Aparato (100) de modificación de flujo de fluido para crear turbulencia en un fluido cuando dicho fluido se está

moviendo con relación al aparato (100) de modificación de flujo de fluido en un campo de flujo de fluido,

comprendiendo el aparato:

una pluralidad de elementos de creación de turbulencia dispuestos en una configuración fractal, teniendo cada elemento de creación de turbulencia una primera porción superficial contra la que puede fluir el fluido y una segunda porción superficial a lo largo de la cual puede fluir el fluido;

un inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) para la disposición en el aparato (100) como para obstruir el flujo de fluido entre dichas segundas porciones superficiales adyacentes de al menos dos elementos de creación de turbulencia; y un soporte para sostener los elementos de creación de turbulencia en el fluido como para permitir el movimiento del fluido con relación a los elementos de creación de turbulencia y dicho inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) .

Aparato de modificación de flujo de fluido

5 Campo de la invención

La presente invención se refiere a aparatos para modificar las propiedades de un campo de flujo. Se pueden usar realizaciones de la invención para controlar el mezclamiento de fluidos, la transferencia de momento, calor y masa dentro y entre fluidos, el ruido acústico, las oscilaciones en fluidos, el enfriamiento de microchips, las vibraciones estructurales y las reacciones químicas. Las aplicaciones particulares para las que hay realizaciones de la invención particularmente bien adecuadas incluyen juntas de laberinto, sistemas de ventilación, combustores, reactores químicos y frenos y aerofrenos silenciosos, así como eficientes, en plataformas y/o vehículos aéreos, terrestres y marítimos.

15 Antecedentes de la invención

Es bien conocido que el mezclamiento de fluidos se puede conseguir creando un flujo turbulento de fluido en un campo de flujo de fluido. Una manera de crear flujo turbulento es introducir un bloqueo dentro del campo de flujo de fluido. Sin embargo, es importante garantizar que ningún bloqueo que cause turbulencia, y por lo tanto mezclamiento, sea excesivo. Idealmente, el cociente de bloqueo no debería superar el 40%.

Un aparato de mezclamiento bien conocido que se considera que consigue un mezclamiento satisfactorio con un cociente de bloqueo aceptable es la mezcladora de gas (fluido) SMV® que es fabricada por SULZER CHEMTECH LIMITED de Winterthur, Suiza. La mezcladora SMV® se usa a menudo en combinación con rejillas de Corrsin para mejorar el mezclamiento conseguido por estas rejillas. Sin embargo, la mezcladora de gas (fluido) SMV® es una pieza de maquinaria relativamente compleja y voluminosa que requiere una cuidadosa instalación en un campo de flujo de fluido antes de su uso.

La solicitud internacional de patente nº PCT/EP2007/053414, publicada con el número WO 2007/113335, describe diversos tipos de aparatos de modificación de flujo de fluido en forma de rejillas fractales. Estas rejillas representan, cada una, una mejora sobre la rejilla de Corrsin y se ha encontrado que muestran un alto grado de control de turbulencia de una manera económica y eficiente.

Es un objeto de la presente invención mejorar el mezclamiento en las rejillas de la solicitud internacional de patente 35 publicada con el número WO 2007/113335.

Sumario de la invención

En concordancia con un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de modificación de flujo de fluido para crear turbulencia en un fluido cuando dicho fluido se está moviendo con relación al aparato de modificación de flujo de fluido en un campo de flujo de fluido, comprendiendo el aparato:

una pluralidad de elementos de creación de turbulencia dispuestos en una configuración fractal, teniendo cada elemento de creación de turbulencia una primera porción superficial contra la que puede fluir el fluido y una segunda 45 porción superficial a lo largo de la cual puede fluir el fluido;

un inserto para la disposición en el aparato como para obstruir el flujo de fluido entre dichas segundas porciones superficiales adyacentes de al menos dos elementos de creación de turbulencia; y un soporte para sostener los elementos de creación de turbulencia en el fluido como para permitir el movimiento del fluido con relación a los elementos de creación de turbulencia y dicho inserto.

Unas realizaciones de la invención incorporan de este modo uno o más insertos con elementos de creación de turbulencia dispuestos en una configuración fractal; de esta manera, tales aparatos de modificación de flujo de fluido 55 ejemplares son significativamente menos voluminosos y complejos que mezcladoras alternativas conocidas, proporcionando a la vez niveles de mezclamiento similares, si no mejorados, con respecto a los conseguidos por dispositivos conocidos de mezclamiento.

En una realización preferida de la invención, el inserto se puede unir a cada uno de al menos dos elementos de creación de turbulencia, de tal manera que la disposición de los insertos es simétrica con respecto a un punto central del campo de flujo de fluido. Se ha observado que la disposición simétrica de los insertos mejora significativamente el mezclamiento conseguido por el aparato de modificación de flujo de fluido.

El inserto está hecho preferiblemente de un material sustancialmente rígido. En una realización adicional preferida 65 de la invención, el inserto es poroso o está perforado. La inclusión de poros o perforaciones en el inserto proporciona un mayor efecto de mezclamiento.

Preferiblemente, el elemento de creación de turbulencia al que se puede unir el inserto es el elemento de creación de turbulencia en las más estrechas proximidades a un punto central del campo de flujo de fluido. Se ha observado que la colocación de un inserto cerca del punto central del campo de flujo de fluido tiene un impacto significativo sobre la capacidad de mezclamiento del inserto.

En una realización adicional preferida de la invención, el inserto se puede unir a la primera porción superficial del elemento de creación de turbulencia, de tal manera que al menos un extremo de la primera porción superficial queda expuesto. Dejar al menos un extremo del elemento de creación de turbulencia da como resultado al menos dos esquinas libres del elemento de creación de turbulencia. Puesto que las esquinas son en sí mismas útiles en el mezclamiento de fluido, es preferible no cubrirlas con un inserto que podría tener un efecto perjudicial sobre su capacidad de mezclamiento.

En una realización preferida todavía adicional de la invención, los elementos de creación de turbulencia están dispuestos en estructuras, comprendiendo cada estructura una pluralidad de miembros alargados, y el inserto está unido a cada uno de al menos dos miembros alargados en la estructura, de tal manera que la disposición de los insertos sobre los al menos dos miembros alargados es simétrica con respecto a un punto central de la estructura.

Ventajas y características adicionales de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas de la invención, dada a modo de ejemplo solamente, que está hecha con referencia a los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1a es un diagrama esquemático de un conducto en el que pueden operar aparatos de modificación de fluido de acuerdo con una realización de la invención;

la figura 1b es un diagrama esquemático que muestra vistas de lado y desde un extremo de una sección de túnel de viento dispuesta para acomodar aparatos de modificación de fluido de acuerdo con realizaciones de la invención;

las figuras 2a y 2b son diagramas esquemáticos que muestran diferentes realizaciones de los aparatos de modificación de fluido de la técnica anterior;

las figuras 3a y 3b son diagramas esquemáticos que muestran realizaciones adicionales de los aparatos de 35 modificación de fluido de la técnica anterior;

la figura 4 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una primera realización de la invención;

la figura 5 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una segunda realización de la invención;

la figura 6 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una tercera realización de la invención;

45 la figura 7 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una cuarta realización de la invención;

la figura 8 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una quinta realización de la invención;

la figura 9 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una sexta realización de la invención;

55 la figura 10 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una séptima realización de la invención;

la figura 11 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una octava realización de la invención;

la figura 12 muestra un diagrama esquemático de un aparato de modificación de fluido de acuerdo con una novena realización de la invención;

1. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido para crear turbulencia en un fluido cuando dicho fluido se está

moviendo con relación al aparato (100) de modificación de flujo de fluido en un campo de flujo de fluido, 5 comprendiendo el aparato:

una pluralidad de elementos de creación de turbulencia dispuestos en una configuración fractal, teniendo cada elemento de creación de turbulencia una primera porción superficial contra la que puede fluir el fluido y una segunda porción superficial a lo largo de la cual puede fluir el fluido;

un inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) para la disposición en el aparato (100) como para obstruir el flujo de fluido entre dichas segundas porciones superficiales adyacentes de al menos dos elementos de creación de turbulencia; y un soporte para sostener los elementos de creación de turbulencia en el fluido como para permitir el movimiento del fluido con relación a los elementos de creación de turbulencia y dicho inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) .

2. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) puede unirse a cada uno de al menos dos elementos de creación de turbulencia, de tal manera que la disposición de los insertos es simétrica con respecto a un punto central del campo de flujo de fluido.

3. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el inserto (306;

406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) está hecho de un material sustancialmente rígido, de tal manera que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) es capaz de aguantar sustancialmente el flujo de fluido contra él.

4. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) está hecho de plástico o metal.

5. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) tiene una superficie de recepción de fluido contra la que puede fluir fluido y la superficie de recepción de fluido tiene una forma irregular.

6. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) tiene una superficie de recepción de fluido contra la que puede fluir fluido y la superficie de recepción de fluido tiene forma de polígono regular.

7. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) es poroso o está perforado.

8. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) es no homogéneo. 45

9. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) se puede unir a la primera porción superficial de un elemento de creación de turbulencia, de manera que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) cubre al menos parcialmente la primera porción superficial del elemento de creación de turbulencia.

10. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) está dispuesto para sobresalir más allá de un borde de la primera porción superficial del elemento de creación de turbulencia.

11. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, en el que el elemento de creación de turbulencia al que se puede unir el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) es el elemento de creación de turbulencia en las más estrechas proximidades a un punto central del campo de flujo de fluido.

12. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con la reivindicación 9, 10 u 11, en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) se puede unir a la primera porción superficial del elemento de creación de turbulencia, de tal manera que al menos un extremo de la primera porción superficial queda expuesto.

13. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en

el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) está adaptado para estar dispuesto en un hueco entre elementos de creación de turbulencia.

14. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en

el que las estructuras incluyen una estructura que comprende una pluralidad de miembros alargados de tal manera que cada miembro está en una relación de extremo con extremo con otro miembro alargado, de tal manera que la estructura está en forma de polígono, y en el que el inserto (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) está unido a cada uno de los miembros alargados en la estructura, de tal manera que la disposición de los insertos (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) en los al menos dos miembros alargados es simétrica con respecto a un punto central de la estructura.

15. Aparato (100) de modificación de flujo de fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de creación de turbulencia incluyen al menos dos tipos diferentes de elemento, incluyendo un primer tipo de elemento y un segundo tipo de elemento, estando dispuesto el primer tipo de elemento a un primer nivel de la configuración fractal y estando dispuesto el segundo tipo de elemento a un segundo nivel de configuración fractal, y en el que los insertos (306; 406; 409; 411, 512; 513; 514; 516; 517; 606; 618; 619; 620) están unidos a al menos alguno de los elementos de creación de turbulencia en el primer nivel de la configuración fractal y a al menos alguno de los elementos de creación de turbulencia en el segundo nivel de la configuración fractal.