Aislamiento interno para intercambiador de calor de gases de escape.

Aislamiento interno para intercambiador de calor de gases de escape,

siendo del tipo de intercambiador de carcasa y tubos de motores, donde el gas de escape circula por tubos dentro de una carcasa bañados por un refrigerante de forma que el aislamiento interno se basa en un medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes (5) al intercambiador de calor (1). Esta ejecución permite reducir la temperatura del bafle de entrada de gases calientes 5, y reducir las tensiones, incrementando su vida útil.

Aislamiento interno para intercambiador de calor de gases de escape.

OBJETO DE LA INVENCIÓN.

La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un aislamiento interno para intercambiador de calor de gases de escape, teniendo como objeto la incorporación de un medio aislante interno del bafle de entrada de los gases calientes al intercambiador de calor aportando una serie de ventajas, tal como la reducción de la temperatura del bafle de entrada en contacto con el refrigerante reduciendo las tensiones del mismo y con ello incrementar su vida útil.

CAMPO DE APLICACIÓN.

En la presente memoria se describe un aislamiento interno para intercambiador de calor de gases de escape, cuyos intercambiadores son de especial aplicación en motores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

Haciendo referencia a una disposición genérica de un intercambiador de calor de gas de escape del tipo carcasa y tubos, es aquella que presenta una entrada de gas caliente, una entrada y salido de líquido refrigerante y una salida de gas frío.

De esta forma, el intercambiador se conforma por una carcasa externa, un depósito de expansión, un bafle de entrada y unos tubos de paso del gas bañados con el líquido refrigerante, cuyos tubos de paso del gas pueden tener diversas disposiciones y, así, los tubos pueden presentar una sección circular o cuadrada o ser tubos con perturbador, de manera que los gases de escape pueden entrar a una temperatura superior a 500ºC y salir a una temperatura inferior a los 300ºC, según la aplicación. El líquido refrigerante suele ser agua pura o mezcla con etileno-glicol, pero en algunas aplicaciones puede ser agua de mar, sales que cambian de fase o aceite.

Los intercambiadores de calor de gases de escape, generalmente, están fabricados en acero inoxidable tipo 304L o 316L, aunque también pueden ser utilizados acero ferríticos, titanio o aluminio, de manera que el proceso de fabricación consiste en unir los subcomponentes por soldadura o por “brazing” de cobre o niquel.

Por otra parte, se puede indicar que la zona de entrada del intercambiador está sometida a temperaturas muy elevadas, de manera que, en algunas aplicaciones, estas temperaturas pueden superar 900ºC. Además, generalmente, el caudal y la temperatura del gas que entra en el intercambiador varían bruscamente según la potencia requerida, la temperatura del motor, la temperatura externa, etc..Estos cambios bruscos de temperatura generan contracciones y dilataciones del material, sometiéndolo a elevadas tensiones, de forma que la zona del intercambiador que sufre mayores tensiones es la zona de entrada, donde el gas choca contra el bafle a gran temperatura.

En muchos casos, si el intercambiador no está correctamente diseñado o si lleva muchas horas de funcionamiento, se producen roturas por fatiga del metal en el bafle de entrada o incluso la zona de entrada de los tubos de gas.

El problema del sobrecalentamiento suele ser solucionado con las siguientes recomendaciones:

• Incrementar el flujo de refrigerante, para así refrigerar la zona de entrada. Esto tiene como desventaja que hace que se necesite una bomba de agua mayor, el motor consuma más combustible, y se aumenten los costes.

• Aumentar la distancia entre los tubos de gas para así favorecer el flujo de refrigerante y reducir tensiones. Esto hace que el intercambiador sea menos compacto, ocupe más espacio y sea más caro.

• Reducir la cantidad de gas o la temperatura máxima del gas que circula en el intercambiador. Esto tiene como desventaja que puede empeorar el consumo o aumentar la cantidad de contaminantes que el motor genera.

• Diseñar un conducto que incremente la velocidad del refrigerante en la zona de entrada, siendo esta la mejor de las opciones. Esto puede aumentar costes, o ser inviable por falta de espacio.

• Cambiar el material de la zona de entrada, aunque esto puede aumentar costes o empeorar la resistencia a la corrosión.

Por otra parte, podemos indicar que los intercambiadores de calor de escape se utilizan en aplicaciones motor con los siguientes objetivos:

• Refrigerar el gas de escape para reintroducirlo en la admisión del motor, reduciendo así las emisiones de óxidos de nitrógeno (lo que es conocido en la industria por Exhaust Gas Recirculation, EGR) .

• Recuperar el calor del gas de escape para aumentar la velocidad de calentamiento del motor.

• Refrigerar el gas de escape para proteger elementos del sistema de escape.

• Producción de vapor para la generación eléctrica en vehículos o motores estacionarios.

• En el caso de motores generadores estacionarios, recuperar el calor perdido en el gas de escape para

calentar un circuito de agua, que puede ser utilizado para calefacción, procesos industriales o incluso generación de frío, en lo que es conocido como cogeneración.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

En la presente memoria se describe un aislamiento interno para intercambiador de calor de gases de escape, siendo del tipo de intercambiador de calor de carcasa y tubos de motores, donde el gas de escape circular por tubos dentro de una carcasa bañados por un líquido refrigerante, de forma que el aislamiento interno se basa en un medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes al intercambiador de calor.

El medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes al intercambiador de calor se basa en la incorporación de, al menos, una capa aislante de material cerámico sobre la superficie externa del bafle de entrada de gases al intercambiador de calor.

Asimismo, el medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes al intercambiador de calor se puede basar en la incorporación de, al menos, una capa aislante de material plástico sobre la superficie externa del bafle de entrada de gases al intercambiador de calor.

Igualmente, el medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes al intercambiador de calor se puede basar en la incorporación de, al menos, un segundo bafle de entrada separados por una cámara de aire.

Mediante la incorporación del medio aislante del bafle de entrada de gases calientes al intercambiador de calor basado en la incorporación de, al menos, una capa aislante sobre su superficie externa en la que topan los gases en su entrada, se protege al mismo de las altas temperaturas que sufre, permitiendo reducir las tensiones que se producen en el mismo y aumentar su vida útil.

En la ejecución práctica de aislamiento interno del intercambiador de calor basada en la incorporación de al menos un segundo bafle, quedando separados por una cámara de aire, se protege al bafle más interno y aunque el bafle más externo, carente de refrigeración, sufriera grietas no afectarían al intercambiador.

Asimismo, sobre zonas internas del intercambiador de calor y/o los tubos de paso del gas se puede incorporar una capa de material aislante, permitiendo protegerlo de la corrosión.

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos, en cuyas figuras de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más característicos de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DISEÑOS.

Figura 1. Muestra una vista en alzado de un intercambiador de calor de gases de escape, de tipo convencional, donde se puede observar la entrada del gas caliente y salida del gas frío, así como la entrada y salida del líquido refrigerante.

Figura 2. Muestra una vista, según una sección longitudinal, de un intercambiador de calor de tipo convencional, pudiendo observar los tubos de paso del gas bañados por el líquido refrigerante.

Figura 3. Muestra una vista, según la sección anterior en detalle, del bafle de entrada sobre el que topan los gases en su entrad al intercambiador de calor, que se fija perimetralmente a la carcas del mismo y al cual se fijan los tubos de paso del gas.

Figura 4. Muestra una vista, según la sección de la figura anterior, de un bafle de entrada provisto de una capa aislante en la superficie externa sobre la que topan los gases en la entrada al intercambiador de calor de gases de escape.

Figura 5. Muestra una vista,...

1ª. AISLAMIENTO INTERNO PARA INTERCAMBIADOR DE CALOR DE GASES DE ESCAPE, siendo del tipo de intercambiador de carcasa y tubos de motores, donde el gas de escape circular por tubos dentro de una carcasa bañados por un refrigerante, caracterizado por que el aislamiento interno se basa en un medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes (5) al intercambiador de calor (1) .

2ª. AISLAMIENTO INTERNO PARA INTERCAMBIADOR DE CALOR DE GASES DE ESCAPE, según reivindicación 1ª, caracterizado por que el medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes (5) al intercambiador de calor

(1) se basa en la incorporación de, al menos, una capa aislante (9) de material cerámico sobre la superficie externa del bafle de entrada de gases (5) del intercambiador de calor (1) .

3ª. AISLAMIENTO INTERNO PARA INTERCAMBIADOR DE CALOR DE GASES DE ESCAPE, según reivindicación 1ª, caracterizado por que el medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes (5) al intercambiador de calor

(1) se basa en la incorporación de, al menos, una capa aislante (9) de material plástico sobre la superficie externa del bafle de entrada de gases (5) del intercambiador de calor (1) .

4ª. AISLAMIENTO INTERNO PARA INTERCAMBIADOR DE CALOR DE GASES DE ESCAPE, según reivindicación 2ª, caracterizado por que el medio aislante del bafle de entrada de los gases calientes (5) al intercambiador de calor

(1) se basa en la incorporación de, al menos, un segundo bafle de entrada (12) separados por una cámara de aire (13) .

5ª. AISLAMIENTO INTERNO PARA INTERCAMBIADOR DE CALOR DE GASES DE ESCAPE, según reivindicación 1ª, caracterizado por que sobre zonas internas del intercambiador de calor (1) y/o los tubos de (7) de paso del gas se incorpora una capa de material aislante.