ES2942641T3 - Sistema intercambiador de calor - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un sistema de intercambio de calor (10) en una turbomáquina que comprende una pluralidad de elementos y equipos para ser enfriados y/o lubricados, comprendiendo dicho sistema un circuito de fluido (12) para enfriar y/o lubricar dichos equipos, dicho intercambiador de calor estando configurado el sistema (10) para poner dicho circuito de fluido (12) en contacto térmico con un fluido (14) actuando también como fuente de frío, caracterizado porque el sistema de intercambio de calor (10) comprende una estructura perforada (16) en contacto térmico con al menos un tramo caliente del circuito de fluido (12) y por el que pasa un flujo de aire de admisión (14) de la turbomáquina actuando como fuente fría. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema intercambiador de calor
Ámbito técnico
La invención propone un sistema intercambiador de calor para una turbomáquina de aeronave que comprende una entrada de aire radial.
La invención propone más particularmente un sistema intercambiador de calor para refrigerar un fluido de lubricación y/o de refrigeración de equipos de la turbomáquina, en el cual la fuente fría del intercambiador está constituida por el caudal de aire a la entrada de la turbomáquina.
Estado de la técnica anterior
Una turbomáquina de aeronave comprende una pluralidad de elementos y de equipos que deben ser lubricados y/o refrigerados de manera constante durante el funcionamiento de la turbomáquina.
Estas funciones de lubricación y de refrigeración están aseguradas por un fluido lubricante que así es llevado a calentarse.
Para limitar la temperatura de este fluido, es conocido equipar a la turbomáquina con uno o varios dispositivos de intercambio de calor, que están configurados para intercambiar calor entre el fluido y una fuente fría que está formada por el aire exterior que circula en la proximidad del cárter exterior de la turbomáquina o bien que está formada por un flujo de aire exterior dedicado a esta función.
Se han adoptado numerosas soluciones para disponer el intercambiador de calor, en particular a nivel de la entrada de aire de la turbomáquina, como se describe en el documento FR-A-2.958.974, en el cual el intercambiador de calor está dispuesto en el conducto de entrada de aire de la turbomáquina. Los documentos GB-626.571-A y EP-1.630.358-B divulgar también soluciones de la técnica anterior.
Tales soluciones implican añadir un componente a la turbomáquina para formar el intercambiador de calor, es decir, aumentar la masa y la complejidad de la turbomáquina.
Exposición de la invención
La invención tiene por objetivo proponer un sistema intercambiador de calor integrado en la estructura general de la turbomáquina, que desempeña igualmente la función de sistema antihielo de la entrada de aire de la turbomáquina. Co este objetivo, y de acuerdo con la reivindicación 1, la invención propone un sistema de intercambio de calor en una turbomáquina que comprende una pluralidad de elementos y equipos que haya que refrigerar y/o lubricar, comprendiendo el citado sistema un circuito fluídico para refrigerar y/o lubricar los citados equipos, estando configurado el citado sistema de intercambio de calor para poner el citado circuito fluídico en contacto térmico con un fluido que por otra parte actúa como fuente fría,
caracterizado por que el sistema de intercambio de calor comprende una estructura perforada que está en contacto térmico con al menos un tramo caliente del circuito fluídico y que es atravesada radialmente por un flujo de aire de admisión de la turbomáquina que forma la fuente fría.
Esta estructura perforada utilizada para realizar la transferencia de calor entre el fluido caliente y el flujo de aire de admisión que constituye la fuente fría, permite utilizar el calor tomado del fluido caliente para calentar la estructura sólida, con el fin de evitar cualquier acreción de agua o de cristales de hielo sobre esta estructura, que hubieran podido ser llevados por el flujo de aire admitido durante el funcionamiento de la turbomáquina en condiciones de formación de hielo.
Esto permite combinar la función de intercambio de calor refrigerando el fluido de lubricación y/o de refrigeración con la función antihielo a la entrada de aire gracias a la temperatura de la estructura perforada que es superior a 0 °C. Otros modos de realización preferidos se presentan en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la descripción detallada que sigue, para cuya comprensión se hará referencia a las figuras anejas, entre las cuales:
- la figura 1 es una representación esquemática de un sistema de intercambio de calor de acuerdo con un primer modo de realización de la invención;
- la figura 2 es una vista similar a la figura 1, que muestra otro modo de realización de la invención;
- la figura 3 es una vista similar a la figura 1, que muestra otro modo más de realización de la invención.
Exposición detallada de modos de realización particulares
En las figuras se ha representado una parte de un sistema de intercambio de calor 10 para una turbomáquina configurada con una entrada de aire radial, por ejemplo, una turbomáquina de aeronave.
La turbomáquina comprende una pluralidad de componentes y elementos que se calientan durante el funcionamiento de la turbomáquina, y que tienen necesidad de ser refrigerados o de ser lubricados de manera continua.
Para ello, la turbomáquina comprende un circuito fluídico principal que alimenta a todos los componentes y elementos de la turbomáquina con un fluido que es apto para lubricarlos o refrigerarlos.
El circuito fluídico principal está asociado al sistema de intercambio de calor 10 representado en las figuras, el cual permite refrigerar el fluido que ha circulado a través de estos componentes y elementos.
El sistema de intercambio de calor 10 comprende un circuito fluídico 12 que está conectado al circuito fluídico principal o bien que constituye este último y está configurado para que pueda tener lugar un intercambio de calor entre el fluido caliente y una fuente fría 14.
Para ello, el sistema de intercambio de calor 10 está configurado para poner el circuito fluídico 12 en contacto térmico con la fuente fría 14.
Aquí, la fuente fría 14 consiste en un flujo de aire, por ejemplo, el flujo de aire que es admitido en la turbomáquina. Este flujo de aire está a una temperatura próxima a la temperatura exterior ambiente, la cual puede ser muy baja, sobre todo cuando la aeronave vuela a gran altura.
Para ceder calor al flujo de aire 14 admitido a partir del fluido del circuito fluídico 12, el sistema de intercambio de calor 10 comprende una estructura perforada 16 que comprende una pluralidad de aberturas 15 que son atravesadas por el flujo de aire 14 y que está en contacto térmico con el fluido del circuito fluídico.
Preferentemente, la estructura perforada 16 del sistema de intercambio de calor 10 es calentada por el fluido caliente, lo que impide la acreción, o la acumulación de cristales de hielo sobre la misma, a nivel de la entrada de aire de la turbomáquina, cuando la aeronave vuela en condiciones exteriores de formación de hielo.
Así, el intercambio de calor entre el fluido caliente que circula en el circuito fluídico 12 y el flujo de aire que atraviesa la estructura perforada 16 permite a la vez refrigerar el fluido y calentar la estructura perforada 16 para limitar la acreción de cristales de hielo.
Para intercambiar calor con el fluido, la estructura perforada 16 está diseñada para poder ser atravesada por el fluido caliente.
A tal efecto, según un primer modo de realización representado en la figura 1, la estructura perforada 16 consiste en un elemento hueco, realizado por ejemplo por el ensamblaje de dos placas a su vez perforadas, que es atravesado por el fluido caliente.
Aquí, la estructura perforada 16 es de forma cilíndrica de revolución, y está conectada al circuito fluídico 12 en sus dos extremos axiales. El flujo de aire atraviesa la estructura perforada 16 radialmente, con respecto a su eje principal A. La estructura perforada 16 consiste en un ensamblaje de dos placas perforadas cilíndricas coaxiales en las cuales existen unas aberturas 15 cuya forma es, por ejemplo, circular o rectangular.
La estructura perforada 16 puede consistir en un sistema de doble piel, cuya piel interna está en contacto con el fluido caliente y la piel externa en contacto con el flujo de aire 14 admitido.
Un primer extremo axial 16a de la estructura perforada está abierto y forma una entrada para el fluido caliente, el segundo extremo axial 16b de la estructura perforada 16 está también abierto y forma una salida para el fluido enfriado. Según otro modo de realización representado en la figura 2, la estructura perforada 16 forma una rejilla que está realizada en parte a partir de tramos 18 del circuito fluídico 12.
Aquí también, la estructura perforada 16 es de forma cilíndrica de revolución. Los tramos 18 del circuito fluídico 12 son todos paralelos al eje principal A de la estructura perforada 16 y están distribuidos regularmente o no alrededor del eje principal A de la estructura perforada 16.
Los tramos 18 del circuito fluídico 12 constituyen elementos estructurales de la estructura perforada 16, de modo que la transferencia de calor se efectúa por conducción de calor con los otros componentes de la estructura perforada 16 y por intercambio de calor directamente con el flujo de aire 14.
Según una variante de realización, representada en la figura 3, la estructura perforada 16 consiste en una rejilla y un tramo 20 del circuito fluídico 12 forma un elemento estructural de la estructura perforada 16. Este tramo 20 del circuito fluídico 12 es en forma de un arrollamiento helicoidal coaxial con el eje principal A de la estructura perforada 16. Según otra variante, no representada, la estructura perforada 16 comprende varios tramos 20 en forma de arrollamiento helicoidal.
Se comprenderá que la invención no está limitada a estos únicos modos de realización y que el sistema de intercambio de calor 10 puede comprender una combinación de los modos de realización precedentes.
Por ejemplo, el sistema de intercambio de calor 10 puede comprender una estructura perforada 16 en forma de rejilla constituida a partir de tramos 18 paralelos al eje principal de la estructura perforada 16 y a partir de al menos un tramo 20 de forma helicoidal.
Asimismo, según un modo de realización no representado y que no forma parte de la invención reivindicada, la estructura perforada 16 puede consistir en una estructura de doble piel cuya piel externa está en contacto con el flujo de aire 14 y que comprende tubos internos formados por tramos 18, 20 del circuito fluídico 12. La transferencia de calor entre la piel externa y los tubos internos se efectúa por ejemplo por puentes térmicos.
Asimismo, según otro modo de realización no representado y que no forma parte de la invención reivindicada, la estructura perforada 16 es en forma de anillo plano, es decir que tiene una entrada de aire axial. Según este modo de realización, el o los tramos del circuito fluídico 12 constitutivos de la estructura perforada 16 son tramos rectilíneos orientados radialmente con respecto al eje principal de la estructura perforada 16, o bien uno o varios tramos en forma de espiral centrada en el eje principal de la estructura perforada 16.
O bien, cuando la estructura perforada 16 en forma de anillo plano consiste en un elemento hueco, la misma está realizada por el ensamblaje de dos placas perforadas planas paralelas y está abierta en cada uno de sus extremos radiales interno y externo.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de intercambio de calor (10) en una turbomáquina que comprende una pluralidad de elementos y equipos que haya que refrigerar y/o lubricar, comprendiendo el citado sistema un circuito de fluido (12) para refrigerar y/o lubricar los citados equipos, estando configurado el citado sistema de intercambio de calor (10) para poner el citado circuito de fluido (12) en contacto térmico con un fluido (14) que por otra parte desempeña la función de fuente fría, comprendiendo el sistema de intercambio de calor (10) una estructura perforada (16) en forma de rejilla realizada a partir de varios tramos del circuito fluídico los cuales están distribuidos en la estructura perforada y que es atravesada por un flujo de aire (14) de admisión de la turbomáquina que forma la fuente fría,
caracterizado por que la estructura perforada es de forma cilíndrica anular de revolución y está configurada para ser atravesada radialmente por el flujo de aire (14) durante la utilización.
2. Sistema de intercambio de calor (10) según la reivindicación precedente, caracterizado por que la estructura perforada (16) comprende varios tramos (18) del circuito fluídico (12) paralelos entre sí y paralelos al eje principal A de la estructura perforada (16).
3. Sistema de intercambio de calor (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la estructura perforada (16) comprende al menos un tramo (20) del circuito fluídico (12) que forma un arrollamiento sensiblemente helicoidal coaxial con el eje principal A de la estructura perforada (16).
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