Intercambiador de calor, especialmente intercambiador de calor de gas de escape.

Intercambiador de calor, por ejemplo intercambiador de calor de gas de escape,

que está constituido por un hazde tubos (2) que puede introducirse en una carcasa (11) de forma tubular, circulando el gas de escape tomado comoejemplo a través de los tubos (2) y estando dispuesto entre los tubos (2) un respectivo canal de refrigerante (5),presentando el haz de tubos (2) al menos una construcción de sujeción (10) a manera de rejilla que soporta el hazhacia la carcasa (11), caracterizado por que la construcción de sujeción metálica (10) a manera de rejilla estárealizada en una sola pieza con unos brazos volados elásticos (12a) que están deformados en sentido contrario a ladirección de introducción y cuya fuerza elástica está dirigida hacia la carcasa (11), para reducir el nivel devibraciones, y por que está dispuesto entre un difusor (31) y una brida de conexión (60) un mecanismo (20) conpropiedades elásticas que presenta anillos tóricos, anillos de goma (61) o similares y que compensa la variación delongitud inducida por cargas cambiantes de temperatura mediante la admisión de movimientos en la direcciónlongitudinal del haz de tubos o de la carcasa.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07008049.

Solicitante: MODINE MANUFACTURING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1500 DEKOVEN AVENUE RACINE, WISCONSIN 53403-2552 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SCHATZ,HARALD DIPL.-ING, MÜLLER-LUFFT,STEPHAN, HEITEL,INGO DIPL.-ING, ACAR,ÖMÜR, SOLDNER,JÖRG DR.-ING, DANIEL,MICHAEL, VOLQUARDSEN,BJÖRN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01N5/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01N SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA (disposiciones de conjuntos de propulsión relativas al escape de gases B60K 13/00; silenciadores de admisión de aire especialmente adaptados para motores de combustión interna, o con dispositivos para estos motores F02M 35/00; protección contra ruidos en general o amortiguamiento de los mismos G10K 11/16). › F01N 5/00 Silenciadores o aparatos de escape combinados o asociados a dispositivos que aprovechan la energía de los gases de escape (utilización de la energía cinética o vibratoria de los gases de escape para la alimentación F02B; aspectos dominantes de tales dispositivos, ver las clases apropiadas que tratan de estos dispositivos). › utilizando los dispositivos de calor.
  • F28D7/16 F […] › F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL.F28D INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR NO ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; calentadores de fluidos que tienen medios para producir y transferir calor F24H; hornos F27; partes constitutivas de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F ); APARATOS O PLANTAS DE ACUMULACION DE CALOR EN GENERAL. › F28D 7/00 Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización. › estando las canalizaciones situadas paralelamente (F28D 7/02 - F28D 7/10 tienen prioridad).
  • F28F9/013 F28 […] › F28F PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS APARATOS INTERCAMBIADORES O DE TRANSFERENCIA DE CALOR (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; purgadores de agua o aire, ventilación F16). › F28F 9/00 Carcasas; Cabezales; Soportes auxiliares para elementos; Elementos auxiliares dentro de las carcasas. › para los tubos o ensamblajes de tubos.

PDF original: ES-2425572_T3.pdf

 

Intercambiador de calor, especialmente intercambiador de calor de gas de escape.

Fragmento de la descripción:

Intercambiador de calor, especialmente intercambiador de calor de gas de escape.

La invención concierne a un intercambiador de calor, por ejemplo un intercambiador de calor de gas de escape, que presenta las características del preámbulo de las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4.

Se conoce un intercambiador de calor de gas de escape por los documentos EP 1 348 924 A2 y EP 1 544 564 A1. Éste ha cumplido sustancialmente con su cometido en el caso de la utilización realizada. Sin embargo, últimamente están aumentado los caudales másicos de gas de escape, las temperaturas del gas de escape de los motores de vehículos automóviles y, en consecuencia, también las cargas térmicas del refrigerador de gas de escape, lo que conduce a las fisuras y daños similares conocidos que son originados por cargas cambiantes de temperatura demasiado altas y que pueden tener como consecuencia el fallo del sistema.

Se ha trabajado ya también en mejorar los intercambiadores de calor de gas de escape en lo que respecta a su capacidad frente a cargas cambiantes de temperatura. Una solución de esta clase en conocida, por ejemplo, por el documento WO 03/036214A1. Se dispusieron allí en la carcasa unas hendiduras y un fuelle con los que es seguro que se puede mejorar el comportamiento de dilatación de las piezas individuales del intercambiador de calor de gas de escape. Por el contrario, en el documento WO 03/064953 se ha previsto una acanaladura de dilatación en la envolvente de la carcasa. En el documento WO 2003/091650 se ha propuesto una disposición de asiento corredizo. Todas estas soluciones parecen ser prácticas, pero sin que puedan satisfacer todos los requisitos.

El intercambiador de calor definido en el preámbulo de la reivindicación 1 se desprende del documento DE 32 42 619A1. La construcción de sujeción a manera de rejilla tiene allí la misión de guiar el flujo en la carcasa o influir sobre el mismo. Además, están previstos en la construcción de sujeción unos elementos elásticos que deberán y podrán compensar ciertas tolerancias en la carcasa en la que se introduce el haz de tubos. Por este motivo, estos elementos consisten allí en un plástico adecuado que es deformable dentro de amplios márgenes y que por ello admite márgenes de tolerancia relativamente grandes. Los elementos elásticos están fijados a la construcción de sujeción hecha de metal. Las propiedades amortiguadoras de vibraciones de los elementos elásticos pueden estar ciertamente presentes, pero no son suficientemente efectivas. Además, especialmente en intercambiadores de calor con una considerable dimensión de longitud se presentan en otros sitios unas vibraciones que sólo se pueden controlar de manera insuficiente con los elementos elásticos conocidos.

Un estado adicional de la técnica está contenido en el documento US 3 804 161.

Se conoce por el documento DE 197 21 132 A1 un dispositivo para la refrigeración de gas de escape. El haz de tubos de este dispositivo presenta unas placas portantes. Para soportar el haz de tubos en la carcasa se ha doblado hacia fuera el canto periférico de las placas portantes con partes a manera de lengüetas. Con este dispositivo se puede reducir el nivel de vibraciones. Sin embargo, es posible que con este dispositivo no se controlen suficientemente los cambios de temperatura.

Por último, se ha propuesto en el documento DE 103 12 788 A1 un intercambiador de calor de gas de escape que presenta un mecanismo elástico para absorber las cargas cambiantes de temperatura en dirección longitudinal. Para mejorar el comportamiento frente a vibraciones se ha configurado en dos piezas el cuerpo tubular del intercambiador de calor.

El cometido de la invención reside en la creación de un intercambiador de calor que pueda contribuir a la solución de los problemas anteriormente esbozados, especialmente para reducir el nivel de vibraciones.

La solución de este problema se obtiene según la invención en un intercambiador de calor conforme al preámbulo mediante la utilización de las particularidades caracterizadoras de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 o de la reivindicación 3 o, finalmente, de la reivindicación 4.

Dado que una construcción de sujeción metálica a manera de rejilla está configurada en una pieza con unos brazos volados elásticos que miran hacia el lado interior de la carcasa y que se han deformado en sentido contrario a la dirección de introducción del haz en la carcasa, y cuya fuerza elástica está dirigida hacia la carcasa, para reducir el nivel de vibraciones, y dado que está configurado y previsto un mecanismo con propiedades elásticas que admite o compensa variaciones de longitud, se reducen o amortiguan netamente las vibraciones del haz en la carcasa. Las variaciones de longitud o las variaciones de forma son inducidas por cambios de temperatura que se presentan durante el funcionamiento del intercambiador de calor. En principio, se eleva la frecuencia propia del haz.

Los brazos volados elásticos deformados se proyectan - antes de que el haz se introduzca en la carcasa - más allá de la superficie en corte transversal de dicha carcasa. Durante la introducción se deforman elásticamente los brazos volados elásticos en contra de su fuerza elástica para encajar ajustadamente en la carcasa y desplegar después su fuerza elástica contra el lado interior de la carcasa.

Propuestas de solución alternativas prevén unos brazos volados metálicos elásticos individuales o unos muelles

individuales que están fijados a una construcción de sujeción metálica o entre dos construcciones de sujeción metálicas.

En el marco de sus investigaciones, los inventores han llegado al resultado de que es insuficiente prever únicamente tales brazos volados metálicos elásticos o muelles o similares. Por este motivo, prevén adicionalmente un mecanismo que compense las variaciones de longitud del haz y la carcasa inducidas por cambios de temperatura, y construyen también este mecanismo con propiedades elásticas para fomentar la propiedad reductora de vibraciones de todo el dispositivo.

Según otro aspecto, se ha previsto que la carcasa sea de aluminio y que esté construida preferiblemente como una pieza de fundición en la que se pueda introducir el haz de tubos realizado como una construcción soldada de acero fino con placas de tubos previstas en los extremos de los tubos y con un difusor.

La carcasa presenta una brida de conexión ajustada con el difusor, poseyendo el mecanismo que admite la variación de longitud un sellado elástico entre el difusor y la brida de conexión.

Se ha previsto que el sellado elástico esté dispuesto en al menos una ranura o que rellene aproximadamente toda la zona comprendida entre el difusor y la brida de conexión.

Otra solución alternativa prevé que al menos un elemento de apriete que se extiende a través del haz esté dispuesto entre dos construcciones de sujeción a manera de rejilla para amortiguar vibraciones y que también esté previsto en la solución alternativa un mecanismo que admita variaciones de longitud y tenga propiedades elásticas.

Los tubos están configurados preferiblemente como tubos planos que están constituidos por pares de placas o que se han fabricado con una banda de chapa y se han soldado con una costura longitudinal. Sin embargo, pueden preverse también tubos redondos que, como en el documento DE 32 42 619 A1, se extiendan rectos como un haz de tubos a través del intercambiador de calor. Sin embargo, paras mejorar el intercambio de calor estos tubos presentan una torsión que provee de una ondulación a la pared de dichos tubos.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de gas de escape cortado;

La figura 2 es una vista fragmentaria que muestra un tramo del haz de tubos con un dispositivo de sujeción;

Las figuras 3 y 4 son semejantes a la figura 2, pero con dispositivos de sujeción modificados;

Las figuras 5 y 6 son una vista fragmentaria del intercambiador de calor con un dispositivo de apriete;

Las figuras 7 a 9 son una vista fragmentaria del intercambiador de calor en la zona del mecanismo elástico.

Las flechas en trazo grueso en la figura 1 indican el flujo por el intercambiador de calor de gas de escape, pretendiendo simbolizar las flechas negras en trazo grueso el gas de escape y simbolizando las flechas en trazo grueso sin color de relleno el refrigerante, que es un líquido refrigerante. La representación como flechas dobles en trazo grueso pretende insinuar que los medios pueden circular por el intercambiador de calor de gas de escape a contracorriente o bien a isocorriente. Están previstas unas entradas/salidas correspondientes 70, 80. Las flechas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Intercambiador de calor, por ejemplo intercambiador de calor de gas de escape, que está constituido por un haz de tubos (2) que puede introducirse en una carcasa (11) de forma tubular, circulando el gas de escape tomado como ejemplo a través de los tubos (2) y estando dispuesto entre los tubos (2) un respectivo canal de refrigerante (5) , presentando el haz de tubos (2) al menos una construcción de sujeción (10) a manera de rejilla que soporta el haz hacia la carcasa (11) , caracterizado por que la construcción de sujeción metálica (10) a manera de rejilla está realizada en una sola pieza con unos brazos volados elásticos (12a) que están deformados en sentido contrario a la dirección de introducción y cuya fuerza elástica está dirigida hacia la carcasa (11) , para reducir el nivel de vibraciones, y por que está dispuesto entre un difusor (31) y una brida de conexión (60) un mecanismo (20) con propiedades elásticas que presenta anillos tóricos, anillos de goma (61) o similares y que compensa la variación de longitud inducida por cargas cambiantes de temperatura mediante la admisión de movimientos en la dirección longitudinal del haz de tubos o de la carcasa.

2. Intercambiador de calor, por ejemplo intercambiador de calor de gas de escape, que está constituido por un haz de tubos (2) que puede introducirse en una carcasa (11) de forma tubular, circulando el gas de escape tomado como ejemplo a través de los tubos (2) y estando dispuesto entre los tubos (2) un respectivo canal de refrigerante (5) , presentando el haz de tubos (2) al menos una construcción de sujeción (10) a manera de rejilla que soporta el haz hacia la carcasa (11) , caracterizado por que entre dos construcciones de sujeción metálicas (10) a manera de rejillas están fijados unos muelles metálicos (12b) bombeados hacia fuera mediante un acoplamiento de conjunción de forma y/o un acoplamiento de conjunción de fuerza, cuya fuerza elástica está dirigida hacia la carcasa (11) , para reducir el nivel de vibraciones, y por que está dispuesto entre un difusor (31) y una brida de conexión (60) un mecanismo (20) con propiedades elásticas que presenta anillos tóricos, anillos de goma (61) o similares y que compensa la variación de longitud inducida por cargas cambiantes de temperatura mediante la admisión de movimientos en la dirección longitudinal del haz de tubos o de la carcasa.

3. Intercambiador de calor, por ejemplo intercambiador de calor de gas de escape, que está constituido por un haz de tubos (2) que puede introducirse en una carcasa (11) de forma tubular, circulando el gas de escape tomado como ejemplo a través de los tubos (2) y estando dispuesto entre los tubos (2) un respectivo canal de refrigerante (5) , presentando el haz de tubos (2) al menos una construcción de sujeción (10) a manera de rejilla que soporta el haz hacia la carcasa (11) , caracterizado por que en una construcción de sujeción metálica (10) a manera de rejilla están fijados unos muelles metálicos (12b) bombeados hacia fuera mediante un acoplamiento de conjunción de forma y/o un acoplamiento de conjunción de fuerza, cuya fuerza elástica está dirigida hacia la carcasa (11) , para reducir el nivel de vibraciones, y por que está dispuesto entre un difusor (31) y una brida de conexión (60) un mecanismo (20) con propiedades elásticas que presenta anillos tóricos, anillos de goma (61) o similares y que compensa la variación de longitud inducida por cargas cambiantes de temperatura mediante la admisión de movimientos en la dirección longitudinal del haz de tubos o de la carcasa.

4. Intercambiador de calor, por ejemplo intercambiador de calor de gas de escape, que está constituido por un haz de tubos (2) que puede introducirse en una carcasa (11) de forma tubular, circulando el gas de escape tomado como ejemplo a través de los tubos (2) y estando dispuesto entre los tubos (2) un respectivo canal de refrigerante (5) , presentado el haz de tubos (2) al menos una construcción de sujeción (10) a manera de rejilla que soporta el haz hacia la carcasa (11) , caracterizado por que está previsto al menos un elemento de apriete (40) que se extiende a través del haz y que presenta anillos de goma (41) o similares, para reducir el nivel de vibraciones, y por que está dispuesto entre un difusor (31) y una brida de conexión (60) un mecanismo (20) con propiedades elásticas que presenta anillos tóricos, anillos de goma (61) o similares y que compensa la variación de longitud inducida por cargas cambiantes de temperatura mediante la admisión de movimientos en la dirección longitudinal del haz de tubos o de la carcasa.

5. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4, caracterizado por que la carcasa (11) consiste en aluminio y está realizada preferiblemente como una pieza de fundición en la que se puede introducir el haz realizado como una construcción soldada de acero fino con placas de tubos (30) previstas en los extremos de los tubos y con el difusor (31) .

6. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la carcasa

(11) presenta la brida de conexión (60) ajustada con el difusor (31) .

7. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sellado elástico (61) está dispuesto en al menos una ranura (62) o bien rellena aproximadamente una zona de rendija anular completa entre el difusor (31) y la brida de conexión (60) .

8. Intercambiador de calor según la reivindicación 4, caracterizado por que el elemento de apriete (40) está dispuesto entre dos construcciones de sujeción (10) a manera de rejillas y une dos paredes opuestas de la carcasa (11) .

9. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los tubos son

tubos planos (2) que están constituidos por pares de placas o que se han fabricado a partir de una banda de chapa y se han soldado con una costura longitudinal, o bien son tubos planos estirados (2) .

10. Intercambiador de calor según la reivindicación 9, caracterizado por que los tubos planos (2) pueden estar dispuestos en varias filas (2.1, 2.2) .

11. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 anteriores, caracterizado por que los tubos (2) son tubos redondos que poseen una torsión.

12. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la construcción de sujeción (10) a manera de rejilla consta de una sola pieza o de varias piezas.

13. Intercambiador de calor según la reivindicación 2, caracterizado por que los muelles metálicos bombeados

(12b) están ubicados en dos lados opuestos del haz de tubos o de la construcción de sujeción y en posiciones decaladas una respecto de otra.


 

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