INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS APILADAS.

Intercambiador de calor de placas apiladas.

Intercambiador de calor (1) de placas apiladas,

que comprende una pluralidad de placas apiladas (2) entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas (2), en capas alternadas, una carcasa (4) prevista para alojar en su interior el conjunto de placas (2), y medios de sujeción (5, 6) del conjunto de placas (2) a los extremos de la carcasa (4), siendo dichos medios de sujeción (5, 6) susceptibles de ser fijados mediante soldadura en horno. Se caracteriza por el hecho de que dichos medios de sujeción comprenden una pluralidad de lengüetas (5, 6) situadas en los extremos de la carcasa (4) y ajustables mecánicamente a los extremos libres del conjunto de placas (2), de modo que dichas lengüetas (5, 6) son susceptibles de recubrir sensiblemente los orificios existentes en dichas zonas de unión entre el conjunto de placas (2) y la carcasa (4). Se obtiene una nueva configuración con un diseño robusto y seguro de las partes a ensamblar mediante soldadura en horno.

Intercambiador de calor de placas apiladas La presente invención se refiere a un intercambiador de calor de placas apiladas.

La invención se aplica especialmente a todo tipo de intercambiadores de calor dentro del ámbito del motor, especialmente se aplica a intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor (Exhaust Gas Recirculation Coolers o EGRC) ,

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

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 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 mejorar el intercambio de calor.

Son conocidos algunos intercambiadores de placas apiladas en los que cada placa incluye una pared lateral longitudinal de cierre, estando cada par de placas montadas con sus respectivas paredes laterales dispuestas en los extremos longitudinales para la separación y cierre de los circuitos de los gases y de fluido refrigerante.

Asimismo, cada circuito puede ser de tipo lineal, también denominado en forma de “I”, en el cual la entrada y salida de fluido están dispuestas en extremos opuestos; o bien puede ser en forma de “U” en el cual la entrada y salida de fluido están dispuestas adyacentes en un mismo extremo abierto, estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y un paso de retorno. En este último caso, el extremo cerrado para el retorno de fluido suele estar constituido por un depósito cerrado.

La mayor parte de los componentes de los intercambiadores EGR 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.

En algunos casos, el intercambiador EGR también puede incluir algunos componentes fabricados de plástico, los cuales pueden realizar una única o varias funciones fabricados en una única pieza.

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. Adicionalmente, los intercambiadores EGR tienen que satisfacer otras funciones secundarias como pueden ser el ensamblaje con el bloque motor, la conexión con el fluido refrigerante, o la conexión con el circuito de escape de gases.

En todos estos casos el proceso de fabricación requiere un elevado número de juntas de soldadura en horno o soldadura por arco o láser, y en consecuencia resulta en una operación compleja y de elevado coste.

En intercambiadores de calor de placas apiladas, es necesario cerrar dos circuitos diferentes: fluido caliente y fluido frío. Usualmente, este tipo de intercambiadores de calor está fabricado mediante soldadura en horno.

Para evitar caídas de presión elevadas, los fluidos entran directamente en el intercambiador de calor. No es posible utilizar tuberías, por lo que las soluciones típicas consisten en utilizar depósitos o accesorios para insertar el fluido dentro del intercambiador de calor.

El ensamblaje y soldadura en horno de este tipo de interfaces con las placas apiladas puede generar problemas de calidad, es decir, fugas, por lo que es necesario que ambos circuitos de fluido refrigerante y gases estén adecuadamente cerrados para evitar posibles fugas.

Una vez que las placas han sido apiladas, el conjunto de placas define dos circuitos diferentes, uno para el gas y otro pare el fluido refrigerante, presentando el circuito del fluido refrigerante una entrada y una salida usualmente dispuestas en la parte superior del conjunto de placas apiladas.

Debido a que 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) , el espacio disponible para el intercambiador y sus componentes es cada vez menor. Los entornos donde el intercambiador EGR debe ser integrado son cada vez más complicados. De este modo, es importante desarrollar intercambiadores EGR compactos provistos de partes integradas que puedan ser colocados en el espacio disponible.

El diseño de las placas provistas de áreas planas supone un riesgo de fugas internas o externas, debido a la existencia de orificios resultantes del ensamblaje de los componentes, del conjunto de placas y de las placas superior e inferior de cierre del conjunto de placas apiladas.

En la mayoría de diseños de intercambiadores de calor conocidos, el cierre del circuito de gases se consigue utilizando partes muy complejas y caras, lo cual resulta en un producto y procedimiento de fabricación muy complejo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo del intercambiador de calor de placas apiladas de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan los intercambiadores conocidos en la técnica, proporcionando una nueva configuración con un diseño robusto y seguro de las partes a ensamblar mediante soldadura en horno.

El intercambiador de calor de placas apiladas, objeto de la presente invención, es del tipo que comprende una pluralidad de placas apiladas entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas, en capas alternadas, incluyendo cada placa una pared lateral longitudinal de cierre, y estando cada par de placas montadas con sus respectivas paredes laterales dispuestas en los extremos longitudinales para la separación y cierre de los circuitos, una carcasa prevista para alojar en su interior el conjunto de placas apiladas, y medios de sujeción del conjunto de placas apiladas a los extremos de la carcasa, siendo dichos medios de sujeción susceptibles de ser fijados mediante soldadura en horno, y se caracteriza por el hecho de que dichos medios de sujeción comprenden una pluralidad de lengüetas situadas en los extremos de la carcasa y ajustables mecánicamente a los extremos libres del conjunto de placas apiladas, de modo que dichas lengüetas son susceptibles de recubrir sensiblemente los orificios existentes en dichas zonas de unión entre el conjunto de placas apiladas y la carcasa.

Gracias al conjunto de lengüetas se consigue el cierre de todos los orificios existentes en las zonas de unión entre los extremos libres del conjunto de placas apiladas y la carcasa, por lo que se mejora considerablemente la unión por soldadura en horno.

Esta solución ha permitido reducir prácticamente a cero la probabilidad de fugas en esta área de unión, que es la más crítica en el intercambiador de calor. Asimismo, la robustez de este diseño ha sido demostrada durante la validación del intercambiador.

Ventajosamente, los medios de sujeción incluyen una pluralidad de primeras lengüetas ajustables susceptibles de ser dobladas, para sujetar las paredes laterales de las placas, así como la placa superior e inferior de cierre del conjunto de placas apiladas.

De este modo, se consigue reducir notablemente los orificios existentes en dichas zonas de unión entre las placas y las paredes de la carcasa, siendo esta reducción crítica apara alcanzar unas juntas de soldadura en horno robustas y estables.

También ventajosamente, los medios de sujeción incluyen una pluralidad de segundas lengüetas ajustables susceptibles de cubrir respectivamente unos puntos de unión triple correspondientes a la unión entre los extremos de cada dos placas adyacentes y las paredes laterales de la carcasa.

En este caso, el efecto de capilaridad proporciona un proceso de soldadura en horno estable. Debido al ajuste de las segundas lengüetas directamente sobre los extremos de las placas apiladas se consigue rellenar el espacio existente en dichos puntos de unión triple mediante un metal rellenador durante el proceso de soldadura en horno. En consecuencia, la aparición de posibles fugas se reduce considerablemente.

Preferentemente, el intercambiador comprende un depósito de gas en al menos un extremo de la carcasa y una brida auxiliar destinada a ensamblar dicho depósito de gas con el conjunto de placas apiladas. Dicha brida auxiliar es necesaria para conseguir un correcto ensamblaje.

Ventajosamente, dicha brida auxiliar presenta un espesor de...

1. Intercambiador de calor (1) de placas apiladas, que comprende una pluralidad de placas apiladas (2) entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas (2) , en capas alternadas, incluyendo cada placa (2) una pared lateral longitudinal de cierre (3) , y estando cada par de placas (2) montadas con sus respectivas paredes laterales (3) dispuestas en los extremos longitudinales para la separación y cierre de los circuitos, una carcasa (4) prevista para alojar en su interior el conjunto de placas apiladas (2) , y medios de sujeción (5, 6) del conjunto de placas apiladas (2) a los extremos de la carcasa (4) , siendo dichos medios de sujeción (5, 6) susceptibles de ser fijados mediante soldadura en horno, caracterizado por el hecho de que dichos medios de sujeción comprenden una pluralidad de lengüetas (5, 6) situadas en los extremos de la carcasa (4) y ajustables mecánicamente a los extremos libres del conjunto de placas apiladas (2) , de modo que dichas lengüetas (5, 6) son susceptibles de recubrir sensiblemente los orificios existentes en dichas zonas de unión entre el conjunto de placas apiladas (2) y la carcasa (4) .

2. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que los medios de sujeción incluyen una pluralidad de primeras lengüetas (5) ajustables susceptibles de ser dobladas, para sujetar las paredes laterales (3) de las placas (2) , así como la placa superior (2a) e inferior (2b) del conjunto de placas apiladas (2) .

3. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1 o 2, en el que los medios de sujeción incluyen una pluralidad de segundas lengüetas (6) ajustables susceptibles de cubrir respectivamente unos puntos de unión triple (7) correspondientes a la unión entre los extremos de cada dos placas (2) adyacentes y las paredes laterales de la carcasa (4) .

4. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, que comprende un depósito de gas (8) en al menos un extremo de la carcasa (4) y una brida auxiliar (9) destinada a ensamblar dicho depósito de gas (8) con el conjunto de placas apiladas (2) .

5. Intercambiador (1) , según la reivindicación 4, en el que dicha brida auxiliar (9) presenta un espesor de aproximadamente 6 mm.

6. Intercambiador (1) , según la reivindicación 4 o 5, en el que dicha brida auxiliar (9) está fabricada mediante un proceso de corte fino sin mecanizado.

7. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que la carcasa (4) incluye dos depósitos laterales (4a) unidos entre sí destinados a recibir el flujo lateral de entrada y salida de fluido refrigerante en el conjunto de placas apiladas (2) .

8. Intercambiador (1) , según la reivindicación 7, que comprende un pozo de entrada (10) y un pozo de salida (11) del fluido refrigerante dispuestos en los depósitos laterales (4a) de la carcasa (4) .