ES2729277T3 - Fluid machine - Google Patents
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Abstract
Máquina de fluido con un fluido de trabajo, un evaporador (10), en el que el fluido de trabajo se puede transformar de su estado líquido a su estado gaseoso con el aporte de calor, un tanque de expansión (6) sustancialmente adiabático, al menos una máquina de émbolo (84, 85) con un émbolo (14, 15), por medio de la cual puede convertirse energía del fluido de trabajo en energía mecánica y que presenta al menos una cámara de cilindro (37, 39) delimitada por el émbolo (14, 15), que durante el funcionamiento de la máquina de fluido (1) está conectada en comunicación de fluido, alternativamente, con el evaporador (10), por lo que la cámara de cilindro (37, 39) se hace más grande por el desplazamiento del émbolo (14, 15), y con el tanque de expansión (6), por lo que la cámara de cilindro (37, 39) se hace más pequeña por el desplazamiento del émbolo (14, 15), un tanque de almacenamiento (9), que está conectado en comunicación de fluido con el evaporador (10) y con el tanque de expansión (6), y un equipo transportador (8), que está configurado para transportar el fluido de trabajo, tanto en su estado gaseoso como en su estado líquido, desde el tanque de expansión (6) hasta el tanque de almacenamiento (9), en donde el volumen disponible para el fluido de trabajo en el tanque de expansión (6) es al menos 7 veces el volumen máximo de la primera cámara de cilindro (37, 39), de modo que el fluido de trabajo puede condensarse por la expansión del fluido de trabajo gaseoso en el tanque de expansión (6), y en el tanque de almacenamiento (7) el fluido de trabajo está presente tanto en su estado gaseoso como en su estado líquido, de modo que el fluido de trabajo, en el caso de que no se condense en el tanque de expansión, puede condensarse en el tanque de almacenamiento (9), y el fluido de trabajo puede transportarse en su estado líquido al evaporador (10).Fluid machine with a working fluid, an evaporator (10), in which the working fluid can be transformed from its liquid state to its gaseous state with the heat input, a substantially adiabatic expansion tank (6), at less a piston machine (84, 85) with a piston (14, 15), by means of which energy from the working fluid can be converted into mechanical energy and having at least one cylinder chamber (37, 39) delimited by the piston (14, 15), which during the operation of the fluid machine (1) is connected in fluid communication, alternatively, with the evaporator (10), whereby the cylinder chamber (37, 39) is made larger by the displacement of the piston (14, 15), and with the expansion tank (6), whereby the cylinder chamber (37, 39) is made smaller by the displacement of the piston (14, 15), a storage tank (9), which is connected in fluid communication with the evaporator (10) and with the expansion tank (6), and a conveyor (8), which is configured to transport the working fluid, both in its gaseous state and in its liquid state, from the expansion tank (6) to the storage tank ( 9), where the volume available for the working fluid in the expansion tank (6) is at least 7 times the maximum volume of the first cylinder chamber (37, 39), so that the working fluid can condense by the expansion of the gaseous working fluid in the expansion tank (6), and in the storage tank (7) the working fluid is present both in its gaseous state and in its liquid state, so that the working fluid , in the event that it does not condense in the expansion tank, it can condense in the storage tank (9), and the working fluid can be transported in its liquid state to the evaporator (10).
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Máquina de fluidoFluid machine
[0001] La invención se refiere a una máquina de fluido.[0001] The invention relates to a fluid machine.
[0002] Convencionalmente, el calor se convierte en trabajo mecánico en una máquina de fluido, tal como, por ejemplo, en una central termoeléctrica. El trabajo mecánico puede ser utilizado, por ejemplo, para generar electricidad o para comprimir un gas de proceso. Para el funcionamiento de la central termoeléctrica, se queman fuentes de energía fósil convencionales, como el carbón, por ejemplo. Sería deseable utilizar a este respecto fuentes de energía alternativa para evitar emisiones de dióxido de carbono.[0002] Conventionally, heat is converted into mechanical work in a fluid machine, such as, for example, in a thermoelectric plant. Mechanical work can be used, for example, to generate electricity or to compress a process gas. For the operation of the thermoelectric power plant, conventional fossil energy sources, such as coal, are burned, for example. It would be desirable to use alternative energy sources in this regard to avoid carbon dioxide emissions.
[0003] En la central termoeléctrica, se evapora agua en un proceso cíclico con el aporte de calor y luego se condensa nuevamente con la eliminación del calor. La condensación del agua tiene lugar, por ejemplo, en una torre de refrigeración, en la que tiene lugar una evaporación del agua de refrigeración y, por lo tanto, se aprovecha la entalpía de evaporación del agua de refrigeración para extraer el calor. Alternativamente, pueden utilizarse masas de agua naturales, por ejemplo, un río o un lago, para eliminar el calor. Sin embargo, la eliminación del calor es compleja y disminuye además la eficiencia del proceso cíclico, porque el calor eliminado no se puede convertir en energía mecánica.[0003] In the thermoelectric plant, water is evaporated in a cyclic process with the heat input and then condensed again with the removal of heat. The condensation of the water takes place, for example, in a cooling tower, in which an evaporation of the cooling water takes place and, therefore, the enthalpy of evaporation of the cooling water is used to extract the heat. Alternatively, natural bodies of water, for example, a river or a lake, can be used to remove heat. However, the elimination of heat is complex and also reduces the efficiency of the cyclic process, because the heat removed cannot be converted into mechanical energy.
[0004] El documento DE 3327838 A1 divulga un ciclo de máquina de vapor para la conversión completa de calor en trabajo mecánico. El documento US 2010/0252028 A1 divulga un sistema de almacenamiento intermedio de presión como acumulador térmico.[0004] Document DE 3327838 A1 discloses a steam engine cycle for the complete conversion of heat into mechanical work. US 2010/0252028 A1 discloses an intermediate pressure storage system as a thermal accumulator.
[0005] El objetivo de la invención es, por lo tanto, crear una máquina de fluido mejorada y que tenga una alta eficiencia.[0005] The aim of the invention is therefore to create an improved fluid machine that has high efficiency.
[0006] El objetivo se logra con las características de la reivindicación 1. Configuraciones preferidas de la misma se indican en las reivindicaciones adicionales.[0006] The objective is achieved with the features of claim 1. Preferred configurations thereof are indicated in the additional claims.
[0007] La máquina de fluido de acuerdo con la invención presenta un fluido de trabajo, un evaporador, en el que el fluido de trabajo se puede transformar de su estado líquido a su estado gaseoso con el aporte de calor, un tanque de expansión sustancialmente adiabático, al menos una máquina de émbolo con un émbolo, por medio de la cual puede convertirse energía del fluido de trabajo en energía mecánica y que presenta al menos una cámara de cilindro delimitada por el émbolo, que durante el funcionamiento de la máquina de fluido está conectada en comunicación de fluido, alternativamente, con el evaporador, por lo que la cámara de cilindro se hace más grande por el desplazamiento del émbolo, y con el tanque de expansión, por lo que la cámara de cilindro se hace más pequeña por el desplazamiento del émbolo, un tanque de almacenamiento, que está conectado en comunicación de fluido con el evaporador y con el tanque de expansión, y un equipo transportador, que está configurado para transportar el fluido de trabajo, tanto en su estado gaseoso como en su estado líquido, desde el tanque de expansión hasta el tanque de almacenamiento, en donde el tanque de expansión está dimensionado en comparación con la cámara de cilindro de tal manera que el fluido de trabajo puede condensarse por la expansión del fluido gaseoso en el tanque de expansión, y en el tanque de almacenamiento el fluido de trabajo está presente tanto en su estado gaseoso como en su estado líquido, de modo que el fluido de trabajo, en el caso de que no se condense en el tanque de expansión, puede condensarse en el tanque de almacenamiento, y el fluido de trabajo puede transportarse en su estado líquido al evaporador.[0007] The fluid machine according to the invention has a working fluid, an evaporator, in which the working fluid can be transformed from its liquid state to its gaseous state with the heat input, a substantially expansion tank adiabatic, at least one piston machine with a piston, by means of which energy from the working fluid can be converted into mechanical energy and having at least one cylinder chamber delimited by the piston, which during the operation of the fluid machine it is connected in fluid communication, alternatively, with the evaporator, whereby the cylinder chamber is made larger by the displacement of the piston, and with the expansion tank, whereby the cylinder chamber is made smaller by the displacement of the piston, a storage tank, which is connected in fluid communication with the evaporator and with the expansion tank, and a conveyor, which is configured to transport the working fluid, both in its gaseous state and in its liquid state, from the expansion tank to the storage tank, where the expansion tank is sized in comparison to the cylinder chamber such that the working fluid can be condensed by the expansion of the gaseous fluid in the expansion tank, and in the storage tank the working fluid is present both in its gaseous state and in its liquid state, so that the working fluid, in the If it does not condense in the expansion tank, it can condense in the storage tank, and the working fluid can be transported in its liquid state to the evaporator.
[0008] La invención se basa en el hallazgo de que si el tanque de expansión está dimensionado lo suficientemente grande en comparación con el máximo tamaño de la cámara de cilindro, puede producirse una condensación del fluido de trabajo solo por el frío que se produce como resultado de su expansión por el efecto Joule-Thomson. Por lo tanto, ventajosamente, no es necesario prever una eliminación del calor de la máquina de fluido, por lo que la máquina de fluido mejora y la eficiencia de la máquina de fluido es alta. Debido a que el tanque de expansión es grande en comparación con la cámara de cilindro, el fluido de trabajo ejerce además una gran fuerza de tracción sobre el émbolo durante su expansión desde la cámara de cilindro hacia el tanque de expansión, por lo que la eficiencia de la máquina de fluido se incrementa aún más. Al ser el tanque de expansión esencialmente adiabático, se impide ventajosamente que el calor del ambiente pueda causar la reevaporación del fluido de trabajo condensado en el tanque de expansión o que el calor pueda escapar del tanque de expansión. En caso de que la condensación del fluido de trabajo no tenga lugar o solo parcialmente en el tanque de expansión, por ejemplo si, al comienzo del funcionamiento de la máquina de fluido, las paredes del tanque de expansión tienen una temperatura superior a la temperatura de evaporación del fluido de trabajo, están previstos el equipo transportador, que puede transportar el fluido de trabajo tanto gaseoso como líquido, y el tanque de almacenamiento, que presenta el fluido de trabajo tanto líquido como gaseoso, para condensar el fluido de trabajo. El equipo transportador causa además un aumento de la presión del fluido de trabajo desde el tanque de expansión hacia el tanque de almacenamiento.[0008] The invention is based on the finding that if the expansion tank is sized large enough compared to the maximum size of the cylinder chamber, condensation of the working fluid can be produced only by the cold that occurs as result of its expansion by the Joule-Thomson effect. Therefore, advantageously, it is not necessary to provide for a heat removal from the fluid machine, whereby the fluid machine improves and the efficiency of the fluid machine is high. Because the expansion tank is large compared to the cylinder chamber, the working fluid also exerts a large tensile force on the piston during its expansion from the cylinder chamber to the expansion tank, so that the efficiency of the fluid machine is further increased. As the expansion tank is essentially adiabatic, it is advantageously prevented that ambient heat can cause the re-evaporation of condensed working fluid in the expansion tank or that heat can escape from the expansion tank. In case the condensation of the working fluid does not take place or only partially in the expansion tank, for example if, at the beginning of the operation of the fluid machine, the walls of the expansion tank have a temperature higher than the temperature of evaporation of the working fluid, the conveyor equipment is provided, which can transport the working fluid both gaseous and liquid, and the storage tank, which presents the working fluid both liquid and gaseous, to condense the working fluid. The conveyor equipment also causes an increase in the pressure of the working fluid from the expansion tank to the storage tank.
[0009] Al disponer de un tanque de almacenamiento, tampoco es necesario que el equipo transportador transporte continuamente el fluido de trabajo durante el funcionamiento de la máquina de fluido. Por ejemplo, la máquina de fluido puede estar configurada de tal manera que el equipo transportador transporte el fluido de trabajo solo cuando se exceda un nivel del fluido de trabajo líquido en el tanque de expansión y/o cuando no se alcance un nivel del fluido de trabajo líquido en el tanque de almacenamiento. Debido a que el equipo transportador no tiene que transportar continuamente el fluido de trabajo, la vida útil del equipo transportador es ventajosamente larga y su consumo de energía es bajo, por lo que la eficiencia de la máquina de fluido es alta.[0009] By having a storage tank, it is also not necessary for the conveyor to continuously transport the working fluid during the operation of the fluid machine. For example, the machine fluid can be configured in such a way that the conveyor equipment transports the working fluid only when a level of liquid working fluid is exceeded in the expansion tank and / or when a level of liquid working fluid is not reached in the storage tank storage. Because the transport equipment does not have to continuously transport the working fluid, the service life of the transport equipment is advantageously long and its energy consumption is low, so that the efficiency of the fluid machine is high.
[0010] Es preferible que la máquina de émbolo presente un primer sensor de posición, que está configurado para detectar una primera posición final del émbolo, y un segundo sensor de posición, que está configurado para detectar una segunda posición final del émbolo, en donde la máquina de fluido está configurada para conectar, al alcanzarse la primera posición final, la primera cámara de cilindro en comunicación de fluido con el evaporador y conectarla, al alcanzarse la segunda posición final, en comunicación de fluido con el tanque de expansión. Además, la máquina de fluido está configurada de tal manera que, durante el funcionamiento de la máquina de fluido, al mismo tiempo, al alcanzarse la primera posición final se interrumpe la conexión en comunicación de fluido de la primera cámara de cilindro con el recipiente de expansión y al alcanzarse la segunda posición final se interrumpe la conexión en comunicación de fluido de la primera cámara de cilindro con el evaporador. En la primera posición final, la primera cámara de cilindro tiene su tamaño mínimo y, en la segunda posición final, la primera cámara de cilindro tiene su tamaño máximo.[0010] It is preferable that the plunger machine has a first position sensor, which is configured to detect a first end position of the plunger, and a second position sensor, which is configured to detect a second end position of the plunger, where The fluid machine is configured to connect, when the first final position is reached, the first cylinder chamber in fluid communication with the evaporator and connect it, when the second final position is reached, in fluid communication with the expansion tank. In addition, the fluid machine is configured in such a way that, during the operation of the fluid machine, at the same time, when the first final position is reached, the fluid communication connection of the first cylinder chamber with the container of fluid is interrupted. expansion and upon reaching the second final position the connection in fluid communication of the first cylinder chamber with the evaporator is interrupted. In the first final position, the first cylinder chamber has its minimum size and, in the second final position, the first cylinder chamber has its maximum size.
[0011] Es preferible que la máquina de émbolo presente una segunda cámara de cilindro delimitada por el émbolo, que durante el funcionamiento de la máquina de fluido está conectada en comunicación de fluido con el evaporador, cuando la primera cámara de cilindro está conectada en comunicación de fluido con el tanque de expansión, y está conectada en comunicación de fluido con el tanque de expansión, cuando la primera cámara de cilindro está conectada en comunicación de fluido con el evaporador. Además, la máquina de fluido está configurada de tal manera que, durante su funcionamiento, se interrumpe la conexión en comunicación de fluido de la respectiva cámara de cilindro con el recipiente de expansión, cuando la respectiva cámara del cilindro está conectada en comunicación de fluido con el evaporador, y se interrumpe la conexión en comunicación de fluido de la respectiva cámara de cilindro con el evaporador, cuando la respectiva cámara de cilindro está conectada en comunicación de fluido con el recipiente de expansión. Debido a que la máquina de émbolo presenta dos cámaras de cilindro, que están mutuamente conectadas con el evaporador y con el recipiente de expansión, es posible, ventajosamente, una potencia de la máquina de émbolo mayor que cuando presenta solo una cámara de cilindro. Además, ventajosamente es posible, debido a ello, un funcionamiento continuo de la máquina de fluido, en particular del evaporador. Además, sobre el émbolo actúan al mismo tiempo la fuerza de tracción particularmente grande debido a la expansión en el tanque de expansión y la fuerza de compresión debido al flujo del fluido de trabajo procedente del evaporador.[0011] It is preferable that the piston machine has a second cylinder chamber delimited by the piston, which during the operation of the fluid machine is connected in fluid communication with the evaporator, when the first cylinder chamber is connected in communication of fluid with the expansion tank, and is connected in fluid communication with the expansion tank, when the first cylinder chamber is connected in fluid communication with the evaporator. In addition, the fluid machine is configured such that, during operation, the connection in fluid communication of the respective cylinder chamber with the expansion vessel is interrupted, when the respective cylinder chamber is connected in fluid communication with the evaporator, and the connection in fluid communication of the respective cylinder chamber with the evaporator is interrupted, when the respective cylinder chamber is connected in fluid communication with the expansion vessel. Because the piston machine has two cylinder chambers, which are mutually connected to the evaporator and to the expansion vessel, it is possible, advantageously, a power of the piston machine greater than when it has only one cylinder chamber. Furthermore, it is advantageously possible, because of this, a continuous operation of the fluid machine, in particular the evaporator. In addition, the particularly large tensile force acts on the piston at the same time due to the expansion in the expansion tank and the compression force due to the flow of the working fluid from the evaporator.
[0012] Es preferible que la máquina de émbolo presente un primer sensor de posición, que está configurado para detectar una primera posición final del émbolo, y un segundo sensor de posición, que está configurado para detectar una segunda posición final del émbolo, en donde la máquina de fluido está configurada para conectar, al alcanzarse la primera posición final, la primera cámara de cilindro en comunicación de fluido con el evaporador y la segunda cámara de cilindro en comunicación de fluido con el tanque de expansión y para conectar, al alcanzarse la segunda posición final, la primera cámara de cilindro en comunicación de fluido con el tanque de expansión y la segunda cámara de cilindro en comunicación de fluido con el evaporador.[0012] It is preferable that the plunger machine has a first position sensor, which is configured to detect a first end position of the plunger, and a second position sensor, which is configured to detect a second end position of the plunger, where The fluid machine is configured to connect, when the first final position is reached, the first cylinder chamber in fluid communication with the evaporator and the second cylinder chamber in fluid communication with the expansion tank and to connect, upon reaching the second final position, the first cylinder chamber in fluid communication with the expansion tank and the second cylinder chamber in fluid communication with the evaporator.
[0013] La máquina de fluido presenta preferentemente dos de las máquinas de émbolo y está configurada para hacer funcionar el ciclo de émbolo de la segunda máquina de émbolo desfasado sustancialmente un cuarto del período del ciclo de émbolo con respecto al ciclo de émbolo de la primera máquina de émbolo. Cuando una de las cámaras de cilindro está conectada en comunicación de fluido con el tanque de expansión, se obtiene como resultado una disminución sustancialmente exponencial con el tiempo del flujo másico del fluido de trabajo de la cámara de cilindro al tanque de expansión. A este respecto, el flujo másico es el máximo al comienzo de la conexión en comunicación de fluido. Debido al funcionamiento desfasado de los dos ciclos de émbolo, se impide ventajosamente que el flujo másico máximo procedente de las dos máquinas de émbolo no ocurra al mismo tiempo. Debido a ello, el tanque de expansión tampoco es solicitado al mismo tiempo con el flujo másico máximo, por lo que la expansión del fluido de trabajo está asociada con una gran caída de presión y, por lo tanto, ventajosamente, la eficiencia de la máquina de fluido es alta. Otra ventaja es que, al alcanzarse una de las posiciones finales de una de las dos máquinas de émbolo, se mantiene un flujo másico del fluido de trabajo en la máquina de fluido mediante la otra de las dos máquinas de émbolo, por lo que se consigue un funcionamiento continuo de la máquina de fluido.[0013] The fluid machine preferably has two of the piston machines and is configured to operate the piston cycle of the second piston machine substantially offset one quarter of the piston cycle period with respect to the piston cycle of the first piston machine When one of the cylinder chambers is connected in fluid communication with the expansion tank, a substantially exponential decrease with the time of the mass flow of the working fluid from the cylinder chamber to the expansion tank is obtained. In this respect, the mass flow is the maximum at the beginning of the fluid communication connection. Due to the outdated operation of the two piston cycles, it is advantageously prevented that the maximum mass flow from the two piston machines does not occur at the same time. Because of this, the expansion tank is not requested at the same time with the maximum mass flow, so the expansion of the working fluid is associated with a large pressure drop and, therefore, advantageously, the efficiency of the machine of fluid is high. Another advantage is that, when one of the final positions of one of the two piston machines is reached, a mass flow of the working fluid in the fluid machine is maintained by the other of the two piston machines, whereby continuous operation of the fluid machine.
[0014] Es preferible que el evaporador esté configurado para funcionar en un intervalo de temperatura para evaporar el fluido de trabajo, en donde el intervalo de temperatura va de una temperatura T1 , que corresponde a la temperatura de evaporación del fluido de trabajo, hasta una temperatura T1+10 °C, en particular hasta una temperatura T1+5 0C. De este modo se impide un sobrecalentamiento del fluido de trabajo en su estado gaseoso, lo que hace que la probabilidad de que el fluido de trabajo se condense únicamente por su expansión en el vaso de expansión sea alta. De este modo, la proporción de fluido de trabajo que debe ser condensado por el equipo transportador es baja, por lo que la eficiencia de la máquina de fluido es alta.[0014] It is preferable that the evaporator is configured to operate in a temperature range to evaporate the working fluid, wherein the temperature range ranges from a temperature T1, which corresponds to the evaporation temperature of the working fluid, up to a temperature T1 + 10 ° C, in particular up to a temperature T1 + 5 0C. This prevents overheating of the working fluid in its gaseous state, which makes the probability that the working fluid is condensed solely by its expansion in the expansion vessel is high. Thus, the proportion of working fluid that must be condensed by the conveyor is low, so the efficiency of the fluid machine is high.
[0015] Es preferible que la máquina de fluido presente un intercambiador de frío, por medio del cual puede transferirse calor al fluido de trabajo aguas abajo del tanque de expansión y aguas arriba del tanque de almacenamiento. Debido a ello, el equipo transportador consume menos energía, por lo que la eficiencia de la máquina de fluido es alta. Además, la máquina de fluido, además de la energía mecánica, también puede generar frío que puede aprovecharse. Preferentemente, está prevista en este caso una regulación de temperatura, que regula el aporte de calor al fluido de trabajo de tal manera que el fluido de trabajo en el intercambiador de frío tenga una temperatura inferior a la temperatura de evaporación del fluido de trabajo, de modo que no se produzca una evaporación del fluido de trabajo líquido. Con este fin puede estar previsto, por ejemplo, un medidor de presión del intercambiador de frío que mide la presión del fluido de trabajo en el intercambiador de frío. A partir de la presión del fluido de trabajo se puede determinar su temperatura de evaporación.[0015] It is preferable that the fluid machine has a cold exchanger, by means of which it can Heat is transferred to the working fluid downstream of the expansion tank and upstream of the storage tank. Because of this, the conveyor consumes less energy, so the efficiency of the fluid machine is high. In addition, the fluid machine, in addition to mechanical energy, can also generate cold that can be used. Preferably, in this case a temperature regulation is provided, which regulates the heat input to the working fluid such that the working fluid in the cold exchanger has a temperature lower than the evaporating temperature of the working fluid, of so that there is no evaporation of the liquid working fluid. For this purpose, for example, a pressure gauge of the cold exchanger which measures the pressure of the working fluid in the cold exchanger can be provided. From the pressure of the working fluid its evaporation temperature can be determined.
[0016] Preferentemente, el evaporador presenta un espacio hueco y una boquilla, por medio de la cual se puede pulverizar el fluido de trabajo líquido a la cavidad. Debido a ello, ventajosamente no pueden producirse retardos en la ebullición durante la evaporación del fluido de trabajo, por lo que se asegura un funcionamiento uniforme de la máquina de fluido. Además, puede producirse ventajosamente una rápida evaporación del fluido de trabajo. La rápida evaporación se puede acelerar aún más si la orientación de la boquilla y el ángulo de apertura del fluido de trabajo que sale de la boquilla se seleccionan de tal manera que una posible gran proporción del fluido de trabajo alcance una pared del evaporador, a través de la cual llega al evaporador el calor para evaporar el fluido de trabajo.[0016] Preferably, the evaporator has a hollow space and a nozzle, by means of which the liquid working fluid can be sprayed into the cavity. As a result, boiling delays cannot advantageously occur during evaporation of the working fluid, so that a uniform operation of the fluid machine is ensured. In addition, rapid evaporation of the working fluid can advantageously occur. Rapid evaporation can be further accelerated if the orientation of the nozzle and the opening angle of the working fluid exiting the nozzle are selected such that a possible large proportion of the working fluid reaches an evaporator wall, through from which the heat reaches the evaporator to evaporate the working fluid.
[0017] Es preferible que la máquina de fluido presente un sensor de presión, configurado para medir la presión del fluido de trabajo aguas abajo del evaporador y aguas arriba de la máquina de émbolo, y una válvula de regulación, configurada para regular el flujo másico del fluido de trabajo que entra en el evaporador de tal modo que la presión medida por el sensor de presión se sitúe en un intervalo de presión teórico. Al aumentar el intervalo de presión teórico se puede aumentar el trabajo mecánico que ha de emitir la máquina de émbolo, y al disminuir el intervalo de presión teórico se puede disminuir el trabajo mecánico que ha de emitir la máquina de émbolo. Esto constituye una regulación particularmente sencilla de la energía mecánica que ha de emitir la máquina de fluido. Por ejemplo, la válvula de regulación puede estar configurada de tal manera que la válvula de regulación presente un grado de apertura variable para el fluido de trabajo y el flujo másico se regule con el grado de apertura. Alternativamente, la válvula de regulación puede estar configurada para alternar entre una posición abierta, en la que el fluido de trabajo puede pasar por la válvula de regulación, y una posición cerrada, en la que el fluido de trabajo no puede pasar por la válvula de regulación, y, durante los periodos en la posición abierta y la posición cerrada, regular el flujo másico. Preferentemente, el extremo superior del intervalo de presión teórico es inferior a 30 bar, de manera especialmente preferente inferior a 20 bar. Esto hace que, por ejemplo, se pueda utilizar un plástico reforzado con fibra para la máquina de émbolo y/o el tanque de expansión, que es ventajosamente más ligero que un metal. Por ejemplo, si se utiliza dióxido de carbono para el fluido de trabajo, con el límite superior de 30 bar puede producirse una evaporación del fluido de trabajo a una temperatura de hasta -5 0C, con un límite superior de 20 bar puede producirse una evaporación del fluido de trabajo hasta a -15 0C.[0017] It is preferable that the fluid machine has a pressure sensor, configured to measure the pressure of the working fluid downstream of the evaporator and upstream of the plunger machine, and a regulating valve, configured to regulate the mass flow of the working fluid entering the evaporator so that the pressure measured by the pressure sensor is in a theoretical pressure range. By increasing the theoretical pressure range, the mechanical work to be emitted by the plunger machine can be increased, and by decreasing the theoretical pressure range, the mechanical work to be emitted by the plunger machine can be decreased. This constitutes a particularly simple regulation of the mechanical energy to be emitted by the fluid machine. For example, the regulating valve can be configured in such a way that the regulating valve has a variable opening degree for the working fluid and the mass flow is regulated with the opening degree. Alternatively, the regulating valve may be configured to alternate between an open position, in which the working fluid can pass through the regulating valve, and a closed position, in which the working fluid cannot pass through the control valve. regulation, and, during periods in the open position and the closed position, regulate the mass flow. Preferably, the upper end of the theoretical pressure range is less than 30 bar, especially preferably less than 20 bar. This makes it possible, for example, to use a fiber reinforced plastic for the plunger machine and / or the expansion tank, which is advantageously lighter than a metal. For example, if carbon dioxide is used for the working fluid, with the upper limit of 30 bar an evaporation of the working fluid can occur at a temperature of up to -5 0C, with an upper limit of 20 bar an evaporation can occur of working fluid up to -15 0C.
[0018] El evaporador está configurado, preferentemente, para funcionar en un intervalo de temperatura elegido en función del intervalo de presión teórico para evaporar el fluido de trabajo, en donde el intervalo de temperatura va de una temperatura T1, que corresponde a la temperatura de evaporación del fluido de trabajo en el extremo superior del intervalo de presión teórico, hasta una temperatura T1+10 0C, en particular hasta una temperatura T1+5 0C. De este modo se impide un sobrecalentamiento del fluido de trabajo en su estado gaseoso, lo que hace que la probabilidad de que el fluido de trabajo se condense únicamente por su expansión en el vaso de expansión sea alta. De este modo, la proporción de fluido de trabajo que debe ser condensado por el equipo transportador es baja, por lo que la eficiencia de la máquina de fluido es alta.[0018] The evaporator is preferably configured to operate in a temperature range chosen according to the theoretical pressure range to evaporate the working fluid, wherein the temperature range ranges from a temperature T1, which corresponds to the temperature of evaporation of the working fluid at the upper end of the theoretical pressure range, up to a temperature T1 + 10 0C, in particular up to a temperature T1 + 5 0C. This prevents overheating of the working fluid in its gaseous state, which makes the probability that the working fluid is condensed solely by its expansion in the expansion vessel is high. Thus, the proportion of working fluid that must be condensed by the conveyor is low, so the efficiency of the fluid machine is high.
[0019] Es preferible que el fluido de trabajo sea dióxido de carbono, propano, butano, R134a y/o C5F12. Una evaporación de estos fluidos de trabajo puede tener lugar ventajosamente ya a temperatura ambiente, incluso en invierno a bajas temperaturas por debajo de cero. Esto significa que basta con eliminar el calor del ambiente para lograr la evaporación del fluido de trabajo. Debido a ello, ventajosamente no es necesario quemar fuentes de energía fósil para el funcionamiento de la máquina de fluido, lo que hace que la máquina de fluido tenga un buen balance de CO2. Con la energía mecánica generada por la máquina de fluido puede impulsarse, por ejemplo, un generador, que genera energía eléctrica, por medio del cual se impulsa entonces el equipo transportador. En este caso, la máquina de fluido no emitiría nada de CO2 en absoluto. Se prefiere especialmente dióxido de carbono. El dióxido de carbono es ventajosamente no tóxico, no inflamable y tiene además propiedades termodinámicas particularmente buenas para la máquina de fluido, tales como, por ejemplo, una entalpía de evaporación baja. La baja entalpía de evaporación conduce ventajosamente a una alta eficiencia de la máquina de fluido.[0019] It is preferable that the working fluid is carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C5F12. An evaporation of these working fluids can take place advantageously already at room temperature, even in winter at low temperatures below zero. This means that it is enough to remove heat from the environment to achieve evaporation of the working fluid. Because of this, it is advantageously not necessary to burn fossil energy sources for the operation of the fluid machine, which makes the fluid machine have a good CO2 balance. With the mechanical energy generated by the fluid machine, for example, a generator can be driven, which generates electrical energy, by means of which the conveyor equipment is then driven. In this case, the fluid machine would not emit any CO2 at all. Carbon dioxide is especially preferred. The carbon dioxide is advantageously non-toxic, non-flammable and also has particularly good thermodynamic properties for the fluid machine, such as, for example, a low evaporation enthalpy. The low enthalpy of evaporation advantageously leads to high efficiency of the fluid machine.
[0020] El volumen disponible para el fluido de trabajo en el tanque de expansión, de acuerdo con la invención, es al menos 7 veces el volumen máximo de la primera cámara de cilindro. Esto asegura ventajosamente que el fluido de trabajo pueda condensarse debido a su expansión. El volumen disponible para el fluido de trabajo en el tanque de expansión es preferentemente al menos 10 veces el volumen máximo de la primera cámara de cilindro.[0020] The volume available for the working fluid in the expansion tank, according to the invention, is at least 7 times the maximum volume of the first cylinder chamber. This advantageously ensures that the working fluid can condense due to its expansion. The volume available for the working fluid in the expansion tank is preferably at least 10 times the maximum volume of the first cylinder chamber.
[0021] Es preferible que el equipo transportador sea una bomba de membrana y/o una bomba de émbolo. La bomba de membrana es ventajosamente silenciosa, fácil de construir y de bajo coste de mantenimiento. La bomba de émbolo tiene a este respecto un menor coste de adquisición que la bomba de membrana. [0021] It is preferable that the conveyor is a membrane pump and / or a plunger pump. The membrane pump is advantageously silent, easy to build and low maintenance cost. In this respect, the piston pump has a lower acquisition cost than the membrane pump.
[0022] Es preferible que la máquina de émbolo presente un cilindro hidráulico con un émbolo hidráulico, que puede ser impulsado por el émbolo, en donde el cilindro hidráulico presenta una primera cámara de cilindro hidráulico limitada por el émbolo hidráulico, que está llena de un fluido de trabajo adicional, en donde, con el fluido de trabajo adicional se puede impulsar un motor hidráulico y/o en donde la máquina de fluido presenta una bomba de calor y el fluido de trabajo adicional es el fluido de trabajo de la bomba de calor, por lo que el cilindro hidráulico es un compresor de la bomba de calor, y/o en donde el fluido de trabajo adicional es un gas de proceso y la máquina de fluido está configurada para comprimir el gas de proceso para un proceso.[0022] It is preferable that the piston machine has a hydraulic cylinder with a hydraulic piston, which can be driven by the piston, wherein the hydraulic cylinder has a first hydraulic cylinder chamber limited by the hydraulic piston, which is filled with a additional working fluid, where, with the additional working fluid, a hydraulic motor can be driven and / or where the fluid machine has a heat pump and the additional working fluid is the working fluid of the heat pump , so that the hydraulic cylinder is a heat pump compressor, and / or where the additional working fluid is a process gas and the fluid machine is configured to compress the process gas for a process.
[0023] En caso de que pueda impulsarse un motor hidráulico, el fluido de trabajo adicional es cualquier líquido hidráulico. El líquido hidráulico puede presentar, por ejemplo, un aceite mineral. Es concebible que el émbolo hidráulico tenga una sección transversal más pequeña que la sección transversal del émbolo, de manera que el fluido de trabajo adicional tenga una presión más alta que el fluido de trabajo durante el funcionamiento de la máquina de fluido. Por ejemplo, la relación de las secciones transversales puede seleccionarse de manera que se pueda generar una presión del fluido de trabajo adicional de más de 100 bar. La máquina de fluido puede presentar el motor hidráulico. El motor hidráulico se puede utilizar para reemplazar motores de gasolina y motores diésel. Por ejemplo, con el motor hidráulico se puede accionar una propulsión del vehículo, una propulsión marina y/o un generador. Con el generador se puede generar electricidad. El generador puede estar conectado eléctricamente a una red eléctrica para suministrar energía y/o estar conectado eléctricamente al equipo transportador para impulsar el equipo transportador. En caso de que la máquina de fluido tenga dos de las máquinas de émbolo y esté configurada para hacer funcionar el ciclo de émbolo de la segunda máquina de émbolo desfasado sustancialmente un cuarto del período del ciclo de émbolo con respecto al ciclo de émbolo de la primera máquina de émbolo, se impide ventajosamente una caída de la presión del líquido hidráulico al alcanzarse una de las posiciones finales de los émbolos, porque se mantiene la presión del otro émbolo hidráulico respectivo.[0023] In the event that a hydraulic motor can be driven, the additional working fluid is any hydraulic fluid. The hydraulic fluid may have, for example, a mineral oil. It is conceivable that the hydraulic piston has a smaller cross section than the cross section of the piston, so that the additional working fluid has a higher pressure than the working fluid during the operation of the fluid machine. For example, the ratio of the cross sections can be selected so that an additional working fluid pressure of more than 100 bar can be generated. The fluid machine can present the hydraulic motor. The hydraulic motor can be used to replace gasoline engines and diesel engines. For example, a vehicle propulsion, a marine propulsion and / or a generator can be driven with the hydraulic motor. With the generator you can generate electricity. The generator may be electrically connected to an electrical network to supply power and / or be electrically connected to the conveyor to drive the conveyor. In case the fluid machine has two of the piston machines and is configured to operate the piston cycle of the second piston machine substantially offset one quarter of the piston cycle period with respect to the piston cycle of the first piston machine, a drop in the pressure of the hydraulic fluid is advantageously prevented when one of the end positions of the pistons is reached, because the pressure of the other respective hydraulic piston is maintained.
[0024] En caso de que el cilindro hidráulico sea el compresor de la bomba de calor, el fluido de trabajo adicional también puede ser dióxido de carbono, propano, butano, R134a y/o C5F12. La bomba de calor se puede utilizar para enfriar y/o para calentar. En caso de que el calor liberado por la bomba de calor no se utilice completamente para calentar, la máquina de fluido puede estar configurada de tal manera que el calor liberado por la bomba de calor pueda suministrarse al menos parcialmente al evaporador. Debido a ello, la eficiencia de la máquina de fluido se incrementa en su funcionamiento. De nuevo es concebible en este caso que el émbolo hidráulico tenga una sección transversal menor que la del émbolo, de modo que en la bomba de calor se puede generar una presión del fluido de trabajo adicional superior a la presión del fluido de trabajo. Por ejemplo, la relación de las secciones transversales puede seleccionarse de manera que se pueda generar una presión del fluido de trabajo adicional de más de 50 bar.[0024] In case the hydraulic cylinder is the heat pump compressor, the additional working fluid can also be carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C5F12. The heat pump can be used to cool and / or to heat. In case the heat released by the heat pump is not completely used for heating, the fluid machine may be configured such that the heat released by the heat pump can be supplied at least partially to the evaporator. Due to this, the efficiency of the fluid machine is increased in its operation. Again, it is conceivable in this case that the hydraulic piston has a smaller cross section than that of the piston, so that an additional working fluid pressure greater than the working fluid pressure can be generated in the heat pump. For example, the ratio of the cross sections can be selected so that an additional working fluid pressure of more than 50 bar can be generated.
[0025] En caso de que el fluido de trabajo adicional sea un gas de proceso, el gas de proceso puede ser, por ejemplo, aire, el cual es compresible por medio de la máquina de fluido dando lugar a aire comprimido. La máquina de fluido puede estar configurada de tal manera que el calor liberado durante la compresión se suministre al menos parcialmente al evaporador.[0025] In case the additional working fluid is a process gas, the process gas can be, for example, air, which is compressible by means of the fluid machine giving rise to compressed air. The fluid machine may be configured such that the heat released during compression is at least partially supplied to the evaporator.
[0026] Es preferible que el motor hidráulico tenga una entrada y una salida para el fluido de trabajo adicional y que el cilindro hidráulico tenga un segundo cilindro hidráulico delimitado por el émbolo hidráulico. en donde la máquina de fluido está configurada, con el fin de impulsar el motor hidráulico, para conectar en comunicación de fluido la primera cámara de cilindro hidráulico alternativamente con la entrada y con la salida y para conectar la segunda cámara de cilindro hidráulico en comunicación de fluido con la salida, cuando la primera cámara de cilindro hidráulico está conectado con la entrada, así como conectarla en comunicación de fluido con la entrada, cuando la primera cámara de cilindro hidráulico está conectado con la salida. Debido a ello se puede lograr ventajosamente con el cilindro hidráulico una mayor potencia que en el caso de un cilindro hidráulico que tenga una sola cámara de cilindro hidráulico.[0026] It is preferable that the hydraulic motor has an inlet and an outlet for the additional working fluid and that the hydraulic cylinder has a second hydraulic cylinder delimited by the hydraulic piston. wherein the fluid machine is configured, in order to drive the hydraulic motor, to connect the first hydraulic cylinder chamber in fluid communication alternately with the inlet and the outlet and to connect the second hydraulic cylinder chamber in communication of fluid with the outlet, when the first hydraulic cylinder chamber is connected to the inlet, as well as connect it in fluid communication with the inlet, when the first hydraulic cylinder chamber is connected to the outlet. As a result, greater power can be advantageously achieved with the hydraulic cylinder than in the case of a hydraulic cylinder having a single hydraulic cylinder chamber.
[0027] El émbolo y el émbolo hidráulico tienen preferiblemente un vástago de émbolo común. Debido a ello se consigue ventajosamente una construcción compacta de la máquina de émbolo.[0027] The piston and hydraulic piston preferably have a common piston rod. Because of this, a compact construction of the piston machine is advantageously achieved.
[0028] A continuación, se explicarán dos formas de realización preferidas de la máquina de fluido de acuerdo con la invención haciendo referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos. Muestran:[0028] Next, two preferred embodiments of the fluid machine according to the invention will be explained with reference to the accompanying schematic drawings. They show:
la figura 1 una primera forma de realización yFigure 1 a first embodiment and
la figura 2 una segunda forma de realización.Figure 2 a second embodiment.
[0029] Como puede verse a partir de las figuras 1 y 2, una máquina de fluido 1 de acuerdo con la primera y la segunda forma de realización presenta un circuito de fluido 3, por el que puede circular un fluido de trabajo. El fluido de trabajo puede ser dióxido de carbono, propano, butano, R134a y/o C5F12.[0029] As can be seen from Figures 1 and 2, a fluid machine 1 according to the first and second embodiments has a fluid circuit 3, through which a working fluid can circulate. The working fluid can be carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C5F12.
[0030] El circuito de fluido 3 presenta un evaporador 10, en el que el fluido de trabajo se puede transformar de su estado líquido a su estado gaseoso con el aporte de calor. Además, el circuito de fluido 3 presenta un tanque de expansión 6 sustancialmente adiabático. Además, el circuito de fluido 3 presenta una primera máquina de émbolo 84 con un primer émbolo 14 y una segunda máquina de émbolo 85 con un segundo émbolo 15, en donde la primera máquina de émbolo 84 y la segunda máquina de émbolo 85 son sustancialmente idénticos en su construcción.[0030] The fluid circuit 3 has an evaporator 10, in which the working fluid can be transformed from its liquid state to its gaseous state with the heat input. In addition, the fluid circuit 3 has a substantially adiabatic expansion tank 6. In addition, the fluid circuit 3 has a first piston machine 84 with a first plunger 14 and a second plunger machine 85 with a second plunger 15, wherein the first plunger machine 84 and the second plunger machine 85 are substantially identical in construction.
[0031] La primera máquina de émbolo 84 presenta una primera cámara de cilindro 37 delimitada por el émbolo 14 y una segunda cámara de cilindro 38 delimitada por el émbolo 14. La segunda máquina de émbolo 85 tiene una primera cámara de cilindro 39 delimitada por el émbolo 15 y una segunda cámara de cilindro 40 delimitada por el émbolo 15. Cada una de las cámaras de cilindro 37 a 40 está conectada, durante el funcionamiento de la máquina de fluido 1, alternativamente en comunicación de fluido con el evaporador 10, por lo que las respectivas cámaras de cilindro 37 a 40 se hacen más grande por el desplazamiento de los émbolos 14, 15 asociados, y con el tanque de expansión 6, por lo que las respectivas cámaras de cilindro 37 a 40 se hacen más pequeña por el desplazamiento de los émbolos 14, 15 asociados. Las segundas cámaras de cilindro 38, 40 están conectadas, durante el funcionamiento de la máquina de fluido 1, en comunicación de fluido con el evaporador 10, cuando las primeras cámaras de cilindro 37, 39 pertenecientes a la misma máquina de émbolo 84, 85 están conectadas en comunicación de fluido con el tanque de expansión 6, y están conectadas en comunicación de fluido con el tanque de expansión 6, cuando las primeras cámaras de cilindro 37, 39 pertenecientes a la misma máquina de émbolo 84, 85 están conectadas en comunicación de fluido con el evaporador 10.[0031] The first piston machine 84 has a first cylinder chamber 37 delimited by the plunger 14 and a second cylinder chamber 38 delimited by the plunger 14. The second piston machine 85 has a first cylinder chamber 39 delimited by the piston 15 and a second cylinder chamber 40 delimited by piston 15. Each of the cylinder chambers 37 to 40 is connected, during operation of the fluid machine 1, alternatively in fluid communication with the evaporator 10, so that the respective cylinder chambers 37 to 40 are made larger by the displacement of the associated pistons 14, 15, and with the expansion tank 6, whereby the respective cylinder chambers 37 to 40 are made smaller by the displacement of the associated plungers 14, 15. The second cylinder chambers 38, 40 are connected, during operation of the fluid machine 1, in fluid communication with the evaporator 10, when the first cylinder chambers 37, 39 belonging to the same piston machine 84, 85 are connected in fluid communication with the expansion tank 6, and are connected in fluid communication with the expansion tank 6, when the first cylinder chambers 37, 39 belonging to the same piston machine 84, 85 are connected in communication of fluid with evaporator 10.
[0032] El circuito de fluido 3 presenta un tanque de almacenamiento 9, que está conectado en comunicación de fluido con el evaporador 10 y con el tanque de expansión 6, Además, el circuito de fluido 3 presenta un equipo transportador 8, que está configurado para transportar el fluido de trabajo, tanto en su estado gaseoso como en su estado líquido, desde el tanque de expansión 6 hasta el tanque de almacenamiento 9. El equipo transportador 8 puede ser, por ejemplo, una bomba de membrana y/o una bomba de émbolo.[0032] The fluid circuit 3 has a storage tank 9, which is connected in fluid communication with the evaporator 10 and with the expansion tank 6. In addition, the fluid circuit 3 has a conveyor 8, which is configured for transporting the working fluid, both in its gaseous state and in its liquid state, from the expansion tank 6 to the storage tank 9. The conveyor equipment 8 can be, for example, a membrane pump and / or a pump piston
[0033] El tanque de expansión 6 está dimensionado en comparación con las cámaras del cilindro 37, 39 de tal manera que el fluido de trabajo puede condensarse por la expansión del fluido gaseoso en el tanque de expansión 6. Con este fin, el volumen disponible para el fluido de trabajo en el tanque de expansión 6 es al menos 7 veces, en particular al menos 10 veces, el volumen máximo de la primera cámara del cilindro 37 de la primera máquina de émbolo 84 o de la primera cámara de cilindro 39 de la segunda máquina de émbolo 85.[0033] The expansion tank 6 is sized in comparison with the cylinder chambers 37, 39 such that the working fluid can be condensed by the expansion of the gaseous fluid in the expansion tank 6. For this purpose, the available volume for the working fluid in the expansion tank 6 it is at least 7 times, in particular at least 10 times, the maximum volume of the first cylinder chamber 37 of the first piston machine 84 or the first cylinder chamber 39 of the second plunger machine 85.
[0034] En el tanque de almacenamiento 7, el fluido de trabajo está presente tanto en su estado gaseoso como en su estado líquido, de modo que el fluido de trabajo, en el caso de que no se condense en el tanque de expansión 6, puede condensarse en el tanque de almacenamiento 9 y, en concreto, al ser transportado por el equipo transportador 8 al tanque de almacenamiento 9. El fluido de trabajo se puede transportar en su estado líquido desde el tanque de almacenamiento 9 al evaporador 10.[0034] In the storage tank 7, the working fluid is present both in its gaseous state and in its liquid state, so that the working fluid, in the event that it does not condense in the expansion tank 6, it can be condensed in the storage tank 9 and, in particular, when transported by the conveyor 8 to the storage tank 9. The working fluid can be transported in its liquid state from the storage tank 9 to the evaporator 10.
[0035] La primera máquina de émbolo 84 presenta un primer sensor de posición 57, que está configurado para detectar una primera posición final del émbolo 14, y un segundo sensor de posición 58, que está configurado para detectar una segunda posición final del émbolo 14. La segunda máquina de émbolo 85 presenta un primer sensor de posición 59, que está configurado para detectar una primera posición final del émbolo 15, y un segundo sensor de posición 60, que está configurado para detectar una segunda posición final del émbolo 15. La máquina de fluido 1 está configurada para conectar, al alcanzarse la primera posición final, las primeras cámaras de cilindro 37, 39 correspondientes en comunicación de fluido con el evaporador 10 y las segundas cámaras de cilindro 38, 40 correspondientes en comunicación de fluido con el tanque de expansión 6 y para conectar, al alcanzarse la segunda posición final, las primeras cámaras de cilindro 37, 39 correspondientes en comunicación de fluido con el tanque de expansión 6 y las segundas cámaras de cilindro 38, 40 correspondientes en comunicación de fluido con el evaporador 10.[0035] The first plunger machine 84 has a first position sensor 57, which is configured to detect a first end position of the plunger 14, and a second position sensor 58, which is configured to detect a second end position of the plunger 14 The second piston machine 85 has a first position sensor 59, which is configured to detect a first end position of the piston 15, and a second position sensor 60, which is configured to detect a second final position of the piston 15. The fluid machine 1 is configured to connect, when the first final position is reached, the corresponding first cylinder chambers 37, 39 in fluid communication with the evaporator 10 and the corresponding second cylinder chambers 38, 40 in fluid communication with the tank expansion 6 and to connect, when the second final position is reached, the first cylinder chambers 37, 39 corresponding in com fluid connection with the expansion tank 6 and the corresponding second cylinder chambers 38, 40 in fluid communication with the evaporator 10.
[0036] Con este fin, la máquina de fluido 1 presenta un primer elemento de conmutación de fluido 35 para la primera máquina de émbolo 84 y un segundo elemento de conmutación de fluido 36 para la segunda máquina de émbolo 85. La máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de cilindro de fluido 68, que conecta en comunicación de fluido la primera cámara del cilindro 37 de la primera máquina de émbolo 84 con el primer elemento de conmutación de fluido 35, y un segundo conducto de cilindro de fluido 69, que conecta en comunicación de fluido la segunda cámara de cilindro 38 de la primera máquina de émbolo 84 con el primer elemento de conmutación de fluido 35. La máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de cilindro de fluido 70, que conecta en comunicación de fluido la primera cámara de cilindro 39 de la segunda máquina de émbolo 85 con el segundo elemento de conmutación de fluido 36, y un segundo conducto de cilindro de fluido 71, que conecta en comunicación de fluido la segunda cámara de cilindro 40 de la segunda máquina de émbolo 85 con el segundo elemento de conmutación de fluido 36. La máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de suministro de cilindro de fluido 66, que conecta el evaporador 10 en comunicación de fluido con el primer elemento de conmutación de fluido 35, y un segundo conducto de suministro de cilindro de fluido 67, que conecta el evaporador 10 en comunicación de fluido con el segundo elemento de conmutación de fluido 36. Con este fin, los conductos de suministro de cilindro de fluido 66, 67 están conectados a un distribuidor de fluido 33, que está conectado por medio de un conducto 65 en comunicación de fluido con el evaporador 10. Finalmente, la máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de descarga de cilindro de fluido 72, que conecta el primer elemento de conmutación de fluido 35 en comunicación de fluido con el tanque de expansión 6, y un segundo conducto de descarga de cilindro de fluido 73, que conecta el segundo elemento de conmutación de fluido 36 en comunicación de fluido con el tanque de expansión 6. [0036] For this purpose, the fluid machine 1 has a first fluid switching element 35 for the first piston machine 84 and a second fluid switching element 36 for the second piston machine 85. The fluid machine 1 it has a first fluid cylinder conduit 68, which connects in fluid communication the first chamber of the cylinder 37 of the first piston machine 84 with the first fluid switching element 35, and a second fluid cylinder conduit 69, which connects in fluid communication the second cylinder chamber 38 of the first piston machine 84 with the first fluid switching element 35. The fluid machine 1 has a first fluid cylinder conduit 70, which connects in fluid communication the first cylinder chamber 39 of the second piston machine 85 with the second fluid switching element 36, and a second fluid cylinder conduit 71, which connects in communication With the second cylinder chamber 40 of the second piston machine 85 with the second fluid switching element 36. The fluid machine 1 has a first fluid cylinder supply conduit 66, which connects the evaporator 10 in communication of fluid with the first fluid switching element 35, and a second fluid cylinder supply conduit 67, which connects the evaporator 10 in fluid communication with the second fluid switching element 36. To this end, the flow ducts Fluid cylinder supply 66, 67 are connected to a fluid distributor 33, which is connected via a conduit 65 in fluid communication with the evaporator 10. Finally, the fluid machine 1 has a first cylinder discharge conduit of fluid 72, which connects the first fluid switching element 35 in fluid communication with the expansion tank 6, and a second cylinder discharge duct of f luido 73, which connects the second fluid switching element 36 in fluid communication with the expansion tank 6.
[0037] La máquina de fluido 1 está configurada para conectar en comunicación de fluido, por medio del primer elemento de conmutación 35, al alcanzarse la primera posición final del émbolo 14, el primer conducto de cilindro de fluido 68 con el primer conducto de suministro de cilindro de fluido 66 y el segundo conducto de cilindro de fluido 69 con el segundo conducto de descarga de cilindro de fluido 72 y, al alcanzarse la segunda posición final del émbolo 14, el primer conducto de cilindro de fluido 68 con el primer conducto de descarga de cilindro de fluido 72 y el segundo conducto de cilindro de fluido 69 con el primer conducto de suministro de cilindro de fluido 66. De manera similar, la máquina de fluido 1 está configurada para conectar en comunicación de fluido, por medio del segundo elemento de conmutación 36, al alcanzarse la primera posición final del émbolo 15, el primer conducto de cilindro de fluido 70 con el segundo conducto de suministro de cilindro de fluido 67 y el segundo conducto de cilindro de fluido 71 con el segundo conducto de descarga de cilindro de fluido 73 y, al alcanzarse la segunda posición final del émbolo 15, el primer conducto de cilindro de fluido 70 con el segundo conducto de descarga de cilindro de fluido 73 y el segundo conducto de cilindro de fluido 71 con el segundo conducto de suministro de cilindro de fluido 67.[0037] The fluid machine 1 is configured to connect in fluid communication, by means of the first switching element 35, upon reaching the first end position of the piston 14, the first fluid cylinder conduit 68 with the first supply conduit of fluid cylinder 66 and the second fluid cylinder conduit 69 with the second fluid cylinder discharge conduit 72 and, upon reaching the second end position of the plunger 14, the first fluid cylinder conduit 68 with the first fluid conduit discharge of fluid cylinder 72 and the second fluid cylinder conduit 69 with the first fluid cylinder supply conduit 66. Similarly, the fluid machine 1 is configured to connect in fluid communication, by means of the second element of switching 36, upon reaching the first end position of the piston 15, the first fluid cylinder conduit 70 with the second fluid cylinder supply conduit 67 and the second fluid cylinder conduit 71 with the second fluid cylinder discharge conduit 73 and, upon reaching the second end position of the piston 15, the first fluid cylinder conduit 70 with the second discharge cylinder conduit of fluid 73 and the second fluid cylinder conduit 71 with the second fluid cylinder supply conduit 67.
[0038] La máquina de fluido 1 está configurada para hacer funcionar el ciclo de émbolo de la segunda máquina de émbolo 85 desfasado sustancialmente un cuarto del período del ciclo de émbolo con respecto al ciclo de émbolo de la primera máquina de émbolo 84. Las figuras 1 y 2 muestran el caso en el que la segunda máquina de émbolo 85 adelanta a la primera máquina de émbolo 1.[0038] The fluid machine 1 is configured to operate the piston cycle of the second piston machine 85 substantially offset one quarter of the piston cycle period with respect to the piston cycle of the first piston machine 84. The figures 1 and 2 show the case in which the second piston machine 85 advances to the first piston machine 1.
[0039] Las figuras 1 y 2 muestran que la máquina de fluido 1 presenta un intercambiador de frío 7, por medio del cual puede transferirse calor al fluido de trabajo aguas abajo del tanque de expansión 6 y aguas arriba del tanque de almacenamiento 9. Con este fin, la máquina de fluido 1 presenta un conducto 61, que conecta el tanque de expansión 6 en comunicación de fluido con el intercambiador de frío 7. El conducto 61 puede estar conectado a un tubo de subida ubicado en el interior del tanque de expansión 6 o al extremo inferior del tanque de expansión 6, con el fin de conducir el fluido de trabajo en su estado líquido hasta el intercambiador de frío 7. El equipo transportador 8 está dispuesto aguas abajo del tanque de expansión 6 y aguas arriba del intercambiador de frío 7. Está prevista una válvula de retención 111 aguas abajo del equipo transportador 8 y aguas arriba del intercambiador de frío 7. Un conducto 62 conecta el equipo transportador 8 en comunicación de fluido con el recipiente de almacenamiento 9. El intercambiador de frío 7 presenta un circuito de refrigeración 23 para hacer circular un medio de refrigeración con una línea de entrada 24 del circuito de refrigeración y una línea de salida 25 del circuito de refrigeración. Durante el funcionamiento de la máquina de fluido 1, puede transferirse calor del medio de refrigeración al fluido de trabajo. El medio de refrigeración puede presentar, por ejemplo, agua o, cuando el medio de refrigeración debe llegar a temperaturas inferiores a 0 0C, por ejemplo, agua salada y/o anticongelante, como por ejemplo etanol. Sin embargo, también es concebible no disponer del intercambiador de frío 7 de acuerdo con la figura 1, para de este modo incrementar la eficiencia de la máquina de fluido 1.[0039] Figures 1 and 2 show that the fluid machine 1 has a cold exchanger 7, by means of which heat can be transferred to the working fluid downstream of the expansion tank 6 and upstream of the storage tank 9. With For this purpose, the fluid machine 1 has a conduit 61, which connects the expansion tank 6 in fluid communication with the cold exchanger 7. The conduit 61 can be connected to a riser located inside the expansion tank 6 or to the lower end of the expansion tank 6, in order to drive the working fluid in its liquid state to the cold exchanger 7. The conveyor equipment 8 is arranged downstream of the expansion tank 6 and upstream of the heat exchanger. cold 7. A check valve 111 is provided downstream of the conveyor 8 and upstream of the cold exchanger 7. A conduit 62 connects the conveyor 8 in communication of fluid with the storage vessel 9. The cold exchanger 7 has a cooling circuit 23 for circulating a cooling medium with an inlet line 24 of the refrigeration circuit and an outlet line 25 of the refrigeration circuit. During operation of the fluid machine 1, heat can be transferred from the cooling medium to the working fluid. The cooling medium may have, for example, water or, when the cooling medium must reach temperatures below 0 ° C, for example, salt water and / or antifreeze, such as ethanol. However, it is also conceivable not to have the cold exchanger 7 according to Figure 1, in order to increase the efficiency of the fluid machine 1.
[0040] La temperatura del medio de refrigeración se puede regular por medio de un controlador de tal manera que no tenga lugar la evaporación del fluido de trabajo en el intercambiador de frío 7. Con este fin puede estar previsto, por ejemplo, un medidor de presión del intercambiador de frío, configurado para medir la presión del fluido de trabajo en el intercambiador de frío. A partir de la presión del fluido de trabajo se puede determinar su temperatura de evaporación, de modo que la temperatura del fluido de trabajo puede regularse de tal modo que no se produzca la evaporación del fluido de trabajo en el intercambiador de frío 7.[0040] The temperature of the cooling medium can be adjusted by means of a controller such that evaporation of the working fluid in the cold exchanger does not take place 7. For this purpose, for example, a flow meter can be provided. cold exchanger pressure, configured to measure the working fluid pressure in the cold exchanger. From the pressure of the working fluid its evaporation temperature can be determined, so that the temperature of the working fluid can be adjusted such that evaporation of the working fluid in the cold exchanger 7 does not occur.
[0041] En el tanque de almacenamiento 9, el fluido de trabajo está presente tanto en su estado gaseoso como en su estado líquido, de modo que en la parte superior del tanque de almacenamiento 9 hay una fase gaseosa 27 del fluido de trabajo y en la parte inferior del tanque de almacenamiento 9 hay una fase líquida 28 del fluido de trabajo. Con el fin de transportar el fluido de trabajo en su estado líquido hasta el intercambiador de frío 10, el tanque de almacenamiento 9 presenta un tubo de subida 26, cuyo extremo inferior se sumerge en la fase líquida 28. Por medio de un conducto 64, el evaporador 10 está conectado en comunicación de fluido con el tubo de subida 26. Como alternativa al tubo de subida 26 y al conducto 64, puede estar previsto un conducto en el extremo inferior del tanque de almacenamiento 9, que conecta el tanque de almacenamiento 9 en comunicación de fluido con el evaporador 10. Bifurcándose del conducto 64 está prevista una conexión a la estación de llenado 29, a través de la cual se puede introducir el fluido de trabajo en el circuito de fluido 3. La conexión a la estación de llenado 29 tiene una válvula de cierre 97, por medio de la cual se puede abrir el circuito de fluido 3 para introducir el fluido de trabajo.[0041] In the storage tank 9, the working fluid is present both in its gaseous state and in its liquid state, so that in the upper part of the storage tank 9 there is a gaseous phase 27 of the working fluid and in the lower part of the storage tank 9 is a liquid phase 28 of the working fluid. In order to transport the working fluid in its liquid state to the cold exchanger 10, the storage tank 9 has a riser tube 26, the lower end of which is submerged in the liquid phase 28. By means of a conduit 64, the evaporator 10 is connected in fluid communication with the riser tube 26. As an alternative to the riser tube 26 and the conduit 64, a conduit may be provided at the lower end of the storage tank 9, which connects the storage tank 9 in fluid communication with the evaporator 10. By connecting the duct 64, a connection to the filling station 29 is provided, through which the working fluid can be introduced into the fluid circuit 3. The connection to the filling station 29 has a shut-off valve 97, by means of which the fluid circuit 3 can be opened to introduce the working fluid.
[0042] Como puede verse a partir de las figuras 1 y 2, el evaporador 10 presenta un espacio hueco 86 y una boquilla 11, por medio de la cual se puede pulverizar el fluido de trabajo líquido a la cavidad 86. La boquilla 11 puede ser, por ejemplo, la boquilla de un quemador de aceite. La boquilla puede funcionar, por ejemplo, a hasta 20 bar. El espacio hueco 86 tiene sustancialmente la forma de un cilindro, en donde la boquilla 11 está dispuesta sobre el eje del cilindro y orientada en su dirección. La boquilla 11 puede estar configurada para pulverizar el fluido de trabajo sustancialmente en forma de una envolvente cónica, siendo coincidentes el eje de la envolvente cónica y el eje del cilindro. El ángulo de apertura de la envolvente cónica puede ser, por ejemplo, de 50° a 80°, por lo que el fluido de trabajo incide contra la pared interna del cilindro y puede evaporarse por tanto rápidamente.[0042] As can be seen from Figures 1 and 2, the evaporator 10 has a hollow space 86 and a nozzle 11, by means of which the liquid working fluid can be sprayed into the cavity 86. The nozzle 11 can be be, for example, the nozzle of an oil burner. The nozzle can work, for example, at up to 20 bar. The hollow space 86 is substantially in the form of a cylinder, wherein the nozzle 11 is disposed on the axis of the cylinder and oriented in its direction. The nozzle 11 may be configured to spray the working fluid substantially in the form of a conical envelope, the axis of the conical envelope and the axis of the cylinder being coincident. The opening angle of the conical envelope can be, for example, 50 ° to 80 °, whereby the working fluid strikes the inner wall of the cylinder and can therefore evaporate rapidly.
[0043] El evaporador 10 presenta un circuito de calentamiento 51 para hacer circular un medio de calentamiento que tiene una línea de entrada 52 del circuito de calentamiento y una línea de salida 53 del circuito de calentamiento. Por medio del circuito de calentamiento 51 puede suministrarse el calor para evaporar el fluido de trabajo al evaporador 10 y, en concreto, se transfiere desde el medio de calentamiento al fluido de trabajo. En caso de utilizar dióxido de carbono para el fluido de trabajo, el circuito de calentamiento 51 puede conectarse a cualquier fuente de calor hasta una temperatura mínima de -20 0C. Por ejemplo, puede usarse el ambiente, el calor residual de una máquina y/o calor de proceso como fuente de calor. El circuito de calentamiento 51 puede estar conectado, por ejemplo, a un sistema de energía solar térmica o a un equipo de aire acondicionado, que proporcionan el calor necesario para la evaporación. El medio de calentamiento puede ser, por ejemplo, agua.[0043] The evaporator 10 has a heating circuit 51 for circulating a heating means having an input line 52 of the heating circuit and an output line 53 of the heating circuit. Through the heating circuit 51, heat can be supplied to evaporate the working fluid to the evaporator 10 and, in particular, is transferred from the heating medium to the working fluid. If carbon dioxide is used for the working fluid, the heating circuit 51 can be connected to any heat source up to a minimum temperature of -20 ° C. For example, the environment, the residual heat of a machine and / or process heat can be used as a heat source. The heating circuit 51 may be connected, for example, to a solar thermal energy system or an air conditioner, which provides the heat necessary for evaporation. The heating medium may be, for example, water.
[0044] La máquina de fluido 1 presenta un sensor de presión 32, configurado para medir una presión del fluido de trabajo aguas abajo del evaporador 10 y aguas arriba de la máquina de émbolo 84, 85, y una válvula de regulación 31, configurada para regular el flujo másico del fluido de trabajo que entra en el evaporador 10 de tal modo que la presión medida por el sensor de presión 32 se sitúe en un intervalo de presión teórico. De acuerdo con las figuras 1 y 2, el sensor de presión 32 está configurado para medir la presión en el conducto 65. El evaporador 10 está configurado para funcionar en un intervalo de temperatura elegido en función del intervalo de presión teórico para evaporar el fluido de trabajo, en donde el intervalo de temperatura va de una temperatura T1, que corresponde a la temperatura de evaporación del fluido de trabajo en el extremo superior del intervalo de presión teórico, hasta una temperatura T1+10 0C, en particular hasta una temperatura T1+5 °C.[0044] The fluid machine 1 has a pressure sensor 32, configured to measure a working fluid pressure downstream of the evaporator 10 and upstream of the plunger machine 84, 85, and a regulating valve 31, configured to regulate the mass flow of the working fluid entering the evaporator 10 such that the pressure measured by the pressure sensor 32 is in a theoretical pressure range. According to Figures 1 and 2, the pressure sensor 32 is configured to measure the pressure in the duct 65. The evaporator 10 is configured to operate in a temperature range chosen according to the theoretical pressure range to evaporate the fluid from work, where the temperature range ranges from a temperature T1, which corresponds to the evaporation temperature of the working fluid at the upper end of the theoretical pressure range, up to a temperature T1 + 10 0C, in particular up to a temperature T1 + 5 ° C
[0045] Como puede verse a partir de la figura 1, la primera forma de realización presenta un circuito hidráulico 5, configurado para utilizar la energía mecánica liberable por las máquinas de émbolo 84, 85 mediante la circulación de un líquido hidráulico para impulsar un motor hidráulico 20. De acuerdo con la figura 1, la máquina de fluido 1 presenta un lado de fluido 2, que presenta el circuito hidráulico 3 y en el que se genera la energía mecánica. Además, la máquina de fluido 1 presenta un lado hidráulico 4, que presenta el circuito hidráulico 5 y en el que se utiliza la energía mecánica para impulsar el motor hidráulico 20.[0045] As can be seen from Figure 1, the first embodiment presents a hydraulic circuit 5, configured to use the mechanical energy released by the piston machines 84, 85 by circulating a hydraulic fluid to drive an engine. hydraulic 20. According to figure 1, the fluid machine 1 has a fluid side 2, which has the hydraulic circuit 3 and in which the mechanical energy is generated. In addition, the fluid machine 1 has a hydraulic side 4, which has the hydraulic circuit 5 and in which the mechanical energy is used to drive the hydraulic motor 20.
[0046] La primera máquina de émbolo 84 presenta un primer cilindro de fluido 12, en el que el primer émbolo 14 está montado de manera desplazable, y un primer cilindro hidráulico 16, en el que un primer émbolo hidráulico 18 está montado de manera desplazable. El primer émbolo 14 y el primer émbolo hidráulico 18 tienen un primer vástago de émbolo 89 común, de modo que el primer émbolo hidráulico 18 puede ser impulsado por el primer émbolo 14. La primera máquina de émbolo 84 presenta una primera pared de separación 126 entre el primer cilindro de fluido 12 y el primer cilindro hidráulico 16. La primera pared de separación 126 presenta un agujero, a través del cual se guía el primer vástago de émbolo 89. De manera análoga, la segunda máquina de émbolo 85 presenta un segundo cilindro de fluido 13, en el que el segundo émbolo 15 está montado de manera desplazable, y un segundo cilindro hidráulico 17, en el que un segundo émbolo hidráulico 19 está montado de manera desplazable. El segundo émbolo 15 y el segundo émbolo hidráulico 19 tienen un segundo vástago de émbolo 90 común, de modo que el segundo émbolo hidráulico 19 puede ser impulsador por el segundo émbolo 15. La segunda máquina de émbolo 85 presenta una segunda pared de separación 127 entre el segundo cilindro de fluido 13 y el segundo cilindro hidráulico 17. La segunda pared de separación 127 presenta un agujero, a través del cual se guía el segundo vástago de émbolo 90. El primer y el segundo émbolo hidráulico 18, 19 tienen una sección transversal más pequeña que la sección transversal del primer y el segundo émbolo de fluido 14, 15, de modo que en el circuito hidráulico 5 se puede generar una presión más alta que en el circuito de fluido 3. Por ejemplo, la relación de las secciones transversales puede seleccionarse de tal manera que en el circuito de fluido 5 se pueda generar una presión de más de 120 bar.[0046] The first piston machine 84 has a first fluid cylinder 12, in which the first piston 14 is movably mounted, and a first hydraulic cylinder 16, in which a first hydraulic piston 18 is movably mounted. . The first piston 14 and the first hydraulic piston 18 have a first common piston rod 89, so that the first hydraulic piston 18 can be driven by the first piston 14. The first piston machine 84 has a first separation wall 126 between the first fluid cylinder 12 and the first hydraulic cylinder 16. The first separation wall 126 has a hole, through which the first piston rod 89 is guided. Similarly, the second piston machine 85 has a second cylinder of fluid 13, in which the second piston 15 is movably mounted, and a second hydraulic cylinder 17, in which a second hydraulic piston 19 is movably mounted. The second piston 15 and the second hydraulic piston 19 have a second common piston rod 90, so that the second hydraulic piston 19 can be driven by the second piston 15. The second piston machine 85 has a second separation wall 127 between the second fluid cylinder 13 and the second hydraulic cylinder 17. The second separation wall 127 has a hole, through which the second piston rod 90 is guided. The first and the second hydraulic piston 18, 19 have a cross section. smaller than the cross section of the first and second fluid plunger 14, 15, so that a higher pressure can be generated in the hydraulic circuit 5 than in the fluid circuit 3. For example, the ratio of the cross sections It can be selected in such a way that a pressure of more than 120 bar can be generated in the fluid circuit 5.
[0047] El primer cilindro hidráulico 16 presenta una primera cámara de cilindro hidráulico 41 y una segunda cámara de cilindro hidráulico 42, delimitadas en cada caso por el primer émbolo hidráulico 18. De manera análoga, el segundo cilindro hidráulico 17 presenta una primera cámara de cilindro hidráulico 43 y una segunda cámara de cilindro hidráulico 44, delimitadas en cada caso por el segundo émbolo hidráulico 19.[0047] The first hydraulic cylinder 16 has a first hydraulic cylinder chamber 41 and a second hydraulic cylinder chamber 42, defined in each case by the first hydraulic piston 18. Similarly, the second hydraulic cylinder 17 has a first chamber of hydraulic cylinder 43 and a second hydraulic cylinder chamber 44, delimited in each case by the second hydraulic piston 19.
[0048] Para impulsar el motor hidráulico 20, este presenta una entrada 87 y una salida 88 para el líquido hidráulico. La máquina de fluido 1 está configurada, con el fin de impulsar el motor hidráulico 20, para conectar en comunicación de fluido las dos primeras cámaras de cilindro hidráulico 41, 43 alternativamente con la entrada 87 y con la salida 88 y para conectar en comunicación de fluido las dos segundas cámaras de cilindro hidráulico 42, 44 con la salida 88, cuando las dos primeras cámaras de cilindro hidráulico 41,43 están conectadas con la entrada 87, así como conectarla en comunicación de fluido con la entrada 87, cuando las dos primeras cámaras de cilindro hidráulico 41,43 están conectadas con la salida 88.[0048] To drive the hydraulic motor 20, it has an inlet 87 and an outlet 88 for the hydraulic fluid. The fluid machine 1 is configured, in order to drive the hydraulic motor 20, to connect in fluid communication the first two hydraulic cylinder chambers 41, 43 alternately with the inlet 87 and with the outlet 88 and to connect in the communication of the two second hydraulic cylinder chambers 42, 44 with the outlet 88 fluid, when the first two hydraulic cylinder chambers 41.43 are connected to the inlet 87, as well as connect it in fluid communication with the inlet 87, when the first two 41.43 hydraulic cylinder chambers are connected to outlet 88.
[0049] Con este fin, la máquina de fluido 1 presenta un primer elemento de conmutación hidráulico 45 para la primera máquina de émbolo 84 y un segundo elemento de conmutación hidráulico 46 para la segunda máquina de émbolo 85. La máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de cilindro hidráulico 74, que conecta en comunicación de fluido la primera cámara de cilindro hidráulico 41 de la primera máquina de émbolo 84 con el primer elemento de conmutación hidráulico 45, y un segundo conducto de cilindro hidráulico 75, que conecta en comunicación de fluido la segunda cámara de cilindro hidráulico 42 de la primera máquina de émbolo 84 con el primer elemento de conmutación hidráulico 45. La máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de cilindro hidráulico 76, que conecta en comunicación de fluido la primera cámara de cilindro 43 de la segunda máquina de émbolo 85 con el segundo elemento de conmutación hidráulico 46, y un segundo conducto de cilindro hidráulico 77, que conecta en comunicación de fluido la segunda cámara de cilindro hidráulico 44 de la segunda máquina de émbolo 85 con el segundo elemento de conmutación hidráulico 46. La máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de suministro de cilindro hidráulico 78, que conecta la salida 88 en comunicación de fluido con el primer elemento de conmutación hidráulico 45, y un segundo conducto de suministro de cilindro hidráulico 79, que conecta la salida 88 en comunicación de fluido con el segundo elemento de conmutación hidráulico 46. Con este fin, los conductos de suministro de cilindro hidráulico 78, 79 están conectados a un primer distribuidor hidráulico 55, que está conectado por medio de un conducto de descarga de motor 83 en comunicación de fluido con la salida 88. Finalmente, la máquina de fluido 1 presenta un primer conducto de descarga de cilindro hidráulico 80, que conecta el primer elemento de conmutación hidráulico 45 en comunicación de fluido con la entrada 87, y un segundo conducto de descarga de cilindro hidráulico 81, que conecta el segundo elemento de conmutación hidráulico 46 en comunicación de fluido con la entrada 87. Con este fin, los conductos de descarga de cilindro hidráulico 80, 81 están conectados a un primer distribuidor hidráulico 56, que está conectado por medio de un conducto de suministro de motor 82 en comunicación de fluido con la entrada 87.[0049] To this end, the fluid machine 1 has a first hydraulic switching element 45 for the first piston machine 84 and a second hydraulic switching element 46 for the second piston machine 85. The fluid machine 1 has a first hydraulic cylinder conduit 74, which connects in fluid communication the first hydraulic cylinder chamber 41 of the first piston machine 84 with the first hydraulic switching element 45, and a second hydraulic cylinder conduit 75, which connects in communication of the second hydraulic cylinder chamber 42 of the first piston machine 84 with the first hydraulic switching element 45 is fluid. The fluid machine 1 has a first hydraulic cylinder duct 76, which connects the first cylinder chamber 43 in fluid communication of the second piston machine 85 with the second hydraulic switching element 46, and a second cylinder line hydraulic 77, which connects in fluid communication the second hydraulic cylinder chamber 44 of the second piston machine 85 with the second hydraulic switching element 46. The fluid machine 1 has a first hydraulic cylinder supply conduit 78, which connects the outlet 88 in fluid communication with the first hydraulic switching element 45, and a second hydraulic cylinder supply conduit 79, which connects the outlet 88 in fluid communication with the second element of hydraulic switching 46. To this end, the hydraulic cylinder supply lines 78, 79 are connected to a first hydraulic distributor 55, which is connected by means of a motor discharge conduit 83 in fluid communication with the outlet 88. Finally, the fluid machine 1 has a first hydraulic cylinder discharge duct 80, which connects the first hydraulic switching element 45 in fluid communication with the inlet 87, and a second hydraulic cylinder discharge duct 81, which connects the second hydraulic switching element 46 in fluid communication with the inlet 87. For this purpose, the discharge ducts d The hydraulic cylinder 80, 81 is connected to a first hydraulic distributor 56, which is connected by means of a motor supply conduit 82 in fluid communication with the inlet 87.
[0050] La máquina de fluido 1 está configurada para conectar en comunicación de fluido, por medio del primer elemento de conmutación hidráulico 45, al alcanzarse la primera posición final del émbolo 14, el primer conducto de cilindro hidráulico 74 con el primer conducto de suministro de cilindro hidráulico 78 y el segundo conducto de cilindro hidráulico 75 con el segundo conducto de descarga de cilindro hidráulico 80 y, al alcanzarse la segunda posición final del émbolo 14, el primer conducto de cilindro hidráulico 74 con el primer conducto de descarga de cilindro hidráulico 80 y el segundo conducto de cilindro hidráulico 75 con el primer conducto de suministro de cilindro hidráulico 78. De manera análoga, la máquina de fluido 1 está configurada para conectar en comunicación de fluido, por medio del segundo elemento de conmutación hidráulico 46, al alcanzarse la primera posición final del émbolo 15, el primer conducto de cilindro hidráulico 76 con el segundo conducto de suministro de cilindro hidráulico 79 y el segundo conducto de cilindro hidráulico 77 con el segundo conducto de descarga de cilindro hidráulico 81 y, al alcanzarse la segunda posición final del émbolo 15, el primer conducto de cilindro hidráulico 76 con el segundo conducto de descarga de cilindro hidráulico 81 y el segundo conducto de cilindro hidráulico 77 con el segundo conducto de suministro de cilindro hidráulico 79.[0050] The fluid machine 1 is configured to connect in fluid communication, by means of the first hydraulic switching element 45, upon reaching the first end position of the piston 14, the first hydraulic cylinder conduit 74 with the first supply conduit of hydraulic cylinder 78 and the second hydraulic cylinder conduit 75 with the second hydraulic cylinder discharge conduit 80 and, upon reaching the second final position of the piston 14, the first hydraulic cylinder conduit 74 with the first hydraulic cylinder discharge conduit 80 and the second hydraulic cylinder conduit 75 with the first hydraulic cylinder supply conduit 78. Similarly, the fluid machine 1 is configured to connect in fluid communication, by means of the second hydraulic switching element 46, upon reaching the first final position of the plunger 15, the first hydraulic cylinder duct 76 with the second c hydraulic cylinder supply line 79 and the second hydraulic cylinder duct 77 with the second hydraulic cylinder discharge duct 81 and, upon reaching the second end position of the piston 15, the first hydraulic cylinder duct 76 with the second discharge duct of hydraulic cylinder 81 and the second hydraulic cylinder conduit 77 with the second hydraulic cylinder supply conduit 79.
[0051] La máquina de fluido 1 presenta una válvula de regulación hidráulica 54 en el conducto de suministro de motor 82, por medio del cual puede ajustarse la potencia que puede emitirse por el motor hidráulico 20. Por ejemplo, el ajuste de la potencia puede efectuarse a través de un grado de apertura para el líquido hidráulico que ha de pasar por válvula de regulación hidráulica 54. Además, la válvula de regulación hidráulica 54 hace que el motor hidráulico 20 sea solicitado a una presión constante para una potencia establecida.[0051] The fluid machine 1 has a hydraulic regulating valve 54 in the motor supply line 82, by means of which the power that can be emitted by the hydraulic motor 20 can be adjusted. For example, the power adjustment can be be carried out through an opening degree for the hydraulic liquid that has to pass through a hydraulic regulating valve 54. In addition, the hydraulic regulating valve 54 causes the hydraulic motor 20 to be requested at a constant pressure for an established power.
[0052] Al desplegar y replegar los émbolos hidráulicos 18, 19 se genera una presión diferente en el circuito hidráulico 4, porque, debido a los dos vástagos de émbolo 89, 90, la superficie activa de los émbolos hidráulicos 18, 19 es diferente. Por lo tanto, el circuito hidráulico 4 presenta un acumulador hidráulico 22, por ejemplo, un acumulador de membrana y/o un acumulador de émbolo, con el que la presión durante el despliegue y el repliegue se mantiene constante. El acumulador hidráulico 22 está conectado en comunicación de fluido con el segundo distribuidor hidráulico 56.[0052] By deploying and refolding the hydraulic pistons 18, 19 a different pressure is generated in the hydraulic circuit 4, because, due to the two piston rods 89, 90, the active surface of the hydraulic pistons 18, 19 is different. Therefore, the hydraulic circuit 4 has a hydraulic accumulator 22, for example, a membrane accumulator and / or a piston accumulator, with which the pressure during deployment and withdrawal remains constant. The hydraulic accumulator 22 is connected in fluid communication with the second hydraulic distributor 56.
[0053] Como puede verse a partir de la figura 1, la máquina de fluido 1 presenta una transmisión 48 y un generador 21, que puede impulsarse por el motor hidráulico 20 a través de la transmisión 48 para generar corriente eléctrica. Es concebible conectar eléctricamente el equipo transportador 8 al generador 21, para impulsar con el generador 21 el equipo transportador 8.[0053] As can be seen from Figure 1, the fluid machine 1 has a transmission 48 and a generator 21, which can be driven by the hydraulic motor 20 through the transmission 48 to generate electric current. It is conceivable to electrically connect the conveyor 8 to the generator 21, to drive the conveyor 8 with the generator 21.
[0054] Además, la máquina de fluido 1 presenta en varios puntos válvulas de cierre 91 a 96 y 98 a 108, con las que los componentes individuales de la máquina de fluido 1 se pueden aislar con fines de mantenimiento. Además, la máquina de fluido 1 presenta en varios puntos válvulas de retención 109 a 114, que impiden una inversión del flujo del fluido de trabajo. La máquina de fluido 1 presenta un primer medidor de presión 30, por medio del cual se puede medir la presión del fluido de trabajo aguas abajo del tanque de almacenamiento 9 y aguas arriba del evaporador 10, y un segundo medidor de presión 34, por medio del cual se puede medir la presión del fluido de trabajo aguas abajo del evaporador 10 y aguas arriba de las dos máquinas de émbolo 84, 85. Además, la máquina de fluido 1 presenta un primer medidor de presión hidráulico 49, por medio del cual se puede medir la presión aguas abajo de las dos máquinas de émbolo 84, 85 y aguas arriba de la entrada 87, y un segundo medidor de presión hidráulico 50, por medio del cual se puede medir la presión aguas abajo de la salida 88 y aguas arriba de las dos máquinas de émbolo 84, 85.[0054] In addition, the fluid machine 1 has several shut-off valves 91 to 96 and 98 to 108 at various points, with which the individual components of the fluid machine 1 can be isolated for maintenance purposes. In addition, the fluid machine 1 has check points 109 to 114 at various points, which prevent an inversion of the flow of the working fluid. The fluid machine 1 has a first pressure gauge 30, by means of which the working fluid pressure can be measured downstream of the storage tank 9 and upstream of the evaporator 10, and a second pressure gauge 34, by means of from which the pressure of the working fluid can be measured downstream of the evaporator 10 and upstream of the two piston machines 84, 85. In addition, the fluid machine 1 has a first hydraulic pressure gauge 49, by means of which it can measure the pressure downstream of the two piston machines 84, 85 and upstream of the inlet 87, and a second hydraulic pressure gauge 50, by means of which the pressure downstream of the outlet 88 and upstream can be measured of the two piston machines 84, 85.
[0055] Como puede verse a partir de la figura 2, la segunda forma de realización difiere de la primera forma de realización en que no está previsto ningún intercambiador de frío 7 y en que la máquina de fluido 1 presenta una bomba de calor 128 con un fluido de trabajo adicional. El fluido de trabajo adicional es, por ejemplo, dióxido de carbono, propano, butano, R134a y/o C5F12. La bomba de calor presenta un condensador 115, en el que el fluido de trabajo adicional se puede condensar con la evacuación de calor por medio de un circuito de refrigeración 130 adicional, una mariposa 116, y un evaporador 117, en el que el fluido de trabajo adicional se puede evaporar con el aporte de calor por medio de un circuito de calentamiento 129 adicional. El cilindro hidráulico 17 está configurado para transportar el fluido de trabajo desde el evaporador 117 al condensador 115. El evaporador 117 está conectado en comunicación de fluido con la mariposa 116 y la mariposa está conectada en comunicación de fluido con el evaporador 121. A través de una válvula de cierre 120, el fluido de trabajo adicional puede introducirse en la bomba de calor. Por ejemplo, la relación de la sección transversal del segundo émbolo hidráulico 19 con respecto al segundo émbolo de fluido 15 se puede seleccionar de tal manera que en el circuito de la bomba de calor 128 se pueda generar una presión de más de 50 bar.[0055] As can be seen from Figure 2, the second embodiment differs from the first embodiment in that no cold exchanger 7 is provided and in that the fluid machine 1 has a heat pump 128 with An additional working fluid. The additional working fluid is, for example, carbon dioxide, propane, butane, R134a and / or C5F12. The heat pump features a condenser 115, in which the additional working fluid can be condensed with the evacuation of heat by means of an additional cooling circuit 130, a butterfly 116, and an evaporator 117, in which the fluid of Additional work can be evaporated with the heat input by means of an additional heating circuit 129. The hydraulic cylinder 17 is configured to transport the working fluid from the evaporator 117 to the condenser 115. The evaporator 117 is connected in fluid communication with the butterfly 116 and the butterfly is connected in fluid communication with the evaporator 121. Through a shut-off valve 120, the additional working fluid can be introduced into the pump of heat For example, the ratio of the cross section of the second hydraulic piston 19 with respect to the second fluid piston 15 can be selected such that a pressure of more than 50 bar can be generated in the heat pump circuit 128.
[0056] La bomba de calor 128 puede presentar válvulas de cierre 118 a 122, para aislar los componentes individuales de la bomba de calor 128. La bomba de calor 128 presenta un tercer medidor de presión 128, configurado para medir la presión del fluido de trabajo aguas abajo del condensador 115 y aguas arriba de la mariposa 116, y un cuarto medidor de presión 125, configurado para medir la presión del fluido de trabajo aguas abajo de la mariposa 116 y aguas arriba del evaporador 117. Con el tercer y el cuarto medidor de presión 124, 125 se puede medir la caída de presión a través de la mariposa.[0056] The heat pump 128 may have shut-off valves 118 to 122, to isolate the individual components of the heat pump 128. The heat pump 128 has a third pressure gauge 128, configured to measure the fluid pressure of working downstream of condenser 115 and upstream of throttle 116, and a fourth pressure gauge 125, configured to measure the pressure of the working fluid downstream of throttle 116 and upstream of evaporator 117. With the third and fourth Pressure gauge 124, 125 can measure the pressure drop across the throttle.
[0057] La máquina de fluido 1 presenta, además, un primer elemento de cierre 131, por ejemplo, una válvula magnética, en el primer conducto de suministro de cilindro de fluido 66 y un segundo elemento de cierre 132, por ejemplo, una válvula magnética, en el segundo conducto de suministro de cilindro de fluido 67. Por lo tanto, el circuito hidráulico 5 y la bomba de calor 128 pueden encenderse y apagarse independientemente entre sí.[0057] The fluid machine 1 also has a first closing element 131, for example, a magnetic valve, in the first fluid cylinder supply conduit 66 and a second closing element 132, for example, a valve magnetic, in the second fluid cylinder supply duct 67. Therefore, the hydraulic circuit 5 and the heat pump 128 can be switched on and off independently of each other.
Lista de referenciasReference List
[0058][0058]
1 máquina de fluido1 fluid machine
2 lado de fluido2 fluid side
3 circuito de fluido3 fluid circuit
4 lado hidráulico4 hydraulic side
5 circuito hidráulico5 hydraulic circuit
6 tanque de expansión6 expansion tank
7 intercambiador de frío7 cold exchanger
8 equipo transportador8 conveyor equipment
9 tanque de almacenamiento9 storage tank
10 evaporador10 evaporator
11 boquilla11 nozzle
12 primer cilindro de fluido12 first fluid cylinder
13 segundo cilindro de fluido13 second fluid cylinder
14 primer émbolo14 first plunger
15 segundo émbolo15 second plunger
16 primer cilindro hidráulico16 first hydraulic cylinder
17 segundo cilindro hidráulico17 second hydraulic cylinder
18 primer émbolo hidráulico18 first hydraulic piston
19 segundo émbolo hidráulico19 second hydraulic piston
20 motor hidráulico20 hydraulic motor
21 generador21 generator
22 acumulador hidráulico22 hydraulic accumulator
23 circuito de refrigeración23 cooling circuit
24 línea de entrada del circuito de refrigeración24 refrigeration circuit input line
25 línea de salida del circuito de refrigeración25 refrigeration circuit output line
26 tubo de subida26 riser
27 fase gaseosa27 gas phase
28 fase líquida28 liquid phase
29 conexión a la estación de llenado29 connection to the filling station
30 primer medidor de presión30 first pressure gauge
31 válvula de regulación31 regulating valve
32 sensor de presión32 pressure sensor
33 distribuidor de fluido33 fluid distributor
34 segundo medidor de presión34 second pressure gauge
35 primer elemento de conmutación de fluido35 first fluid switching element
36 segundo elemento de conmutación de fluido36 second fluid switching element
37 primera cámara de cilindro37 first cylinder chamber
38 segunda cámara de cilindro38 second cylinder chamber
39 primera cámara de cilindro39 first cylinder chamber
40 segunda cámara de cilindro40 second cylinder chamber
41 primera cámara de cilindro hidráulico41 first hydraulic cylinder chamber
42 segunda cámara de cilindro hidráulico42 second hydraulic cylinder chamber
43 primera cámara de cilindro hidráulico43 first hydraulic cylinder chamber
44 segunda cámara de cilindro hidráulico44 second hydraulic cylinder chamber
45 primer elemento de conmutación hidráulico45 first hydraulic switching element
46 segundo elemento de conmutación hidráulico 46 second hydraulic switching element
transmisióntransmission
primer medidor de presión hidráulicofirst hydraulic pressure gauge
segundo medidor de presión de presión hidráulico circuito de calentamientosecond pressure gauge hydraulic pressure heating circuit
línea de entrada del circuito de calentamientoheating circuit input line
línea de salida del circuito de calentamiento válvula de regulación hidráulicaheating circuit output line hydraulic regulating valve
primer distribuidor hidráulicofirst hydraulic distributor
segundo distribuidor hidráulicosecond hydraulic distributor
primer sensor de posiciónfirst position sensor
segundo sensor de posiciónsecond position sensor
primer sensor de posiciónfirst position sensor
segundo sensor de posiciónsecond position sensor
conductoconduit
conductoconduit
conductoconduit
conductoconduit
conductoconduit
primer conducto de suministro de cilindro de fluido segundo conducto de suministro de cilindro de fluido primer conducto de cilindro de fluidofirst fluid cylinder supply conduit second fluid cylinder supply conduit first fluid cylinder conduit
segundo conducto de cilindro de fluidosecond fluid cylinder duct
primer conducto de cilindro de fluidofirst fluid cylinder duct
segundo conducto de cilindro de fluidosecond fluid cylinder duct
primer conducto de descarga de cilindro de fluido segundo conducto de descarga de cilindro de fluido primer conducto de cilindro hidráulicofirst fluid cylinder discharge conduit second fluid cylinder discharge conduit first hydraulic cylinder conduit
segundo conducto de cilindro hidráulicosecond hydraulic cylinder duct
primer conducto de cilindro hidráulicofirst hydraulic cylinder duct
segundo conducto de cilindro hidráulicosecond hydraulic cylinder duct
primer conducto de suministro de cilindro hidráulico segundo conducto de suministro de cilindro hidráulico primer conducto de descarga de cilindro hidráulico segundo conducto de descarga de cilindro hidráulico conducto de suministro de motorfirst hydraulic cylinder supply conduit second hydraulic cylinder supply conduit first hydraulic cylinder discharge conduit second hydraulic cylinder discharge conduit motor supply conduit
conducto de descarga de motormotor discharge duct
primera máquina de émbolofirst plunger machine
segunda máquina de émbolosecond piston machine
espacio huecohollow space
entradaentry
salidaexit
primer vástago de émbolofirst piston rod
segundo vástago de émbolosecond piston rod
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de retenciónretention valve
válvula de retenciónretention valve
válvula de retenciónretention valve
válvula de retenciónretention valve
válvula de retención retention valve
válvula de retención condensadorcondenser check valve
mariposabutterfly
evaporadorevaporator
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de cierreClosing valve
válvula de retenciónretention valve
tercer medidor de presión cuarto medidor de presión primera pared de separación segunda pared de separación bomba de calorthird pressure gauge fourth pressure gauge first separation wall second separation wall heat pump
circuito de calentamiento adicional circuito de refrigeración adicional primer elemento de cierre segundo elemento de cierre additional heating circuit additional cooling circuit first closing element second closing element
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