ES2289280T3 - Sistemas de refrigeracion para vehiculo anfibio. - Google Patents

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Abstract

Sistema de refrigeración de motor de nave anfibia planeadora que comprende: unos conductos de líquido refrigerante (6, 10, 11) para la circulación del refrigerante alrededor del motor (5), una entrada de aire (3), un primer intercambiador de calor (2) conectado a los conductos (6, 10, 11) y dispuesto para permitir el paso de aire por la entrada de aire (3) a través del primer intercambiador (2) para refrigerar el refrigerante que circula alrededor del motor (5), una entrada de agua en el lado inferior del casco, y un segundo intercambiador de calor (8) conectado a los conductos (6, 10, 11) y dispuesto para permitir el paso del agua externa a través de la entrada de agua desde el exterior del casco hacia el interior del mismo y de allí a través del segundo intercambiador (8) para enfriar el refrigerante, estando situada la entrada de agua dentro de los dos tercios traseros de la longitud del casco.

Description

Sistemas de refrigeración para vehículo anfibio.
La presente invención se refiere a la refrigeración de motores de combustión interna de vehículos anfibios, en lo sucesivo denominados "naves anfibias", particularmente para naves anfibias planeadoras. El término "agua externa" se utiliza para definir el agua introducida desde el exterior de la nave anfibia con fines de refrigeración, mientras que el término "agua interna" se utiliza para designar el agua que circula siempre y únicamente dentro de la nave anfibia con fines de refrigeración.
En el documento US-A-3.763.953, se da a conocer un sistema de refrigeración de un motor de nave anfibia, que se considera representativo de la técnica anterior más cercana. En el documento, se da a conocer un sistema de refrigeración con un primer intercambiador de calor aire-líquido y un segundo intercambiador de calor líquido-líquido. No obstante, la entrada de agua externa para dicho segundo intercambiador de calor líquido-líquido se halla dispuesta en el extremo de proa del casco de la nave anfibia.
Los motores de combustión interna montados a bordo de la nave que se utilizan para pilotar pequeñas embarcaciones marítimas casi siempre son refrigerados directamente mediante agua. El agua utilizada se halla alrededor de la embarcación y es bombeada directamente por medio de un filtro a través del bloque del motor y, de allí, evacuada al exterior. Por este motivo, será necesario tomar precauciones para impedir la corrosión interna del motor.
Los vehículos terrestres, excepto algunos que presentan refrigeración por aire, emplean unos medios indirectos que permiten la circulación del líquido refrigerante a través del bloque del motor desde y hasta un intercambiador de calor, que es un radiador, refrigerado por aire que se hace circular por el intercambiador.
El problema de las naves anfibias es que la simple provisión de refrigeración directa por agua no es factible porque la nave puede hallarse en tierra, y las tomas de aire para los radiadores de refrigeración indirecta tal vez no se hallan siempre en posiciones convenientes. Además, la dificultad que entraña el montaje de un radiador en una posición conveniente puede determinar que el escaso espacio sea ocupado por conductos de aire, ventiladores o ambas cosas.
Se han probado intercambiadores de calor externos agua-agua en naves anfibias, pero éstos adolecen de dos inconvenientes notables. Uno de los inconvenientes es que son propensos a sufrir daños, provocados particularmente por objetos externos, y el otro es que inhiben el rendimiento marítimo y reducen la eficacia hidrodinámica rompiendo el contorno normalmente uniforme de la parte inferior del casco.
Un sistema de refrigeración de motor de nave anfibia planeadora según la presente invención comprende unos conductos de líquido refrigerante para la circulación del refrigerante alrededor del motor, una entrada de aire, un primer intercambiador de calor conectado a los conductos y dispuesto para permitir el paso de aire por la entrada de aire a través del primer intercambiador para refrigerar el refrigerante que circula alrededor del motor, una entrada de agua en el lado inferior del casco y un segundo intercambiador de calor conectado a los conductos y dispuesto para permitir el paso del agua externa a través de la entrada de agua desde fuera del casco hacia el interior del mismo y de allí a través del segundo intercambiador para enfriar el refrigerante, estando situada la entrada de agua dentro de los dos tercios traseros de la longitud del casco. La presente invención comprende asimismo una nave anfibia que presenta el sistema anterior.
Con la disposición de la presente invención, cuando la nave se halla dentro del agua, es posible cerrar todos los sistemas de refrigeración, obstruyéndose de ese modo las tomas de aire para proteger los intercambiadores de calor refrigerados por aire. Esto permite no tan sólo proteger la matriz del intercambiador de calor contra los daños por objetos extraños, sino también impedir que el agua externa inunde el compartimiento del radiador y que el manejo y la estabilidad de la nave se vean afectados por ello. Además, a diferencia de las disposiciones descritas en el documento US nº 4.730.664 (Forsthuber et al.), el intercambio de calor puede realizarse de forma compacta, situándose un intercambiador refrigerado por aire cerca de las tomas superiores y un intercambiador refrigerado por agua, en una posición de la nave tan baja como sea posible para asegurar una buena estabilidad en el agua. El emplazamiento de la entrada de agua dentro de los dos tercios traseros de la longitud del casco permite asegurar que, cuando la nave cambie de la modalidad de desplazamiento a la modalidad de planeo, se mantenga un flujo continuo de agua refrigerante gracias al efecto de una pequeña presión que es superior a la presión atmosférica.
Aunque teóricamente resultaría atractivo cambiar de la modalidad de refrigeración indirecta a la modalidad de refrigeración directa al entrar en el agua, el momento de la entrada en el agua es difícil y crítico, puesto que los conductos de agua son propensos a sufrir daños y todavía no se dispone de agua suficiente para la refrigeración. Por lo tanto, para simplificar y proporcionar más seguridad, es preferible emplear la refrigeración indirecta tanto para la modalidad terrestre como para la acuática. De esta forma también es posible retener el anticongelante con los inhibidores de corrosión asociados en los conductos del refrigerante del motor, para proteger el motor durante el almacenaje en invierno o el pilotaje de la nave anfibia.
Preferentemente, se dispone una bomba de agua refrigerante para la circulación del agua procedente del exterior de la nave anfibia de la presente invención a través del segundo intercambiador de calor, para evitar la utilización de la refrigeración por aire a través del primer intercambiador mientras la nave anfibia está detenida. Como alternativa, es posible llevar agua externa desde el lado presurizado de un propulsor marino a reacción hasta el segundo intercambiador de calor, evitándose de ese modo la utilización específica de una bomba de agua refrigerante independiente para el segundo intercambiador y, en consecuencia, el peso y el coste asociados.
Una segunda disposición alternativa comprende un segundo intercambiador de calor combinado con el propulsor marino a reacción. Esta disposición puede adoptar la forma de una cámara para el agua interna que rodea al propulsor a reacción. Además, pueden utilizarse las cavidades de la parte central del propulsor a reacción o los álabes del estator, como se describe en la solicitud en trámite, publicada como GB 2.363.453A. La ventaja de esta disposición es que no requiere la instalación de tuberías de agua externa dentro de la nave, sino sólo la del propio propulsor a reacción. Además, toda la fuerza de empuje de la unidad del propulsor se utiliza para la propulsión de la nave, no siendo utilizada ninguna parte de la presión para la circulación del agua dentro de la nave.
En una forma de realización de la presente invención, el primer intercambiador está montado en la parte delantera de la nave, detrás de una toma de aire situada encima de la línea de flotación estática de la nave. Esto resulta particularmente adecuado para una nave anfibia planeadora, en la que la proa se deslizará por el agua en una posición más elevada que en una nave de desplazamiento. Como alternativa, el primer intercambiador puede estar localizado detrás de los medios de cierre que consisten en una o más solapas de cierre. Las solapas protegen el intercambiador no sólo del agua circundante cuando la nave se desplaza con rapidez, sino también de los restos que flotan a la deriva. Las solapas pueden estar provistas de un simple sistema de apertura y cierre con bisagra.
En las naves anfibias rápidas, es necesario que la entrada de agua se halle más cerca de la popa. Por ejemplo, la entrada de agua de una nave anfibia planeadora debe situarse en la mitad posterior del casco. Para obtener mejores resultados cuando la nave se desplaza por el suelo, se ha comprobado que la entrada de agua debe situarse preferentemente entre el 60% y el 95% de la distancia entre la parte delantera y la parte trasera de la línea de flotación de la nave, y más preferentemente entre el 70% y el 90% de la distancia entre la parte delantera y la parte trasera. La entrada de agua en dicho emplazamiento situado debajo del casco se halla cerca del centro de presión de una nave planeadora, con lo cual se asegura un abundante suministro de agua.
A continuación, se describirán algunas formas de realización de la presente invención a título de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista esquemática lateral en alzado de una nave anfibia con un radiador en la parte delantera;
la Figura 2 es una vista esquemática lateral en alzado de una nave anfibia con un radiador en la parte trasera;
la Figura 3 es una vista esquemática lateral en alzado de una disposición alternativa de una nave anfibia con un radiador en la parte trasera;
la Figura 4 es una vista esquemática lateral en alzado de otra disposición alternativa de una nave anfibia con un radiador en la parte trasera; y
la Figura 5 es una vista esquemática lateral en alzado de otra disposición alternativa de una nave anfibia con un radiador en la parte trasera.
Para mayor claridad, en todas las figuras se han omitido los sistemas de transmisión marinos y de ruedas, así como las diversas abrazaderas y soportes, los tubos de escape, el cableado eléctrico, el depósito colector y los radiadores de aceite instalados. Aunque, como resulta evidente, estos elementos son necesarios para el funcionamiento de la nave anfibia, no forman parte de la presente invención y, por consiguiente, no serán descritos en detalle. En todos los casos, puede incorporarse un filtro (no representado) en la entrada de agua del segundo intercambiador para proteger dicho intercambiador contra la obturación y los daños por objetos extraños. Además, los componentes se representan en orientaciones que facilitan la comprensión de las figuras y, por lo tanto, en la práctica pueden hallarse en disposiciones alternativas por razones funcionales o de embalaje.
Aunque los principios generales de la presente invención pueden aplicarse a naves anfibias con motores montados en la parte delantera, intermedia o trasera, y con cascos de desplazamiento o de planeo, éstos se describirán haciendo referencia particular a una nave anfibia planeadora con motor montado en la parte intermedia.
En la Figura 1, en la que la nave anfibia se designa globalmente mediante el número de referencia 1, se representa un primer intercambiador de calor (es decir, radiador) 2 situado detrás de una entrada de aire 3, que puede cerrarse por medio de una solapa articulada 4. El motor 5 presenta unos conductos de refrigeración internos representados esquemáticamente por medio de líneas de trazos 6. Los conductos 6 están conectados al primer intercambiador de calor 2 por medio de un segundo intercambiador de calor 8 y los tubos 10, 11. El segundo intercambiador de calor 8 es refrigerado mediante el agua que es bombeada por la bomba 12, pasa a través del tubo 14 y fluye hasta el conducto de la bomba de chorro 16. El primer intercambiador 2 está situado en una ubicación ideal para aprovechar el movimiento de avance durante el desplazamiento terrestre, aunque precisa una solapa de cierre 4 y unos tubos largos 10, 11.
En la Figura 2, se representa un sistema de refrigeración en el que el motor 25 de la nave 21 se refrigera del mismo modo que en la forma de realización anterior, excepto porque el primer intercambiador 22 se halla en la parte trasera de la nave, lo cual permite acortar los tubos 30 que conectan el intercambiador 22 con los conductos del motor 26. El tubo 31 que conecta el primer intercambiador 22 con el segundo intercambiador 28 también es más corto que el tubo 11 de la primera forma de realización. El agua del segundo intercambiador 28 puede ser introducida por el tubo 34 y fluir, como en el caso anterior, hasta el conducto de la bomba de chorro 36. El número 23 designa la rejilla del radiador. El ventilador 27 se representa de forma esquemática. El número 37 designa una línea de flotación habitual para el planeo.
La Figura 3 representa un sistema de refrigeración, en el que el motor 45 de la nave 41 se refrigera del mismo modo que en la forma de realización anterior, mediante un primer intercambiador situado en la parte trasera de la nave. En este caso, el tubo 51 conecta el primer intercambiador 42 con el segundo intercambiador 48, que está dispuesto como una cámara alrededor del propulsor marino a reacción 56. Como se representa en la figura, esta cámara está dispuesta para permitir la circulación del agua alrededor de la parte externa del propulsor a reacción 56 desde la puerta 55 hasta la puerta 57, sin tomar ningún atajo directo entre una puerta y la otra. Como se observará, aparte de la bomba de agua del motor, esta disposición no dispone de ninguna otra bomba, lo cual exige su modificación para adaptarla a los tubos de agua más largos.
La Figura 4 representa otra nave anfibia, en la que el primer intercambiador está situado en un segundo compartimiento separado del compartimiento del motor, como se describe en la solicitud en trámite del solicitante, publicada como WO 02/070289. La nave anfibia 61 presenta un motor montado en la parte intermedia 65 provisto de conductos de refrigeración 66. El primer intercambiador 62 y el segundo intercambiador 68 están situados en un compartimiento 79 que está separado del motor por un mamparo 80. El aire se introduce en el compartimiento 79 por la rejilla 63, pasa a través del intercambiador 62, pasa por uno o más amortiguadores de escape 81 y abandona el compartimiento a través de otra rejilla 64. El flujo del aire puede ser facilitado por uno o más ventiladores 67. Aunque no es esencial que el intercambiador 68 esté situado en el compartimiento 79, esta ubicación puede resultar conveniente para el montaje y la disposición de los tubos de agua. El amortiguador de escape 81 también está situado en el compartimiento 79 y presenta un tubo de salida 82 que pasa a través de la rejilla 64. La parte trasera del casco 69 de la nave anfibia está recortada por la parte indicada mediante el número 84 para permitir la instalación y la utilización de las aletas de compensación, la tobera de dirección (no representada) y la paleta de inversión de marcha (si la hubiera) del propulsor a reacción. En la forma de realización representada, el agua es introducida primero en el casco a través de la toma del propulsor a reacción situada debajo del casco, luego se extrae del lado presurizado del propulsor a través de un tubo de entrada 74 y se introduce en el conducto de la bomba de chorro 76. Como puede observarse en la figura, el tubo de entrada 74 se halla inicialmente fuera del casco pero luego lo atraviesa. La salida de agua externa 83 del segundo intercambiador puede observarse en el espejo de popa 85.
La Figura 5 representa otra nave anfibia, en la que el primer intercambiador está situado en un segundo compartimiento separado del compartimiento del motor. La nave anfibia 101 presenta un motor 105 montado en la parte intermedia provisto de conductos de refrigeración 106, situado en el compartimiento del motor 117 y limitado por un mamparo delantero 113. El primer intercambiador 102 está situado en la parte superior del compartimiento 119, que está separado del motor por un mamparo. Puesto que dicho mamparo no separa por completo el compartimiento 119 del compartimiento del motor 117, el mamparo se representa como un mamparo superior 120 y un mamparo inferior 118. El aire del exterior entra en el compartimiento 119 a través de la rejilla 103, como se representa mediante flechas, luego circula a través del intercambiador 102 por medio de la acción de uno o más ventiladores 107 y, por último, pasa por el amortiguador de escape 121 para abandonar la nave a través de la rejilla 104. En esta forma de realización, el intercambiador 108 está situado en el compartimiento 117. Unas mangas o tubos 110, 111 conectan el motor con el primer intercambiador, y el primer intercambiador con el segundo, de modo similar al de las formas de realización anteriores. No obstante, en este caso, el motor 105 presenta un sistema de refrigeración separado que comprende entradas de aire y ventiladores adicionales (no representados). Los ventiladores impulsan el aire a través del compartimiento 117 y, luego, a través del compartimiento 119. Es importante que el primer intercambiador 102 presente una entrada de aire a temperatura ambiente, en lugar de aire precalentado del compartimiento del motor 117, por ello, el mamparo superior 120 está dispuesto para bloquear la entrada de aire de escape del compartimiento 117 a través de la toma del intercambiador 102. El agua externa para el segundo intercambiador se introduce primero en el casco a través de la toma 114 del propulsor a reacción situada debajo del casco, a continuación se extrae del lado presurizado del propulsor a través del tubo de entrada 115 y se introduce en el conducto de la bomba de chorro 116. Se proporciona una representación alternativa de los tubos que pasan a través del segundo intercambiador, comparada con la forma de realización de la Figura 4, para mostrar de forma más clara el flujo del agua externa a través del segundo intercambiador.
Asimismo, debe tenerse en cuenta que es posible realizar modificaciones adicionales a la disposición de los componentes, según las necesidades. En particular, puede resultar conveniente instalar el radiador 102 con un ángulo o una posición distinta a la representada. El amortiguador de escape 121 puede situarse asimismo delante del radiador 102.

Claims (17)

1. Sistema de refrigeración de motor de nave anfibia planeadora que comprende:
unos conductos de líquido refrigerante (6, 10, 11) para la circulación del refrigerante alrededor del motor (5),
una entrada de aire (3),
un primer intercambiador de calor (2) conectado a los conductos (6, 10, 11) y dispuesto para permitir el paso de aire por la entrada de aire (3) a través del primer intercambiador (2) para refrigerar el refrigerante que circula alrededor del motor (5),
una entrada de agua en el lado inferior del casco, y
un segundo intercambiador de calor (8) conectado a los conductos (6, 10, 11) y dispuesto para permitir el paso del agua externa a través de la entrada de agua desde el exterior del casco hacia el interior del mismo y de allí a través del segundo intercambiador (8) para enfriar el refrigerante, estando situada la entrada de agua dentro de los dos tercios traseros de la longitud del casco.
2. Sistema de refrigeración según la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada de aire (3) está situada en la parte delantera de la nave, por encima de la línea de flotación estática.
3. Sistema de refrigeración según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la entrada de aire (3) está provista de unos medios de cierre (4) que permiten el cierre de ésta cuando la nave anfibia (1) se encuentra en el agua.
4. Sistema de refrigeración según la reivindicación 3, caracterizado porque los medios de cierre comprenden una o más solapas articuladas (4).
5. Sistema de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la nave anfibia (1) presenta un motor montado en la parte intermedia (5).
6. Sistema de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agua externa para dicho segundo intercambiador (68, 108) se extrae del lado presurizado de un propulsor marino a reacción.
7. Sistema de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el agua externa para dicho segundo intercambiador (8) se introduce en la nave mediante una bomba de agua de refrigeración (12).
8. Sistema de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la entrada para el agua externa se halla en una posición situada entre el 60% y el 95% de la distancia desde la parte delantera hasta la parte trasera de la línea de flotación (37) de la nave.
9. Sistema de refrigeración según la reivindicación 8, caracterizado porque la entrada para el agua externa se halla en una posición situada entre el 70% y el 90% de la distancia desde la parte delantera hasta la parte trasera de la línea de flotación (37) de la nave.
10. Sistema de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el segundo intercambiador (48) se combina con el propulsor marino a reacción.
11. Sistema de refrigeración según la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo intercambiador (48) comprende una cámara de agua de refrigeración alrededor del propulsor marino a reacción (56).
12. Sistema de refrigeración según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque el segundo intercambiador comprende unas vías de agua de refrigeración a través de los álabes del estator del propulsor marino a reacción.
13. Sistema de refrigeración según la reivindicación 12, caracterizado porque el segundo intercambiador comprende unas vías de agua de refrigeración a través de la parte central del propulsor marino a reacción.
14. Sistema de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer intercambiador (62, 102) está situado en un segundo compartimiento (79) separado del compartimiento del motor.
15. Sistema de refrigeración según la reivindicación 14, caracterizado porque el segundo intercambiador (68) está situado asimismo en dicho segundo compartimiento (79) separado del compartimiento del motor.
16. Sistema de refrigeración según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque uno o más amortiguadores de escape (81, 121) están situados asimismo en dicho segundo compartimiento (79) separado del compartimiento del motor.
17. Nave anfibia planeadora (1, 21, 41, 61, 101) que presenta el sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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