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 una primera parte (2) dispuesta en la entrada de gases fabricada de un primer metal, y una segunda parte (3) dispuesta a continuación de dicha primera parte (2) a lo largo del flujo de gases, fabricada de un segundo metal que presenta una temperatura de fusión inferior a la de dicha primera parte (2), y siendo dicha primera parte (2) capaz de reducir la temperatura de los gases antes de su paso por dicha segunda parte (3). Preferentemente, la primera parte (2) es de acero inoxidable y la segunda parte (3) es de aluminio. Se obtiene un intercambiador de calor que presenta las ventajas de combinar el acero inoxidable y el aluminio manteniendo un adecuado rendimiento y coste de producción.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930689.
Solicitante: VALEO TERMICO, S.A..
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: GRACIA LAZARO,BENJAMIN, GUILLEN LAMBEA,SILVIA, TOMAS HERRERO,EVA.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F02M25/07
- F28F21/08 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL. › 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 21/00 Estructura de los aparatos intercambiadores de calor caracterizada por el empleo de materiales específicos. › de metal.
- F28F9/26 F28F […] › F28F 9/00 Carcasas; Cabezales; Soportes auxiliares para elementos; Elementos auxiliares dentro de las carcasas. › Disposiciones para empalmar secciones diferentes de elementos cambiadores de calor, p. ej. de radiadores (empalme de secciones diferentes en los calentadores de agua F24H 9/14).
Fragmento de la descripción:
INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR
La presente invención se refiere a un intercam biador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor. La invención se aplica especialmente enintercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor (EGRC) , para aplicaciones de gasolina y diesel.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
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.
Actualmente, los intercambiadores de calor EGR son ampliamente usados para aplicaciones Diesel con el fin de reducir las emisiones.
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) ; ambas tienen un impacto en el diseño de los intercambiadores de calor EGR. Los fabricantes de vehículos demandan intercambiadores de calor EGR con mayores rendimientos y, a la vez, el espacio disponible para colocar el intercambiador y sus componentes es cada vez más pequeño y más difícil de integrar.
Paralelamente, la recirculación de los gases de escape enfriados está emergiendo como una tecnología prometedora para afrontar el incremento de demanda de la economía del combustible sin comprometer el rendimiento de los motores de encendido por inyección turbocompresor.
La reducción del tamaño en particular es una estrategia prometedora para disminuir el consumo de
combustible de los motores de combustión interna. Sin embargo, la reducción de tamaño de los motores turbocompresores necesita tener en cuenta los posiblesproblemas de autoencendido y las limitaciones térmicas del 5 material para evitar el daño del motor.
Para ello, generalmente se usan dos estrategias: la primera consiste en retrasar el tiempo de ignición para limitar la presión en el cilindro y el autoencendido, y la segunda consiste en la inyección de un exceso de
1 O combustible en la mezcla para limitar la velocidad de combustión a través de la dilución y para limitar el incremento de la temperatura de los gases de escape. Los inconvenientes que presenta son un aumento del consumo de combustible y el incremento de emisiones de CO y de HC.
Una solución alternativa y eficiente que está emergiendo como una tecnología prometedora para limitar los problemas de autoencendido a través de la dilución es la recirculación de los gases de escape enfriados (EGR) . El sistema EGR tiene un gran potencial para mejorar la
economía del combustible.
La configuración actual de los intercambiadores EGR en el mercado (para aplicaciones Diesel) 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 paralelos para el paso de los gases, circulando el refrigerante por la carcasa, exteriormente a los tubos, y el segundo tipo
3 O 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 el mejorar el intercambio de calor.
En el caso de intercambiadores de calor de haz
de tubos, la unión entre los tubos y la carcasa puede ser de diferentes tipos. Generalmente, los tubos 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 tubos.
Dichas placas de soporte están fijadas a su vez a unos medios de conexión con la línea de recirculación, que 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. El reborde periférico puede estar ensamblado junto con un depósito de gas, de manera que el depósito de gas es una pieza intermedia entre la carcasa y el reborde, o bien el reborde puede estar ensamblado directamente a 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, 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, como por ejemplo, la carcasa de plástico que integra los tubos del circuito del fluido refrigerante y los soportes de sujeción al entorno motor.
La mayoría de intercambiadores EGR existentes en el mercado son de acero inoxidable y en contadas ocasiones en aluminio.
Sin embargo, en algunas aplicaciones se puede encontrar una mezcla de ambos materiales. Se conoce algunas soluciones en las que el acero inoxidable es usado para el haz del intercambiador, es decir, para el haz de
tubos en contacto con los gases de escape, y en la que el aluminio es usado para la carcasa en contacto con el fluido de refrigeración.
El uso de aluminio es una solución preferida para el intercambiador, principalmente por las siguientes razones: La conductividad del aluminio es mucho mayor que la de acero inoxidable. Si se comparan las eficiencias de un mismo intercambiador realizado
en los dos materiales, se observa que los rendimientos son mayores en el caso del intercambiador de aluminio. Menor peso. El intercambiador fabricado dealuminio es mucho más ligero que el de acero inoxidable. Esta ventaja es muy importante para el usuario debido al impacto en el consumo de combustible. Menor coste. La materia prima de aluminio es más barata que la de acero inoxidable.
No obstante, los intercambiadores EGR de aluminio presentan algunos inconvenientes, que no permiten su uso en algunos casos, siendo necesario reemplazarlo por acero inoxidable. Algunos de los inconvenientes son:
Corrosión: En las aplicaciones de Diesel, la corrosión es el problema principal para no usar intercambiadores de aluminio. En este caso, el gas de escape tiene un pH ácido, entre 2 y 3.5, y junto con los componentes ácidos que condensan dentro de los intercambiadores de calor, pueden provocar problemas de corrosión y picaduras en los intercambiadores. Sin embargo, en los motores de gasolina los condensados que se generan son menos ácidos, lo cual indica que este tipo de corrosión por picadura es aproximadamente 250°C en trabajo continuo y de 300°C en picos (en temperatura de pared) . Estos valores de temperatura de pared implican una temperatura de entrada de los gases entre 550°C y 600°C. Este hecho hace posible el uso de intercambiadores de aluminio en aplicaciones diesel, pero en motores de gasolina la temperatura de entrada de los gases puede alcanzar en los intercambiadores hasta 850°C, lo cual no hace posible su uso. improbable. Temperatura: Tal como se ha mencionado anteriormente, el aluminio presenta una limitación en la temperatura de trabajo. La temperatura máxima para el aluminio es de
La patente GB2073395A se refiere a un intercambiador de calor que comprende ambos materiales, es decir, acero inoxidable y aluminio. El intercambiador es del tipo de placas apiladas y aletas, de modo que los componentes del circuito de los gases de escape a enfriar son de acero inoxidable, mientras que el circuito del fluido refrigerante está fabricado de canales de aluminio.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El...
Reivindicaciones:
1. Intercambiador (1) de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, caracterizado por el hecho de que comprende una primera parte (2) dispuesta en la entrada de gases fabricada de un primer metal, y una segunda parte (3) dispuesta a continuación de dicha primera parte ( 2) a lo largo del f 1 uj o de gases, fabricada de un segundo metal que presenta una temperatura de fusión inferior a la de dicha primera parte (2) , y siendo dicha primera parte (2) capaz de reducir la temperatura de los gases antes de su paso por dicha segunda parte (3) .
2. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que la primera parte (2) es de acero inoxidable y la segunda parte (3) es de aluminio.
3. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1 o 2, en el que la primera parte (2) comprende un reborde o brida de conexión.
4. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1
o 2, en el que la primera parte (2) está fabricada como un primer haz (2) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración alrededor.
5. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1
o 2, en el que la segunda parte (3) está fabricada como un segundo haz (3) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración alrededor.
6. Intercambiador (1) , según la reivindicación 4
o 5, en el que ambas partes (2, 3) a modo de haz están alojadas en al menos una carcasa (4, 5) .
7. Intercambiador (1) , según la reivindicación 6, en el que incluye una primera carcasa (4) de acero inoxidable que alberga el primer haz (2) , y una segunda carcasa (5) de aluminio que alberga el segundo haz (3) .
8. Intercambiador (1) , según la reivindicación 7, en el que ambas carcasas (6, 7) están unidas mediante un único reborde o brida de conexión (6) , perteneciente a la primera carcasa (4) de acero inoxidable.
9. Intercambiador (1) , según la reivindicación 8, en el que la segunda carcasa (5) de aluminio es susceptible de ser unida directamente al único reborde (6) mediante soldadura en horno.
1 O. Intercambiador (1) , según la reivindicación 7, en el que ambas carcasas (4, 5) están unidas mediante dos rebordes o bridas de conexión, pertenecientes cada uno a una carcasa (4, 5) .
11. Intercambiador (1) , según la reivindicación 10, en el que dichos dos rebordes (6, 7) están unidos mediante elementos de tornillería (8) , con una junta de estanqueidad entremedio.
12. Intercambiador ( 1) , según una de las reivindicaciones 6 a 11, en el que cada haz lleva asociado su propio circuito del fluido refrigerante independiente, incluyendo cada circuito sus respectivos tubos de entrada y salida de fluido refrigerante.
13. Intercambiador ( 1) , según una de las
reivindicaciones 6 a 11, en el que ambos haces comparten el mismo circuito del fluido refrigerante.
14. Intercambiador (1) , según la reivindicación
13, que incluye un conducto externo (9) sensiblemente semicircular que conecta ambas carcasas (4, 5) para el paso del fluido refrigerante desde una carcasa (4) a la otra
(5) , siendo dicho conducto (8) de acero inoxidable o de
aluminio. 10
15. Intercambiador (1) , según la reivindicación 13, que incluye una pieza (10) a modo de tapa que conecta ambas carcasas (4, 5) para el paso del fluido refrigerante desde una carcasa ( 4) a la otra (5) , siendo dicha pieza
(10) de acero inoxidable o de aluminio.
16. Intercambiador (1) , según la reivindicación 13 , que ine 1 u y e dos pie zas ( 1 O , 11 ) unidas a modo de tapa que conectan ambas carcasas (4, 5) para el paso del fluido
refrigerante desde una carcasa (4) a la otra (5) , siendo la primera pieza (10) de acero inoxidable y la segunda pieza
(11) de aluminio.
17. Intercambiador (1) , según la reivindicación
2 5 16, en el que la primera pieza ( 1 O) está integrada en el reborde común (6) de acero inoxidable situado entre ambas carcasas (4, 5) , y en el que la segunda pieza (11) es susceptible de ser unida durante el proceso de soldadura en horno de la segunda carcasa (5) al reborde común (6) .
18. Intercambiador (1) , según la reivindicación 6, en el que ineluye una única carcasa que alberga ambos primero (2) y segundo (3) haces, siendo común el circuito de fluido refrigerante.
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