Módulo de mezcla de dos gases para un intercambiador de calor.

Módulo de mezcla (200) de flujos de dos gases (G, H) para un intercambiador de calor

(100) de motor térmico de combustión interna, estando el intercambiador de calor (100) destinado a intercambiar calor con un primer flujo de gases (G), comprendiendo el módulo (200):

- una pluralidad de primeros estratos de conducción del primer flujo de gases (G) y

- una pluralidad de segundos estratos de difusión de un segundo flujo de gases (H),

comprendiendo el módulo (200):

- medios de división (205) del primer flujo de gases (G) en una pluralidad de flujos elementales de primer gas (g1, g2, ..., gn);

- medios de introducción del segundo flujo de gases (H) en dicho módulo de mezcla (200) y

- medios de división (206) del segundo flujo de gases (H) fuera del módulo de mezcla (200) en una pluralidad de flujos elementales de segundo gas (h1, h2, ..., hn), mezclándose los flujos elementales de primer gas (G, H, ..., gn) con los flujos elementales de segundo gas (h1, h2, ..., hn),

comprendiendo los medios de división (205) del primer flujo de gases (G) una pluralidad de láminas de separación (205) paralelas unas a otras, siendo huecas dichas láminas de separación (205) y estando relacionadas por uno de sus extremos con los medios de introducción (201) del segundo flujo de gases (H), estando caracterizado dicho módulo por que comprende un bastidor de soporte (250) sensiblemente rectangular en el que se soportan:

- las láminas de separación (205) y

- unos separadores de sujeción (210) establecidos para mantener las láminas de separación (205) paralelas entre sí, siendo los separadores de sujeción (210) ortogonales a las láminas de separación (205),

- y en el que los medios de introducción (201) se materializan en una canalización tubular (201) determinante de un borde lateral del rectángulo en cuya forma se configura el bastidor de soporte (250).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09170075.

Solicitante: VALEO SYSTEMES THERMIQUES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 8, RUE LOUIS LORMAND LA VERRIERE 78320 LE MESNIL SAINT-DENIS FRANCIA.

Inventor/es: GESSIER,BERTRAND, MARTINS, CARLOS, BERNARD,JEAN-SYLVAIN, MAGNIER-CATGENOD,ANNE-SYLVIE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > ALIMENTACION EN GENERAL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION... > Aparatos específicos conjugados con los motores... > F02M25/07 (añadiendo gases de escape)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES... > Motores caracterizados por   estar provistos... > F02B29/04 (Refrigeración del aire de admisión)

PDF original: ES-2532729_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Módulo de mezcla de dos gases para un intercambiador de calor

La Invención se refiere al campo de los intercambladores de calor y, más en particular, a los ¡ntercambiadores de calor utilizados en el sector del automóvil.

Un motor térmico de vehículo automóvil incluye una cámara de combustión, configurada generalmente por una pluralidad de cilindros, en la cual se quema una mezcla de comburente y de combustible para generar el trabajo del motor. El comburente Incluye aire, que puede ser o no comprimido, según que el motor Incluya o no un turbocompresor. Los gases admitidos en la cámara de combustión se denominan gases de admisión.

Estos gases de admisión deben ser enfriados antes de ser Introducidos en la cámara de combustión, función que desempeña el Intercambiador de calor.

Según es convencional, un intercambiador de calor Incluye un haz de Intercambio de calor constituido por una multitud de elementos de Intercambio apilados entre dos placas extremas (placa de fondo y placa superior). Los espacios entre los elementos de intercambio del haz determinan canales de conducción de un flujo de gas que ha de enfriarse, en el presente caso, gases de admisión. Los elementos de Intercambio del haz son huecos y conducen un fluido caloportador, destinado a intercambiar calorías con el flujo de gases que ha de enfriarse, circulante por los canales de conducción de fluido. Cada elemento de Intercambio del haz se configura tradlclonalmente a partir de dos placas, también denominadas carcasas. Con objeto de ralentizar el cruce del flujo de gases por dichos canales y favorecer así los Intercambios de calor (o de calorías) entre el flujo de gases y el fluido caloportador, en los canales tradlclonalmente se disponen unas aletas de perturbación.

En los Intercambladores de este tipo, los elementos de Intercambio convencionalmente se materializan en un bloque rectangular con dos pasos de comunicación, por ejemplo circulares, colocados a lo largo de un lado menor del elemento de Intercambio. Estos pasos de comunicación permiten alimentar los elementos de intercambio con fluido caloportador en toda la altura del intercambiador, permitiendo los pasos, respectivamente, la introducción y la descarga del fluido caloportador del intercambiador.

Por su parte, el flujo de gases se introduce en el intercambiador a través de un colector de entrada que desemboca en el haz de Intercambio de calor. Tras la refrigeración, se recoge este a la salida de dicho haz en un colector de

salida.

Con objeto de reducir las emisiones contaminantes, se conoce introducir en el motor gases de escape recirculados. Estos últimos son introducidos a través de uno o varios puntos de introducción acondicionados en una conducción de gas que discurre entre el intercambiador y el motor, con el fin de que los gases recirculados se mezclen con los gases enfriados provenientes del intercambiador. Según es convencional, la mezcla no es homogénea entre los gases recirculados y los gases de admisión cuando estos son admitidos en el motor, lo cual rebaja el rendimiento de la combustión.

Son conocidos, por los documentos EP1911946, US2002/0158151 y US2006/060173, dispositivos de introducción de los gases de escape recirculados.

Con objeto de solventar este inconveniente, una solución consiste en aumentar el número de puntos de introducción de gases recirculados en la conducción. Sin embargo, esto lleva consigo importantes modificaciones constructivas y el empleo de piezas suplementarias (raíl, etc.), que conllevan un aumento de los costes y del espacio ocupado.

Una tendencia actual se encamina a acercar al máximo, al motor, el Intercambiador de calor para ganar compacidad, llevando consigo una disminución de la longitud de la conducción de alimentación de los gases, con la consiguiente disminución del número de potenciales puntos de introducción.

Por otro lado, es importante poder mezclar los gases recirculados y los gases de admisión sin depender de la índole del haz de intercambio de calor, debiendo ser la solución de aplicación tanto para un Intercambiador de placas como para un intercambiador de tubos.

Con objeto de eliminar estos inconvenientes, la firma solicitante propone un módulo de mezcla de flujos de dos gases (G, H) para un intercambiador de calor de motor térmico de combustión Interna según las características de la reivindicación 1.

Por estratos, se designan capas de flujos de gas dentro de dicho módulo de mezcla. Por analogía con los estratos geológicos, cuando se observa el módulo de mezcla en sección transversal, ortogonalmente a la dirección del primer flujo de gases, los estratos de conducción y de difusión del módulo de mezcla determinan líneas rectilíneas o curvilíneas.

Tal módulo de mezcla estratificado, con al menos dos estratos de difusión, permite mezclar los diferentes flujos de gases según capas diferenciadas, pudiendo calificarse tal mezcla como "superficial" o "planar".

Preferentemente, al menos dos segundos estratos de difusión del segundo flujo de gases (H) se Intercalan entre dos primeros estratos de conducción del primer flujo de gases (G).

Preferentemente, cada segundo estrato de difusión del segundo flujo de gases (H) queda dispuesto o Intercalado entre dos primeros estratos de conducción del primer flujo de gases (G).

Un módulo de mezcla estratificado con estratos alternados permite ventajosamente favorecer la mezcla de los diferentes estratos que se intrincan.

Un módulo de mezcla estratificado se contrapone a un módulo de mezcla "lineal", en el que un primer flujo de gases se mezcla con un segundo flujo de gases según una única dirección lineal, por medio, por ejemplo, de una conducción de difusión tal y como se describe en la técnica anterior. Dicho de otro modo, en un módulo de mezcla según la técnica anterior, los medios de difusión del segundo flujo de gases se hallan alineados según una recta (módulo de mezcla lineal), mientras que, en la presente solicitud, los medios de difusión del segundo flujo de gases están repartidos según una superficie (módulo de mezcla planar). Dicho aún de otro modo, los medios de inyección se distribuyen según al menos dos direcciones en orden a determinar al menos un plano.

El módulo comprende:

medios de división del primer flujo de gases (G) en una pluralidad de flujos elementales de primer gas (g1, g2,..., gn);

medios de introducción del segundo flujo de gases (H) en dicho módulo de mezcla y

medios de división del segundo flujo de gases (H) fuera del módulo de mezcla en una pluralidad de flujos elementales de segundo gas (h1, h2,..., hn), mezclándose los flujos elementales de primer gas (g1, g2,..., gn) con los flujos elementales de segundo gas (h1, h2,..., hn).

Así, los diferentes flujos de gases se separan en estratos, los cuales a su vez son divididos. En efecto, el módulo de mezcla permite ventajosamente dividir y mezclar los dos flujos de gases según zonas elementales de mezcla que están repartidas espacialmente. Dicho de otro modo, dichos medios de división se establecen para "multiplexar" los diferentes flujos de gases en un único flujo de gases mezclados (HG).

Los medios de división del primer flujo de gases (G) comprenden una pluralidad de láminas de separación paralelas unas a otras, circulando entre las láminas de separación los flujos elementales de primer gas (g1, g2,..., gn), las láminas de separación delimitan entre ellas unos estratos de conducción del primer flujo de gases, determinando cada lámina de separación, como tal, un estrato de difusión del segundo flujo de gases.

Aún más, dichas láminas de separación son huecas y están relacionadas por uno de sus extremos con los medios de introducción... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Módulo de mezcla (200) de flujos de dos gases (G, H) para un intercambiador de calor (100) de motor térmico de combustión interna, estando el intercambiador de calor (100) destinado a intercambiar calor con un primer flujo de gases (G), comprendiendo el módulo (200):

una pluralidad de primeros estratos de conducción del primer flujo de gases (G) y

una pluralidad de segundos estratos de difusión de un segundo flujo de gases (H),

comprendiendo el módulo (200):

medios de división (205) del primer flujo de gases (G) en una pluralidad de flujos elementales de primer gas (gi, g2,.... gn);

medios de introducción del segundo flujo de gases (H) en dicho módulo de mezcla (200) y

medios de división (206) del segundo flujo de gases (H) fuera del módulo de mezcla (200) en una pluralidad de flujos elementales de segundo gas (h1, h2, hn), mezclándose los flujos elementales de primer gas (G, H, gn) con los flujos elementales de segundo gas (h1, h2, hn),

comprendiendo los medios de división (205) del primer flujo de gases (G) una pluralidad de láminas de separación (205) paralelas unas a otras, siendo huecas dichas láminas de separación (205) y estando relacionadas por uno de sus extremos con los medios de introducción (201) del segundo flujo de gases (H), estando caracterizado dicho módulo por que comprende un bastidor de soporte (250) sensiblemente rectangular en el que se soportan:

las láminas de separación (205) y

unos separadores de sujeción (210) establecidos para mantener las láminas de separación (205) paralelas entre sí, siendo los separadores de sujeción (210) ortogonales a las láminas de separación (205),

y en el que los medios de introducción (201) se materializan en una canalización tubular (201) determinante de un borde lateral del rectángulo en cuya forma se configura el bastidor de soporte (250).

2. Módulo según la reivindicación 1, en el que cada segundo estrato de difusión del segundo flujo de gases (H) queda dispuesto entre dos primeros estratos de conducción del primer flujo de gases (G).

3. Módulo según una de las anteriores reivindicaciones, en el que los medios de división (206) del segundo flujo de gases (H) se materializan en forma de aberturas de difusión (206) practicadas en dichas láminas de separación (205) y en el que las aberturas de difusión (206) son circulares, oblongas o rectangulares.

4. Módulo según la anterior reivindicación, en el que las aberturas de difusión (206) están practicadas en una parte de aguas abajo de las láminas de separación (205) y en el que las aberturas de difusión (206) son pasantes y están practicadas ortogonalmente a la dirección en la que discurren las láminas de separación (205).

5. Módulo según la anterior reivindicación, en el que la forma de dichas aberturas de difusión pasantes (206) se establece para favorecer, por efecto Venturi, una aspiración del segundo flujo de gases (H) fuera de las láminas de separación (205) y en el que las aberturas de difusión (206) son cada vez más grandes según nos vamos alejando de los medios de introducción (201) del segundo flujo de gases (H).

6. Intercambiadorde calor (100) de motor térmico de combustión interna, que comprende:

un haz de intercambio de calor (102) establecido para intercambiar calor con el primer flujo de gases (G) mediante circulación de un fluido caloportador (F);

un colector de salida (103) establecido para guiar el primer flujo de gases (G) fuera del intercambiador de calor (100);

un módulo de mezcla según una de las anteriores reivindicaciones, establecido para mezclar el primer flujo de gases (G) con un segundo flujo de gases (H), estando dicho módulo de mezcla (200) montado en el colector de salida (103) aguas abajo del haz de intercambio de calor (102).

7. Intercambiador de calor (100) según la anterior reivindicación, en el que:

el haz de intercambio de calor (102) se establece para intercambiar calor con el primer flujo de gases (G) según una superficie transversal de intercambio,

el módulo de mezcla (200) se establece para mezclar el primer flujo de gases (G) y el segundo flujo de gases (H) según una superficie transversal de mezcla,

siendo las dimensiones de la superficie de intercambio del haz de intercambio de calor (102) iguales a las dimensiones de la superficie transversal de mezcla del módulo de mezcla (200), respectivamente.

8. Intercambiador de calor (100) según una de las reivindicaciones 6 a 7, en el que el haz de intercambio de calor (102) se configura a partir de elementos de intercambio de calor por los que circula el fluido caloportador (F), estando las láminas de separación (205) del módulo de mezcla (200) alineadas axialmente con los elementos de intercambio de calor del haz de intercambio (102).

9. Intercambiador de calor (100) según una de las reivindicaciones 6 a 7, en el que el haz de intercambio de calor (102) se configura a partir de elementos de intercambio de calor por los que circula el fluido caloportador (F), estando las láminas de separación (205) del módulo de mezcla (200) al tresbolillo con los elementos de intercambio de calor del haz de intercambio (102).

10. Haz de intercambio de un intercambiador de calor (100) de motor térmico de combustión interna, estableciéndose el haz de intercambio de calor (102) para intercambiar calor con el primer flujo de gases (G) mediante circulación de un fluido caloportador (F), cuyo haz lleva integrado un módulo de mezcla según una de las reivindicaciones 1 a 5, comprendiendo el haz de intercambio de calor (102) una pluralidad de elementos de intercambio de calor (300) de los cuales al menos un elemento de intercambio de calor (300) incluye:

un canal de circulación del fluido caloportador (302);

medios de introducción (304) del segundo flujo de gases (H) en dicho elemento de intercambio de calor (300),

medios de reparto y de difusión (350) del segundo flujo de gases (H) fuera de dicho elemento, mezclándose el segundo flujo de gases (H) con el primer flujo de gases (G), y

un canal de transporte del segundo flujo de gases (H) que relaciona dichos medios de introducción (304) con dichos medios de reparto y de difusión (350), y

en el que los canales de circulación del fluido caloportador (302) y de transporte del segundo flujo de gases (305) están conformados en dicho elemento de intercambio de calor (300).

11. Haz según la anterior reivindicación, en el que los canales de circulación del fluido caloportador (302) y de transporte del segundo flujo de gases (305) se hallan separados por medios de ruptura de conducción térmica, materializándose dichos medios de ruptura de conducción térmica (380) en forma de rendijas de ruptura térmica (380) conformadas en el elemento de intercambio de calor (300) entre el canal de circulación del fluido caloportador (302) y el canal de transporte del segundo flujo de gases (305).

12. Haz según una de las reivindicaciones 10 a 11, en el que dichos medios de reparto y de difusión (350) del segundo flujo de gases (H) fuera del elemento de intercambio de calor (300) se materializan en forma de aberturas de difusión (306) practicadas en el canal de distribución del segundo flujo de gases que ha de difundirse (305), y en el que las aberturas de difusión (371) están practicadas en el espesor del elemento de intercambio de calor (300), a través de dicho canal de transporte del segundo flujo de gases (305).