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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