ES2843695T3 - Método para producir aire de alta densidad y método para utilizar el mismo - Google Patents

Abstract

Un método para utilizar, como un gas de funcionamiento para un motor de combustión externa (4), aire de alta densidad (A2) fabricado por (a) suministrar aire puro a un medio generador de aire que contiene agua, que tiene un espacio sellado; (b) mezclar el aire puro suministrado (A) con partículas finas de agua (W) para generar aire que contiene agua (A1), que tiene una presión más baja que el aire puro (A); (c) complementar el aire que contiene agua (A1) con una presión diferencial entre una presión del aire puro y una presión del aire que contiene agua; y (d) promover consecuentemente la vaporización de las partículas finas de agua (W) en el aire que contiene agua (A1), y reducir un volumen de aire que contiene agua para producir aire de alta densidad (A2).

Description

DESCRIPCIÓN

Método para producir aire de alta densidad y método para utilizar el mismo

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para fabricar aire de alta densidad y a un método para utilizar el aire de alta densidad fabricado con el método.

Antecedentes de la técnica

Convencionalmente, como un método para aumentar la densidad de un gas, como el aire, ya se conoce un método para comprimir a la fuerza el gas utilizando un dispositivo de compresión como un compresor. Con este método, se genera calor a medida que se comprime el gas, y se aplica una gran carga al dispositivo de compresión.

El documento JP 2007-162485 A analiza un método para comprimir aire a la fuerza utilizando un dispositivo de compresión, y describe un método para reducir la carga en el dispositivo de compresión utilizando una máquina de compresión de aire con circulación de agua como el dispositivo de compresión, y para enfriar el propio dispositivo de compresión con agua en circulación.

El documento JP 2011 -504447 W analiza un método para comprimir a la fuerza gas de síntesis utilizando un dispositivo de compresión, y describe un método para reducir la carga en el dispositivo de compresión utilizando, como dispositivo de compresión, un compresor termodinámico capaz de comprimir y enfriar simultáneamente el gas de síntesis, inyectando agua directamente como un refrigerante en el compresor termodinámico, y para comprimir el gas de síntesis mientras se enfría el gas de síntesis.

El documento EP 2749739 A analiza un compresor axial para una turbina de gas o para uso industrial, que incluye un pulverizador de aire de aspiración y un método de funcionamiento del compresor axial.

El documento JP 2000-034930 analiza un alimentador que alimenta aire comprimido a un motor. El alimentador de aire comprimido está constituido por un compresor de tornillo para alimentar el aire comprimido al motor y por un carburador que tiene un tubo de venturi que se conecta a una tubería de succión en la parte superior del compresor de tornillo que inyecta agua al tubo de succión.

El documento DE 4015818 A analiza un banco de pruebas de motores de combustión interna, en donde se suministra aire a la misma presión que el aire puro inicial (presión atmosférica) a un motor y tiene un suministro de agua (humidificador) y un paso suplementario de presión diferencial (soplador) aguas abajo del humidificador.

Lista de citas

Bibliografía de patentes

Bibliografía de patentes 1: JP 2007-162485 A

Bibliografía de patentes 2: JP 2011 -504447 W

Bibliografía de patentes 3: EP 2749739 A

Bibliografía de patentes 4: JP 2000-034930

Bibliografía de patentes 5: DE 40 15818 A

Compendio de la invención

Problema técnico

Sin embargo, los métodos de la Bibliografía de patentes 1 y de la Bibliografía de patentes 2 anteriores son ineficaces porque la energía térmica obtenida por el gas a través de la compresión forzada se pierde parcialmente durante el proceso de enfriamiento.

Solución al problema

La presente invención proporciona un método para fabricar eficientemente aire de alta densidad, en el que se elimina el paso de comprimir a la fuerza aire puro y proporciona un método para utilizar eficazmente la energía del aire de alta densidad fabricado con el método.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para utilizar, como un gas de funcionamiento para un motor de combustión externa (4), aire de alta densidad (A2) fabricado de acuerdo con la Reivindicación 1.

Preferiblemente, se utiliza una máquina sopladora o un compresor como un medio para complementar la presión del aire que contiene agua.

En una realización según la presente invención, el aire y el vapor de alta densidad se aplican simultáneamente al motor de combustión externa.

En una realización adicional según la presente invención, el aire de alta densidad (A2) y el vapor (S) se aplican al motor de combustión externa (4) en un intervalo de tiempo.

Alternativamente, el aire de alta densidad fabricado con el método para fabricar aire de alta densidad según la presente invención se utiliza como un gas de soporte de combustión para un motor de combustión interna de acuerdo con la Reivindicación 6.

Efectos ventajosos de la invención

El método para fabricar aire de alta densidad según la presente invención permite aumentar eficazmente la densidad del aire.

Además, el método para utilizar aire de alta densidad según la presente invención permite aplicar eficazmente el aire de alta densidad a un motor de combustión externa o a un motor de combustión interna.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo básico de configuración de un dispositivo para fabricar aire de alta densidad según la presente invención.

La Figura 2 es un diagrama conceptual de aire puro, aire que contiene agua y aire de alta densidad.

Descripción de las realizaciones

El mejor modo de llevar a cabo la presente invención se describirá a continuación con referencia a las Figs. 1 y 2.

En un método para fabricar aire de alta densidad según la presente invención, como se ilustra en la Fig. 1, primero, se suministra una cantidad deseada de aire puro A a un medio de generación de aire que contiene agua 1, que tiene un espacio sellado a través de un medio de suministro de aire 1a. A continuación, se inyecta una gran cantidad de partículas finas de agua W al aire puro A suministrado a través de un medio de suministro de partículas finas de agua 1 b, que tiene un puerto de chorro como una tobera, y el aire puro A se mezcla con las partículas finas de agua W.

Como se utiliza en la presente invención, el aire puro A es, preferiblemente, aire con temperatura y presión normales, como la atmósfera. Sin embargo, la temperatura y la presión del aire puro A pueden seleccionarse libremente y ajustarse apropiadamente de acuerdo con la implementación de la presente invención. Cada una de las partículas finas de agua W es una partícula de agua tan fina (gotita pequeña) como sea posible para aumentar el área de la superficie, y el diámetro de la partícula, la temperatura y la cantidad de suministro de las partículas finas de agua W se ajustan apropiadamente, por ejemplo, de acuerdo con la temperatura, presión y cantidad de suministro de aire puro A.

Como se describió anteriormente, el aire que contiene agua A1 se genera mezclando el aire puro A con las partículas finas de agua W en el medio generador de aire que contiene agua 1. Específicamente, un gran número de partículas finas de agua W mezcladas en el aire puro A están en contacto gas-líquido con el aire puro A y están presentes en el aire puro A mientras toman el calor del aire puro A. En la presente invención, el aire que contiene un gran número de partículas finas de agua W se denomina aire que contiene agua A1.

En otras palabras, las partículas finas de agua W están presentes en el aire puro A mientras retienen el calor extraído del aire puro A como calor latente de vaporización. Nótese que la presente invención no excluye un caso donde parte de las partículas finas de agua W en el aire que contiene agua A1 se vaporizan en vapor húmedo.

Como se describió anteriormente, la temperatura del aire que contiene agua A1 es más baja que la del aire puro A y, en consecuencia, la presión del aire que contiene agua A1 es menor que la del aire puro A. Como se ilustra en la Fig.2, el volumen del aire que contiene agua A1 también es menor que el del aire puro A.

Específicamente, suponiendo que la temperatura, la presión y el volumen del aire puro A se denotan respectivamente por T, P y V (lo mismo se aplica a continuación), y la temperatura, la presión y el volumen del aire que contiene agua A1 se denotan respectivamente por T1, P1 y V1 (lo mismo se aplica a continuación), entonces las relaciones T > T1, P > P1 y V > V1 se satisfacen con respecto a la temperatura, la presión y el volumen, respectivamente.

A continuación, como se ilustra en la Fig. 1, el aire que contiene agua A1 pasa a través de un medio suplementario de presión diferencial 2 para ser complementado con una diferencia de presión entre el aire puro A y el aire que contiene agua A1, es decir, una presión diferencial (P1 - P) entre la presión P del aire puro A y la presión P1 del aire que contiene agua A1, a través de la cual se fabrica aire de alta densidad A2. Dado que el aire que contiene agua A1 está presurizado a la presión original P del aire puro A, la generación de calor puede suprimirse en gran medida en este caso, en comparación con un caso donde se realiza la compresión forzada, es decir, donde el aire puro A se presuriza a una presión superior a su presión original P. En este caso, la supresión de la generación de calor también se logra mediante la vaporización de las partículas finas de agua W en el aire que contiene agua A1.

Una máquina sopladora ya conocida, como un ventilador de presión, un ventilador y un soplador, o un compresor ya conocido, se utilizan como el medio suplementario de presión diferencial 2 para complementar el aire que contiene agua A1 con la presión diferencial y transferir el aire de alta densidad A2 a un medio de almacenamiento 3 como un tanque. En particular, la máquina sopladora puede complementar eficientemente, el aire que contiene agua A1 con la presión diferencial y transferir el aire de alta densidad A2 cuando se utiliza como el medio para complementar la presión diferencial 2.

La temperatura y la presión del aire de alta densidad A2 fabricado son más altas que las del aire que contiene agua A1, lo que promueve la vaporización de las partículas finas de agua W. En consecuencia, como se ilustra en la Fig.2, el volumen del aire de alta densidad A2 es más pequeño que el del aire que contiene agua A1, mientras que la presión del aire de alta densidad A2 es igual a la del aire puro A.

Específicamente, suponiendo que la temperatura, la presión y el volumen del aire de alta densidad A2 se denotan respectivamente por T2, P2 y V2 (lo mismo se aplica a continuación), entonces las relaciones T2 > T1, P = P2 > P1 y V > V1 > V2 se satisfacen con respecto a la temperatura, la presión y el volumen, respectivamente. La temperatura T del aire puro A es igual a la temperatura T2 del aire de alta densidad A2, o una de las temperaturas T y T2 es más alta que la otra, dependiendo de la cantidad de partículas finas de agua W contenidas, de la cantidad de partículas finas de agua W vaporizadas, y similares.

Como se describe más adelante, el aire de alta densidad A2 fabricado de la manera mencionada anteriormente se suministra para su utilización desde el medio de almacenamiento 3 a un motor de combustión externa o a un motor de combustión interna que sirve como un motor térmico 4.

A continuación, se describirá un método para utilizar aire de alta densidad según la presente invención.

Primero, se describirá un caso donde el aire de alta densidad A2 fabricado como se describió anteriormente se utiliza como gas de funcionamiento para un motor de combustión externa que sirve como el motor térmico 4. Ejemplos del motor de combustión externa incluyen una turbina que tiene una estructura de combustión externa como una turbina de vapor ya conocida, un pistón libre ya conocido, un rotativo ya conocido, y similares.

En este caso, el aire de alta densidad A2 se puede utilizar tal cual como el gas de funcionamiento, pero preferiblemente se utiliza junto con vapor S que tiene una presión más alta que el aire de alta densidad A2.

Específicamente, como se ilustra en la Fig. 1, en un caso donde el motor térmico 4 es un motor de combustión externa, el aire de alta densidad A2 se suministra al motor de combustión externa 4 junto con el vapor S que se suministra a través de un medio de suministro de vapor. 5.

El aire de alta densidad A2 y el vapor S se aplican simultáneamente al motor de combustión externa 4.

Alternativamente, el aire de alta densidad A2 y el vapor S se aplican al motor de combustión externa 4 en un intervalo de tiempo. Más específicamente, después de que el funcionamiento del motor de combustión externa 4 es iniciado por uno del aire de alta densidad A2 y del vapor S, se suministra el otro gas para continuar el funcionamiento del motor de combustión externa 4. En consecuencia, es posible suministrar suavemente el gas posterior (el otro gas) a una presión de suministro relativamente baja.

Por ejemplo, cuando se suministra un gas, se detiene el suministro del otro gas, y cuando se suministra el otro gas, se detiene el suministro del gas. Alternativamente, el fin de suministro de un gas y el inicio de suministro del otro gas están sincronizados entre sí.

Dado que el aire de alta densidad A2 es un gas que no se condensa en el punto de condensación del vapor S o un gas que no se condensa en el punto de solidificación del vapor S, el aire de alta densidad A2 recupera el calor de condensación o el calor de solidificación liberado por el vapor S, y se infla a través de la recuperación de calor para aplicar su presión de gas al motor de combustión externa 4. Por lo tanto, el aire de alta densidad A2 puede operar eficazmente el motor de combustión externa 4 mientras que recibe, apropiadamente, la energía térmica del vapor S.

Nótese que la presente invención no excluye un caso donde la temperatura, la humedad y la presión del aire de alta densidad A2 se ajusten según sea necesario para la utilización del aire de alta densidad A2 como el gas operativo para el motor de combustión externa 4.

A continuación, se describirá un caso donde el aire de alta densidad A2 fabricado se utiliza como un gas de soporte de combustión para un motor de combustión interna que sirve como el motor térmico 4. Ejemplos del motor de combustión interna incluyen una turbina que tiene una estructura de combustión interna como una turbina de vapor de gas ya conocida, un motor como los motores de hidrógeno, gasolina y a reacción ya conocidos, y una caldera ya conocida.

En este caso, el aire de alta densidad A2 se suministra al motor de combustión interna 4, comprimido por un cilindro o similar del motor de combustión interna 4, y se utiliza para mejorar la eficiencia de combustión de combustible. El aire de alta densidad A2 contiene, densamente, una gran cantidad de oxígeno para mejorar eficazmente la eficiencia de combustión. El aire de alta densidad A2 también contiene un gran número de partículas finas de agua W junto con vapor, y las partículas finas de agua W también se vaporizan en vapor y se aplican al motor de combustión interna. Nótese que la presente invención no excluye un caso donde la temperatura, la humedad y la presión del aire de alta densidad A2 se ajustan según sea necesario para la utilización del aire de alta densidad A2 como el gas de soporte de combustión para el motor de combustión interna 4.

Como se describió anteriormente, el método para fabricar aire de alta densidad según la presente invención incluye mezclar el aire puro A con las partículas finas de agua W para producir el aire que contiene agua A1 en lugar de comprimir a la fuerza el aire puro A, y complementar el aire que contiene agua A1 con la presión diferencial (P - P1) entre la presión P1 del aire que contiene agua A1 y la presión P del aire puro A. En consecuencia, es posible fabricar eficientemente el aire de alta densidad A2 sin aumentar innecesariamente la temperatura y la presión y por tanto, sin provocar pérdidas de energía como la pérdida de energía térmica debido al aumento y posterior disminución en la temperatura.

Además, si el aire de alta densidad A2 fabricado con el método anterior se utiliza como el gas de funcionamiento para el motor de combustión externa junto con el vapor S, que tiene una presión más alta que el aire de alta densidad A2, el motor de combustión externa puede ser eficazmente operado.

Además, si el aire de alta densidad A2 fabricado con el método anterior se utiliza como el gas de soporte de combustión para el motor de combustión interna, la eficiencia de combustión en el motor de combustión interna puede mejorarse eficazmente.

Lista de señales de referencia

1 medio generador de aire que contiene agua

1 a medio de suministro de aire

1 b medio de suministro de partículas finas de agua

2 medio suplementario de presión diferencial (soplador o compresor)

3 medio de almacenamiento

4 motor térmico (motor de combustión externa o motor de combustión interna)

5 medio de suministro de vapor

A aire crudo

A1 aire que contiene agua

A2 aire de alta densidad

W partículas finas de agua

S vapor.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un método para utilizar, como un gas de funcionamiento para un motor de combustión externa (4), aire de alta densidad (A2) fabricado por

(a) suministrar aire puro a un medio generador de aire que contiene agua, que tiene un espacio sellado; (b) mezclar el aire puro suministrado (A) con partículas finas de agua (W) para generar aire que contiene agua (A1), que tiene una presión más baja que el aire puro (A);

(c) complementar el aire que contiene agua (A1) con una presión diferencial entre una presión del aire puro y una presión del aire que contiene agua; y

(d) promover consecuentemente la vaporización de las partículas finas de agua (W) en el aire que contiene agua (A1), y reducir un volumen de aire que contiene agua para producir aire de alta densidad (A2).

2. El método para utilizar aire de alta densidad según la Reivindicación 1, en donde se utiliza una máquina sopladora (2) como medio para complementar la presión del aire que contiene agua (A1).

3. El método para utilizar aire de alta densidad según la Reivindicación 1, en donde se utiliza un compresor (2) como medio para complementar la presión del aire que contiene agua.

4. El método para utilizar aire de alta densidad según la reivindicación 1, en donde el aire de alta densidad (A2) y el vapor (S) se aplican simultáneamente al motor de combustión externa (4).

5. El método para utilizar aire de alta densidad según la reivindicación 1, en donde el aire de alta densidad (A2) y el vapor (S) se aplican al motor de combustión externa (4) en un intervalo de tiempo.

6. Un método para utilizar, como un gas de apoyo a la combustión para un motor de combustión interna (4), aire de alta densidad (A2) fabricado por

(a) suministrar aire puro a un medio generador de aire que contiene agua, que tiene un espacio sellado; (b) mezclar el aire puro suministrado (A) con partículas finas de agua (W) para generar aire que contiene agua (A1), que tiene una presión más baja que el aire puro (A);

(c) complementar el aire que contiene agua (A1) con una presión diferencial entre una presión del aire puro y una presión del aire que contiene agua; y

(d) promover consecuentemente la vaporización de las partículas finas de agua (W) en el aire que contiene agua (A1), y reducir un volumen de aire que contiene agua para producir aire de alta densidad (A2).