ES2201604T3 - Intercambiador de calor de gas de escape. - Google Patents
Intercambiador de calor de gas de escape.Info
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Abstract
Un intercambiador de calor para gas de escape tiene placa intercambiadoras con áreas de extensión que forman los espacios de distribución y de recogida, para el agua de refrigeración. Las placas de intercambiador de calor (6) tienen áreas de extensión (7) que forman los espacios de distribución y de recogida para el agua de refrigeración. Los canales de flujo (14) para los gases de escape se extienden en una trayectoria recta a través del intercambiador de calor, saliendo en extremos opuestos en las bases de los tubos (13). Al menos uno de los dos tipos de canales de flujo (9, 14) tienen una estructura superficial, con lo que se excluye el pleno contacto de superficie entre los canales de flujo. Los canales de flujo para el agua de refrigeración tienen una estructura superficial algo corrugada.
Description
Intercambiador de calor de gas de escape.
La invención concierne a un intercambiador de
calor de gas de escape con pares de placas de intercambio de calor
en forma de bandeja, en donde cada par de placas de intercambio de
calor en forma de bandeja determina un canal de flujo para agua de
refrigeración, a cuyo fin éstas están ensambladas y unidas una con
otra simétricamente en la pestaña de borde periférica de modo que
la pestaña de borde de una placa de intercambio de calor está
dirigida hacia un lado y la pestaña de borde la otra placa de
intercambio de calor está dirigida hacia el lado contrario, así como
con aberturas en las placas de intercambio de calor, que están
situadas sobre una línea común, para formar el canal colector y el
canal distribuidor para el agua de refrigeración, y con canales de
flujo adicionales para el gas de escape dispuestos entre los canales
de flujo mencionados.
Este intercambiador de calor de gas de escape es
conocido por el documento EP 677 715. El intercambiador de calor de
gas de escape conocido puede considerarse como desventajoso debido a
que las aberturas producidas por la corrosión en el lado del gas de
escape conducen a que este gas se mezcle con el agua de
refrigeración. Dado que los gases de escape contienen materias muy
agresivas, no está muy lejana la posibilidad de que se produzca una
oxidación completa. Por este motivo, en el documento citado las
placas de intercambio de calor, las aletas onduladas y los racores
de empalme están fabricados en acero fino, pero esto incrementa los
costes. A ello se añade que, a pesar de esta medida, no existe
garantía alguna de que no se produzca un mezclado, puesto que
incluso las chapas de acero fino, si no son de la más alta calidad,
pueden ser atacadas al menos en las proximidades de las uniones de
soldadura. Además, se aspira constantemente a reducir los espesores
de chapa de las placas de intercambio de calor. Asimismo, se
incrementan los costes y el peso debido a la carcasa necesaria que
rodea al intercambiador de calor. Igualmente, resultan dificultades
técnicas de fabricación en el posicionamiento correcto de las dos
placas de intercambio de calor de forma de bandeja una con respecto
a otra.
Cuando deba emplearse como refrigerante el agua
de refrigeración del motor, el intercambiador de calor de gas de
escape está construido en el documento citado en la denominada
forma de construcción de barras/placas y posee una carcasa exterior.
Esta forma de construcción, que por lo demás es ventajosa, adolece
del inconveniente de que el número de piezas individuales y el
número y la longitud de las uniones de soldadura son bastante
grandes, con lo que se incrementa el riesgo de que puedan
presentarse defectos de soldadura.
Además, se conoce, por ejemplo por el documento
DE 44 03 144 C2, el que intercambiadores de calor de placas sin
carcasa (refrigeradores de aceite), que pueden denominarse también
exentos de mezclado, se fabriquen casi en el modo de construcción
mixto, en el que una serie de placas tubulares se fabrican en el
modo de construcción de barras/placas y la otra clase de las placas
tubulares se fabrican a base de semibandejas. Sin embargo, se ha
logrado aquí la ausencia de mezclado mediante la disposición de un
tabique de seguridad adicional, con lo que el peso total es
relativamente alto. Asimismo, este intercambiador de calor utilizado
como intercambiador de calor de gas de escape generaría una pérdida
de presión demasiado grande en el lado del gas de escape, que tiene
su origen en la multitud de desviaciones. Precisamente la pérdida de
presión en el lado del gas de escape es especialmente desventajosa,
ya que el gas de escape enfriado deberá alimentarse con la más alta
presión posible al turboalimentador pospuesto.
El inconveniente de la pérdida de presión
demasiado alta tiene que ser adjudicado también al intercambiador de
calor de gas de escape refrigerado por fluido conocido por el
documento DE 296 16 354 U1.
El problema de la invención consiste en reducir
aún más los costes de fabricación en el intercambiador de calor de
gas de escape indicado en el preámbulo y, además, garantizar una
mayor seguridad contra mezclado del gas de escape con el agua de
refrigeración, junto con, al mismo tiempo, una pequeña pérdida de
presión en el lado del gas de escape. La solución según la invención
se desprende de la parte caracterizadora de la reivindicación
1.
La solución del problema planteado se efectúa
mediante la combinación experta de características posiblemente
conocidas de una en una en la construcción de intercambiadores de
calor, habiendo reconocido los inventores que su novedosa
cooperación conduce a un intercambiador de calor de gas de escape
inventivo en el que el gas de escape se refrigera con líquido.
Se propone que el intercambiador de calor de gas
de escape esté realizado en el modo de construcción sin carcasa,
que estén previstos los canales de flujo para el agua de
refrigeración formados por placas de intercambio de calor en forma
de bandeja y que los canales de flujo intermedios para el gas de
escape sean tubos planos aproximadamente rectos que desemboquen en
extremos opuestos en platos de tubos a los que está conectada la
tubería de gas de escape.
Los platos de tubos tienen un diámetro que es al
menos parcialmente mayor que la dimensión adyacente de la sección
transversal del intercambiador de calor. Los platos de tubo son
piezas preferiblemente circulares, con lo que la fabricación y
también el empalme de la tubería de gas de escape, igualmente
redonda, puede realizarse en forma más sencilla. El empalme de la
tubería de gas de escape al intercambiador de calor puede efectuarse
por medio de tornillos, abrazaderas o anillo tensores.
Al menos una clase de canales de flujo presenta
una superficie ondulada o análogamente estructurada. La estructura
ondulada de la superficie cuida de manera suficiente de que, en el
caso de una oxidación completa, el gas de escape pueda salir a la
atmósfera y no llegue así simplemente al agua de refrigeración.
La pérdida de presión en el lado del gas de
escape es extraordinariamente pequeña, porque los canales de flujo
correspondientes no presentan desviaciones y porque también los
platos de tubos se mantienen tan grandes que se puede satisfacer
esta especificación. Además, el espacio distribuidor y el espacio
colector para el agua de refrigeración están dispuestos en zonas
voladas de las placas de intercambio de calor en forma de bandeja
que se encuentran por fuera de la sección transversal de los tubos
planos. Se proporciona así también una contribución a la reducción
de la pérdida de presión en el lado del gas de escape, puesto que el
espacio distribuidor y el espacio colector no se encuentran con
ello en la zona de flujo de los gases de escape y no dificultan la
circulación de éstos.
Los costes de fabricación se reducen debido a que
el intercambiador de calor de gas de escape refrigerado por agua
según la invención ha de consistir en acero fino únicamente en el
lado del gas de escape - es decir, los tubos planos y los platos de
tubos -, mientras que todas las demás partes pueden estar hechas de
aluminio. Por el contrario, el intercambiador de calor de gas de
escape refrigerado por agua del documento EP 677 715 consiste
completamente en acero fino. Por este motivo, el intercambiador de
gas de escape propuesto presenta también un peso menor.
Asimismo, una contribución a la disminución de
los costes de fabricación puede verse en que el intercambiador de
calor de gas de escape refrigerado por agua está previsto, como se
ha indicado más arriba, en ejecución sin carcasa. Los canales de
flujo exteriores son canales de agua de refrigeración, de modo que
se reduce el calor de radiación del intercambiador de calor, lo que
no deja de ser importante en intercambiadores de calor de gas de
escape a causa de las altas temperaturas de este gas.
Las placas de intercambio de calor en forma de
bandeja que forman los canales de flujo para el agua de
refrigeración poseen en su superficie ondulada unos tetones de
apuntalamiento dirigidos hacia dentro que están soldados en su punta
con tetones de apuntalamiento de la misma naturaleza de la placa de
intercambio de calor contigua. Esta configuración en sí conocida
proporciona una mejor transmisión del calor y una mayor resistencia
del intercambiador de calor de gas de escape.
Otra característica ventajosa de las placas de
intercambio de calor consiste en que en la pestaña de borde están
previstos a ciertas distancias unos tramos sobresalientes y
acodados con cuya ayuda se pueden posicionar dos capas de
intercambio de calor correspondientes una respecto de otra, es decir
que éstas no pueden resbalar. Por este motivo, no resultan
necesarios tampoco dispositivos auxiliares al apilar y al preparar
las placas para la soldadura.
Los tubos planos que conducen el gas de escape
pueden tanto ser tubos planos estirados o soldados con una costura
longitudinal como estar formados por dos semibandejas que están
soldadas una con otra en la pestaña de borde periférica. En los
tubos planos pueden estar dispuestos insertos internos troquelados o
laminados que están soldados con los tubos para favorecer el
intercambio de calor y aumentar la estabilidad. Sin embargo, una
forma de ejecución prescinde completamente de tales insertos
internos para reducir aún más la pérdida de presión. En cambio, la
pared de los tubos planos posee una estructura ondulada. Las crestas
y valles de las ondulaciones discurren en la dirección longitudinal
de los tubos planos.
En tubos planos que están formados por dos
semibandejas se encuentran en su pestaña de borde unos tramos
sobresalientes y acodados que encajan uno dentro de otro y que
sirven para el posicionamiento correcto de dos semibandejas formando
un tubo plano. Estos tramos son comparables con tramos del mismo
tipo en la pestaña de borde de las placas de intercambio de
calor.
En los platos de tubos están troqueladas
aberturas que están adaptadas a la sección transversal de los tubos
planos y que presentan tubuladuras que están dirigidas hacia la
tubería de gas de escape o hacia el interior del intercambiador de
calor. Con miras a la reducción de la pérdida de presión, es más
favorable prever las tubuladuras hacia el intercambiador de calor,
ya que así se puede evitar el vuelo de los tubos hacia dentro del
plato de tubos. Estas tubuladuras forman un borde de soldadura
adecuado para los tubos planos en los platos de tubos. Además, la
unión está ejecutada de modo que se mantenga extraordinariamente
pequeña la pérdida de presión.
Se describe seguidamente la invención en forma de
ejemplos de ejecución haciendo referencia a los dibujos
adjuntos.
Las Figuras muestran en particular:
la Figura 1, una vista general de un
intercambiador de calor de gas de escape,
la Figura 2, un alzado lateral de la Figura
1,
la Figura 3, un alzado general de otra forma de
ejecución,
la Figura 4, una sección IV-IV en
la Figura 2,
la Figura 5, una vista de un intercambiador de
calor de gas de escape desde la dirección de la pestaña de
empalme,
la Figura 6, una representación análoga a la
Figura 4 en otro ejemplo de ejecución,
la Figura 7, una representación análoga a la
Figura 5,
la Figura 8, una sección longitudinal según
VIII-VIII en la Figura 6,
la Figura 9, una sección transversal de otra
forma de ejecución,
la Figura 10, una vista del intercambiador de
calor de gas de escape según la Figura 9 desde la dirección de la
pestaña de empalme,
la Figura 11, una vista general de otra forma de
ejecución,
la Figura 12, una sección longitudinal
parcial.
La Figura 1 muestra un intercambiador de calor de
gas de escape 1 refrigerado por agua de refrigeración con una
entrada de gas de escape 2 y una salida de gas de escape 3 colocada
en el lado opuesto. La entrada 2 y la salida 3 están provistas aquí
de sendas bridas de empalme para fijar la tubería de gas de escape
(no mostrada), por ejemplo por medio de anillos tensores 26. Las
acometidas 4 y 5 de agua de refrigeración se encuentran en la placa
de intercambio de calor más superior 6, también en extremos
opuestos, estando previstas las acometidas 4 y 5 en zonas voladas 7
de las placas de intercambio de calor 6 que se encuentran por fuera
de la zona de los tubos planos rectilíneos 8 a través de los cuales
circulan los gases de escape (flechas 19). Dos placas de
intercambio de calor 6 en forma de bandejas completamente idénticas
forman cada vez un canal de flujo 9 a través del cual circula el
agua de refrigeración (flechas 10). En la placa de intercambio de
calor más superior 6 están indicados unos tetones 11 que están en
contacto con los tetones 11 de la placa de intercambio de calor 6
situada debajo, puesto que cada vez una de las dos placas de
intercambio de calor idénticas 6 es girada 180º en torno al eje
transversal o en torno al eje longitudinal o en torno al eje
vertical y es ensamblada con la otra placa de intercambio de calor
6 para formar el canal de flujo 9. En la Figura 4 se han dibujado
algunos de estos tetones 11.
Las placas de intercambio de calor 6 poseen
también una estructura de forma ondulada que se ha indicado
mediante líneas transversales 22 en la Figura 3. Se han dibujado
solamente algunas líneas 22. La estructura ondulada se extiende por
toda la zona de las placas de intercambio de calor 6.
Las placas de intercambio de calor 6 tienen
tramos sobresalientes y acodados 12 en su pestaña de borde 23.
Después del giro y el ensamble de las placas de intercambio de calor
6, estos tramos 12 encajan uno dentro de otro casi a manera de
peine y garantizan así el posicionamiento de las placas 6.
En la Figura 2 puede apreciarse que los tubos
planos 8 en este ejemplo de ejecución están formados por dos mitades
ensambladas y soldadas una con otra. Sin embargo, es ventajoso
también que se empleen tubos planos soldados o estirados usuales.
Cuando los tubos planos 8 y los platos de tubos consisten en acero
fino, pero las placas de intercambio de calor se fabrican en
aluminio, ha de tener lugar un proceso de soldadura doble en la
fabricación de tales intercambiadores de calor. Se ensamblan
entonces primero los tubos planos 8 con los insertos internos 24 y
los platos de tubos 13 y se exponen en el horno de soldadura a una
temperatura correspondientemente alta a la que estas partes
establecen una unión de soldadura. Las superficies exteriores de
los tubos planos 8 se construyen sin revestimiento de material de
soldadura, de modo que no establecen ninguna unión, por ejemplo con
un dispositivo auxiliar utilizado para la soldadura. Seguidamente,
esta unidad prefabricada se completa con las placas de intercambio
de calor 6 de aluminio y se une con ellas en un segundo proceso de
soldadura a temperatura correspondientemente más baja para obtener
una unidad compacta. Se unen así tanto los pares de placas de
intercambio de calor 6 como también éstas con los tubos planos 8,
puesto que las placas de intercambio de calor 6 están revestidas de
material de soldadura en ambos lados.
En la Figura 2 y en la Figura 4, que muestra la
sección IV-IV de la Figura 2, destacan unas
depresiones 15 a manera de cubeta en cada placa de intercambio de
calor 6 y también las aberturas 16 en cada depresión 15. Las
aberturas 16 tienen un borde 17. En estos bordes 17 están unidas
también las placas de intercambio de calor 6 una con otra, de modo
que se forman los canales colector y distribuidor 20 y 21. La misma
finalidad cumplen también unos casquillos que pueden colocarse y
unirse como piezas individuales entre las placas de intercambio de
calor 6.
Con el número de referencia 13 se han designado
en las Figuras 1, 2 y 4 los platos de tubos, que son circulares y
sobresalen sustancialmente de la periferia del intercambiador de
calor 1 cuando se prescinde de las zonas sobresalientes 7 de las
placas de intercambio de calor 6.
La Figura 5 muestra la vista desde la dirección
del anillo tensor 26 de la forma de ejecución de las Figuras 1, 2 y
4. Pueden apreciarse el espacio colector 21 y las placas de
intercambio de calor 6 unidas en la pestaña de borde 23. Además, se
desprende de esta representación un plato de tubos 13 y los canales
de flujo 14 que desembocan allí.
En el ejemplo de ejecución según la Figura 6 se
ha prescindido enteramente de insertos internos 24 en los tubos
planos 8. En lugar de éstos, las paredes de los tubos planos 8
consistentes en dos semibandejas 8/1 y 8/2 se han formado con una
clara estructura ondulada 22. Sin embargo, a diferencia de la
estructura ondulada 22 del ejemplo de ejecución descrito
anteriormente y al final (en las placas de intercambio de calor 6),
las crestas y los valles de las ondulaciones discurren aquí en la
dirección longitudinal de los tubos planos 8 o de los canales de
flujo 14. En esta forma de ejecución las placas de intercambio de
calor 6 están configuradas preferiblemente con una superficie lisa,
prescindiendo de los tetones estampados 11. Esta forma de ejecución
es especialmente adecuada para intercambiadores de calor de gas de
escape, ya que el riesgo de obstrucción de los tubos planos 8 por
deposiciones de material es sensiblemente menor.
La Figura 7 muestra la vista desde la dirección
del anillo tensor 26 perteneciente al ejemplo de ejecución de la
Figura 6. La estructura ondulada longitudinal 22 de los canales de
flujo 14 se desprende de esta representación.
La sección longitudinal de la Figura 8,
perteneciente también a esta forma de ejecución, muestra que la
estructura ondulada 22 termina delante del plato de tubos 13. Las
tubuladuras 25 en el plato de tubos 13 se han construido hacia el
intercambiador de calor y los tubos planos 8 han sido enchufados con
sus extremos sobre estas tubuladuras 25. Se tiene que consignar
también que la Figura 8 muestra otro empalme a la tubería de gas de
escape, no dibujada.
La Figura 9 puede interpretarse como una sección
transversal de la Figura 3. Se diferencia de la Figura 4 porque
aquí se han empleado tubos planos soldados o estirados 8. Además, se
ha elegido la fijación con ayuda de una pestaña de empalme 27, como
la que se representa también en la Figura 3.
La Figura 10 se diferencia del ejemplo de
ejecución de la Figura 9 en que en la Figura 10 las tubuladuras 25
en el plato de tubos 13 están dirigidas hacia la tubería de gas de
escape, mientras que en la Figura 9 las tubuladuras 25 miran hacia
el intercambiador de calor.
La Figura 11 muestra un ejemplo de ejecución en
el que las zonas voladas 7 en las que van dispuestos los espacios
colector y distribuidor 20, 21 se encuentran en lados opuestos del
intercambiador de calor. Por este motivo, tienen que emplearse aquí
dos clases diferentes de placas de intercambio de calor 6. Como
sujetadores 28 están previstos unos brazos acodados de chapa de
acero que se han soldado a los platos de tubos 13.
La Figura 12 muestra una sección longitudinal
parcial, análoga a la Figura 8, pero en la que las placas de
intercambio de calor 6 presentan una estructura superficial ondulada
22 para conseguir así una mayor seguridad contra mezclado de gas de
escape y agua de refrigeración. A diferencia de la Figura 8, se han
insertado aquí, además, los tubos planos 8 en las tubuladuras 25 del
plato de tubos 13.
Claims (8)
1. Intercambiador de calor de gas de escape (1)
con pares de placas de intercambio de calor (6) en forma de bandeja,
en donde cada par de placas de intercambio de calor (6) en forma de
bandeja determina un canal de flujo (9) para agua de refrigeración,
para lo cual estas placas están ensambladas y unidas una con otra
simétricamente en la pestaña de borde periférica de modo que la
pestaña de borde de una placa de intercambio de calor (6) está
dirigida hacia un lado y la pestaña de borde de la otra placa de
intercambio de calor (6) está dirigida hacia el lado contrario, así
como con aberturas en las placas de intercambio de calor que están
situadas sobre una línea común para formar el canal colector y el
canal distribuidor para el agua de refrigeración, y con otros
canales de flujo (14) para el gas de escape dispuestos entre los
canales de flujo mencionados,
caracterizado porque
el intercambiador de calor de gas de escape (1)
refrigerado por líquido se ha ejecutado en el modo de construcción
sin carcasa,
las placas de intercambio de calor (6) presentan
zonas voladas (7) que se encuentran por fuera de la sección
transversal de los canales de flujo (14) para el gas de escape y
que forman en estas zonas (7) el espacio distribuidor y el espacio
colector para el agua de refrigeración,
los canales de flujo (14) para el gas de escape
son tubos planos (8) que se extienden aproximadamente en línea
recta por el intercambiador de calor y que desembocan por extremos
opuestos en platos de tubos (13), y
las paredes de al menos una de las dos clases de
canales de flujo (9; 14) presentan una estructura superficial (22)
tal que se excluye el contacto en toda la superficie entre los
canales de flujo (9 y 14).
2. Intercambiador de calor de gas de escape según
la reivindicación 1, caracterizado porque los canales de
flujo (9) para el agua de refrigeración presentan una estructura
superficial aproximadamente ondulada.
3. Intercambiador de calor de gas de escape según
las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los tubos
planos (8) para el gas de escape que forman los canales de flujo
(14) consisten preferiblemente en acero fino y presentan insertos
internos ondulados (24) y son tubos planos estirados o soldados (8)
o bien se han fabricado a partir de dos semibandejas (8/1; 8/2) y
se han unido entre sí en la pestaña de borde.
4. Intercambiador de calor de gas de escape según
la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos planos
(8) o los canales de flujo (14) tienen paredes onduladas, estando
las crestas y valles de las ondulaciones dispuestos en la dirección
del eje longitudinal de los tubos planos (8).
5. Intercambiador de calor de gas de escape según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque en la pestaña de borde de las semibandejas (8/1; 8/2) que
forman los tubos planos (8) y/o en la pestaña de borde (23) de las
placas de intercambio de calor (6) en forma de bandeja están
dispuestos unos tramos sobresalientes y acodados (12) que encajan
uno dentro de otro al ensamblar las placas de intercambio de calor
(6) y que sirven para el correcto posicionamiento de dos
semibandejas una con respecto a otra.
6. Intercambiador de calor según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los platos
de tubos (13) consisten en acero fino y son preferiblemente piezas
circulares con un diámetro tal que los platos de tubos (13)
sobresalen al menos parcialmente más allá de la dimensión adyacente
de la sección transversal del intercambiador de calor.
7. Intercambiador de calor de gas de escape según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque las placas de intercambio de calor (6) consisten
preferiblemente en aluminio y presentan tetones de apuntalamiento
(11) que se tocan después del ensamble y están unidos en los puntos
de contacto.
8. Intercambiador de calor de gas de escape según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque la línea central del intercambiador de calor de gas de
escape (1) que discurre en la dirección de los tubos planos (8) y la
tubería de gas de escape están situadas, al menos en las
proximidades de la entrada y la salida, sobre una línea
aproximadamente recta o poco curvada.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19836889A DE19836889A1 (de) | 1998-08-14 | 1998-08-14 | Abgaswärmetauscher |
| DE19836889 | 1998-08-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2201604T3 true ES2201604T3 (es) | 2004-03-16 |
Family
ID=7877538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99115443T Expired - Lifetime ES2201604T3 (es) | 1998-08-14 | 1999-08-05 | Intercambiador de calor de gas de escape. |
Country Status (4)
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