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.

Comprende un circuito destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración y un conducto by-pass externo (3), adecuado para hacer circular los gases sin que sufran un enfriamiento sustancial. Se caracteriza por el hecho de que la sección transversal del al menos un extremo (10, 10a) del conducto by-pass (3) disminuye progresivamente en al menos una dirección radial según un eje Y o Z, a lo largo de un eje axial X, optimizándose así el volumen de empaquetamiento del intercambiador (1, 1a). Asimismo, se evita el choque térmico al incluir dicho conducto by-pass 3 una zona con ondas 4 en su tramo de sección circular

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, en especial de los gases de escape de un motor. En particular, se refiere a intercambiadores de calor que incluyen un conducto by-pass externo integrado.

La invención se aplica especialmente a intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor (Exhaust Gas Recirculation Coolers o EGRC); intercambiadores de gases de escape para la regulación térmica de la línea de escape de los motores gasolina de inyección directa (Exhaust Thermal Regulation o ETR); y refrigeradores del aire de sobrealimentación o intercoolers (Charge Air Coolers o CAC).

Antecedentes de la invención

Una práctica bien establecida en el campo de la automoción consiste en proporcionar un sistema de recirculación de los gases de escape de un motor diesel, que se conoce como EGR o "Exhaust Gas Recycling", a fin de mezclar estos gases con el aire de admisión, puesto que la presencia de los gases de escape en la mezcla disminuye la producción de óxidos de nitrógeno (NOx).

Antes de ser mezclados con el aire de admisión, los gases de escape pueden ser enfriados en un intercambiador de calor (EGRC o "Exhaust Gas Recycling Cooler") instalado en el bucle del sistema EGR, al objeto de mejorar la eficiencia del sistema.

En el bucle del sistema existe además una válvula (válvula EGR) que controla el paso de gases de escape a través del mismo.

El intercambiador de calor propiamente dicho puede tener distintas configuraciones: por ejemplo, puede consistir en una carcasa tubular en cuyo interior se disponen una serie de tubos paralelos para el paso de los gases, circulando el refrigerante por la carcasa, exteriormente a los tubos; en otra realización, el intercambiador 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.

Por otra parte, los intercambiadores de calor comprenden por lo menos un depósito y/o una brida o conexión independiente, mediante la cual está conectado a la línea de recirculación de los gases de escape. Generalmente, dichos intercambiadores comprenden un depósito de entrada y un depósito de salida, estando dichos depósitos acoplados respectivamente a los conductos de entrada y salida de la línea de recirculación mediante sendas conexiones independientes.

En algunos casos, los sistemas EGR refrigerados presentan el inconveniente de que los gases de escape circulan por el intercambiador en cualquier condición de funcionamiento del motor a partir del momento en que se abre la válvula EGR: los gases son enfriados tanto cuando el motor está funcionando en régimen estable y su temperatura es elevada, como durante un arranque en frío, cuando la temperatura de los gases es muy inferior.

Este enfriamiento de los gases cuando su temperatura no es elevada representa un inconveniente desde el punto de vista medioambiental, puesto que incrementa el nivel de emisiones de CO y de hidrocarburos y además conlleva generación de ruido.

Para solucionar este problema, se utiliza al menos un conducto en derivación, integrado en el intercambiador, adecuado para hacer circular los gases de escape sin que sufran un enfriamiento sustancial. El conducto en derivación, que se puede denominar simplemente "by-pass", permite minimizar el enfriamiento de los gases de escape en algunas situaciones de funcionamiento del motor, por ejemplo arranque en frío, en que su temperatura no es elevada y su enfriamiento sería perjudicial para la emisión de contaminantes.

El sistema puede comprender una válvula de regulación o by-pass que selecciona el recorrido de los gases de escape a través del intercambiador o a través del conducto en derivación. Dicha válvula de regulación puede estar situada a la entrada o bien a la salida del intercambiador.

Dicho conducto by-pass puede estar integrado de manera interna o externa. Un by-pass interno está situado dentro de la carcasa del intercambiador y está rodeado por el refrigerante. Las pérdidas de potencia durante el modo by-pass son mayores que para un by-pass externo.

Debido a los fuertes requisitos del mercado de automóviles en referencia a la potencia máxima disipada en el modo by-pass, para la nueva generación de motores, el by-pass externo es la mejor solución para minimizar las pérdidas de potencia de los gases de escape.

En la actualidad, todos los conductos by-pass externos conocidos en el mercado son de sección circular manteniendo el mismo diámetro en toda su longitud. Adicionalmente, dichos conductos by-pass pueden incluir una zona con ondas para absorber las dilataciones térmicas.

Es sabido que el conducto de sección circular es la mejor opción para minimizar las pérdidas de calor durante el modo by-pass.

En la mayor parte de las configuraciones, el conducto by-pass en intercambiadores EGR implica un volumen importante en el entorno motor. Una de las principales restricciones del diseño del conducto by-pass son las zonas con ondas externas del conducto, destinadas a evitar el choque térmico, lo cual implica un importante volumen adicional.

Un conducto plano de sección ovalada es la mejor solución en referencia al empaquetamiento, pero en la actualidad no es factible realizar zonas con ondas en un conducto plano. Por tanto, no existen conductos by-pass externos planos ya que el choque térmico no estaría solucionado.

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 un conducto by-pass externo con un diseño constructivo sencillo que permite optimizar el volumen de empaquetamiento del intercambiador.

El intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, objeto de la presente invención, es del tipo que comprende un circuito destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración y un conducto by-pass externo, adecuado para hacer circular los gases sin que sufran un enfriamiento sustancial, y se caracteriza por el hecho de que la sección transversal del al menos un extremo del conducto by-pass disminuye progresivamente en al menos una dirección radial según un eje Y o Z, a lo largo de un eje axial X, optimizándose así el volumen de empaquetamiento del intercambiador.

El intercambiador de la presente invención presenta las siguientes ventajas:

- Se reducen los costes de fabricación ya que en lugar de utilizar un conducto de sección ovalada en toda su longitud, cuya fabricación es más compleja, se parte de un conducto de sección circular cuyos extremos serán aplanados para obtener una reducción del volumen de empaquetamiento del intercambiador. Asimismo, se evita el choque térmico ya que el conducto en su tramo de sección circular puede incluir una zona con ondas para absorber las dilataciones térmicas, mientras que en un conducto de sección ovalada convencional no es factible realizar dichas zonas con ondas.

- Se obtiene una optimización del empaquetamiento del intercambiador al facilitar la integración de otros componentes del motor, ya que el volumen de los depósitos de entrada y salida de gas se reducen, así como la carcasa de la válvula by-pass.

- La reducción de volumen de los componentes del intercambiador tiene un importante impacto en el peso del sistema que se reduce significativamente.

- Se reducen los costes de fabricación de la válvula by-pass, ya que también se reduce el volumen de la carcasa del intercambiador.

Ventajosamente, la sección transversal del al menos un extremo del conducto by-pass disminuye progresivamente en la dirección radial según el eje Z, a lo largo del eje axial X, aumentando a su vez dicha sección transversal según el eje radial Y, de modo que se mantiene sensiblemente la misma sección transversal de paso de gases en la totalidad del conducto by-pass.

Preferentemente, la sección transversal del al menos un extremo del conducto by-pass pasa progresivamente desde una sección sensiblemente circular a una sección sensiblemente ovalada.

Según una realización de la presente invención, el al menos un extremo del conducto by-pass está centrado...

1. Intercambiador de calor (1, 1a) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende un circuito destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración y un conducto by-pass externo (3), adecuado para hacer circular los gases sin que sufran un enfriamiento sustancial, caracterizado por el hecho de que la sección transversal del al menos un extremo (10, 10a) del conducto by-pass (3) disminuye progresivamente en al menos una dirección radial según un eje Y o Z, a lo largo de un eje axial X, optimizándose así el volumen de empaquetamiento del intercambiador (1, 1a).

2. Intercambiador (1), según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la sección transversal del al menos un extremo (10, 10a) del conducto by-pass (3) disminuye progresivamente en la dirección radial según el eje Z, a lo largo del eje axial X, aumentando a su vez dicha sección transversal según el eje radial Y, de modo que se mantiene sensiblemente la misma sección transversal de paso de gases en la totalidad del conducto by-pass (3).

3. Intercambiador (1), según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la sección transversal del al menos un extremo (10, 10a) del conducto by-pass (3) pasa progresivamente desde una sección sensiblemente circular a una sección sensiblemente ovalada.

4. Intercambiador (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el al menos un extremo (10) del conducto by-pass (3) está centrado con respecto al eje axial X de dicho conducto (3).

5. Intercambiador (1a), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el al menos un extremo (10a) del conducto by-pass (3) está descentrado con respecto al eje axial X de dicho conducto (3).

6. Intercambiador (1, 1a), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende una válvula de regulación para la selección del circuito a través del cual fluyen los gases.

7. Intercambiador (1, 1a), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende un depósito (6) unido a la entrada o a la salida de una carcasa (2) del intercambiador (1, 1a), y una conexión para la unión del depósito (6) a la línea de recirculación de gases de escape.