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.

Intercambiador de calor (1) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende una pluralidad de tubos paralelos (2) dispuestos en el interior de una carcasa (3), por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, y unas aletas (9) perturbadoras del flujo de gases dispuestas en el interior de cada tubo (2). Los tubos (2) y la carcasa (3) comprenden respectivamente una pluralidad de protuberancias (10,11), cuyo patrón de distribución y dimensiones están definidos en función de las dimensiones de los tubos (2) y de la carcasa (3), siendo susceptibles de garantizar una adecuada distribución de la compresión entre la carcasa (3), los tubos (2) y las aletas (9) mutuamente, durante la soldadura en horno del intercambiador (1). Se consigue una perfecta distribución de la compresión entre los componentes ensamblados, así como una buena soldadura en horno del intercambiador.

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.

La invención se aplica especialmente en intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor (EGRC) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En algunos intercambiadores de calor para el enfriamiento de gases, por ejemplo los utilizados en sistemas de recirculación de los gases de escape hacia la admisión de un motor de explosión, los dos medios que intercambian calor están separados por una pared.

El principio básico en un intercambiador de calor es el intercambio de calor entre dos fluidos a diferente temperatura. El fluido caliente y el fluido frío usualmente fluyen a través de circuitos independientes lo más cerca posible el uno del otro. La eficiencia del intercambio depende del flujo de masa de cada fluido, su velocidad, su calor específico y su temperatura, entre sí. También es importante el diseño de cada circuito, el diseño de la pared separadora y las materias primas.

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.

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

En el caso de intercambiadores de calor de haz de conductos, la unión entre los conductos y la carcasa puede ser de diferentes tipos. Generalmente, los conductos están fijados por sus extremos entre dos placas de soporte acopladas en cada extremo de la carcasa, presentando ambas placas de soporte una pluralidad de orificios para la colocación de los respectivos conductos. Dichas placas de soporte están fijadas a su vez a unos medios de conexión con la línea de recirculación.

Dichos medios de conexión pueden consistir en una conexión en V o bien en un reborde periférico de conexión o brida, dependiendo del diseño de la línea de recirculación donde está ensamblado el intercambiador. En algunos casos, la placa de soporte está integrada en una única pieza con los medios de conexión formando una única brida de conexión. Los medios de conexión también pueden consistir en un depósito de gas dispuesto en uno o ambos extremos de la carcasa.

En ambos tipos de intercambiadores EGR, la mayor parte de sus componentes 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, también pueden incluir algunos componentes de plástico, que pueden tener una sola función o varias funciones integradas en una única pieza.

En intercambiadores de tubos es conocida la utilización de aletas o corrugaciones dentro de los circuitos de intercambio de calor, ya que contribuyen a mejorar el intercambio de calor, así como la resistencia mecánica del intercambiador de calor.

Las corrugaciones o aletas ayudan a guiar el fluido de manera que pueda llenar apropiadamente todo el circuito, favorecer el intercambio de calor y mejorar la resistencia mecánica frente a un aumento de presión en el circuito.

La solicitud de patente ES 2331218 del mismo titular que la presente solicitud, describe un intercambiador de calor de tubos con una carcasa que comprende una serie de protuberancias estampadas sobre su superficie y dirigidas hacia su interior, de modo que dichas protuberancias están dispuestas a una predeterminada distancia con respecto al conjunto de tubos, garantizándose así una expansión controlada de los tubos ante un aumento de presión.

La patente JP20010130114 describe un intercambiador de calor que comprende un haz tubos de gas de sección rectangular en cuyo interior incluye aletas de sección transversal almenada cuyas partes lisas que forman la cresta y el valle están en contacto con la superficie interna del tubo, y una pluralidad de protuberancias dispuestas en las paredes del tubo enfrentadas opuestamente a dichas partes lisas de la aleta. Esta disposición de las protuberancias permite la correcta colocación de la aleta dentro del tubo evitando su desacoplamiento.

La patente DE19961054368 describe un intercambiador de calor que comprende un haz de tubos de gas de sección rectangular dispuesto dentro de una carcasa. Los tubos incluyen protuberancias dirigidas hacia fuera que determinan la distancia entre tubos adyacentes y con respecto a la superficie interior de la carcasa.

Es sabido que durante el ensamblaje, el éxito de la integración de las aletas dentro de los tubos se obtiene solo si las aletas pueden ser completamente soldadas en horno a los tubos. En caso contrario, la resistencia mecánica y el incremento de los rendimientos térmicos no pueden ser asegurados.

El proceso de soldadura en horno del conjunto formado por los tubos, la carcasa y las aletas se realiza después de un ensamblaje global de los diferentes componentes del intercambiador. No obstante, la calidad de la soldadura en horno final será adecuada siempre que se asegure un completo contacto de los componentes durante el proceso de soldadura en horno.

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 una perfecta distribución de la compresión entre los componentes ensamblados, así como una buena soldadura en horno 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 una pluralidad de tubos paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, y unas aletas perturbadoras del flujo de gases dispuestas en el interior de cada tubo, y se caracteriza por el hecho de que los tubos y la carcasa comprenden respectivamente una pluralidad de protuberancias, cuyo patrón de distribución y dimensiones están definidos en función de las dimensiones de los tubos y de la carcasa, siendo susceptibles de garantizar una adecuada distribución de la compresión entre la carcasa, los tubos y las aletas mutuamente, durante la soldadura en horno del intercambiador.

La invención se basa por tanto en un patrón y unas dimensiones específicas de las protuberancias dispuestas en la superficie de la carcasa y de los tubos.

De este modo se consigue un diseño óptimo de los tubos para obtener una buena soldadura en horno de las aletas utilizadas. Al mismo tiempo, el diseño mejora la robustez de la resistencia mecánica durante el ciclo de vida del intercambiador.

A continuación se describen las ventajas obtenidas mediante el diseño de las protuberancias de la invención:

-La carcasa del intercambiador permite comprimir los tubos y las aletas al mismo tiempo.

-Los tubos, después del ensamblaje, permiten comprimir las aletas para asegurar el contacto con los tubos.

-El contacto de la carcasa y los tubos está asegurado con el contacto de las protuberancias. Estas

protuberancias permiten la distribución de fluido refrigerante y el contacto de los componentes al

mismo tiempo.

-La carcasa y los tubos presentan el mismo patrón de protuberancias para comprimir los componentes al mismo tiempo.

-El patrón y dimensión de las protuberancias permiten obtener una perfecta distribución de la compresión y finalmente una buena soldadura en horno del intercambiador.

Preferentemente, las protuberancias están fabricadas mediante estampación, incluyendo cada protuberancia una superficie de contacto sobresaliente sensiblemente plana y circular, y un lateral troncocónico definido por un ángulo de estampación y unos radios de empalme respecto a dicha superficie de contacto y a la superficie del tubo o carcasa donde está estampada la protuberancia.

Ventajosamente, las dimensiones de las protuberancias de los tubos y de la carcasa respectivamente están definidas por su diámetro y altura, el ángulo de estampación, y los...

1. Intercambiador de calor (1) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende una pluralidad de tubos paralelos (2) dispuestos en el interior de una carcasa (3) , por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, y unas aletas (9) perturbadoras del flujo de gases dispuestas en el interior de cada tubo (2) , caracterizado por el hecho de que los tubos (2) y la carcasa (3) comprenden respectivamente una pluralidad de protuberancias (10, 11) , cuyo patrón de distribución y dimensiones están definidos en función de las dimensiones de los tubos (2) y de la carcasa (3) , siendo susceptibles de garantizar una adecuada distribución de la compresión entre la carcasa (3) , los tubos (2) y las aletas (9) mutuamente, durante la soldadura en horno del intercambiador (1) .

2. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que las protuberancias (10, 11) están fabricadas mediante estampación, incluyendo cada protuberancia (10, 11) una superficie de contacto (12) sobresaliente sensiblemente plana y circular, y un lateral troncocónico definido por un ángulo de estampación (A) y unos radios de empalme (RR) respecto a dicha superficie de contacto (12) y a la superficie del tubo (2) o carcasa (3) donde está estampada la protuberancia (10, 11) .

3. Intercambiador (1) , según la reivindicación 2, en el que las dimensiones de las protuberancias (10, 11) de los tubos (2) y de la carcasa (3) respectivamente están definidas por su diámetro (D) y altura (H) , el ángulo de estampación (A) , y los radios de empalme (RR) del lateral troncocónico.

4. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1 o 2, en el que el patrón de distribución de las protuberancias (10) en los tubos (2) está definido en función del grosor (T1) , anchura (W1) y longitud (L1) del propio tubo (2) , siendo los tubos (2) de sección transversal sensiblemente rectangular provistos de dos lados opuestos planos de mayor anchura (W1) que altura.

5. Intercambiador (1) , según la reivindicación 4, en el que las protuberancias (10) están dispuestas en ambos lados opuestos planos de los tubos (2) , dirigidas hacia el exterior del tubo (2) , y distribuidas en una o varias filas longitudinales en función de la anchura (W1) del tubo (2) .

6. Intercambiador (1) , según la reivindicación 5, en el que las protuberancias (10) de una misma fila en los tubos (2) están separadas entre sí una predeterminada distancia (DD, DDH) definida por la longitud (L1) del tubo (2) , y estando la primera protuberancia (10) de la respectiva fila dispuesta a una predeterminada distancia (DDE) con respecto a un extremo del tubo (2) también definida por la longitud (L1) del tubo (2) .

7. Intercambiador (1) , según la reivindicación 5, en el que las protuberancias (10) en los tubos (2) están distribuidas en dos filas longitudinales paralelas entre sí, equidistantes con respecto a una línea longitudinal de simetría, y separadas entre sí una predeterminada distancia (DDV) definida en función de la anchura (W1) del tubo (2) .

8. Intercambiador (1) , según la reivindicación 7, en el que entre ambas filas de protuberancias (10) en los tubos (2) se encuentran dos protuberancias extremales (10a) de refuerzo situadas a una predeterminada distancia (DDE1, DDE2) con respecto a sendos extremos del tubo (2) definida por la longitud (L1) del tubo (2) .

9. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el patrón de distribución de las protuberancias (11) en la carcasa (3) está definido en función de la anchura (W1) del tubo (2) , y del grosor (T2) , anchura (W2) y longitud (L2) de la carcasa (3) , siendo la carcasa (3) de sección transversal sensiblemente rectangular.

10. Intercambiador (1) , según la reivindicación 9, en el que las protuberancias (11) están dispuestas en al menos un lado de la carcasa (3) , dirigidas hacia el interior de la carcasa (3) , y distribuidas en uno o varios grupos de dos filas longitudinales en función de la anchura (W2) de la carcasa (3) .

11. Intercambiador (1) , según la reivindicación 10, en el que las protuberancias (11) de una misma fila están separadas entre sí una predeterminada distancia (DD, DDH) definida por la longitud (L2) de la carcasa (3) , y estando la primera protuberancia (11) de la respectiva fila dispuesta a una predeterminada distancia (DDE) con respecto a un extremo de la carcasa (3) también definida por la longitud (L2) de la carcasa (3) .

12. Intercambiador (1) , según la reivindicación 10, en el que las protuberancias (11) están distribuidas en dos grupos de dos filas longitudinales paralelas entre sí, y separadas entre sí una predeterminada distancia (DDV) definida en función de la anchura (W2) de la carcasa (3) , y estando dispuestos ambos grupos de dos filas equidistantes con respecto a una línea longitudinal de simetría.

13. Intercambiador (1) , según la reivindicación 12, en el que entre ambas filas de protuberancias (11) de cada grupo se encuentran dos protuberancias extremales (11a) de refuerzo situadas a una predeterminada distancia (DDE1) con respecto a sendos extremos de la carcasa (3) definida por la longitud (L2) de la carcasa (3) .

14. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que las protuberancias (10, 11) pueden presentar diferentes formas tal como circular, en cruz, rombo, o linear entre otras.