ES2334480B1 - Intercambiador de calor para gases. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor para gases.
Comprende un circuito de tipo EGR (3) destinado
a la circulación de los gases de escape de un motor con intercambio
de calor con un fluido de refrigeración, dispuesto en el interior de
una carcasa de plástico (2). Se caracteriza por el hecho de que
comprende un segundo circuito de tipo WCAC (4) destinado a la
circulación del aire de admisión de un motor con intercambio de
calor con un fluido de refrigeración, estando ambos circuitos EGR
(3) Y WCAC (4) integrados dentro de dicha carcasa de plástico (2).
Se obtiene un intercambiador que integra en una misma carcasa de
plástico un intercambiador de calor EGR y un intercambiador de calor
WCAC.
Description
Intercambiador de calor para gases.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de
escape y del aire de admisión de un motor.
La invención se aplica especialmente a
intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor
(Exhaust Gas Recirculation Coolers o EGRC), y refrigeradores del
aire de sobrealimentación con fluido de refrigeración (Water Charge
Air Coolers o WCAC).
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
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. 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 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.
Generalmente, las aplicaciones de circuitos EGR
corresponden a configuraciones de alta presión (HP), donde el
intercambiador EGR está situado en la línea de recirculación de
gases EGR, montado directamente sobre el motor. Por otra parte, los
intercambiadores WCAC generalmente son refrigerados por aire y están
situados en la parte frontal del vehículo.
Actualmente, existen diversos desarrollos de
este tipo de intercambiadores como se comenta a continuación:
- -
- Los intercambiadores WCAC son refrigerados mediante el líquido de refrigeración, y ya existen aplicaciones en serie, debido a su buena integración y compacidad.
- -
- Los circuitos LP EGR son desarrollados por los mayores fabricantes de motores, y su uso puede ser extendido a las siguientes generaciones de intercambiadores.
- -
- Existen nuevos diseños de intercambiadores EGR con carcasa de plástico. Las carcasas de plástico tienen la ventaja de que se reduce el peso y el coste de producción ya que permiten integrar los conductos del circuito del fluido de refrigeración y los soportes de fijación a una superficie del entorno motor.
\vskip1.000000\baselineskip
En este contexto, es importante desarrollar la
tecnología del intercambiador EGR para ser ensamblado en los nuevos
entornos motores. Además, las posibilidades de integración de este
nuevo emplazamiento deben ser evaluadas. Generalmente, los
circuitos EGR de baja presión (LP) presentan una configuración donde
el intercambiador EGR está situado fuera del bloque motor y por
tanto este componente podría ser integrado con algunos otros
componentes cercanos. La integración resultará más rentable cuando
el intercambiador EGR pueda ser integrado con otro intercambiador
también refrigerado mediante el fluido de refrigeración y con una
tecnología similar.
Los medios de intercambio de calor (por ejemplo,
un haz de conductos paralelos) para los intercambiadores EGRC y
WCAC pueden ser similares ya que ambos intercambiadores tienen la
función de refrigeración de un gas. La carcasa interna también
puede ser similar; concretamente, existen aplicaciones conocidas de
intercambiadores WCAC con carcasa de plástico y también nuevos
desarrollos han sido lanzados para el uso de una carcasa de
plástico para intercambiadores EGR.
No obstante, actualmente no se conocen
intercambiadores que integren dentro de una misma carcasa de
plástico un intercambiador EGR y un intercambiador WCAC.
El objetivo del intercambiador de calor para
gases de la presente invención es solventar los inconvenientes que
presentan los intercambiadores conocidos en la técnica,
proporcionando un intercambiador que integre en una misma carcasa
de plástico un intercambiador de calor EGR y un intercambiador de
calor WCAC.
El intercambiador de calor para gases, objeto de
la presente invención, es del tipo que comprende un circuito de
tipo EGR destinado a la circulación de los gases de escape de un
motor con intercambio de calor con un fluido de refrigeración,
dispuesto en el interior de una carcasa de plástico, y se
caracteriza por el hecho de que comprende un segundo circuito de
tipo WCAC destinado a la circulación del aire de admisión de un
motor con intercambio de calor con un fluido de refrigeración,
estando ambos circuitos EGR y WCAC integrados dentro de dicha
carcasa de plástico.
De este modo, se obtiene la integración de un
intercambiador EGR y un intercambiador WCAC en una misma carcasa de
plástico, obteniéndose así una apropiada integración y
compacidad.
Según una realización de la invención, las
entradas de los circuitos EGR y WCAC están dispuestas en un mismo
extremo de la carcasa, mientras que las salidas de dichos circuitos
están dispuestas en el extremo opuesto de dicha carcasa.
Según otra realización de la invención, la
entrada del circuito EGR y la salida del circuito WCAC están
dispuestas en un mismo extremo de la carcasa, mientras que la
salida del circuito EGR y la salida del circuito WCAC están
dispuestas en el extremo opuesto de dicha carcasa.
Ventajosamente, el intercambiador comprende una
placa de soporte diseñada para soportar a la vez los dos circuitos
EGR y WCAC por al menos uno de sus extremos.
También ventajosamente, el intercambiador
comprende un depósito de gas acoplado a al menos uno de los extremos
de la carcasa.
Preferentemente, dicho depósito de gas está
fabricado de una sola pieza, integrando la entrada o salida de
ambos circuitos EGR y WCAC.
Alternativamente, dicho depósito de gas está
dividido en dos piezas, incluyendo respectivamente cada pieza la
entrada o salida de un circuito EGR o WCAC.
Preferentemente, la carcasa incluye una entrada
y una salida de fluido de refrigeración, compartiendo ambos
circuitos EGR y WCAC el mismo circuito de refrigeración.
Alternativamente, la carcasa incluye dos
entradas y dos salidas de fluido de refrigeración, compartiendo
ambos circuitos EGR y WCAC el mismo circuito de refrigeración.
Opcionalmente, la carcasa incluye dos entradas y
dos salidas de fluido de refrigeración, siendo el circuito de
refrigeración independiente para cada circuito EGR y WCAC.
Ventajosamente, los circuitos EGR y WCAC pueden
estar dispuestos entre sí según diferentes disposiciones, tales
como en paralelo, en serie, en forma de "L", en forma de
"T", entre otras.
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
representa un caso práctico de realización del intercambiador de
calor para gases de la invención, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor para gases de la invención; y
la figura 2 es una vista en sección transversal
y en perspectiva del intercambiador de la figura 1.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el
intercambiador de calor 1 está constituido por una carcasa de
plástico 2 que integra en su interior un primer circuito 3 de tipo
EGR provisto de un haz de conductos destinado a enfriar los gases
de escape del motor y un segundo circuito 4 de tipo WCAC provisto de
un haz de conductos destinado a enfriar el aire de admisión del
motor, estando ambos circuitos 3, 4 dispuestos de manera adyacente.
En la figura 2 se ha señalado mediante un circulo cada circuito 3,
4.
La carcasa de plástico 2 puede tener una forma
libre adaptada al entorno, y los dos circuitos EGR 3 y WCAC 4
pueden estar dispuestos entre sí según diferentes disposiciones,
como por ejemplo en paralelo, como se puede observar en la figura
1, o bien en serie, en forma de "L", en forma de "T",
etc.
Dentro de la carcasa de plástico 2,
exteriormente a los circuitos EGR 3 y WCAC 4 circula un fluido de
refrigeración, desde una única entrada 5 a una única salida 6,
compartiendo así el mismo circuito de refrigeración para ambos
circuitos EGR 3 y WCAC 4.
Cabe destacar que pueden haber otras
configuraciones, por ejemplo pueden haber dos entradas y dos salidas
del fluido de refrigeración respectivamente para cada circuito EGR
3 y WCAC 4, pudiéndose compartir el mismo circuito de refrigeración
o bien tener circuitos de refrigeración independientes.
Tal como se puede apreciar en la figura 1, el
intercambiador 1 es de tipo lineal, es decir la entrada y salida de
gases están dispuestas en extremos opuestos.
En esta realización, las entradas 9, 10 de cada
circuito EGR 3 y WCAC 4 están dispuestas en un mismo extremo de la
carcasa 2, mientras que las salidas 11, 12 están dispuestas en el
extremo opuesto.
También pueden haber otras disposiciones, como
por ejemplo que la entrada de un circuito EGR 3 o WCAC 4 y la
salida del otro circuito estén dispuestas en un mismo extremo de la
carcasa 2.
El intercambiador 1 comprende dos placas de
soporte 7, 7', estando cada una acoplada en un extremo de ambos
circuitos EGR 3 y WCAC 4.
Del mismo modo, el intercambiador 1 también
comprende dos depósitos de gas 8, 8', estando cada uno acoplado en
un extremo de la carcasa de plástico 2.
En este ejemplo, cada depósito de gas 8, 8' está
fabricado de una sola pieza, integrando las entradas o salidas de
cada circuito EGR 3 y WCAC 4. Concretamente, uno de los depósitos de
gas 8' comprende las respectivas entradas 9, 10 para cada circuito
EGR 3 y WCAC 4; mientras que el otro depósito de gas 8 comprende las
respectivas salidas 11, 12 para cada circuito EGR 3 y WCAC 4. En la
figura 2 se ha ilustrado con flechas el sentido del movimiento de
los gases en la entrada y salida de ambos circuitos EGR 3 y WCAC
4.
Cabe destacar que pueden haber otras
disposiciones, por ejemplo el depósito de gas 8, 8' puede estar
dividido en dos piezas, cada una vinculada a una entrada o salida de
cada circuito EGR 3 y WCAC 4.
Los conductos de cada circuito EGR 3 y WCAC 4
pueden ser similares, e incluso pueden tener diferentes dimensiones
para cumplir mejor con los requisitos de eficiencia de calor.
Los dos haces de conductos EGR 3 y WCAC 4 pueden
estar fijados juntos a la carcasa 2, o mediante unos medios
independientes para proporcionar durabilidad, por ejemplo, para
cumplir con los requisitos de choque térmico.
Aunque en este ejemplo se ha descrito un
intercambiador de haz de conductos paralelos, la invención también
puede aplicarse a intercambiadores de placas apiladas. Asimismo, en
ambos casos, el circuito de gases puede ser del tipo lineal, como
se ha descrito, o bien puede ser en forma de "U", en el que la
entrada y salida de gases están dispuestas en un mismo extremo
abierto, estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso
de ida y un paso de retorno.
Claims (11)
1. Intercambiador de calor (1) para gases, que
comprende un circuito de tipo EGR (3) destinado a la circulación de
los gases de escape de un motor con intercambio de calor con un
fluido de refrigeración, dispuesto en el interior de una carcasa de
plástico (2), caracterizado por el hecho de que comprende un
segundo circuito de tipo WCAC (4) destinado a la circulación del
aire de admisión de un motor con intercambio de calor con un fluido
de refrigeración, estando ambos circuitos EGR (3) y WCAC (4)
integrados dentro de dicha carcasa de plástico (2).
2. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que las entradas (9, 10) de
los circuitos EGR (3) y WCAC (4) están dispuestas en un mismo
extremo de la carcasa (2), mientras que las salidas (11, 12) de
dichos circuitos (3, 4) están dispuestas en el extremo opuesto de
dicha carcasa (2).
3. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que la entrada del circuito
EGR y la salida del circuito WCAC están dispuestas en un mismo
extremo de la carcasa (2), mientras que la salida del circuito EGR y
la salida del circuito WCAC están dispuestas en el extremo opuesto
de dicha carcasa (2).
4. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que comprende una placa de
soporte (7, 7') diseñada para soportar a la vez los dos circuitos
EGR (3) y WCAC (4) por al menos uno de sus extremos.
5. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que comprende un depósito de
gas (8, 8') acoplado a al menos uno de los extremos de la carcasa
(2).
6. Intercambiador (1), según la reivindicación
5, caracterizado por el hecho de que dicho depósito de gas
(8, 8') está fabricado de una sola pieza, integrando la entrada (9,
10) o salida (11, 12) de ambos circuitos EGR (3) y WCAC (4).
7. Intercambiador (1), según la reivindicación
5, caracterizado por el hecho de que dicho depósito de gas
(8, 8') está dividido en dos piezas, incluyendo respectivamente cada
pieza la entrada o salida de un circuito EGR (3) o WCAC (4).
8. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que la carcasa (2) incluye
una entrada (5) y una salida (6) de fluido de refrigeración,
compartiendo ambos circuitos EGR (3) y WCAC (4) el mismo circuito de
refrigeración.
9. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que la carcasa (2) incluye
dos entradas y dos salidas de fluido de refrigeración, compartiendo
ambos circuitos EGR (3) y WCAC (4) el mismo circuito de
refrigeración.
10. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que la carcasa (2) incluye
dos entradas y dos salidas de fluido de refrigeración, siendo el
circuito de refrigeración independiente para cada circuito EGR (3) y
WCAC (4).
11. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que los circuitos EGR (3) y
WCAC (4) pueden estar dispuestos entre sí según diferentes
disposiciones, tales como en paralelo, en serie, en forma de
"L", en forma de "T", entre otras.
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