces en dirección de expansión en el cilindro terciario, de manera que: o en un primer sub-ciclo de compresión y expansión del pistón terciario (D): ■ durante el movimiento de compresión del pistón terciario (D), el cilindro terciario está configurado para estar conectado al segundo alimentador (A2) mediante la apertura de una cuarta válvula de carga (Gda2), y; ■ durante el movimiento de expansión del pistón terciario (D), el cilindro terciario está configurado para estar conectado al primer alimentador (A1 ) mediante la apertura de una primera válvula de succión (Ga1 d), y; o en un segundo sub-ciclo de compresión y expansión del pistón terciario (D): ■ durante el movimiento de compresión del pistón terciario (D), el cilindro terciario está configurado para estar conectado al primer alimentador (A1 ) mediante la apertura de una tercera válvula de carga (Gda1 ), y; ■ durante el movimiento de expansión del pistón terciario (D), el cilindro terciario está configurado para estar conectado al segundo alimentador (A2) mediante la apertura de una segunda válvula de succión (Ga2d). 3. Motor térmico según la reivindicación 1 , caracterizado por que comprende: - al menos un tercer alimentador (A’1 ) situado en el primer ramal del circuito cerrado del fluido de trabajo; - al menos un cuarto alimentador (A’2) situado en el segundo ramal del circuito cerrado del fluido de trabajo; donde el motor térmico está configurado para: - multiplexar la actuación de las válvulas que conectan cada alimentador (A1 , A’1 , A2, A’2) al cilindro principal durante los movimientos de expansión del pistón principal (B); - multiplexar la actuación de las válvulas que conectan cada alimentador (A1 , A’1 , A2, A’2) al cilindro secundario durante los movimientos de compresión del pistón secundario (C); - multiplexar la actuación de las válvulas que conectan cada alimentador (A1 , A’1 , A2, A’2) al cilindro terciario durante los movimientos de compresión y expansión del pistón terciario (D). 4. Motor térmico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque existen unos refrigeradores que rodean los conductos de trasiego del fluido de trabajo, y todos los conductos que parten del pistón secundario C o llegan a C han de estar refrigerados, e igualmente todos los conductos que parten del pistón terciario D o llegan a D han de estar refrigerados; y asimismo los alimentadores estarán calentados exteriormente por el fluido exterior caliente. 5. Motor térmico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un sistema de gestión del flujo de fluido de trabajo en los alimentadores (A1 , A’1 , A2, A’2). 6. Motor térmico según la reivindicación 5, caracterizado por que el sistema de gestión del flujo de fluido de trabajo en los alimentadores (A1 , A’1 , A2, A’2) comprende un aparato de carga conectado a los alimentadores (A1 , A’1 , A2, A’2), donde dicho aparato de carga comprende: - una válvula de eyección (Z21 ) en cada alimentador (A1 , A’1 , A2, A’2) de fluido de trabajo, cuya salida comunica con un reservorio de baja presión (Z23), configurado para almacenar durante un tiempo dicho fluido de trabajo; - una bomba (Z24) configurada para impulsar y presurizar el fluido de trabajo desde el reservorio de baja presión (Z23) a un reservorio de alta presión (Z25), y; - una válvula de inyección (Z26), configurada para controlar el paso del fluido de trabajo desde el reservorio de alta presión (Z25) hacia el alimentador correspondiente (A1 , A’1 , A2, A’2). 7. Motor térmico según reivindicación 2, caracterizado porque la exactitud en la ejecución del ciclo se consigue por la sincronía en el movimiento de los émbolos de los pistones, y las aperturas y cierres de las diversas válvulas que regulan el paso de un componente a otro, y en cuanto a la sincronía entre pistones, hay que señalar que tal como el pistón principal baja, en la expansión, desde su punto muerto superior a su punto muerto inferior, los pistones secundario y terciario se mueven en sentido intrínseco contrario, cada uno desde su punto muerto inferior al superior; y viceversa cuando el pistón principal sube desde su punto muerto inferior al superior, y va evacuando gas hacia el pistón secundario, éste va bajando desde el punto muerto superior al inferior; e igualmente va bajando el pistón terciario, succionando parte del gas que haya quedado dentro del alimentador que hubiera hecho la expansión última; lo cual se complementa, en cuanto a las válvulas, con la regla general a aplicar que es que sólo se abran las estrictamente necesarias, lo cual se especifica identificando cada válvula o grifo por la letra G seguida en minúsculas por las iniciales de los componentes que a continuación se asignan, que son -a1 para el alimentador del ramal impar -a2 para el alimentador del ramal par -b para el pistón principal -c para el pistón secundario -d para el pistón terciario -e para los calentadores provenientes de la fuente caliente externa -f para los enfriadores provenientes de la fuente fría, teniendo los componentes las siguientes funciones en cada uno de los cuatro tiempos, <img class="EMIRef" id="e4f2c80e-be4a-43a7-9ede-4e90557f7208-imgf000044-0001" /> señalando que las válvulas que han de estar abiertas en cada tiempo, y las demás cerradas, son las siguientes: Tiempo 1 : Ga1 b; Gca2; Gda2; Gea1 ; Gfca2; Gfda2 Tiempo 2; Gbc; Ga1 d; Gea2; Gfbc; Gfal d Tiempo 3: Ga2b; Gca1 ; Gda1 ; Gea2; Gfcal ; Gfdal Tiempo 4: Gbc; Ga2d; Gea1 ; Gfbc; Gfa2d 8. Motor térmico según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el flujo de calor exterior que se quiere aprovechar se fracciona temporalmente en intervalos de tiempo que coinciden con la duración de una bajada del pistón principal, y el flujo de calor exterior se canaliza alternativamente a uno u otro motor, y a su vez en cada motor, se canaliza alternativamente a uno u otro alimentador, estando los motores sincronizados entre sí pero con un desfase de un tiempo, de tal manera que en un ciclo completo, que se divide en 4 tiempos, cada uno de estos está asignado inequívocamente para calentar un alimentador, de los que hay 4, dos de cada motor, que en la tabla siguiente corresponden los alimentadores A1 y A2 a un motor, y los alimentadores A3 y A4 al otro motor <img class="EMIRef" id="e4f2c80e-be4a-43a7-9ede-4e90557f7208-imgf000045-0001" /> 9. Motor térmico según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el flujo de refrigeración necesario para enfriar el fluido de trabajo en la parte correspondiente del ciclo, se constituye con un depósito de inercia térmica en el que se almacena fluido de trabajo a los mínimos valores de presión y temperatura que requiere el ciclo, existiendo además un pistón complementario, J, que proporciona la carga sucesiva de los alimentadores, a partir del depósito de inercia, H, que se llena con la descarga del pistón principal B, más las descargas desde los alimentadores, canalizadas por un segundo pistón complementario, K, obteniéndose el adecuado flujo del fluido de trabajo, y obteniéndose así mismo la energía mecánica por las expansiones del pistón principal, según los tiempos de la tabla siguiente <img class="EMIRef" id="e4f2c80e-be4a-43a7-9ede-4e90557f7208-imgf000045-0002" /> para lo cual se han de mantener cerradas todas las válvulas, excepto aquellas que estén señaladas con A en cada tiempo en la tabla siguiente, que deben estar abiertas <img class="EMIRef" id="e4f2c80e-be4a-43a7-9ede-4e90557f7208-imgf000046-0001" />
