ES2824778T3 - Dispositivo de expulsión de gases de escape para una embarcación - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de expulsión de gases para una embarcación, en donde el dispositivo de expulsión de gases presenta un primer tubo (10), en donde puede conducirse gas de escape caliente a través del primer tubo (10), en donde el primer tubo (10) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del primer tubo (10) puede variar en función de la altura, en donde en el interior del primer tubo (10) está dispuesto un segundo tubo (20), en donde el segundo tubo (20) está cerrado hacia abajo, en donde el segundo tubo (20) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del segundo tubo (20) puede variar en función de la altura, en donde el radio del primer tubo (10) es mayor que el radio del segundo tubo (20), en donde a través del segundo tubo (20) puede conducirse aire ambiente, caracterizado porque por encima del segundo tubo (20) y dentro del primer tubo está dispuesto un primer anillo difusor (30), en donde el primer anillo difusor (30) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del primer anillo difusor (30) es mayor, en el lado adyacente al segundo tubo (20), que el radio del segundo tubo (20) en el lado adyacente al primer anillo difusor (30).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de expulsión de gases de escape para una embarcación
La invención se refiere a un dispositivo para reducir la firma calorífica de un vehículo, en especial de una embarcación. La energía en los vehículos, por ejemplo en las embarcaciones, por ejemplo corbetas o fragatas, se obtiene habitualmente por medio de motores de combustión interna, por ejemplo de gasoil o gas. En el caso de la combustión se producen volúmenes conocidos de gases de escape calientes. Estos gases de escape se expulsan al aire ambiente. De este modo se producen zonas calientes en el aire y también el entorno, en el que sale el aire, se calienta por lo general. De este modo es posible muy fácilmente localizar el vehículo en el rango de infrarrojos.
Por ello se intenta en general enfriar la corriente de gases de escape, antes de que la misma se entregue al entorno y de esta forma reducir la firma del vehículo. En especial en una situación de combate, esto puede ser de especial importancia.
Del documento EP 1022445 A1 se conoce un sistema de conducción de gases de escape con dos conductos de gas fundamentalmente consecutivos.
Del documento US 4,214,441 se conoce una refrigeración de gases de escape, en la que se guía aire frío a través de orificios y anillos en la corriente de gases de escape.
Del documento WO 2006 / 088437 A2 se conoce un dispositivo de gases de escape con una primera y una segunda tobera.
Del documento US 2009 / 139217 A1 se conoce un dispositivo de gases de escape para un vehículo de motor.
Del documento EP 1770249 A1 se conoce un difusor de gases de escape.
Del documento US 2008 / 129053 A1 se conoce un dispositivo mezclador de gases de escape.
Del documento US 5,826,428 A se conoce un quemador.
Del documento WO 2009/ 078845 A1 se conoce un dispositivo para refrigerar gases de escape.
La tarea de la invención consiste en proporcionar un dispositivo para una embarcación, en el que se haga posible un óptimo entre resistencia al flujo, refrigeración de la corriente de gases de escape, rentabilidad y robustez del dispositivo y, de esta manera, una reducción eficiente de la firma calorífica.
Esta tarea es resuelta mediante un dispositivo de expulsión de gases para una embarcación, con las características indicadas en la reivindicación 1. Se obtienen unos perfeccionamientos ventajosos de las reivindicaciones dependientes, de la siguiente descripción y de los dibujos.
El dispositivo de expulsión de gases conforme a la invención para una embarcación presenta un primer tubo, en donde puede conducirse gas de escape caliente a través del primer tubo. El primer tubo presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del primer tubo puede variar en función de la altura. En el interior del primer tubo está dispuesto un segundo tubo. El segundo tubo está cerrado hacia abajo. El segundo tubo presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del segundo tubo puede variar en función de la altura. El radio del primer tubo es mayor que el radio del segundo tubo. A través del segundo tubo puede conducirse aire ambiente. Por encima del segundo tubo y dentro del primer tubo está dispuesto un primer anillo difusor. Para que pueda salir gas de escape desde el primer tubo se produce, de esta forma, que el radio del primer tubo, con una altura dada, es mayor que el radio del segundo tubo. De esta forma se obtiene un primer entrehierro, a través del cual puede circular el gas de escape, en donde el primer entrehierro presenta el grosor de la diferencia entre el radio del primer tubo y el radio del segundo tubo. Debido a que los radios pueden ser función de la altura, también el grosor del primer entrehierro puede ser función de la altura. De forma preferida el grosor del primer entrehierro es de al menos el 3 %, más preferiblemente de al menos el 8 %, de forma especialmente preferida de al menos el 15 % del radio del primer tubo. De forma preferida el grosor del primer entrehierro es como máximo el 80 %, más preferiblemente al menos el 60 %, de forma especialmente preferida al menos el 35 % del radio del primer tubo. El primer anillo difusor presenta una sección transversal circular o elíptica. El radio del primer anillo difusor es mayor, en el lado adyacente al segundo tubo, que el radio del segundo tubo (20) en el lado adyacente al primer anillo difusor (30). De este modo se obtiene una rendija, de tal manera que el gas de escape caliente no circula solamente por fuera alrededor del primer anillo difusor, sino también en el lado interior del anillo difusor. Al anillo difusor afluye por lo tanto gas de escape caliente por ambos lados, en donde el gas de escape se mezcla ya en el lado interior con el aire ambiente frío, que se alimenta a través del segundo tubo.
El aire ambiente que puede conducirse a través del segundo tubo se usa para enfriar la corriente de gases de escape en el primer tubo. Para conseguir una mezcla de las dos corrientes de aire sin alcanzar una gran resistencia a la corriente, está dispuesto un anillo difusor por encima del segundo tubo.
En otra forma de realización de la invención coinciden el eje de simetría del primer tubo y el eje de simetría del segundo
tubo.
En otra forma de realización de la invención, el segundo tubo termina en punta en el extremo inferior. Por ejemplo, el extremo inferior del segundo tubo está configurado cónicamente.
En otra forma de realización de la invención, en segundo tubo está redondeado en el extremo inferior. Por ejemplo el extremo inferior del segundo tubo es semiesférico. Esta forma se configura por ejemplo también en las gotas y favorece en especial la circulación.
En otra forma de realización de la invención, el radio del primer anillo difusor puede variar en función de la altura. El eje de simetría del primer anillo difusor y el eje de simetría del segundo tubo coinciden.
En otra forma de realización de la invención la forma del anillo difusor se elige de tal manera, que su superficie interior discurre al menos por puntos en paralelo a la superficie perimétrica superior del segundo tubo. De forma especialmente preferida, solo la superficie perimétrica inferior del anillo difusor es paralela a la superficie perimétrica superior del segundo tubo.
En otra forma de realización de la invención, el radio del primer anillo difusor aumenta desde abajo hacia arriba. Mediante el aumento del radio se obtiene una forma abombada hacia fuera del anillo difusor, con una sección transversal análoga a una superficie de plano sustentador. De este modo se produce un refuerzo del efecto de mezcla a través del anillo difusor. Se obtiene una diferencia de presión entre la zona interior y la exterior del anillo difusor. Mediante la forma abombada el aire circula en el lado interior más rápidamente, de tal manera que se produce una menor presión, de forma análoga a las alas de un avión. Mediante esta diferencia de presión se obtiene una aspiración eficiente del aire ambiente desde el segundo tubo hasta el interior del anillo difusor, sin que sea necesaria una alimentación de aire activa al segundo tubo. De forma preferida, la superficie del anillo difusor está abombada hacia fuera. De forma especialmente preferida los abombamientos de la superficie interior y de la superficie exterior pueden aproximarse mediante funciones cuadráticas, en donde las funciones son diferentes entre ellas. Adicionalmente, para reforzar el primer tubo puede estar abombado hacia el interior, con lo que se produce un aumento de presión adicional en la zona exterior entre el primer tubo y el anillo difusor. Adicionalmente, esto conduce a que el gas de escape caliente entre el primer tubo y el anillo difusor se acelera. De este modo se forma detrás del anillo difusor una corriente gaseosa anular exterior en el lado de la pared, la cual se acelera especialmente. De este modo se produce un efecto, al salir la corriente gaseosa desde el primer tubo, el cual iguala al de una bomba de chorro de agua y conduce a una mezcla eficiente mediante el arrastre del aire ambiente que circunda el primer tubo.
En otra forma de realización de la invención el anillo difusor está conformado redondeado en el extremo inferior y en punta en el extremo superior.
En otra forma de realización de la invención el radio del primer tubo, con una altura dada, es mayor que el radio del anillo difusor. De esta manera se obtiene un segundo entrehierro, a través del cual puede circular el gas de escape, en donde el segundo entrehierro presenta el grosor de la diferencia entre el radio del primer tubo y el radio del anillo difusor. Debido a que los radios pueden ser función de la altura, también el grosor del segundo entrehierro puede ser función de la altura. De forma preferida el grosor del segundo entrehierro es de al menos el 2 %, más preferiblemente de al menos el 5 %, de forma especialmente preferida de al menos el 10 % del radio del primer tubo. De forma preferida el grosor del segundo entrehierro es como máximo el 80 %, más preferiblemente al menos el 60 %, de forma especialmente preferida al menos el 35 % del radio del primer tubo.
En otra forma de realización de la invención, por encima del primer tubo está dispuesto un tercer tubo. El tercer tubo presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del tercer tubo puede variar en función de la altura. El radio del tercer tubo es mayor que el radio del primer tubo. Coinciden el eje de simetría del primer tubo y el eje de simetría del tercer tubo. Mediante la utilización de un tercer tubo se produce un entremezclado adicional entre el gas de escape caliente, el cual se entremezcla y enfría adicionalmente de este modo con el aire frío que proviene del entorno exterior. De esta forma se obtiene un primer enfriamiento en el núcleo mediante el aire frío conducido a través del segundo tubo, así como mediante el aire frío alimentado al tercer tubo desde el lado exterior.
En otra forma de realización de la invención, por encima del tercer tubo está dispuesto un cuarto tubo. El cuarto tubo presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del cuarto tubo puede variar en función de la altura. El radio más pequeño del cuarto tubo es mayor que el radio más grande del tercer tubo, en donde coinciden el eje de simetría del tercer tubo y el eje de simetría del cuarto tubo. El tercer tubo puede estar dispuesto parcialmente dentro del cuarto tubo. El tercer tubo puede estar diseñado también, alternativa o adicionalmente, estrechado en el extremo superior. Mediante la utilización adicional de un cuarto tubo con mayor diámetro se forma un entrehierro entre el tercer y el cuarto tubo, a través del cual se alimenta aire ambiente a la corriente de gases de escape. Se produce una segunda etapa de mezcla con aire ambiente frío para un enfriamiento adicional del gas de escape. En un perfeccionamiento de la invención está dispuesto además un quinto tubo por encima del cuarto tubo y presenta, de forma análoga, un radio mayor que que el cuarto tubo. Se forma un entrehierro adicional, a través del cual puede conseguirse un entremezclado adicional.
En otra forma de realización de la invención están dispuestas al menos tres alimentaciones de aire, de tal manera que
las mismas conducen aire desde fuera del primer tubo hasta el interior del segundo tubo. La alimentación de aire puede estar diseñada por ejemplo en forma de un tubo. A través de la alimentación de aire puede llegar aire ambiente frío hasta el segundo tubo, para enfriar el núcleo de la corriente de gases de escape, sin que previamente se haya mezclado con gas de escape. Al mismo tiempo unas pocas alimentaciones de aire, por ejemplo tres, solo representan una resistencia a la corriente reducida.
En otra forma de realización de la invención, las al menos tres alimentaciones de aire se usan para apoyar el segundo tubo. Para sujetar el segundo tubo en el interior del primer tubo, se requiere un apoyo. Si el apoyo es asumido por la alimentación de aire, puede prescindirse de componentes adicionales, de tal manera que se produce menos resistencia a la corriente.
En otra forma de realización de la invención, las alimentaciones de aire presentan una sección transversal en forma de gota. La sección transversal en forma de gota (abajo redonda y ancha, arriba acabada en punta) es óptima para el flujo y conduce además a que a la corriente de gases de escape se oponga una resistencia a la corriente lo más reducida posible.
En otra forma de realización de la invención, las al menos tres alimentaciones de aire están configuradas de tal manera, que la corriente de gases de escape que fluye a través del primer tubo se hace rotar a través de las al menos tres alimentaciones de aire. Para ello las alimentaciones de aire presentan una sección transversal que difiere de la simetría de rotación. En especial la sección transversal puede estar conformada análogamente a una superficie portante y, de esta forma, presentar un lado de aspiración y uno de presión. Las alimentaciones de aire están dispuestas a este respecto de forma ventajosa de tal manera, que el lado de aspiración de una alimentación de aire es adyacente al lado de presión de otra alimentación de aire, con lo que se produce un movimiento circular en la corriente de gases de escape.
En otra forma de realización de la invención, el dispositivo de expulsión de gases presenta un dispositivo de transporte, en donde el dispositivo de transporte está configurado para transportar aire a través de las alimentaciones de aire. Además del funcionamiento puramente pasivo, en el que mediante el flujo del gas de escape se aspira el aire ambiente frío, el aire ambiente frío también puede transportarse activamente. De este modo se produce un enfriamiento claramente más intenso de la corriente de gases de escape. Sin embargo, esto tiene también algunos inconvenientes. Por un lado, mediante el volumen de gas transportado activo adicional se produce una mayor contrapresión contra el gas de escape. Por otro lado aumentan los costes y el desgaste. Por ello puede estar previsto por ejemplo un dispositivo de transporte, el cual sin embargo en funcionamiento normal no transporte activamente y solo se conecte, añadiéndose activamente, en una situación de combate, para conseguir durante un breve plazo un efecto de refrigeración máximo.
En otra forma de realización de la invención, está dispuesto un segundo anillo difusor por encima del primer anillo difusor y por dentro del primer tubo. Si el dispositivo de expulsión de gases presenta un tercer tubo, el anillo difusor está dispuesto de forma preferida entre el primer anillo difusor y el tercer tubo.
En otra forma de realización de la invención el dispositivo de expulsión de gases tiene un dispositivo inyector de agua. La inyección de agua puede realizarse en uno o varios puntos. La ventaja de la inyección de agua es la refrigeración extremadamente eficiente, por un lado a causa de la muy alta capacidad calorífica del agua y, por otro lado, a causa del aprovechamiento de la también relativamente elevada entalpía de vaporización. Sin embargo, existe el inconveniente de los costes así como la presencia constante de agua en la zona. Por ello una inyección de agua solo se conecta adicionalmente de forma preferida opcionalmente, si es imprescindible una refrigeración intensiva, por ejemplo en caso de combate.
En otra forma de realización de la invención, la invención se refiere a una embarcación con un dispositivo de expulsión de gases conforme a la invención que, de forma preferida, se trata de una embarcación militar.
En un aspecto adicional, la invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un dispositivo de expulsión de gases, en donde el dispositivo de expulsión de gases presenta un dispositivo de transporte para transportar aire y un dispositivo inyector de agua. El dispositivo puede hacerse funcionar en cuatro estados operacionales principales. En un funcionamiento puramente pasivo, no se produce ni un transporte activo de aire ni una inyección de agua. En el funcionamiento activo se produce un transporte activo de aire, pero no una inyección de agua. En funcionamiento intensivo se produce un transporte activo de aire y una inyección de agua. En funcionamiento húmedo solo se produce una inyección de agua, pero no un transporte activo de aire. El procedimiento comprende, en un primer paso de procedimiento, la prefijación de los parámetros de empleo. En un segundo paso se selecciona el estado operacional que se ajusta a los parámetros de empleo.
Por ejemplo, como parámetro de empleo se prefija la navegación de traslación. En este caso predominan los puntos de vista económicos, de tal manera que se elige el funcionamiento pasivo. Si se elige como parámetro de empleo una navegación de traslación, es necesario mantener lo más reducida posible la firma durante un periodo de tiempo largo, pero el funcionamiento debe diseñarse para un tiempo de permanencia en la mar lo más largo posible. Por ello, para este caso se elige el funcionamiento activo. En una situación de combate o tiro, la minimización de la firma es absolutamente prioritaria, de tal manera que se elige el funcionamiento intensivo.
A continuación se explica con más detalle el dispositivo de expulsión de gases conforme a la invención, basado en un ejemplo de realización representado en los dibujos. Aquí muestran:
la fig. 1 una sección transversal a través de un primer dispositivo de expulsión de gases,
la fig. 2 una sección transversal a través de un segundo dispositivo de expulsión de gases,
la fig. 3 una sección transversal a través de un tercer dispositivo de expulsión de gases,
la fig. 4 una sección transversal a través de un cuarto dispositivo de expulsión de gases,
la fig. 5 una vista esquemática de un quinto dispositivo de expulsión de gases,
En la fig. 1 se muestra un primer dispositivo de expulsión de gases en una sección transversal. El dispositivo de expulsión de gases se compone de un primer tubo 10, en el que se introduce gas de escape caliente desde abajo y se expulsa desde el gas de escape refrigerado arriba. En el primer tubo 10 está dispuesto un segundo tubo 20. El mismo está cerrado hacia abajo y abierto hacia arriba. Mediante la corriente gaseosa del gas de escape caliente se arrastra aire frío desde el segundo tubo 20. Alternativa o adicionalmente, desde el segundo tubo 20 también puede transportarse aire frío activo. Por encima del segundo tubo 20 está dispuesto un anillo difusor 20.
La fig. 2 muestra un segundo dispositivo de expulsión de gases, el cual es comparable al primer dispositivo de expulsión de gases. La única diferencia consiste en que el primer tubo 10 presenta hacia arriba un estrechamiento, para aumentar a la salida la velocidad de flujo.
En la fig. 3 se muestra un tercer dispositivo de expulsión de gases, el cual presenta un tercer tubo 40 adicionalmente respecto al segundo dispositivo de expulsión de gases. De forma ventajosa, el tercer tubo 40 está algo ensanchado en su lado inferior, como se muestra, para adicionalmente aspirar más aire ambiente frío.
Como conformación adicional, en la fig. 4 se muestra un cuarto dispositivo de expulsión de gases, el cual presenta un cuarto tubo 50 adicionalmente respecto al tercer dispositivo de expulsión de gases, en donde el tercer tubo 40 está dispuesto parcialmente en el interior del cuarto tubo 40. De este modo se aspira aire ambiente frío en una etapa adicional.
La fig. 5 muestra un quinto dispositivo de expulsión de gases. El segundo tubo 20 está dispuesto en el interior del primer tubo 10 y se alimenta con aire frío a través de tres alimentaciones de aire. Aquí el aire frío puede circular pasiva o activamente a través de las alimentaciones de aire 60. Las alimentaciones de aire 60 soportan a este respecto el segundo tubo 20 en el interior del primer tubo 10. Por encima del segundo tubo 20 está dispuesto el primer anillo difusor 30.
Lista de símbolos de referencia
10 Primer tubo
20 Segundo tubo
30 Primer anillo difusor
40 Tercer tubo
50 Cuarto tubo
60 Alimentación de aire
Claims (11)
1. - Dispositivo de expulsión de gases para una embarcación, en donde el dispositivo de expulsión de gases presenta un primer tubo (10), en donde puede conducirse gas de escape caliente a través del primer tubo (10), en donde el primer tubo (10) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del primer tubo (10) puede variar en función de la altura, en donde en el interior del primer tubo (10) está dispuesto un segundo tubo (20), en donde el segundo tubo (20) está cerrado hacia abajo, en donde el segundo tubo (20) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del segundo tubo (20) puede variar en función de la altura, en donde el radio del primer tubo (10) es mayor que el radio del segundo tubo (20), en donde a través del segundo tubo (20) puede conducirse aire ambiente, caracterizado porque por encima del segundo tubo (20) y dentro del primer tubo está dispuesto un primer anillo difusor (30), en donde el primer anillo difusor (30) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del primer anillo difusor (30) es mayor, en el lado adyacente al segundo tubo (20), que el radio del segundo tubo (20) en el lado adyacente al primer anillo difusor (30).
2. - Dispositivo de expulsión de gases según la reivindicación 1, caracterizado porque el radio del primer anillo difusor (30) puede variar en función de la altura, y en donde coinciden el eje de simetría del primer anillo difusor (30) y el eje de simetría del segundo tubo (20).
3. - Dispositivo de expulsión de gases según la reivindicación 3, caracterizado porque el radio del primer anillo difusor (30) aumenta desde abajo hacia arriba.
4. - Dispositivo de expulsión de gases según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por encima del primer tubo (10) está dispuesto un tercer tubo (40), en donde el tercer tubo (40) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del tercer tubo (40) puede variar en función de la altura, en donde el radio del tercer tubo (40) es mayor que el radio del primer tubo (10), en donde coinciden el eje de simetría del primer tubo (10) y el eje de simetría del tercer tubo (40).
5. - Dispositivo de expulsión de gases según la reivindicación 4, caracterizado porque por encima del tercer tubo (40) está dispuesto un cuarto tubo (50), en donde el cuarto tubo (50) presenta una sección transversal circular o elíptica, en donde el radio del cuarto tubo (50) puede variar en función de la altura, en donde el radio del cuarto tubo (50) es mayor que el radio del tercer tubo (40), en donde coinciden el eje de simetría del tercer tubo (40) y el eje de simetría del cuarto tubo (50), en donde el tercer tubo (40) puede estar dispuesto parcialmente dentro del cuarto tubo (50).
6. - Dispositivo de expulsión de gases según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque están dispuestas al menos tres alimentaciones de aire (60), de tal manera que conducen aire desde fuera del primer tubo (10) hasta el interior del segundo tubo (20).
7. - Dispositivo de expulsión de gases según la reivindicación 6, caracterizado porque las al menos tres alimentaciones de aire (60) sirven para apoyar el segundo tubo (20).
8. - Dispositivo de expulsión de gases según una de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizado porque las alimentaciones de aire (60) presentan una sección transversal en forma de gota.
9. - Dispositivo de expulsión de gases según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque las al menos tres alimentaciones de aire (60) están configuradas de tal manera, que la corriente de gases de escape que fluye a través del primer tubo (10) se hace rotar a través de las al menos tres alimentaciones de aire (60).
10. - Dispositivo de expulsión de gases según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el dispositivo de expulsión de gases presenta un dispositivo de transporte, en donde el dispositivo de transporte está configurado para transportar aire a través de las alimentaciones de aire (60).
11. - Dispositivo de expulsión de gases según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un segundo anillo difusor está dispuesto por encima del primer anillo difusor (30) y por dentro del primer tubo (10).
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