ES2930727T3 - Enfriamiento de combustible para un grupo motopropulsor - Google Patents

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Abstract

Un intercambiador de calor según la invención sirve para enfriar combustible para un motor por medio de un flujo de refrigeración. Comprende una línea de flujo principal (11) para conducir el combustible a enfriar y una línea de flujo secundario (12) para conducir el flujo de enfriamiento. El ramal se bifurca de la línea principal. Un sistema de alimentación (20) según la invención para un motor con combustible comprende un depósito (21), un sistema de conducción de suministro (22a, 22b) y uno o varios intercambiadores de calor (10, 10') según una de las reivindicaciones anteriores. Un método según la invención comprende introducir combustible en una línea de flujo principal (11) de un intercambiador de calor (10, 10'), ramificando un flujo de enfriamiento desde la línea de flujo principal hacia una línea de flujo lateral (12) del intercambiador de calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Enfriamiento de combustible para un grupo motopropulsor
La presente invención se refiere a un sistema de suministro de combustible para un grupo motopropulsor y a un procedimiento para enfriar combustible para un grupo motopropulsor. El documento EP-A1-2 693 033 describe el estado de la técnica.
Al alimentar combustible desde un tanque a un motor, a menudo es necesario cumplir unas condiciones que pretenden garantizar el menor consumo posible y una combustión segura. Por ejemplo, al cumplir con rangos específicos de presión y temperatura para el combustible, se puede prevenir o al menos reducir la formación de cavitación, que de lo contrario puede conducir a un suministro irregular de combustible y, por lo tanto, a una combustión no uniforme.
Para enfriar el combustible en el tanque, por ejemplo, este se puede despresurizar; esto permite reducir la temperatura del combustible vaporizándolo (enfriamiento por efecto de Joule-Thomson). De esta manera, en particular en la tecnología de cohetes, se puede contrarrestar el calentamiento solar del combustible en el tanque, que puede deberse a la entrada de calor solar después de largas fases balísticas (antes de que el grupo motopropulsor se vuelva a encender).
Sin embargo, el procedimiento mencionado requiere que el tanque se presurice nuevamente a continuación con un gas presurizador (por ejemplo, helio gaseoso), que debe transportarse en uno o más depósitos de almacenamiento de gas presurizado. Además, el procedimiento no está optimizado energéticamente, porque se enfría en cada caso todo el contenido del tanque, del cual una gran parte permanece dado el caso en el tanque durante la respectiva fase de propulsión para ser utilizada más tarde.
La presente invención tiene el objetivo de proporcionar una técnica con la que se eviten las desventajas anteriormente mencionadas y que permita un enfriamiento eficiente del combustible para un grupo motopropulsor. El objetivo se consigue mediante un sistema de suministro para un grupo motopropulsor de acuerdo con la reivindicación 1 y un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2. Formas de realización ventajosas se divulgan en la reivindicación dependiente 3, así como en la descripción y las figuras.
Un intercambiador de calor sirve para enfriar el combustible para un grupo motopropulsor; un "grupo motopropulsor" en este documento puede ser un grupo motopropulsor de un avión o de un cohete que se puede volver a encender y, en particular, puede comprender uno o más grupos motopropulsores parciales (por ejemplo, un grupo motopropulsor principal y al menos un grupo motopropulsor secundario).
El intercambiador de calor comprende un conducto de flujo principal para conducir el combustible que se ha de enfriar y un conducto de flujo secundario para conducir un flujo de enfriamiento con el que se puede enfriar el combustible en el conducto de flujo principal. A este respecto, el conducto de flujo secundario se ramifica desde el conducto de flujo principal.
La ramificación tiene así el efecto de que, después de la introducción de combustible en el conducto de flujo principal, una parte del combustible introducido se deriva al conducto de flujo secundario para servir allí como flujo de enfriamiento para el enfriamiento. Hasta la ramificación, el conducto de flujo principal transporta no solo el combustible que (más tarde) se dirigirá total o parcialmente al grupo motopropulsor, sino también el combustible que actúa como flujo de enfriamiento tras la ramificación en el conducto de flujo secundario.
Un sistema de suministro de acuerdo con la invención sirve para suministrar combustible a un grupo motopropulsor. El sistema de suministro comprende un tanque, un sistema de conductos de transporte y uno o más intercambiadores de calor dispuestos en el interior del tanque de acuerdo con una de las formas de realización divulgadas en este documento. El sistema de conductos de transporte está configurado, a este respecto, para dirigir combustible desde el tanque a través del uno o más intercambiadores de calor hasta el grupo motopropulsor. Para ello puede comprender una bomba, en particular una turbobomba, que preferentemente está dispuesta entre el intercambiador de calor y el grupo motopropulsor.
El intercambiador de calor está dispuesto en el interior del tanque. Si el sistema de suministro comprende varios intercambiadores de calor, al menos uno de los intercambiadores de calor está dispuesto en el interior del tanque. En particular, pueden estar dispuestos varios intercambiadores de calor en el interior del tanque.
Una ubicación en el interior del tanque puede hacer posible ventajosamente un funcionamiento sin torsión y también puede eliminar la necesidad de un aislamiento externo y de un tubo de escape. Además, se puede minimizar una fuga en el intercambiador de calor, porque la diferencia de presión entre la entrada y la salida de combustible solo da lugar a diferencias de presión en el rango de las pérdidas de presión de flujo. En consecuencia, el intercambiador de calor no tiene que estar diseñado como un contenedor a presión incluso aunque el combustible comprenda un gas licuado. En particular, esto permite que el intercambiador de calor sea ligero.
Con tal ubicación en el interior del tanque, el conducto de flujo secundario conduce preferentemente desde su ramificación (desde el conducto de flujo principal) hasta una abertura en el tanque; a través de esta se puede descargar el flujo de enfriamiento al entorno del tanque (después de haber enfriado el flujo de combustible en el interior del conducto de flujo principal).
Una ubicación fuera del tanque, en cambio, permite un tanque relativamente pequeño y, por lo tanto, simplifica en particular su producción, por ejemplo, en formas de realización en las que el sistema de suministro se utiliza o se va a utilizar en viajes espaciales, por ejemplo, para el abastecimiento de un cohete espacial.
Preferentemente, el intercambiador de calor comprende soportes mecánicos con amortiguadores antivibratorios para montar el intercambiador de calor (dentro o fuera del tanque).
Un procedimiento de acuerdo con la invención sirve para enfriar combustible para un grupo motopropulsor. Comprende introducir el combustible (por ejemplo, desde un tanque) en un conducto de flujo principal de un intercambiador de calor, derivar un flujo de enfriamiento desde el conducto de flujo principal a un conducto de flujo secundario del intercambiador de calor, disminuir la temperatura en el flujo de enfriamiento en el conducto de flujo secundario y enfriar al menos una sección del conducto de flujo principal (y, por lo tanto, del combustible que se encuentra en la misma) con el flujo de enfriamiento en el conducto de flujo secundario, mientras la cantidad de combustible que fluye en el conducto de flujo principal se alimenta al grupo motopropulsor.
El flujo de enfriamiento se forma así a partir de una parte del combustible introducido en el conducto de flujo principal. De acuerdo con una forma de realización ventajosa, el procedimiento de acuerdo con la invención comprende descargar el flujo de enfriamiento (por ejemplo, vaporizado) desde el conducto de flujo secundario a un entorno del intercambiador de calor (por ejemplo, al espacio).
La presente invención permite ventajosamente que el combustible se enfríe según se requiera. Por un lado, es posible evitar un enfriamiento del combustible que, por ejemplo, solamente está contenido en el tanque como reserva para ser utilizado en una fase de propulsión posterior, ya que solamente puede enfriarse la cantidad de combustible que fluye por el conducto de flujo principal (en particular mientras este está siendo alimentado al grupo motopropulsor). Por otro lado, de acuerdo con la invención, una parte del combustible transportado desde el tanque puede usarse en sí misma para el enfriamiento, descargándose (o derivándose) esta parte al conducto de flujo secundario. De este modo, se puede establecer una dependencia funcional del proceso de enfriamiento con respecto a la cantidad de combustible introducida en el conducto de flujo principal. El conducto de flujo principal se puede dividir en una pluralidad de conductos de flujo principal parciales que, por ejemplo, pueden discurrir paralelos entre sí al menos por secciones. De manera análoga, el conducto de flujo secundario se puede dividir en una pluralidad de conductos de flujo secundario parciales que, por ejemplo, pueden discurrir paralelos entre sí al menos por secciones. De esta manera, se puede mejorar el intercambio de temperatura, porque los límites (p. ej. paredes) de los conductos parciales individuales pueden servir como superficies de intercambio de temperatura.
En particular, el intercambiador de calor puede estar diseñado como intercambiador de calor de haz de tubos. Los tubos en el haz de tubos pueden estar configurados, por ejemplo, completamente rectos o en forma de U.
De acuerdo con formas de realización ventajosas de la presente invención, el conducto de flujo secundario se ramifica desde el conducto de flujo principal antes o después de una zona de intercambio de temperatura del intercambiador de calor; las preposiciones "antes" y "después" deben entenderse a este respecto en referencia a una dirección de flujo prevista del combustible a través del conducto de flujo principal. En esta zona de intercambio de temperatura, el conducto de flujo secundario y el conducto de flujo principal son contiguos entre sí, es decir, están preferentemente separados solamente por un material termoconductor, tal como, por ejemplo, metal. De acuerdo con una forma de realización ventajosa, el material termoconductor tiene un grosor de pared de como mínimo 0,1 mm y como máximo 0,5 mm, más preferentemente de como mínimo 0,1 mm y como máximo 0,3 mm.
Si la ramificación del conducto de flujo secundario (desde el conducto de flujo principal) está dispuesta antes de la zona de intercambio de temperatura, la parte del combustible que pasa por la zona de intercambio de temperatura en el conducto de flujo principal puede alimentarse (preferentemente por completo), una vez enfriada, al grupo motopropulsor. La parte descargada al conducto de flujo secundario, en cambio, puede someterse por separado a un proceso de enfriamiento (por ejemplo, enfriamiento externo o despresurización) para luego actuar como flujo de enfriamiento en el conducto de flujo secundario (y en la zona de intercambio de temperatura).
En cambio, si la ramificación del conducto de flujo secundario (desde el conducto de flujo principal) está despuesta después de la zona de intercambio de temperatura, el intercambiador de calor permite que el combustible fluya en el conducto de flujo principal a través de la zona de intercambio de temperatura, después -para parte del combustiblea través de la ramificación hacia el conducto de flujo secundario y de nuevo en el conducto de flujo secundario (ahora como flujo de enfriamiento) a través de la zona de intercambio de temperatura. El combustible derivado al conducto de flujo secundario ya está, por tanto, previamente enfriado en este caso. Antes de que se use como flujo de enfriamiento en la zona de intercambio de temperatura, el combustible puede (de manera análoga al caso considerado anteriormente) someterse a un proceso de enfriamiento adicional (por ejemplo, enfriamiento externo o despresurización).
Lo mismo se aplica si el conducto de flujo secundario comprende una pluralidad de conductos de flujo secundario parciales, de los cuales al menos uno (visto en la dirección de flujo prevista del combustible a través del conducto de flujo principal) se ramifica antes de la zona de intercambiado de temperatura y/o al menos uno detrás de esta.
Esto es válido de manera análoga para una forma de realización del procedimiento de acuerdo con la invención, en el que el flujo de enfriamiento se puede ramificar desde el conducto de flujo principal a un conducto de flujo secundario del intercambiador de calor (con respecto a la dirección de flujo del combustible a través del conducto de flujo principal) antes y/o después de una zona de intercambio de temperatura.
El intercambiador de calor puede estar diseñado como recuperador de flujo a contracorriente, de flujo paralelo o de flujo cruzado, es decir, configurado para conducir el combustible que se ha de enfriar y el flujo de enfriamiento (esencialmente) en direcciones contrarias, en la misma dirección o en direcciones que se cruzan (una o más veces). En consecuencia, un procedimiento de acuerdo con la invención puede comprender conducir el flujo de enfriamiento a través del conducto de flujo secundario en la misma dirección en la que se conduce el combustible a través del conducto de flujo principal, en dirección contraria a la misma o en dirección o direcciones que se cruzan (una o más veces) con la dirección de flujo principal.
Una dirección contraria del flujo de enfriamiento y del combustible que se ha de enfriar provoca un enfriamiento especialmente ventajoso. En cambio, direcciones iguales pueden permitir una construcción compacta y simplificada del intercambiador de calor, en particular en formas de realización en las que el flujo secundario (en la dirección de flujo del flujo principal) se ramifica desde el conducto de flujo principal antes de una zona de intercambio de temperatura. Análogamente, direcciones cruzadas pueden permitir una construcción global ventajosa y, especialmente en el caso de varios cruces, un tiempo de paso prolongado, lo que puede garantizar un intercambio de calor correspondientemente bueno.
En particular, el conducto de flujo principal (o al menos una sección del conducto de flujo principal) y el conducto de flujo secundario (o al menos una sección del conducto de flujo secundario) pueden discurrir esencialmente paralelos entre sí (o con las mismas curvaturas) en la zona de intercambio de temperatura. El combustible que se ha de enfriar y el flujo de enfriamiento están preferentemente separados entre sí al menos en una sección solamente por uno o más materiales con buena conductividad térmica y/o por al menos un material con la mayor área de superficie posible o una alta relación área de superficie a volumen.
Ventajosamente, al menos una sección del conducto de flujo secundario discurre por el interior del conducto de flujo principal y/o al menos una sección del conducto de flujo principal discurre por el interior del conducto de flujo secundario. Los conductos de flujo principal y secundario están al menos parcialmente uno dentro de otro. El conducto (parcial) en cada caso interior puede estar rodeado, a este respecto, preferentemente (en sección transversal) por completo por una corriente de combustible que fluye a través del conducto en cada caso exterior. Esto permite un intercambio de temperatura particularmente bueno.
Si el intercambiador de calor está diseñado como un intercambiador de calor de haz de tubos, por ejemplo, como se mencionó anteriormente, una sección del conducto de flujo secundario puede estar dispuesta como un haz de tubos con varios conductos de flujo secundario parciales dentro del conducto de flujo principal, o viceversa.
El combustible que se ha de enfriar puede comprender en particular un gas licuado (por ejemplo un criógeno, en particular hidrógeno líquido u oxígeno líquido). En este caso, el conducto de flujo secundario presenta preferentemente un estrangulador (preferentemente controlable) para reducir la presión (y, por lo tanto, la temperatura de ebullición) del gas licuado hasta el nivel de presión de vaporización. Con la vaporización, el combustible conducido a través del conducto de flujo secundario se enfría y, por lo tanto, puede actuar como un flujo de enfriamiento para el combustible que se ha de enfriar. De acuerdo con una forma de realización ventajosa del procedimiento de acuerdo con la invención, la temperatura del flujo de enfriamiento se disminuye reduciendo la presión (y, por tanto, la temperatura de ebullición) en el gas licuado hasta el nivel de presión de vaporización, por ejemplo con ayuda de un estrangulador (preferentemente controlable).
En tales formas de realización, el calor de vaporización del combustible se aprovecha para el enfriamiento. En particular, cuando se usa para enfriar combustible para cohetes, la presente invención permite una reducción del peso al eliminar la necesidad de almacenamiento de gas comprimido con un gas presurizador (por ejemplo, helio gaseoso).
El conducto de flujo secundario comprende preferentemente una válvula con la que se puede detener el flujo de enfriamiento. De esta manera, la función del intercambiador de calor se puede conectar y desconectar y, preferentemente, se puede controlar. De acuerdo con una forma de realización ventajosa, el intercambiador de calor también comprende una unidad de medición de caudal y/o temperatura, a través de la cual se puede regular la función de enfriamiento en cooperación con la válvula.
Ventajosamente, el intercambiador de calor está diseñado como contenedor a presión. Esto lo hace particularmente adecuado para disponerlo fuera del tanque. El intercambiador de calor está configurado preferentemente para mantener al menos esencialmente la presión que reina en el tanque en el conducto de flujo principal.
De acuerdo con una forma de realización ventajosa de un procedimiento de acuerdo con la invención, el combustible se introduce en el conducto de flujo principal fuera de la atmósfera terrestre. En particular, reducir la presión del gas licuado hasta los niveles de presión de vaporización (provocando así el enfriamiento por efecto de Joule-Thomson) puede comprender evacuar el gas de vaporización al vacío del espacio.
A continuación se explican con más detalle ejemplos de realización preferidos de la invención mediante dibujos. Se entiende que los elementos y componentes individuales también se pueden combinar de manera diferente a como se ha representado. Las referencias para elementos correspondientes entre sí se utilizan en todas las figuras y dado el caso no se describen de nuevo para cada figura.
Muestran esquemáticamente:
la Figura 1: un intercambiador de calor en una vista en perspectiva;
la Figura 2: una vista lateral del interior del intercambiador de calor representado en la figura 1; y
la Figura 3: una construcción de un sistema de suministro de combustible para un grupo motopropulsor; y la Figura 4 una forma de realización de ejemplo de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención en el interior de un tanque.
En la figura 1 se representa un intercambiador de calor 10 de acuerdo con una forma de realización de ejemplo. El intercambiador de calor comprende un conducto principal 11 que comprende tres secciones: Una primera sección 11a del conducto principal 11 está configurada para conectarse a un sistema de conductos de transporte, en particular a un conducto de alimentación procedente de un tanque o también directamente a una salida del tanque; esto está representado en la figura por una brida; alternativamente, también serían posibles otras opciones de conexión. Una segunda sección 11b del conducto principal discurre a través de una zona de intercambio de temperatura Z dentro de un tubo exterior; los detalles sobre esto se pueden ver en la figura 2 y se explican en la descripción de la misma. Finalmente, una tercera sección 11c está configurada para conectarse a un sistema de conductos de transporte, en particular a un conducto de alimentación a un grupo motopropulsor; esto se representa de nuevo en la figura mediante una brida; alternativamente, también en este caso son posibles otras opciones de conexión.
Una dirección de flujo R prevista de combustible a través del conducto de flujo principal se indica en la figura con flechas.
Un conducto de flujo secundario 12 se ramifica desde la tercera sección 11c del conducto de flujo principal, que se sitúa después de la zona de intercambio de temperatura Z, visto en la dirección de flujo R. Mientras que parte del combustible enfriado en la zona de intercambio de temperatura puede conducirse al grupo motopropulsor después de una conexión correspondiente de la tercera sección 11c, otra parte del combustible se deriva en la dirección de flujo r hacia el conducto de flujo secundario. Este conduce a través de una válvula 14 y una cúpula distribuidora 15, a través de un dispositivo inyector 16 para la disminución de la presión, a la zona de intercambio de temperatura Z y desde allí adicionalmente a una salida de vapor 18. El desarrollo dentro de la zona de intercambio de temperatura se explica de nuevo más adelante con referencia a la figura 2.
El flujo a través del conducto de flujo secundario se puede controlar con ayuda de la válvula 14.
El combustible conducido a través del conducto de flujo secundario puede escapar a través de la salida de vapor 18 al entorno del intercambiador de calor, por ejemplo, al vacío del espacio. La comunicación con el entorno permite disminuir la presión en el conducto de flujo secundario en comparación con la presión en el conducto de flujo principal; el combustible que pasa a través del conducto de flujo secundario puede así enfriarse. En la zona de intercambio de temperatura Z del intercambiador de calor, este combustible enfriado se puede usar como flujo de enfriamiento, que puede absorber el calor del combustible que pasa a través del conducto de flujo principal.
En particular, la presión se puede bajar preferentemente hasta el nivel de presión de vapor, de modo que el combustible se pueda convertir de un estado líquido a una mezcla de líquido y vapor, por ejemplo, en un área de entrada del flujo secundario a la zona de intercambio de temperatura. Esta mezcla preferentemente se vaporiza completamente a medida que fluye a través de la zona de intercambio de temperatura Z del intercambiador de calor y puede salir a través de la salida de vapor 18; esto se indica en la figura mediante flechas correspondientes. La presión se puede disminuir, por ejemplo, en la dirección de flujo, después del dispositivo inyector 16, que preferentemente presenta una tobera de inyección para cada tubo para una distribución precisa de las cantidades. En el ejemplo representado, la salida de vapor dirige el vapor en direcciones contrarias entre sí, cada una ortogonal a una dirección longitudinal del intercambiador de calor 10; esto permite, en particular, una salida de vapor sin momento de torsión (con respecto al eje vertical de un cohete) y una instalación del intercambiador de calor en la que una superficie frontal S del intercambiador de calor está sujeta a una carcasa, mientras que la zona de intercambio de temperatura del intercambiador de calor puede adentrarse libremente, es decir, sin superficie de contacto, en un espacio de instalación. En particular, el intercambiador de calor se puede instalar en una unión (preferentemente) directa entre el tanque y el grupo motopropulsor (que, por lo tanto, puede tener un peso particularmente bajo). Además, se pueden evitar diferencias en el aislamiento térmico en los distintos puntos del intercambiador de calor, que de otro modo podrían producirse a causa de las superficies de contacto.
En el ejemplo de realización que se muestra en la figura 1, el conducto de flujo secundario (visto en la dirección de flujo R prevista a través del conducto de flujo principal 11) se ramifica desde el conducto de flujo principal después de la zona de intercambio de temperatura Z, y el intercambiador de calor está configurado como un recuperador a contracorriente (el flujo de enfriamiento y el combustible que se ha de enfriar se conducen, por lo tanto, en direcciones contrarias r o R en la zona de intercambio de temperatura). Alternativamente, el conducto de flujo secundario (visto en la dirección de flujo R prevista a través del conducto de flujo principal 11) podría ramificarse desde el conducto de flujo principal antes de la zona de intercambio de temperatura Z y/o el intercambiador de calor podría estar configurado como un recuperador de flujo paralelo o cruzado.
La figura 2 muestra una vista de un intercambiador de calor 10, tal como se muestra desde el exterior en la figura 1 y se explica en la descripción asociada. Como puede verse en la figura 2, el intercambiador de calor 10 está configurado como intercambiador de calor de haz de tubos; el conducto de flujo secundario se divide a este respecto como un haz de tubos en la zona de intercambio de temperatura Z en varios (por ejemplo, al menos 100 o incluso al menos 1000) conductos de flujo secundario parciales 12', 12'' paralelos, que se dirigen por interior de la sección central 11b del conducto de flujo principal y están fabricados al menos parcialmente de un material con alta conductividad térmica (por ejemplo, metal). Los conductos de flujo secundario parciales 12', 12'', que están configurados como haces de tubos y juntos forman una sección 12a del conducto de flujo secundario, se sujetan mediante elementos de desviación y sujeción 19 en la sección 11b del conducto de flujo principal, los cuales, si el intercambiador de calor se usa según lo previsto, también provocarán una arremolinamiento del combustible que fluye en los conductos de flujo secundario parciales y, por lo tanto, una mejor transición de temperatura.
Desde la cúpula distribuidora 15, el flujo de enfriamiento es conducido preferentemente a través de un dispositivo inyector 16 hacia los conductos de flujo secundario parciales 12', 12''. El dispositivo inyector actúa, a este respecto, como estrangulador, que provoca la disminución de presión descrita anteriormente en el flujo de enfriamiento. Se prefiere particularmente una forma de realización en la que el flujo de enfriamiento cambia de un estado líquido a gaseoso cuando pasa a través del dispositivo de inyección y entra en los conductos de flujo secundario parciales 12', 12'' y así se convierte en un flujo vaporizado.
De acuerdo con un ejemplo de realización específico, el combustible comprende hidrógeno líquido y/u oxígeno líquido. Por ejemplo, para enfriar 6,7 kg/s de hidrógeno líquido 5 °C, se requieren 0,9 kg/s de flujo vaporizado; se requieren 13 kg/s de flujo vaporizado para enfriar 53 kg/s de oxígeno líquido 6 °C.
La figura 3 muestra esquemáticamente una construcción de un sistema de suministro no de acuerdo con la invención, mediante el cual se puede suministrar combustible a un grupo motopropulsor. El sistema de suministro comprende un tanque 21, un intercambiador de calor 10' y un sistema de conductos de transporte, que comprende un conducto de alimentación 22a entre el tanque 21 y el intercambiador de calor 10' en una sección del lado del tanque y una bomba 22b en una sección del lado del grupo motopropulsor, la cual está configurada para bombear el combustible desde el tanque a al menos un grupo motopropulsor. El intercambiador de calor 10' comprende una zona de intercambio de temperatura Z, a través de la cual pasan un conducto de flujo principal 11 y, perpendicularmente al mismo, un conducto de flujo secundario 12; el intercambiador de calor 10' del ejemplo mostrado está así diseñado como un recuperador de flujo cruzado.
Las direcciones de flujo previstas a través de los conductos de flujo principal y secundario se indican en cada caso mediante flechas. En el ejemplo mostrado, el conducto de flujo secundario 12 se ramifica desde el conducto de flujo principal 11 después de la zona de intercambio de temperatura -visto en la dirección de flujo prevista a través del conducto de flujo principal- y se dirige en una sección 12a a través de una válvula 14 hasta un dispositivo inyector 16 configurado como un estrangulador, luego en una sección 12c a través de la zona de intercambio de temperatura Z y, finalmente, a través de un (segundo) estrangulador 17 hacia el entorno en el que reina preferentemente una presión de vacío (por ejemplo, en el espacio). A través de la válvula 14 se puede ajustar el caudal del flujo de enfriamiento conducido en el conducto de flujo secundario a través de la zona de intercambio de temperatura Z y, por lo tanto, el alcance de la función de enfriamiento. En particular, el intercambiador de calor se puede conectar o desconectar opcionalmente a través de la válvula 14. Por medio de los estranguladores 16, 17 puede provocarse una reducción controlada de la presión del combustible que fluye a través del conducto de flujo secundario hasta el nivel de vaporización y, por lo tanto, su enfriamiento. El combustible conducido a través del conducto de flujo secundario 12 es preferentemente líquido en la sección 12b y gaseoso en la sección 12c (después de la zona de intercambio de temperatura Z).
Además del intercambiador de calor 10', un sistema de suministro puede comprender uno o más intercambiadores de calor adicionales (no mostrados), que también pueden estar configurados para enfriar el combustible que se transporta al grupo motopropulsor. A este respecto, los diversos intercambiadores de calor se pueden estar conectados al mismo tanque (es decir, en paralelo). Como alternativa o adicionalmente, el sistema de suministro puede comprender varios tanques, con en cada caso un intercambiador de calor asociado, cada uno de los cuales está configurado para enfriar el combustible en el tanque respectivo en su camino hacia el grupo motopropulsor. En el ejemplo mostrado, el intercambiador de calor 10', que está configurado preferentemente como recipiente a presión, está dispuesto fuera del tanque.
En cambio, de acuerdo con la invención, el intercambiador de calor o varios intercambiadores de calor se disponen en el interior del tanque (dado el caso, el mismo) o en el interior de varios tanques.
La figura 4 muestra una forma de realización de ejemplo de un intercambiador de calor 10'' que está dispuesto en el interior de un tanque 21' (representado esquemáticamente y no a escala). El intercambiador de calor 10'' tiene una forma básica esencialmente cilíndrica circular. Una sección 11b de un conducto de flujo principal se extiende desde las aberturas de entrada 30 a través de un área anular exterior del intercambiador de calor 10''. Un combustible que ha entrado a través de las aberturas de entrada 30 fluye alrededor de una pluralidad de tubos en esta área anular exterior, que sirven como conducto de flujo secundario 12 y que están configurados para conducir un flujo de enfriamiento; el área anular exterior del intercambiador de calor 10'' sirve así como zona de intercambio de calor. En un extremo del intercambiador de calor 10'' opuesto a las aberturas de entrada 30, el conducto de flujo principal desemboca en una sección 11c que está dispuesta centralmente en el intercambiador de calor 10'' y discurre paralela a los tubos de los conductos de flujo secundario. El flujo previsto a través del conducto de flujo principal se indica en la figura mediante las flechas R; su dirección se invierte al entrar en la sección 11c, de modo que un flujo principal que atraviesa el intercambiador de calor discurre en direcciones contrarias en el área anular exterior y en la sección 11c. En la representación de la figura 4, la dirección de flujo prevista es de abajo arriba en el área anular exterior y de arriba abajo en la sección 11c. La sección 11c está configurada para conectarse a un conducto de alimentación a un grupo motopropulsor (no mostrado).
En la transición del conducto de flujo principal a la sección 11c también hay una ramificación 13'', en la que el conducto de flujo secundario 12 se ramifica desde el conducto de flujo principal 11: Esta se dirige, a este respecto, en primer lugar a través de una válvula 14 a una cúpula de inyección y desde allí a través de un dispositivo inyector 16'' a los tubos individuales del 12.
De este modo se reduce la presión de parte del combustible conducido y, de este modo, como se ha descrito anteriormente, se provoca un descenso de la temperatura. El vapor de combustible que actúa así como flujo de enfriamiento puede descargarse a través de una salida de vapor 18'', preferentemente a un entorno del tanque, en particular al vacío del espacio. En el ejemplo representado, la salida de vapor 18” comprende un tubo con una abertura que rodea la sección 11c del conducto de flujo principal a modo de anillo; alternativamente, la salida de vapor podría comprender una pluralidad de aberturas en el extremo del intercambiador de calor 10'' opuesto a la cúpula de inyección 15, a través de las cuales se puede descargar el vapor de los tubos del conducto de flujo secundario 12.
Referencias
10, 10', 10'' intercambiador de calor
11 conducto de flujo principal
11a, 11b, 11c sección del conducto de flujo principal
12 conducto de flujo secundario
12', 12'' conducto de flujo secundario parcial
12a, 12b, 12c sección del conducto de flujo secundario
13, 13'' ramificación
14 válvula
15 cúpula de inyección
16, 16'' dispositivo inyector
17 estrangulador
18, 18'' salida de vapor
19 elemento de desviación y sujeción
20 sistema de suministro
21 tanque
22a conducto de alimentación
22b bomba
30 abertura de entrada
R dirección de flujo prevista a través del conducto de flujo principal r dirección de flujo prevista a través del conducto de flujo secundario S superficie frontal del intercambiador de calor
Z zona de intercambio de temperatura

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de suministro (20) de combustible para un grupo motopropulsor, que comprende un tanque (21, 21'), un sistema de conductos de transporte (22a, 22b) y uno o más intercambiadores de calor (10, 10', 10'') dispuestos en el interior del tanque para enfriar el combustible por medio de un flujo de enfriamiento, en donde el uno o más intercambiadores de calor comprenden un conducto de flujo principal (11) para conducir el combustible que se ha de enfriar y un conducto de flujo secundario (12) que se ramifica desde el conducto de flujo principal para conducir el flujo de enfriamiento,
y en donde el sistema de conductos de transporte está configurado para
dirigir el combustible desde el tanque a través del uno o más intercambiadores de calor hasta el grupo motopropulsor.
2. Procedimiento para el enfriamiento de combustible para un grupo motopropulsor usando un sistema de suministro de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el procedimiento comprende:
introducir el combustible en un conducto de flujo principal (11) de un intercambiador de calor (10, 10', 10''), derivar parte del combustible introducido como flujo de enfriamiento desde el conducto de flujo principal a un conducto de flujo secundario (12) del intercambiador de calor,
disminuir la temperatura del flujo de enfriamiento en el conducto de flujo secundario,
en donde al menos una sección (11b) del conducto de flujo principal y, por lo tanto, una cantidad de combustible que fluye en el conducto de flujo principal se enfría con el flujo de enfriamiento en el conducto de flujo secundario, mientras la cantidad de combustible que fluye en el conducto de flujo principal se suministra al grupo motopropulsor.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en donde el combustible es un gas licuado y la disminución de la temperatura del flujo de enfriamiento tiene lugar reduciendo la presión del gas licuado hasta el nivel de presión de vaporización.
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