ES2265359T3 - Dispositivo de refrigeracion de fluidos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de refrigeración de fluidos con una unidad de refrigeración, una unidad de filtración, una unidad de bombeo y una unidad de regulación integradas en una unidad (10) de montaje, en el que un fluido transportado en un ciclo (18) de fluido por la unidad (16) de bombeo puede filtrarse por la unidad (14) de filtración y puede refrigerarse por la unidad (12) de refrigeración y en el que la unidad (42) de regulación presenta un separador (44) de la corriente de fluido, caracterizado porque el separador (44) de la corriente de fluido se dispone en una rama (46) secundaria con respecto a la unidad (12) de refrigeración y porque es regulable en función de la temperatura de fluido que ha de refrigerarse de tal forma que la unidad (12) de refrigeración se alimenta al menos parcialmente con fluido incluso a temperaturas de fluido bajas por debajo de un valor (54) umbral de temperatura que puede preestablecerse.

Description

Dispositivo de refrigeración de fluidos.

La invención se refiere a un dispositivo de refrigeración de fluidos con una unidad de refrigeración, una unidad de filtración, una unidad de bombeo y una unidad de regulación integradas en una unidad de montaje en la que un fluido transportado en un ciclo de fluido por la unidad de bombeo puede filtrarse por la unidad de filtración y puede refrigerarse por la unidad de refrigeración y en el que la unidad de regulación presenta un separador de la corriente de fluido.

En las soluciones conocidas, tal como pueden obtenerse libremente en el mercado, la unidad de bombeo-refrigeración-filtración mencionada es una unidad compacta y de montaje sencillo para ciclos de filtración y refrigeración, preferiblemente en una corriente secundaria. Por tanto, para conectar el dispositivo de refrigeración de fluidos conocido sólo ha de instalarse un montaje de tubos hidráulico desde y hacia el tanque así como la alimentación de tensión. El dispositivo de refrigeración de fluidos que puede conectarse a la corriente secundaria presenta como componentes fundamentales una bomba de alimentación que trabaja de manera silenciosa, un filtro de fluido así como un intercambiador de calor, por ejemplo en forma de un intercambiador de calor de placas de aceite-agua. Los campos de aplicación de las unidades conocidas son las máquinas de moldeo por inyección para material sintético, prensas, centros de maquinado, instalaciones eólicas y mecanismos de transmisión.

Una unidad de este tipo se observa por ejemplo en el documento US 4.426.965.

En el documento DE 199 42 543 publicado con posterioridad se da a conocer un dispositivo de refrigeración de fluidos según el concepto genérico, que como separador de la corriente de fluido presenta una especie de válvula termostática, dispuesta en la dirección del fluido circulante antes de la unidad de refrigeración en una ramificación del fluido y que a temperaturas de fluido bajas transporta el fluido evitando la unidad de refrigeración a un conducto de evacuación, que por ejemplo está unido al tanque. Cuando se alcanza un valor umbral de temperatura que puede preestablecerse, se conecta la válvula termostática y alimenta la unidad de refrigeración con el fluido que ha de refrigerarse cerrando simultáneamente el conducto de evacuación. Dado que el valor umbral de temperatura es correspondientemente elevado, esto da lugar a que la unidad de refrigeración por ejemplo en forma de un intercambiador de calor desde el estado refrigerado se ponga en contacto inmediatamente con el fluido caliente, con la consecuencia de que pueden aparecer tensiones considerables del material en la unidad de refrigeración, por ejemplo en las láminas del intercambiador de calor, lo que puede conducir a daños en el material. También es posible una respuesta de la válvula limitadora de presión por las elevadas presiones dinámicas en el refrigerador, que se generan por la elevada viscosidad del aceite frío. Entonces la respuesta de la válvula limitadora de presión puede conducir a una alimentación insuficiente a los puntos de engrase.

Partiendo de este estado de la técnica la invención se basa en el objetivo de mejorar adicionalmente un dispositivo de refrigeración de fluidos con el fin de que en el funcionamiento la unidad de refrigeración se someta a esfuerzo en menor medida. Un objetivo para este efecto lo resuelve un dispositivo de refrigeración de fluidos con las características de la reivindicación 1.

Dado que según la parte caracterizadora de la reivindicación 1 el separador de la corriente de fluido se dispone en la rama secundaria con respecto a la unidad de refrigeración y es regulable en función de la temperatura de fluido que ha de refrigerarse de tal forma que la unidad de refrigeración se alimenta al menos parcialmente con fluido incluso a temperaturas de fluido bajas por debajo de un valor umbral de temperatura que puede preestablecerse, con la puesta en funcionamiento del dispositivo de refrigeración de fluido se transmite una parte del fluido que se calienta lentamente a la unidad de refrigeración, de modo que ésta puede calentarse lentamente con el mismo de manera continua y se evitan solicitaciones bruscas del material especialmente de las partes del intercambiador de calor. En este caso la regulación se realiza mediante el separador de la corriente de fluido dispuesto en la rama secundaria con respecto a la unidad de refrigeración, que forma una especie de resistencia hidráulica dependiente de la temperatura con la consecuencia de que en primer lugar la unidad de refrigeración a temperaturas bajas recibe una parte de la corriente de fluido refrigerada y al aumentar la temperatura obtiene un porcentaje creciente del fluido que ha de refrigerarse.

A este respecto en una forma de realización preferida del dispositivo de refrigeración de fluidos según la invención el separador de la corriente de fluido está configurado como un estrangulador regulable en función de la temperatura, cuya resistencia hidráulica aumenta continuamente entre dos valores de referencia de temperatura hasta el valor umbral de temperatura que puede preestablecerse. Por debajo y por encima de los dos valores de referencia de temperatura la resistencia hidráulica se mantiene constante, es decir el estrangulador está completamente abierto o cerrado. A este respecto como valores de referencia de temperatura especialmente favorables se han considerado las temperaturas de fluido de 45ºC y 60ºC, estando el estrangulador a una temperatura de fluido por debajo de 45ºC completamente abierto y por encima de 60ºC, completamente cerrado. Entonces en el caso mencionado en último lugar todo el fluido que ha de refrigerarse se transmite a la unidad de refrigeración.

En una forma de realización adicional preferida del dispositivo de refrigeración de fluidos según la invención el separador de la corriente de fluido presenta un elemento de un material de dilatación en función de la temperatura que regula un cuerpo de válvula contra la fuerza de un elemento de retorno, especialmente de un muelle de retorno. Preferiblemente en este caso a temperatura bajas el cuerpo de válvula en su posición de regulación abierta libera el paso de fluido en la rama secundaria, estrangula este paso de fluido con un aumento de la temperatura y lo cierra al alcanzar el valor umbral de temperatura.

El hecho de integrar el separador de la corriente de fluido en una parte de la carcasa ahorra especialmente espacio y es bien accesible con fines de mantenimiento, y esta parte está provista en la dirección hacia la unidad de refrigeración de un conducto de paso principal en el que desemboca un conducto de rama secundaria, que presenta el separador de la corriente de fluido, cuyo cuerpo de válvula regula la sección transversal libre de un conducto de evacuación, que se conecta a la rama secundaria. A este respecto el separador de la corriente de fluido puede utilizarse como bloque integrado desde fuera en la parte de la carcasa, soportándose en estado montado el elemento del material de dilatación en una parte de cierre, que cierra la rama secundaria en la parte de la carcasa con respecto al entorno. El cuerpo de válvula está configurado preferiblemente como un cilindro hueco y puede desplazarse sobre la pared interna de la rama secundaria así como está provisto de un orificio de conexión, que en un estado de regulación abierto del separador de la corriente de fluido une el conducto de evacuación con la rama secundaria de manera que transporta fluido. De este modo se garantiza una función segura del separador de la corriente de fluido y un transporte de la corriente de fluido homogénea aún con presiones de fluido elevadas. Una construcción especialmente compacta se obtiene siempre que el muelle de retorno se soporte con su extremo libre en el cuerpo de la válvula y con su otro extremo libre en la parte de la carcasa.

A continuación se describirá más detalladamente mediante el dibujo una forma de realización del dispositivo de refrigeración de fluidos según la invención.

En una representación fundamental y no a escala muestran:

la figura 1 un diagrama de circuitos del dispositivo de refrigeración de fluidos;

la figura 2 el comportamiento del paso de un separador de la corriente de fluido según la figura 1, en la que la sección Q transversal de paso se ha representado en función de la temperatura T;

las figuras 3 y 4 una representación en corte a través de una parte de la carcasa con el separador de la corriente de flujo integrado en posición abierta o cerrada.

El dispositivo de refrigeración de fluidos presenta al menos una unidad 12 de refrigeración, una unidad 14 de filtración así como una unidad 16 de bombeo integrados en cada caso en una unidad 10 de montaje. El fluido transportado en un ciclo 18 de fluido por la unidad 16 de bombeo, por ejemplo en forma de aceite hidráulico, puede filtrarse por la unidad 14 de filtración y puede refrigerarse por la unidad 12 de refrigeración para su uso posterior en una máquina de trabajo o similares. En este caso la bomba hidráulica de la unidad 16 de bombeo puede accionarse por medio de un electromotor 20, existiendo en conexión paralela a la verdadera bomba hidráulica de la unidad 16 de bombeo una válvula 22 antirretorno cargada por resorte, que se abre en la dirección hacia la conexión de aspiración como protección frente a la sobrecarga.

La unidad 14 de filtración presenta al menos un elemento 24 de filtro que puede reemplazarse cuando está sucio, existiendo en cada caso para un reemplazo del elemento 24 de filtro correspondiente en el ciclo 18 de fluido antes y después de la unidad 14 de filtración una válvula 26 antirretorno cargada por resorte. La parte de cierre correspondiente de las válvulas 26 antirretorno se mantiene en su posición de cierre cargada por resorte en la dirección de la unidad 16 de bombeo. Cuando la unidad 14 de filtración está completamente sucia, lo que puede determinarse dado el caso mediante una unidad 28 para determinar la presión diferencial en un conducto 30 de derivación, se abre la derivación 32, que también está provista de una válvula 34 antirretorno cargada por resorte. Las válvulas 22, 26 y 34 antirretorno se seleccionan de tal modo que la válvula 22 antirretorno presenta la mayor fuerza de cierre y las dos válvulas 26 antirretorno, la menor. La fuerza de cierre de la válvula 34 antirretorno de derivación se encuentra entre medias y se selecciona de tal modo que en cualquier caso, con un ensuciamiento completo del elemento 14 de filtro no puede producirse un fallo debido a la presión del fluido dentro del ciclo 18 de fluido.

La unidad 12 de refrigeración presenta un ventilador 38 que puede accionarse mediante un electromotor 36, que garantiza una refrigeración eficaz del fluido calentado. El ciclo 18 de fluido se inicia y finaliza en un tanque 40, que garantiza la alimentación de fluido. Las válvulas 22, 26 y 34 antirretorno mencionadas así como la unidad 28 para determinar la presión diferencial son partes de una unidad 42 de regulación, que sirve para el funcionamiento del dispositivo de refrigeración de fluidos como un todo. Además la unidad 42 de regulación presenta un separador 44 de la corriente de fluido, dispuesto en la rama 46 secundaria con respecto a la unidad 12 de refrigeración. El separador 44 de la corriente de fluido es regulable en función de la temperatura de fluido que ha de refrigerarse de tal forma que la unidad 12 de refrigeración se alimenta al menos parcialmente con fluido incluso a temperaturas de fluido bajas por debajo de un valor 54 umbral de temperatura que puede preestablecerse. En la dirección de la corriente del fluido después del separador 44 de la corriente de fluido y de la unidad 12 de refrigeración puede conectarse un consumidor de fluido, por ejemplo en forma de un mecanismo de transmisión, que ha de alimentarse con el fluido y que no se muestra para una representación más sencilla.

Tal como muestra especialmente la figura 1, el separador 44 de la corriente de fluido está configurado como un estrangulador 48 regulable en función de la temperatura, cuya resistencia hidráulica aumenta continuamente entre dos valores 50, 52 de referencia de temperatura hasta el valor 54 umbral de temperatura que puede preestablecerse. Tal como muestra especialmente la figura 2, que se refiere al comportamiento de conexión del estrangulador 48, la resistencia hidráulica es constante por encima y por debajo de los dos valores 50, 52 de referencia de temperatura, es decir a temperaturas por debajo del valor 50 de referencia de temperatura el estrangulador 48 está regulado de forma que está completamente abierto y la sección Q transversal de paso es igual al 100%, mientras que a temperaturas superiores al valor 52 de referencia de temperatura el estrangulador 48 está completamente cerrado, de modo que no se transporta ningún fluido en la rama 46 secundaria a través del estrangulador 48 en la dirección del tanque 40.

Entre los dos valores 50 y 52 de referencia de temperatura el estrangulador 48 se cierra continuamente, es decir la resistencia hidráulica aumenta continuamente con el aumento de la temperatura del fluido que ha de refrigerarse, y el paso de fluido a través de la rama 46 secundaria disminuye continuamente de manera correspondiente. La cantidad de fluido para este efecto se transporta entonces a través del ciclo 18 de fluido con un aumento de la temperatura directamente a la unidad 12 de refrigeración, asumiendo la unidad 12 de refrigeración completamente la refrigeración, una vez que se haya alcanzado el valor 54 umbral de temperatura. En la forma de realización mostrada el valor 50 de referencia de temperatura es igual a 45ºC y el otro valor 52 de referencia de temperatura es igual a 60ºC, produciéndose aún un paso en la rama 46 secundaria y el estrangulador 48 con un valor 54 umbral de temperatura de exactamente 60ºC y deteniéndose completamente el paso al exceder este valor 54 umbral.

Las figuras 3 y 4 describen más detalladamente el funcionamiento interno del separador 44 de la corriente de fluido o del estrangulador 48. El separador 44 de la corriente de fluido presenta un elemento 56 de un material de dilatación en función de la temperatura, que regula un cuerpo 60 de válvula contra la fuerza de un elemento de retorno en forma de un muelle 58 de retorno. El separador 44 de la corriente de fluido y, por tanto, el estrangulador 48 están integrados en una parte 62 de la carcasa, provista en la dirección hacia la unidad 12 de refrigeración de un conducto 64 de paso principal, en el que desemboca la rama 46 secundaria, que presenta el separador 44 de la corriente de fluido, cuyo cuerpo 60 de válvula regula la sección 66 transversal libre del conducto 68 de evacuación, conectado a la rama 46 secundaria. El elemento 56 de un material de dilatación se soporta con su émbolo 69 de desplazamiento de manera habitual sobre una parte 70 de cierre en forma de placa, que cierra la rama 46 secundaria en la parte 62 de la carcasa con respecto al entorno de manera hermética. El cuerpo 72 de recepción para el émbolo 69 de desplazamiento se recibe en una placa 74 de soporte, que a su vez está unida de manera fija al cuerpo 60 de válvula en su zona contigua a la parte 70 de cierre. En la zona de la recepción mencionada la placa 74 de soporte está abombada en la dirección de la parte 70 de cierre y recibe el muelle 58 de retorno que se estrecha de manera cónica. Por tanto, el muelle 58 de retorno se soporta con uno de sus extremos libres sobre el cuerpo 60 de válvula, y más concretamente a través de la placa 74 de soporte, y con su otro extremo libre en la parte 62 de la carcasa, que para ello está provista de un resalte 76.

Además tal como muestran las figuras 3 y 4, el cuerpo 60 de válvula está configurado como un cilindro hueco y puede desplazarse sobre la pared 78 interna de la rama 46 secundaria, uniendo el cuerpo 60 de válvula provisto de un orificio 80 de conexión en un estado de regulación abierta (figura 3) del separador 44 de la corriente de fluido el conducto 68 de evacuación con la rama 46 secundaria de manera que transporta fluido. Según la representación según la figura 3 con temperaturas de fluido bajas el cuerpo 60 de válvula está en su posición de regulación abierta y libera el paso de fluido en la rama 46 secundaria, es decir, se da una unión de transporte de fluido entre el conducto 64 de paso principal y el conducto 68 de evacuación hacia el tanque 40. Esto corresponde a la situación, en la que según la representación según la figura 2 se dan temperaturas de fluido por debajo del valor 50 de referencia de temperatura inferior de 45ºC. Por tanto se da una situación, en la que una parte fundamental del fluido frío no llega a través del conducto 64 de paso principal a la unidad 12 de refrigeración, sino a través del estrangulador 48 y el conducto 68 de evacuación en la dirección del tanque 40. Con un aumento de temperatura entre los dos valores 50 y 52 de referencia de temperatura, es decir entre 45ºC y 60ºC, el cuerpo 60 de válvula se cierra y estrangula el paso de fluido entre el conducto 68 de evacuación y el conducto 64 de paso principal. A este respecto la cantidad Q de paso disminuye continuamente según la representación según la figura 2 entre los dos valores 50 y 52 de referencia de temperatura. Por tanto se da una situación en la que de manera visible la unidad 12 de refrigeración se alimenta con el fluido que ha de refrigerarse con fines de refrigeración. Entonces al alcanzar el valor 54 umbral de temperatura (figura 2) el cuerpo 60 de válvula adopta su posición de cierre mostrada en la figura 4 y el cuerpo 60 de válvula cierra completamente la sección 66 transversal libre. Todo el fluido que ha de refrigerarse llega ahora a través del conducto 64 de paso principal a la unidad 12 de refrigeración y desde ésta sigue en la dirección del consumidor (no mostrado). A este respecto el elemento 56 de un material de dilatación asume la regulación del cuerpo 60 de válvula, que se dilata al aumentar la temperatura y desplaza el cuerpo 60 de válvula contra la fuerza elástica del muelle 58 de retorno en la dirección del conducto 64 de paso principal. Cuando disminuyen las temperaturas, el muelle 58 de retorno se dilata y el émbolo 69 de desplazamiento vuelve al cuerpo 72 de recepción del elemento 56 de un material de dilatación. Por tanto se da una regulación en sentido inverso a favor de un paso de fluido libre de una cantidad Q de paso que puede preestablecerse a través del estrangulador 48 por la sección 66 transversal.

Al fluir continuamente una cantidad determinada de fluido o de aceite hidráulico a través de la unidad 12 de refrigeración, la unidad 12 de refrigeración se calienta lentamente y se evitan tensiones del material no deseadas. Esto es especialmente importante en aplicaciones con medios de elevada viscosidad, por ejemplo para engrases por circulación y refrigeraciones de aceite de mecanismos de transmisión, en los que el medio de elevada viscosidad en el intercambiador de calor (refrigerador del aceite por aire) en el momento de la activación del separador 44 de la corriente de fluido conduce a la apertura de la válvula 22 limitadora de presión configurada como válvula antirretorno y de este modo durante un tiempo determinado se reduce la alimentación de aceite de engrase de un consumidor, por ejemplo en forma de un mecanismo de engranaje. También es posible una respuesta de la válvula limitadora de la presión mediante las elevadas presiones dinámicas en el refrigerador, que se generan por la elevada viscosidad del aceite frío. Entonces la respuesta de la válvula limitadora de la presión puede conducir a un suministro insuficiente a los puntos de engrase.

Claims (10)

1. Dispositivo de refrigeración de fluidos con una unidad de refrigeración, una unidad de filtración, una unidad de bombeo y una unidad de regulación integradas en una unidad (10) de montaje, en el que un fluido transportado en un ciclo (18) de fluido por la unidad (16) de bombeo puede filtrarse por la unidad (14) de filtración y puede refrigerarse por la unidad (12) de refrigeración y en el que la unidad (42) de regulación presenta un separador (44) de la corriente de fluido, caracterizado porque el separador (44) de la corriente de fluido se dispone en una rama (46) secundaria con respecto a la unidad (12) de refrigeración y porque es regulable en función de la temperatura de fluido que ha de refrigerarse de tal forma que la unidad (12) de refrigeración se alimenta al menos parcialmente con fluido incluso a temperaturas de fluido bajas por debajo de un valor (54) umbral de temperatura que puede preestablecerse.

2. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 1, caracterizado porque el separador (44) de corriente de fluido está configurado como un estrangulador (48) regulable en función de la temperatura, cuya resistencia hidráulica aumenta continuamente entre dos valores (50, 52) de referencia de temperatura hasta el valor (54) umbral de temperatura que puede preestablecerse.

3. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 2, caracterizado porque por debajo y por encima de los dos valores (50, 52) de referencia de temperatura la resistencia hidráulica es constante.

4. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque uno de los valores (50) de referencia de temperatura es igual a 45ºC y el otro (52), igual a 60ºC y porque a temperaturas de fluido por debajo de 45ºC y por encima de 60ºC el estrangulador (48) se encuentra completamente abierto o cerrado.

5. Dispositivo de refrigeración de fluidos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el separador (44) de la corriente de fluido presenta un elemento (56) de un material de dilatación en función de la temperatura, que regula un cuerpo (60) de válvula contra la fuerza de un elemento de retorno, especialmente de un muelle (58) de retorno.

6. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 5, caracterizado porque a temperaturas bajas el cuerpo (60) de válvula libera el paso de fluido a la rama (46) secundaria en su posición de regulación abierta, estrangula este paso de fluido al aumentar la temperatura y lo cierra al alcanzar el valor (54) umbral de temperatura.

7. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 6, caracterizado porque el separador (44) de la corriente de fluido se integra en una parte (62) de la carcasa, provista en la dirección hacia la unidad de refrigeración de un conducto (64) de paso principal, en el que desemboca la rama (46) secundaria, que presenta el separador (44) de la corriente de fluido, cuyo cuerpo (60) de válvula regula la sección (66) transversal libre de un conducto (68) de evacuación, que se conecta a la rama (46) secundaria.

8. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 7, caracterizado porque el elemento (56) de un material de dilatación se soporta sobre una parte (70) de cierre, que cierra la rama (46) secundaria en la parte (62) de la carcasa con respecto al entorno.

9. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 8, caracterizado porque el cuerpo (60) de válvula está configurado como un cilindro hueco, puede desplazarse sobre la pared (78) interna de la rama (46) secundaria y está provisto de un orificio de conexión, que en un estado de regulación abierta del separador (44) de la corriente de fluido une el conducto (68) de evacuación con la rama (46) secundaria de manera que transporta fluido.

10. Dispositivo de refrigeración de fluidos según la reivindicación 9, caracterizado porque el muelle (58) de retorno se soporta con uno de sus extremos libres sobre el cuerpo (60) de válvula y con su otro extremo libre sobre la parte (62) de la carcasa.