ES2399036B1 - 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 un núcleo (2) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, medios de conexión (6, 11) con el circuito del fluido refrigerante, y al menos una pieza a modo de depósito de gas (7, 7') acoplada a uno de los extremos del núcleo (2), integrando dicha pieza (7, 7') al menos una pata de unión (9) con el bloque motor y unos medios de conexión (4) con el circuito de gases. Se caracteriza por el hecho de que dichos medios de conexión (6, 11) con el circuito del fluido refrigerante también están integrados en dicha pieza a modo de depósito de gas (7, 7'). Se obtiene un intercambiador de calor capaz de integrar varias funciones en una misma pieza de conexión acoplada al núcleo del intercambiador.

Description

INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL DE LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR
La presente invención se refiere a un 5 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) .
10 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La configuración actual de los intercambiadores EGR en el mercado se corresponde con un intercambiador de 15 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
20 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 entre dos placas, en capas
2 5 alternadas, pudiendo incluir aletas para el mejorar el intercambio de calor. 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
30 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
35 fabricados en una única pieza.
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. 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.
Para cumplir con estas funciones secundarias, el intercambiador de calor integra diferentes componentes que proporcionan al intercambiador estas funciones. Esto significa que, un intercambiador EGR debe tener dos o más conexiones del fluido refrigerante, dos o más conexiones de los gases y al menos un elemento o pata de unión con el entorno motor.
Actualmente, los diferentes componentes están unidos generalmente mediante soldadura en horno o soldadura por arco o láser. En otros casos, un componente puede integrar más de una función, por ejemplo, puede integrar una pata para soportar el intercambiador EGR al bloque motor y un depósito de gas para proporcionar la conexión de los gases.
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 intercambiador y sus componentes es cada vez menor. Los entornos donde el intercambiador EGR debe ser integrado son más y más complicados.
De este modo, es importante desarrollar tanto de plástico como de aluminio, que integran diferentes funciones en una sola pieza. Sin embargo, estas tecnologías no pueden utilizarse siempre, ya sea por problemas de temperatura o por restricciones del entorno, puesto que normalmente tienen un mayor tamaño en comparación con una solución convencional con una carcasa metálica.
intercambiadores
EGR compactos provistos de funciones
integradas
que puedan ser colocados en el espacio
disponible.
En
el mercado existen diferentes soluciones,
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 de calor capaz de integrar varias funciones en una misma pieza de conexión acoplada al núcleo del intercambiador.
El intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, objeto de la presente invención, comprende un núcleo destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, medios de conexión con el circuito del fluido refrigerante, y al menos una pieza a modo de depósito de gas acoplada a uno de los extremos del núcleo, integrando dicha pieza al menos una pata de unión con el bloque motor y unos medios de conexión con el circuito de gases, y se caracteriza por el hecho de que dichos medios de conexión con el circuito del fluido refrigerante también están integrados en dicha pieza a modo de depósito de gas.

De este modo, se obtiene una pieza a modo de depósito de gas que integra más de dos funciones. En este caso, dicha pieza puede integrar no solo la conexión del circuito de gases y la pata de unión al bloque motor, como se conoce en el estado de la técnica, sino que actúa
también
como conexión con el circuito del fluido
refrigerante.
Algunas
de las princip ales ventajas de la
invención
son:
-
La pieza a modo de depósito de gas integra más de un componente, por lo que puede proporcionar al intercambiador EGR más de una función.
-
Aunque la pieza a modo de depósito de gas puede ser más cara, en comparación con la pieza conocida en la técnica provista de una sola función, en general puede ser una solución más barata si se tienen en cuenta todas las piezas individuales que integra y las operaciones de ensamblaje del intercambiador EGR que serían necesarias, así como un menor número de componentes a gestionar (menor número de referencias para la manipulación y control) .
-
Cuantas menos operaciones de ensamblaje se necesitan, las tolerancias finales de la pieza a modo de depósito de gas pueden ser mejores para cumplir los requisitos de los fabricantes de vehículos.
-
La pieza a modo de depósito de gas puede ser más robusta que una unión de diferentes partes por motivos de vibraciones y manipulación.

-El diseño de la pieza a modo de depósito de gas puede ser más compacto que el conjunto de piezas necesarias para asegurar todas las funciones, ya que no es necesario tener en cuenta los requisitos mínimos de diseño y ensamblaje de muchos componentes ni las tolerancias de unión, por tanto no es necesario prever un mínimo espacio libre alrededor del mismo, ni características especiales o áreas planas para permitir un ensamblaje (mecánico y/o soldado), ni
una zona libre alrededor del mismo para permitir algún acceso para las herramientas de ensamblaje. En consecuencia, dicha pieza de la invención permite cumplir con los requisitos de los
5 fabricantes para integrar el intercambiador EGR en el vehículo.
Preferentemente, la pieza a modo de depósito de gas está fabricada completamente mediante un proceso de
1O microfusión y soldada al núcleo del intercambiador. Para ello, deben tenerse en cuenta algunos requisitos durante el diseño ya que dicha pieza debe ser desmoldeable. Opcionalmente, la pieza a modo de depósito de gas está fabricada por partes cuando el proceso de
15 desmoldeo no es factible o es muy complicado, estando dichas partes soldadas entre sí y al núcleo del intercambiador para conseguir la estanqueidad del fluido refrigerante y de los gases. Ventajosamente, la pieza a modo de depósito de
20 gas puede estar fabricada en acero inoxidable o en aluminio. En el caso de fabricarse en aluminio se tiene la ventaja de reducir el precio de la pieza así como de mejorar ligeramente el rendimiento del intercambiador EGR gracias a la mayor conductividad del aluminio con respecto
25 a la del acero inoxidable. Preferentemente, la pieza a modo de depósito de gas está unida al núcleo del intercambiador mediante un proceso de soldadura en horno o soldadura por arco o láser. Este tipo de unión se puede efectuar incluso si los
30 materiales de los mismos son diferentes, siempre que este tipo de uniones sean factibles. Alternativamente, la pieza a modo de depósito de gas puede incluir orificios previstos para la unión con el núcleo del intercambiador mediante elementos de

35 tornillería.
Según una realización de la invención, la trayectoria del fluido refrigerante está definida a través de la pata de unión y a través de un puente integrado en dicha pieza a modo de depósito de gas y conectado al núcleo del intercambiador.
Según otra realización de la invención, la trayectoria del fluido refrigerante está definida a través de un conducto integrado en dicha pieza a modo de depósito de gas y conectado al núcleo del intercambiador. En este caso, la conexión del fluido refrigerante no se efectúa a través de la pata de unión sino mediante un conducto o tubo también soportado por la pieza a modo de depósito de gas, directamente realizado mediante microfusión o como pieza adicional unida por diferentes procesos tales como soldadura, pegado o ensamblaje mecánico.
Opcionalmente, la pieza a modo de depósito de gas incluye un reborde o brida conectable a una interfaz del circuito de los gases.
Preferiblemente, la pieza a modo de depósito de gas incluye orificios roscados para ubicar un termostato
para el fluido
refrigerante.
Ventajosamente,
la pieza a modo de depósito de
gas
incluye un orificio a través del cual el
intercambiador
puede evacuar gas atrapado en el circuito
del
fluido refrigerante.
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 dos casos prácticos de realizaciones del intercambiador de calor para gases de la invención, en los cuales:

la figura 1 es una vista en perspectiva del
intercambiador de calor, mostrando la pieza a modo de depósito de gas según una primera realización de la invención;
las figuras 2 y 3 son diferentes vistas en perspectiva de la pieza a modo de depósito de gas ilustrada en la figura 1;
la figura 4 es una vista en perspectiva del intercambiador de calor, mostrando la pieza a modo de depósito de gas según una segunda realización de la
invención;
y
la
figura 5 es una vista diferente en
perspectiva
de la pieza a modo de depósito de gas
ilustrada
en la figura 4.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERIDAS
Haciendo referencia a las figuras 1 a 3, el intercambiador de calor 1 para gases, en especial de los gases de escape de un motor, comprende un núcleo 2 destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante.
El intercambiador 1 incluye una entrada 3 y una salida 4 de los gases a refrigerar dispuestas en extremos opuestos del núcleo 2, así como una entrada 5 y una salida 6 del fluido refrigerante, pudiéndose cambiar los sentidos de circulación indicados. El núcleo 2 incluye en uno de sus extremos una pieza a modo de depósito de gas 7, y en su otro extremo una brida 8 para la conexión con el circuito de gases de recirculación. El intercambiador 1 también incluye una brida con función de pata de unión 9 para su ensamblaje con el bloque motor.

Dicho depósito de gas 7 es susceptible de integrar en una única pieza la conexión 4 con el circuito de los gases, la conexión 6 con el circuito del f 1 u ido refrigerante, la pata de unión 9 con el bloque motor, así
como ser soporte de otras funciones.
Dicha pieza a modo de depósito de gas 7 puede estar fabricada completamente mediante un proceso de microfusión y soldada al núcleo 2 del intercambiador 1; o
5 bien puede ser fabricada por partes cuando el proceso de desmoldeo no sea factible o sea muy complicado, soldando luego dichas partes entre sí y al núcleo 2 del intercambiador 1 para conseguir la estanqueidad del fluido refrigerante o de los gases.
1 O Dicha pieza a modo de depósito de gas 7 puede ser fabricada en acero inoxidable o en aluminio. En el caso de fabricarse en aluminio se tiene la ventaja de reducir el precio de la pieza y de aumentar ligeramente el rendimiento del intercambiador 1 gracias a la mayor conductividad del
15 aluminio con respecto a la del acero inoxidable. Dicha pieza a modo de depósito de gas 7 puede estar unida al núcleo 2 del intercambiador 1 mediante un proceso de soldadura en horno o soldadura por arco o láser;
o bien puede unirse al núcleo 2 mediante elementos de 20 tornillería.
La pieza a modo de depósito de gas 7 también puede incluir orificios roscados para ubicar un termostato para el fluido refrigerante, así como un orificio a través del cual el intercambiador puede evacuar gas atrapado en el
25 circuito del fluido refrigerante. Según una primera realización de la invención representada en las figuras 1 a 3, la trayectoria del fluido refrigerante está definida a través de la pata de unión 7 y a través de un puente 1 O integrado en dicha
30 pieza a modo de depósito de gas 7 y conectado al núcleo 2 del intercambiador l. Según otra realización de la invención representada en las figuras 4 y 5, la trayectoria del fluido refrigerante está definida a través de un conducto

35 o tubo 11 integrado en dicha pieza a modo de depósito de
gas 7' y conectado al núcleo 2 del intercambiador l.
En este caso, la conexión del fluido refrigerante no se efectúa a través de la pata de unión 9 sino mediante un conducto o tubo 11 también soportado por
5 la pieza a modo de depósito de gas 7', directamente realizado mediante microfusión o como una pieza adicional unida por diferentes procesos tales como soldadura, pegado
o ensamblaje mecánico. Asimismo, la pieza a modo de

depósito de gas 7' también incluye un reborde o brida 12 10 conectable a una interfaz del circuito de los gases.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Intercambiador de calor (1) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende 5 un núcleo (2) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido refrigerante, medios de conexión (6,11) con el circuito del fluido refrigerante, y al menos una pieza a modo de depósito de gas (7,7') acoplada a uno de los extremos del núcleo (2), integrando 1O dicha pieza (7, 7') al menos una pata de unión ( 9) con el bloque motor y unos medios de conexión (4) con el circuito de gases, caracterizado por el hecho de que dichos medios de conexión (6,11) con el circuito del fluido refrigerante también están integrados en dicha pieza a modo de depósito
    15 de gas (7, 7') .
  2. 2. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7, 7') está fabricada completamente mediante un proceso de
    20 microfusión y soldada al núcleo (2) del intercambiador
    ( 1) .
  3. 3. Intercambiador (1) , según la reivindicación 1, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7, 7')
    25 está fabricada por partes cuando el proceso de desmoldeo no es factible o es muy complicado, estando dichas partes soldadas entre sí y al núcleo ( 2) del intercambiador (1) para conseguir la estanqueidad del fluido refrigerante y de los gases.
  4. 4. Intercambiador (1) , según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7,7') está fabricada en acero inoxidable.
    35 5. Intercambiador (1) , según una cualquiera de
    las reivindicaciones 1 a 3, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7,7') está fabricada en aluminio.
  5. 6. Intercambiador (1) , según una cualquiera de
    5 las reivindicaciones 1 a 5, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7,7') está unida al núcleo (2) del intercambiador (1) mediante un proceso de soldadura en horno o soldadura por arco o láser.
    1 O 7. Intercambiador (1) , según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7,7') incluye orificios previstos para la unión con el núcleo ( 2) del intercambiador (1) mediante elementos de tornillería.
  6. 8. Intercambiador (1) , según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la trayectoria del fluido refrigerante está definida a través de la pata de unión (9) y a través de un puente (10) integrado en dicha
    20 pieza a modo de depósito de gas (7) y conectado al núcleo
    (2) del intercambiador (1).
  7. 9. Intercambiador (1) , según una cualquiera de
    las reivindicaciones 1 a 7, en el que la trayectoria del 25 fluido refrigerante está definida a través de un conducto
    (11) integrado en dicha pieza a modo de depósito de gas (7') y conectado al núcleo (2) del intercambiador (1).
  8. 10. Intercambiador (1), según una cualquiera de
    30 las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7') incluye un reborde o brida (12) conectable a una interfaz del circuito de los gases.

  9. 11. Intercambiador (1), según una cualquiera de 35 las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza a modo
    de depósito de gas ( 7, 7') incluye orificios roscados para ubicar un termostato para el fluido refrigerante.
  10. 12. Intercambiador (1), según una cualquiera de
    5 las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza a modo de depósito de gas (7,7') incluye un orificio a través del cual el intercambiador (1) puede evacuar gas atrapado en el circuito del fluido refrigerante.

    10
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