ES2296514B1 - Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor. - Google Patents

Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor. Download PDF

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Abstract

Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor. Comprende una pluralidad de conductos paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, estando dichos conductos acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos extremos de dicha carcasa, y medios de unión (1 a 1d) a un conducto de la línea de recirculación de gases. Se caracteriza por el hecho de que dichos medios de unión comprenden un reborde periférico (1 a 1d) integrado en una sola pieza con una placa de soporte (3) o un tramo tubular (2, 2a), estando dicha pieza fabricada mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada. Se obtiene una reducción de los costes de producción, así como una mejorada integración de los elementos de conexión entre el haz de tubos y la línea de recirculación de gases.

Description

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), así como en intercambiadores de gases de escape para la regulación térmica de la línea de escape (ETR).
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.
Más particularmente, los gases circulan por una serie de tubos o conductos paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, y son enfriados por intercambio térmico con un fluido de refrigeración que se hace circular exteriormente a los conductos de paso de los gases.
Algunos intercambiadores de calor también utilizan un conducto en derivación adecuado para hacer circular los gases de escape sin que sufran un enfriamiento sustancial. El conducto en derivación, que se puede denominar simplemente "by-pass", permite minimizar el enfriamiento de los gases de escape en algunas situaciones de funcionamiento del motor, por ejemplo arranque en frío, en que su temperatura no es elevada y su enfriamiento sería perjudicial para la emisión de contaminantes.
Los tubos están fijados por sus extremos entre dos placas de soporte acopladas en cada extremo de la carcasa. Ambas placas de soporte presentan una pluralidad de orificios para la colocación de los respectivos tubos, y proporcionan una unión entre los tubos y la carcasa.
La carcasa está unida a los conductos de la línea de recirculación mediante unos medios de conexión 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.
En el caso en que se utilice un reborde periférico de conexión o brida, son posibles dos diseños diferentes. 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. Además, el reborde también puede estar ensamblado directamente a la carcasa. Este último diseño corresponde frecuentemente a los casos donde el intercambiador está unido directamente a una válvula EGR.
En los casos en que el reborde periférico esté directamente ensamblado al haz de tubos, este componente es una pieza de gran tamaño con un grosor estandarizado de 8 mm, y presenta una zona rugosa fabricada mediante estampación, forjado, fundición, microfusión o sinterizado, y las dimensiones definitivas son obtenidas mediante mecanizado. Estas dimensiones son especialmente importantes en la sección interior ya que la forma de esta superficie cumple la función de ensamblaje a la carcasa por fricción. Además, el área plana para el ensamblado a la línea de recirculación de gas debe ser también mecanizado.
El procedimiento de ensamblaje estándar se lleva a cabo con componentes estandarizados y con las siguientes características geométricas:
-
Las placas de soporte están dispuestas en ambos extremos de la carcasa, y tienen la misma dimensión exterior que ésta, por lo que dichas placas son exteriores a la carcasa. Además, las placas recogen todos los tubos a través de unos orificios adecuados.
-
Las placas de soporte quedan fijadas al haz de tubos una vez los tubos han sido abocardados en sus extremos. Sin embargo, dichas placas por si mismas no mantienen una posición fija con respecto a la carcasa.
-
La posición correcta del haz de tubos y de la carcasa se obtiene mediante el ensamblado del depósito de gas o del reborde periférico de conexión, fijándose así en posición radial y axial.
La solicitud de patente española nº 200301449, todavía no publicada, del mismo titular que la presente invención, describe un intercambiador de calor cuyos medios de unión al conducto de la línea de recirculación de gases están integrados en una sola pieza con la carcasa o con las placas de soporte.
No obstante, los citados sistemas de unión entre la carcasa con el haz de tubos y la línea de recirculación de gases presentan una serie de inconvenientes:
-
El proceso de mecanización requerido para el reborde periférico junto con la gran cantidad de material necesario para su fabricación implica que esta pieza tenga un elevado coste con un importante impacto en el coste total del intercambiador.
-
No existen componentes en el haz de tubos que puedan proporcionar un ensamblaje con la línea de recirculación de gases. Cada componente necesario requiere un proceso de ensamblaje y la aplicación de pasta de soldadura en horno.
-
El haz de tubos por si mismo no garantiza una posición fija, ya que la placa de soporte no fija el haz de tubos a la carcasa. Por lo tanto, son necesarios unos componentes para la correspondiente conexión con la línea de recirculación de gases, es decir, es necesario utilizar un depósito de gas o un reborde periférico de conexión.
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 reducción de los costes de producción, así como una mejorada integración de los elementos de conexión entre el haz de tubos y la línea de recirculación de gases.
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 conductos paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, estando dichos conductos acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos extremos de dicha carcasa, y medios de unión a un conducto de la línea de recirculación de gases, y se caracteriza por el hecho de que dichos medios de unión comprenden un reborde periférico integrado en una sola pieza con una placa de soporte o un tramo tubular, estando dicha pieza fabricada mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada.
De este modo, es posible sustituir por un lado, la placa de soporte o el depósito de gas y, por otro lado, el reborde periférico por una única pieza producida por estampación. Este componente está fabricado mediante estampación a partir de chapa delgada mientras que los rebordes periféricos conocidos en el estado de la técnica son fabricados mediante estampación, fundición y/o mecanizado a partir de chapa de grosor superior a 4 mm.
Asimismo, la integración del reborde periférico con la placa de soporte o con el depósito de gas conlleva a una reducción de componentes, lo que se traduce en una reducción del coste de fabricación del intercambiador, ya que principalmente el reborde periférico representa un importante impacto en el coste total de fabricación. Esta integración de componentes también implica una reducción del peso.
Preferentemente, la chapa delgada presenta un grosor inferior o igual a 3 mm.
Según otra realización de la presente invención, el reborde periférico incluye un tramo tubular dirigido hacia el interior de la carcasa.
Preferentemente, dicho tramo tubular presenta una pequeña longitud destinada a su ensamblaje con la carcasa; o bien dicho tramo tubular presenta una longitud apropiada para distribuir el flujo de gases a modo de depósito de gas, cuyo extremo final está previsto para ser ensamblado a la carcasa.
En este caso, se obtiene una pieza que realiza las funciones de reborde periférico y depósito de gas integrados en una única pieza.
El reborde periférico es utilizado en este caso sin placas de soporte, por lo que únicamente se modifica el reborde periférico y, por tanto, la pieza es mucho más fácil de fabricar. Dependiendo de la longitud del tramo tubular, la pieza obtenida puede cubrir la función de depósito de gas, o bien cubrir únicamente la función de reborde periférico.
Según una realización de la presente invención, el reborde periférico incluye una zona central provista de una pluralidad de orificios destinados a soportar los tubos de gas, actuando a modo de placa de soporte, y una hendidura periférica que rodea dicha zona central prevista para el ensamblaje con un extremo de la carcasa mediante ajuste mecánico.
En este caso, se obtiene una pieza que realiza las funciones de reborde periférico y placa de soporte integrados en una única pieza.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el ensamblaje del reborde periférico al haz de tubos se efectúa mediante un ajuste mecánico. Esto implica que no se requiera un mecanizado para conseguir un ensamblaje apropiado. Además, las incidencias de calidad se reducen ya que la reducción de componentes implica una reducción de los puntos de soldadura que son la causa principal de posibles fugas de gas.
Ventajosamente, entre el reborde periférico y el conducto de la línea de recirculación se prevé la colocación de un depósito de gas.
En cualquiera de las realizaciones mencionadas, ventajosamente, el reborde periférico además incluye una zona perimetral provista de orificios destinados a la colocación de elementos de tornillería para su fijación con la carcasa y con el conducto de la línea de recirculación de gases.
Esta configuración es usada en los casos donde la unión con la línea de recirculación de gases se realiza mediante tornillería.
Opcionalmente, el reborde periférico incluye un orificio destinado a recibir a su través un conducto de by-pass del intercambiador.
Esta configuración es usada en los casos en que el intercambiador incluye un conducto by-pass, por lo que el reborde periférico también puede ser usado para sujetar dicho conducto by-pass.
Adicionalmente, el reborde periférico incluye un orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con una válvula de by-pass.
Breve descripción de los dibujos
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan unos casos prácticos de realizaciones del intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor de la invención, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con un tramo tubular de escasa longitud, según una primera realización de la invención;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con un tramo tubular a modo de depósito de gas, según una segunda realización de la invención;
la figura 3 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con una placa de soporte, según una tercera realización de la invención;
la figura 4 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con una placa de soporte según la figura 3, estando además provisto de orificios para la tornillería; y
la figura 5 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con una placa de soporte, y provisto de un orificio destinado a sujetar un conducto by-pass, según una cuarta realización de la invención.
Descripción de realizaciones preferidas
El intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, 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. Dichos tubos están acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos extremos de dicha carcasa.
Asimismo, el intercambiador comprende un reborde periférico que permite su unión con un conducto de la línea de recirculación de gases. Dicho reborde periférico está integrado en una sola pieza con un tramo tubular o una placa de soporte, tal como se describirá en adelante. Además, dicho reborde periférico está fabricado mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada de grosor menor o igual a 3 mm.
Según una primera realización de la invención, tal como se puede observar en la figura 1, el reborde periférico 1 incluye un tramo tubular 2 dirigido hacia el interior de la carcasa que presenta una pequeña longitud destinada a su ensamblaje directamente con la carcasa. Dicha longitud es únicamente escogida para este ensamblaje, sin modificar los patrones del flujo de gas.
El reborde periférico 1 también incluye una zona perimetral 4 provista de orificios 5 destinados a la colocación de elementos de tornillería para su fijación con el conducto de la línea de recirculación de gases.
Según una segunda realización de la invención, tal como puede apreciarse en la figura 2, el reborde periférico 1a comprende los mismos elementos que el reborde 1 descrito en la primera realización, con la diferencia de que el tramo tubular 2a presenta una longitud mayor. En este caso, este ensamblado está realizado con una longitud definida, y el resto de esta longitud actúa como depósito de gas, ya que permite una mejora en la distribución de los gases. La forma de la longitud asociada al depósito de gas 2a puede variar en función del diseño.
Según una tercera realización de la invención, tal como se puede apreciar en las figuras 3 y 4, el reborde periférico 1b (ver figura 3) incluye una zona central 3 provista de una pluralidad de orificios 6 destinados a soportar el haz de tubos de gas, por lo que cumple la función de placa de soporte. También incluye una hendidura periférica 7 que rodea dicha zona central 3 prevista para el ensamblaje con un extremo de la carcasa mediante ajuste mecánico.
Además, si se desea es posible acoplar un depósito de gas entre el reborde periférico 1b y el conducto de la línea de recirculación.
Haciendo referencia a la figura 4, el reborde periférico 1c incluye los mismos elementos que el reborde 1b y también incluye una zona perimetral 4 provista de orificios 5 destinados a la colocación de elementos de tornillería para su fijación con la carcasa y con el conducto de la línea de recirculación de gases.
Según una cuarta realización de la invención, tal como se puede observar en la figura 5, el reborde periférico 1d comprende los mismos elementos que el reborde 1b descrito en la tercera realización, con la diferencia de que además incluye un orificio 8 destinado a recibir a su través un conducto de by-pass del intercambiador. Dicho orificio 8 proporciona un soporte longitudinal y un guiado para el conducto by-pass. En este caso, esta pieza 1d incluye las funciones de placa de soporte 2 para los tubos de gas, y además une la carcasa y el conducto by-pass.
Opcionalmente, el reborde perimetral 1d puede incluir un orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con una válvula de by-pass.
Cabe destacar que dicho orificio para la colocación del conducto by-pass puede realizarse en cualquiera de las realizaciones descritas.
La integración de componentes del reborde periférico de la invención permite por tanto una reducción de los costes de producción, así como una reducción del peso.

Claims (10)

1. Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende una pluralidad de conductos paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, estando dichos conductos acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos extremos de dicha carcasa, y medios de unión (1 a 1d) a un conducto de la línea de recirculación de gases, caracterizado por el hecho de que dichos medios de unión comprenden un reborde periférico (1 a 1d) integrado en una sola pieza con una placa de soporte (3) o un tramo tubular (2,2a), estando dicha pieza fabricada mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada.
2. Intercambiador, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la chapa delgada presenta un grosor inferior o igual a 3 mm.
3. Intercambiador, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el reborde periférico (1,1a) incluye un tramo tubular (2,2a) dirigido hacia el interior de la carcasa.
4. Intercambiador, según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicho tramo tubular (2) presenta una pequeña longitud destinada a su ensamblaje con la carcasa.
5. Intercambiador, según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicho tramo tubular (2a) presenta una longitud apropiada para distribuir el flujo de gases a modo de depósito de gas (2a), cuyo extremo final está previsto para ser ensamblado a la carcasa.
6. Intercambiador, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el reborde periférico (1b,1c) incluye una zona central (3) provista de una pluralidad de orificios (6) destinados a soportar los tubos de gas, actuando a modo de placa de soporte (3), y una hendidura periférica (7) que rodea dicha zona central (3) prevista para el ensamblaje con un extremo de la carcasa mediante ajuste mecánico.
7. Intercambiador, según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que entre el reborde periférico (1b,1c) y el conducto de la línea de recirculación se prevé la colocación de un depósito de gas.
8. Intercambiador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el reborde periférico (1 a 1d) además incluye una zona perimetral (4) provista de orificios (5) destinados a la colocación de elementos de tornillería para su fijación con la carcasa y con el conducto de la línea de recirculación de gases.
9. Intercambiador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el reborde periférico (1 a 1d) incluye un orificio (8) destinado a recibir a su través un conducto de by-pass del intercambiador.
10. Intercambiador, según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que el reborde periférico (1 a 1d) incluye un orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con una válvula de by-pass.
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