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 un cuerpo (3, 6, 6', 6a, 7) dispuesto en el interior de una carcasa (2), incluyendo dicho cuerpo un haz de tubos (3) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, estando fijados dichos tubos (3) por sus extremos entre dos placas de soporte (6, 6') acopladas en cada extremo de la carcasa (2). Se caracteriza por el hecho de que comprende unos medios de soporte (12-12d) acoplados solidariamente entre las paredes interiores de la carcasa (2) y aquellos tubos (3') del haz dispuestos periféricamente, y manteniendo dichos medios de soporte (12-12d) una distancia mínima con los tubos periféricos (3') para garantizar un flujo de fluido refrigerante homogéneo sobre el haz de tubos (3). Se consigue un intercambiador más robusto y con una mayor durabilidad.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930053.

Solicitante: VALEO TERMICO, S.A..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GUILLEN LAMBEA,SILVIA, TOMAS HERRERO,EVA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F28D1/053 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.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 1/00 Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones solamente para uno de los medios intercambiadores de calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización, y siendo el otro medio intercambiador de calor una gran masa de fluido, p. ej. radiadores domésticos o de motores de automóviles (F28D 5/00 tiene prioridad). › siendo las canalizaciones rectas.
  • 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.
INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR.

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

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. 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.

Asimismo, el circuito de gases puede ser de tipo lineal, también denominado en forma de “I”, en el cual la entrada y salida de gases están dispuestas en extremos opuestos; o bien puede ser en forma de “U” en el cual la entrada y salida de gases 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 los gases suele estar constituido por un depósito de gas cerrado.

Los tubos de gas pueden presentar sección circular o también pueden ser planos, es decir, que presentan dos caras opuestas más anchas y más próximas entre sí que las dos caras opuestas restantes.

Por otra parte, los tubos pueden presentar paredes lisas o bien pueden incluir corrugaciones a fin de mejorar el rendimiento térmico del intercambiador de calor.

Usualmente, los intercambiadores de calor EGR son metálicos, generalmente fabricados de acero inoxidable o aluminio. Tanto los intercambiadores de haz de tubos como los de placas apiladas, presentan todos sus componentes metálicos, de modo que están ensamblados mediante medios mecánicos y luego soldados para asegurar un nivel de estanqueidad requerido para esta aplicación.

Una acción para reducir el coste del intercambiador de calor EGR es sustituir la carcasa de acero inoxidable por otro material, tanto si este material tiene un coste bajo como si permite integrar otras funciones, tales como la integración de los conductos del fluido refrigerante o de los soportes de sujeción a una superficie del entorno motor donde será fijado el intercambiador.

Son conocidos intercambiadores de calor de haz de tubos que comprenden una carcasa de material plástico. Las carcasas de plástico tienen la ventaja de que se reduce el coste del producto final ya que permite integrar los conductos del circuito del fluido refrigerante y los soportes de fijación a una superficie del entorno motor.

En este caso, la carcasa de plástico alberga en su interior el núcleo o cuerpo metálico del intercambiador constituido por el haz de tubos, y al menos una placa de soporte y un depósito de gas.

Debido a que una placa de soporte y el depósito de gas quedan dentro de la carcasa de plástico, la distancia entre los tubos del haz de la periferia y el interior de la carcasa es mayor que para los intercambiadores metálicos, incluso si los tubos incluyen tetones. Dichos tetones tienen la función de aumentar la resistencia del intercambiador frente a las vibraciones del motor y la presión del gas de escape.

En los intercambiadores totalmente metálicos que incluyen tubos planos, dichos tubos comprenden algunos tetones o nervios que están en contacto entre sí durante el funcionamiento. Además, la carcasa metálica puede incluir diversos surcos o depresiones que soportan los tetones de los tubos más externos. El diseño de estos elementos es necesario para garantizar la durabilidad del intercambiador en el test de pulsación de presión.

En consecuencia, en intercambiadores totalmente metálicos, dicha distancia entre los tubos y la carcasa puede ajustarse a algunos milímetros o menos, mientras que en el caso de utilizar una carcasa de plástico dicha distancia es mayor y no constante debido a que la placa de soporte y el depósito de gas quedan dentro de la carcasa, tal como se ha mencionado anteriormente, y debido a que existe un ángulo de desmoldeo en la carcasa de plástico.

En las carcasas de plástico no es factible integrar las depresiones, como las usadas en las carcasas metálicas, en un molde simple con una única dirección de desmoldeo. Se necesitaría un molde muy complicado con desplazables en el macho para obtener las depresiones hacia el interior de la carcasa de plástico, que en muchos casos no sería factible.

La patente WO 2007/048603 describe un intercambiador de calor provisto de una carcasa de plástico, que incluye elementos de soporte distribuidos alrededor del haz de tubos para su sujeción a la carcasa.

La patente WO 2005/052346 describe un intercambiador de calor provisto de una carcasa de plástico, que incluye deflectores de plástico situados entre la entrada y salida de los tubos del fluido refrigerante para distribuir el flujo de refrigerante en la dirección axial.

La carcasa de plástico debe fabricarse con unos ángulos de desmoldeo en su cavidad interna para poder sacar el macho. Por tanto, la distancia entre los tubos externos del haz y la carcasa es mayor que la distancia entre tubos. Entonces, dicha distancia puede ser considerable en caso de que la longitud del tubo sea importante, es decir, en tubos con longitud mayor a 100 mm.

En consecuencia, el intercambiador presenta los siguientes problemas:

El haz de tubos no tiene ningún soporte, lo cual puede causar algunos problemas en la durabilidad del intercambiador. Las vibraciones del motor y la pulsación de la presión del gas pueden provocar roturas por fatiga.

Debido a que la distancia entre los tubos periféricos y la carcasa es mayor que la distancia entre tubos, el fluido refrigerante tiene un camino preferible. Por tanto, en caso que el flujo de refrigerante no sea muy grande en las condiciones de funcionamiento (menor de 500 l/h) puede producirse problemas debido a la pobre refrigeración en algunos tubos de gas. Como resultado, pueden producirse fallos en los tubos de gas.

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 un intercambiador más robusto y con una mayor durabilidad.

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 un cuerpo dispuesto en el interior de una carcasa, incluyendo dicho cuerpo un haz de tubos destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, estando fijados dichos tubos por sus extremos entre dos placas de soporte acopladas en cada extremo de la carcasa, y se caracteriza por el hecho de que comprende unos medios de soporte acoplados solidariamente entre las paredes interiores...

 


Reivindicaciones:

1. Intercambiador de calor (1) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende un cuerpo (3, 6, 6’, 6a, 7) dispuesto en el interior de una carcasa (2) , incluyendo dicho cuerpo un haz de tubos (3) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, estando fijados dichos tubos (3) por sus extremos entre dos placas de soporte (6, 6’) acopladas en cada extremo de la carcasa (2) , caracterizado por el hecho de que comprende unos medios de soporte (12-12d) acoplados solidariamente entre las paredes interiores de la carcasa (2) y aquellos tubos (3’) del haz dispuestos periféricamente, y manteniendo dichos medios de soporte (12-12d) una distancia mínima con los tubos periféricos (3’) para garantizar un flujo de fluido refrigerante homogéneo sobre el haz de tubos (3) .

2. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que la carcasa (2) está fabricada en una única pieza, incluyendo un ángulo de desmoldeo en su cavidad interna.

3. Intercambiador (1) , según la reivindicación 2, en el que la carcasa (2) está fabricada de un material plástico.

4. Intercambiador (1) , según la reivindicación 2, en el que la carcasa (2) está fabricada de un material metálico.

5. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que el cuerpo (3, 6, 6’, 6a, 7) está fabricado de un material metálico.

6. Intercambiador (1) , según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, del tipo que dichos tubos (3) son planos e incluyen una pluralidad de tetones (11) , caracterizado por el hecho de que dichos medios de soporte (12-12d) están acoplados respectivamente en ambas paredes

opuestas de la carcasa (2) , y en contacto directo con los tetones (11) de los tubos periféricos (3’) .

7. Intercambiador (1) , según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de soporte (12-12d) incluyen dos guías longitudinales (13) y una pluralidad de travesaños (14) distribuidos en función de la longitud del haz de tubos (3) .

8. Intercambiador (1) , según la reivindicación 7, en el que la longitud de las guías (13) es igual a la distancia entre placas de soporte (6, 6’) de los tubos (3) .

9. Intercambiador (1) , según la reivindicación 7, en el que la longitud de las guías (13) es menor que la distancia entre placas de soporte (6, 6’) de los tubos (3) .

10. Intercambiador (1) , según la reivindicación 7, en el que las guías (13) comprenden medios de acoplamiento (15, 14, 18) con la carcasa (2) y medios de unión (16) con los tubos periféricos (3’) .

11. Intercambiador (1) , según la reivindicación 10, en el que los medios de unión de las guías (13) con los tubos periféricos (3’) comprenden una pluralidad de apoyos (16) , estando cada apoyo (16) destinado a acoplarse en contacto directo con un tetón (11) de los tubos periféricos (3’) .

12. Intercambiador (1) , según la reivindicación 11, en el que los apoyos (16) comprenden un encaje de forma complementario con la configuración de los tetones (11) .

13. Intercambiador (1) , según la reivindicación 10, en el que los medios de acoplamiento de las guías (13) con la carcasa (2) incluyen al menos un encaje (15) acoplable en un canal (17, 17’) complementario perteneciente a la carcasa (2) .

14. Intercambiador (1) , según la reivindicación 10, en el que los medios de acoplamiento de las guías (13) con la carcasa (2) están constituidos por los travesaños (14) , cuyos extremos son susceptibles de encajar en las

paredes laterales de la carcasa (2) .

15. Intercambiador (1) , según la reivindicación 10, en el que los medios de acoplamiento de las guías (13) con la carcasa (2) comprenden unos resaltes (18) susceptibles de encajar directamente en los tubos periféricos (3’) , ya sea entre tubos (3) , o ya sea abrazando parcialmente el haz de tubos (3) .

16. Intercambiador (1) , según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de soporte (12-12d) son asimétricos y definen un ángulo de desmoldeo.

17. Intercambiador (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que los medios de soporte (12-12a) están fabricados de un material plástico.

18. Intercambiador (1) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que los medios de soporte (12b-12d) están fabricados de metal, pudiendo escogerse de entre diferentes tipos aceros o aluminio.

19. Intercambiador (1) , según la reivindicación 18, en el que los medios de soporte (12b-12d) incluyen lengüetas (19) para su unión con las placas de soporte (6, 6’) .

20. Intercambiador (1) , según la reivindicación 19, en el que las lengüetas (19) de los medios de soporte (12b-12d) pueden ser unidas a las placas de soporte (6, 6’) mediante puntos de soldadura.

 

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