INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR.

Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor.

Intercambiador de calor (1) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende un haz de tubos (2) dispuestos en el interior de una carcasa (3) definiendo una entrada (4) y una salida (5) de gases, destinados a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, estando dichos tubos (2) distribuidos en al menos una columna de varias filas definiendo varios espacios (8) entre filas, y comprendiendo un conducto de entrada (9) y un conducto de salida (10) de fluido refrigerante acoplados en la carcasa (3). Dicho intercambiador (1) comprende un canal de desviación (11) integrado en la carcasa (3) susceptible de comunicar los espacios (8) entre filas de tubos (2) enfrentados a dicho canal (11) con uno de los conductos (10) de fluido refrigerante, mejorando así la distribución de fluido refrigerante.

INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR

La presente invención se refiere a un intercambiador de calor para gases,

La invención se aplica especialmente en intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor (EGRC) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La función principal de los intercambiadores EGR es el intercambio de calor entre los gases de escape y el fluido refrigerante, con el fin de enfriar los gases.

Actualmente, los intercambiadores de calor EGR son ampliamente usados para aplicaciones Diesel con el fin de reducir las emisiones, y también son usados en aplicaciones de gasolina para reducir el consumo de combustible.

El mercado tiende a reducir el tamaño de los motores, y a la aplicación de los intercambiadores de calor EGR no solo en aplicaciones de alta presión (HP) sino también en los de baja presión (LP) ; ambas tienen un impacto en el diseño de los intercambiadores de calor EGR. Los fabricantes de vehículos demandan intercambiadores de calor EGR con mayores rendimientos y, a la vez, el espacio disponible para colocar el intercambiador y sus componentes es cada vez más pequeño y más difícil de integrar.

Adicionalmente, en muchas aplicaciones el flujo de fluido refrigerante disponible para enfriar los gases de escape tiende a ser menor aunque los rendimientos del intercambiador hayan ido incrementando.

La configuración actual de los intercambiadores EGR en el mercado se corresponde con un intercambiador de calor metálico fabricado generalmente de acero inoxidable o aluminio.

Básicamente, hay dos tipos de intercambiadores de calor EGR: un primer tipo consiste en una carcasa en cuyo interior se dispone un haz de tubos paralelos para el paso de los gases, circulando el refrigerante por la carcasa, exteriormente a los tubos, y el segundo tipo consta de una serie de placas paralelas que constituyen las superficies de intercambio de calor, de manera que los gases de escape y el refrigerante circulan entre dos placas, en capas alternadas, pudiendo incluir aletas para el mejorar el intercambio de calor.

En el caso de intercambiadores de calor de haz de tubos, la unión entre los tubos y la carcasa puede ser de diferentes tipos. Generalmente, los tubos están fijados por sus extremos entre dos placas de soporte acopladas en cada extremo de la carcasa, presentando ambas placas de soporte una pluralidad de orificios para la colocación de los respectivos tubos.

Dichas placas de soporte están fijadas a su vez a unos medios de conexión con la línea de recirculación, que pueden consistir en una conexión en V o bien en un reborde periférico de conexión o brida, dependiendo del diseño de la línea de recirculación donde está ensamblado el intercambiador. El reborde periférico puede estar ensamblado junto con un depósito de gas, de manera que el depósito de gas es una pieza intermedia entre la carcasa y el reborde, o bien el reborde puede estar ensamblado directamente a la carcasa.

En ambos tipos de intercambiadores EGR, la mayor parte de sus componentes son metálicos, de modo que están ensamblados por medios mecánicos y después soldados en horno o soldados por arco o láser para asegurar una adecuada estanqueidad requerida para esta aplicación.

Un tipo de intercambiador conocido incluye un haz de tubos de sección sensiblemente rectangular distribuidos en dos columnas adyacentes y varias filas, siendo la altura de los tubos menor que su anchura. Dicho haz de tubos está alojado en una carcasa sensiblemente rectangular, con la entrada y salida de gases situadas en extremos opuestos de la carcasa.

Este tipo de intercambiador también incluye dos conductos para la entrada y salida del fluido refrigerante respectivamente, acoplados en la carcasa. El fluido refrigerante debe fluir alrededor de los tubos y enfriar especialmente bien la placa de soporte situada en la entrada de gases ya que presenta una mayor temperatura. En este caso, es necesario garantizar una buena circulación de fluido refrigerante en la zona de entrada de los gases de forma que no se formen zonas de bajas velocidades que implicarían un aumento local de la temperatura del refrigerante por intercambio con los gases de entrada a alta temperatura.

La distribución de fluido refrigerante dentro de la carcasa entre los tubos de gas depende de las dimensiones de la carcasa y de la posición de los conductos de fluido refrigerante. En algunas configuraciones específicas se producen problemas de ebullición asociados a una pobre distribución del refrigerante cerca de la placa de soporte de entrada de gases. Por tanto, cuanto mejor sea la distribución del flujo refrigerante en dicha zona adyacente a la placa de soporte de entrada de gases, menor será el problema de ebullición debido a la elevada temperatura de los tubos en dicha zona.

Una configuración conocida consiste en que el conducto de entrada de fluido refrigerante está acoplado en una cara lateral de la carcasa, próximo a su cara inferior y cerca de la salida de gases, mientras que el conducto de salida de fluido refrigerante está acoplado en la cara superior de la carcasa de manera centrada y cerca de la entrada de gases, es decir con circulación de fluido refrigerante en contracorriente. En este caso, el conducto de salida de fluido refrigerante está situado sobre el espacio que separa las dos columnas de tubos, siendo dicho espacio entre tubos relativamente pequeño, dificultando la salida de flujo de fluido refrigerante.

Cabe destacar que cuando el intercambiador se utiliza con circulación en paralelo, es decir cuando el conducto de entrada de fluido refrigerante está dispuesto cerca de la entrada de gases, también se producen estos problemas de ebullición.

Otra configuración conocida con circulación contracorriente consiste en que el conducto de entrada de fluido refrigerante está acoplado en la cara inferior de la carcasa cerca de la salida de gases, mientras que el conducto de salida de fluido refrigerante está acoplado en una cara lateral cerca de la entrada de gases. En este caso, el conducto de salida de fluido refrigerante está situado abarcando más de un espacio entre filas de tubos, debido a que la altura de los tubos es menor que su anchura, lo cual proporciona un área mayor de paso del flujo de fluido refrigerante entre tubos hacia la salida.

Por tanto, con esta última configuración se mejora el problema de ebullición ya que en la zona de salida la velocidad del flujo de fluido refrigerante es mayor y por otra parte su distribución entre los tubos es más homogénea. No obstante, esta configuración no es factible para algunas disposiciones y tamaños del espacio motor donde la orientación del maguito de conexión con el conducto de salida del fluido refrigerante no es adecuada.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo del intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan los intercambiadores conocidos en la técnica, proporcionando una distribución más homogénea y eficaz del flujo de fluido refrigerante principalmente en la zona de entrada de gases donde la temperatura es más elevada, con la consiguiente disminución del problema de ebullición, y permitiendo además una mejor adaptación entre el manguito de conexión del fabricante de vehículos y el conducto de salida o entrada de fluido refrigerante.

El intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor de la presente invención, es del tipo que comprende un haz de tubos dispuestos en el interior de una carcasa definiendo una entrada y una salida de gases, destinados a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, estando dichos tubos distribuidos en al menos una columna de varias filas definiendo varios espacios entre filas, y comprendiendo un conducto de entrada y un conducto de salida de fluido refrigerante acoplados en la carcasa, y se caracteriza por el hecho de que dicho intercambiador comprende un canal de desviación integrado en la carcasa susceptible de comunicar los espacios entre filas de tubos enfrentados a dicho canal con uno de los conductos de fluido refrigerante, mejorando así la distribución de fluido refrigerante.

Preferentemente, la altura de los tubos es menor que su anchura, y uno de dichos conductos de fluido refrigerante está dispuesto enfrentado sobre el lado de mayor anchura de los tubos.

Ventajosamente, uno de dichos conductos de fluido refrigerante está dispuesto próximo a la entrada de gases, mejorando así la distribución de fluido refrigerante...

1. Intercambiador de calor (1) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende un haz de tubos (2) dispuestos en el interior de una carcasa (3) definiendo una entrada (4) y una salida (5) de gases, destinados a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, estando dichos tubos (2) distribuidos en al menos una columna de varias filas definiendo varios espacios (8) entre filas, y comprendiendo un conducto de entrada (9) y un conducto de salida (10) de fluido refrigerante acoplados en la carcasa (3) , caracterizado por el hecho de que dicho intercambiador (1) comprende un canal de desviación (11) integrado en la carcasa (3) susceptible de comunicar los espacios (8) entre filas de tubos (2) enfrentados a dicho canal (11) con uno de los conductos (10) de fluido refrigerante, mejorando así la distribución de fluido refrigerante.

2. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que la altura de los tubos (2) es menor que su anchura, y en el que uno de dichos conductos (10) de fluido refrigerante está dispuesto enfrentado sobre el lado de mayor anchura de los tubos (2) .

3. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1 o 2, en el que uno de dichos conductos (10) de fluido refrigerante está dispuesto próximo a la entrada de gases (4) , mejorando así la distribución de fluido refrigerante en la zona próxima a la entrada de gases (4) .

4. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que el canal de desviación (11) está fabricado mediante un proceso de estampación, cuya configuración sobresale hacia la parte exterior de la carcasa (3) .

5. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que el canal de desviación (11) está asociado a una placa de cierre (12) acoplada en la carcasa (3) en el espacio interior enfrentado con dicho canal (11) , incluyendo dicha placa de cierre (12) al menos un orificio pasante (13) previsto para permitir el paso controlado del fluido refrigerante entre el interior de la carcasa (3) y el canal de desviación (11) .

6. Intercambiador (1) , según la reivindicación 5, en el que la placa de cierre interior (12) comprende dos orificios de paso laterales (13) .

7. Intercambiador (1) , según la reivindicación 5, en el que la placa de cierre interior (12) comprende un conjunto de orificios laterales (13) asociados cada uno a un espacio (8) entre cada dos filas de tubos (2) , y al menos un orificio superior (13a) enfrentado al conducto (10) de fluido refrigerante dispuesto próximo a la entrada

de gases (4) .

8. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que el canal de desviación (11) incluye un orificio lateral previsto para el acoplamiento de un segundo conducto de salida (10a) de fluido refrigerante.

9. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, que comprende dos canales de desviación (11, 11a) dispuestos respectivamente en caras laterales (3b) opuestas de la carcasa (3) .

10. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que el canal de desviación (11) comprende una sección transversal variable a lo largo de su longitud.