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, incluyendo el circuito del fluido a refrigerar una configuración en "U" en la cual la entrada y salida de dicho fluido a refrigerar están dispuestas adyacentes en un mismo extremo abierto del conjunto de placas apiladas, estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo dichas placas (2) unos canales de ida y unos canales de retorno, y comprendiendo una brida de sujeción (5) acoplada en dicho extremo abierto. Se caracteriza por el hecho de que comprende medios de separación (7) de ambos flujos de entrada y salida del fluido a refrigerar, y estando dichos medios de separación (7) integrados en dicha brida de sujeción (5). Se obtiene una reducción o eliminación de la proporción de flujo de entrada del fluido a refrigerar que no entra en el intercambiador y se introduce directamente con el flujo de salida del fluido a refrigerar en intercambiadores de placas apiladas con configuración en "U".

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 2 O entre dos placas, en capas alternadas, pudiendo incluir aletas para mejorar el intercambio de calor. En el bucle del sistema de recirculación existe además una válvula EGR que controla el paso de gases de escape a través del intercambiador de calor. Son conocidos algunos intercambiadores de placas apiladas en los que 2 5 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 3 O 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 retomo a través de los canales de las placas. En este último caso, el extremo cerrado para el retomo de 3 5 fluido suele estar constituido por un depósito cerrado.

Existen dos posibles configuraciones en "U" en los intercambiadores EGR de placas apiladas:

a) Configuración en "U" vertical: el flujo de gases es dirigido a través de

la totalidad de los canales del circuito de gases de la mitad de las placas,

5 y es regresado por otros canales del circuito de gases pertenecientes al

resto de placas completamente diferentes.

b) Configuración en "U" horizontal: el flujo de gases es dirigido a través

de la mitad de los canales de la totalidad de placas, y es regresado por la

otra mitad de canales del circuito de gases pertenecientes a las mismas

10 placas.

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 2 O 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 2 5 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.

O 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.

Para el concepto global de eficiencia, es muy importante, en configuraciones en "U", que el flujo de gas caliente no se mezcle con el flujo de gas 5 frío. Por supuesto, el flujo de entrada de gas nunca debe ir directamente a través del

flujo de salida de gas.

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

O 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.

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 reducción o eliminación de la proporción 2 O de flujo de entrada del fluido a refrigerar que no entra en el intercambiador y se introduce directamente con el flujo de salida del fluido a refrigerar en intercambiadores con configuración en "U".

El Intercambiador de calor de placas apiladas, objeto de la presente invención, comprende una pluralidad de placas apiladas entre las cuales circulan el 2 5 fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas, en capas alternadas, incluyendo el circuito del fluido a refrigerar una configuración en "U" en la cual la entrada y salida de dicho fluido a refrigerar están dispuestas adyacentes en un mismo extremo abierto del conjunto de placas apiladas, estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo dichas placas unos canales 3 O de ida y unos canales de retomo, y comprendiendo una brida de sujeción acoplada en dicho extremo abierto, y se caracteriza por el hecho de que comprende medios de separación de ambos flujos de entrada y salida del fluido a refrigerar, y estando dichos medios de separación integrados en dicha brida de sujeción. De esta manera, los medios de separación permiten integrar la función

susceptible de dividir el área de entrada y salida de fluido a refrigerar en dicho extremo abierto del conjunto de placas apiladas. Por tanto, dicha pared debe estar adaptada al diseño de las placas en cada configuración.

También ventajosamente, dicha pared separadora es susceptible de entrar en contacto directo con un obturador o solapa de una válvula EGR para el 1 O cierre de ambos flujos de entrada y salida del fluido a refrigerar a través del

intercambiador.

Por tanto, al estar dicha pared integrada en la parte externa de la brida, también realiza la función de interface entre el intercambiador y la válvula o tubería EGR,

Preferentemente, dicha pared puede ser una p1eza independiente acoplada a la brida o bien puede estar fabricada en una única pieza integrada con la brida. Asimismo, la configuración de la brida puede variar en función de la configuración del intercambiador EGR. De acuerdo con una realización de la invención, en la que el

O intercambiador es del tipo de configuración en "U" vertical, donde el flujo de fluido a refrigerar es dirigido a través de la totalidad de los canales del circuito de fluido a refrigerar de la mitad de las placas, y es regresado por otros canales del circuito de fluido a refrigerar pertenecientes al resto de placas completamente diferentes, se caracteriza por el hecho de que la pared separadora está integrada en la brida en una 2 5 posición sensiblemente...

l. 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

5 fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas (2) ,

en capas alternadas, incluyendo el circuito del fluido a refrigerar una configuración

en "U" en la cual la entrada y salida de dicho fluido a refrigerar están dispuestas

adyacentes en un mismo extremo abierto del conjunto de placas apiladas, estando el

extremo opuesto cerrado, y definiendo dichas placas (2) unos canales de ida y unos

1 O canales de retomo, y comprendiendo una brida de sujeción (5) acoplada en dicho

extremo abierto, caracterizado por el hecho de que comprende medios de separación

(7) de ambos flujos de entrada y salida del fluido a refrigerar, y estando dichos

medios de separación (7) integrados en dicha brida de sujeción ( 5) .

2. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que dichos

15 medios de separación incluyen una pared (7) a modo de barrera acoplada a la cara

externa de la brida de sujeción (5) , siendo dicha pared (7) susceptible de dividir el

área de entrada y salida de fluido a refrigerar en dicho extremo abierto del conjunto

de placas apiladas (2) .

3. Intercambiador (1) , según la reivindicación 2, en el que dicha pared

2 O separadora (7) es susceptible de entrar en contacto directo con un obturador o solapa

de una válvula EGR para el cierre de ambos flujos de entrada y salida del fluido a

refrigerar a través del intercambiador (1 ) .

4. Intercambiador (1) , según la reivindicación 2 o 3, en el que dicha

pared (7) es una pieza independiente acoplada a la brida (5) o bien está fabricada en

2 5 una única pieza integrada con la brida (5) .

5. Intercambiador (1) , según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a

4, del tipo de configuración en "U" vertical, donde el flujo de fluido a refrigerar es

dirigido a través de la totalidad de los canales del circuito de fluido a refrigerar de la

mitad de las placas (2) , y es regresado por otros canales del circuito de fluido a

3 O refrigerar pertenecientes al resto de placas (2) completamente diferentes, caracterizado

por el hecho de que la pared separadora (7) está integrada en la brida ( 5) en una

posición sensiblemente horizontal y soldada en horno a una placa intermedia (2a)

destinada a separar ambos flujos de entrada y salida del fluido a refrigerar.

6. Intercambiador (1) , según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a

3 5 4, del tipo de configuración en "U" horizontal, donde el flujo de fluido a refrigerar es

dirigido a través de la mitad de los canales de la totalidad de placas (2) , y es regresado

por la otra mitad de canales del circuito de fluido a refrigerar pertenecientes a las

mismas placas (2) , caracterizado por el hecho de que la pared separadora (7) está

integrada en una posición sensiblemente vertical y soldada en horno a la placas (2) en

5 una posición intermedia prevista para separar ambos flujos de entrada y salida del

fluido a refrigerar.

7. Intercambiador (1) , según la reivindicación 6, en el que la pared

separadora (7) comprende unos alojamientos (8) susceptibles de ser encajados en los

extremos de las placas (2) .

1 O 8. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, que comprende un

depósito de gas (6) acoplado en el extremo cerrado del conjunto de placas apiladas

(2) .