ES2211308B1 - Sistema para la distribucion de un flujo de gas. - Google Patents
Sistema para la distribucion de un flujo de gas.Info
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- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
- F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract
Sistema para la distribución de un flujo de gas. En especial para intercambiadores de calor para gases del tipo que comprenden al menos dos circuitos independientes (2, 3) por los que circula el gas a enfriar controlados por una válvula de regulación, y un depósito de entrada (5) interpuesto entre un conducto de alimentación de los gases y la entrada de los citados circuitos (2, 3), de modo que cuando la válvula de regulación está abierta el flujo de gas pasa por ambos circuitos, mayormente por el circuito preferencial (3), y cuando dicha válvula está cerrada el flujo de gas es forzado a pasar por el circuito no preferencial (2), y estando dicho circuito preferencial (3) desalineado con la dirección principal de los gases en el depósito de entrada (5). Se caracteriza por el hecho de que comprende medios (8 a 11) para dirigir el flujo de gas que entra en el depósito de entrada (5) hacia el circuito preferencial (3), de manera que la mayor parte del flujo pase de modo natural a través de dicho circuito preferencial (3) cuando la válvula de regulación está abierta.
Description
Sistema para la distribución de un flujo de
gas.
La presente invención se refiere a un sistema
para la distribución de un flujo de gas, en especial para
intercambiadores de calor para gases del tipo que comprenden al
menos dos circuitos independientes por los que circula el gas a
enfriar controlados por una válvula de regulación, y un depósito de
entrada interpuesto entre el conducto de alimentación de los gases
y la entrada de los citados circuitos, de modo que cuando la
válvula de regulación está abierta el flujo de gas pasa por ambos
circuitos, mayormente por el circuito preferencial, y cuando dicha
válvula está cerrada el flujo de gas se fuerza a pasar por el
circuito no preferencial.
En particular, dicho dispositivo se aplica en
intercambiadores para sistemas de recirculación de gases de escape
de un motor (EGRC) que comprenden al menos dos circuitos
independientes, estando el circuito preferencial desalineado con la
dirección principal de los gases en el depósito de entrada,
especialmente en depósitos de entrada de gas curvos.
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 (EGRC o "Exhaust Gas Recycling Cooler"), los dos
medios que intercambian calor están separados por una pared.
Son conocidos intercambiadores que comprenden dos
circuitos independientes; un circuito no preferencial constituido
por un haz de tubos dispuestos en el interior de una carcasa, y un
circuito preferencial que actúa como by-pass,
constituido por un tubo central paralelo al haz de tubos y con un
diámetro unitario mayor que los tubos del citado haz.
Los gases que circulan por el haz de tubos son
enfriados por intercambio térmico con un fluido de refrigeración
que se hace circular exteriormente a los tubos de paso de los
gases.
Los gases se alimentan al haz de tubos o al
conducto de by-pass del intercambiador a partir de
un conducto de entrada; puesto que el diámetro del conducto de
entrada es inferior al diámetro de la carcasa y del haz de tubos del
intercambiador, entre ambos hay un depósito de entrada que se
ensancha progresivamente.
Una válvula que actúa únicamente en el conducto
by-pass, selecciona el circuito a través del cual
el gas fluirá principalmente. Si la válvula está abierta y el
conducto de by-pass (circuito preferencial) está
alineado con la dirección principal de los gases en el depósito de
entrada, el flujo de gas fluye principalmente a través del
by-pass. Si la válvula está cerrada, el flujo de
gas es forzado a pasar a través del haz de tubos periféricos
(circuito no preferencial).
No obstante, en el caso que el conducto de
by-pass esté desalineado con la dirección principal
de los gases en el depósito de entrada, por ejemplo en aplicaciones
con depósitos de entrada curvos, el porcentaje de flujo de gas que
pasa a través del circuito by-pass disminuye
significativamente cuando la válvula está abierta (modo natural).
En consecuencia, dicho circuito by-pass no es
alimentado correctamente con el flujo de gas debido al mencionado
diseño del depósito de entrada, perjudicando claramente la función
del by-pass.
Son conocidas algunas soluciones encaminadas a
incrementar el rendimiento del intercambiador:
La solicitud de patente ES 200100484 no
publicada, del mismo titular que la presente invención, se refiere
a un intercambiador de calor para gases que comprende fijado al
depósito de entrada un elemento difusor perforado y sustancialmente
plano, dispuesto substancialmente perpendicular a la dirección de
circulación de los gases a enfriar, pudiendo ser dicho elemento
difusor una placa con orificios o bien una malla. Sin embargo, este
tipo de difusor tiene su aplicación preferentemente en
intercambiadores donde la dirección principal de los gases en el
depósito de entrada está alineada con el haz de tubos.
La patente EP 0987427 se refiere a un dispositivo
de válvula acoplado directamente en un intercambiador EGR, el cual
está dispuesto perpendicular al flujo de los gases de escape. Dicho
intercambiador tiene su entrada y salida conectadas a un conducto
by-pass, estando dicho conducto
by-pass dispuesto en el interior del dispositivo
válvula y paralelo al flujo de gases de escape. Sin embargo, este
tipo de dispositivos válvula se utilizan únicamente en
intercambiadores dispuestos perpendicularmente al flujo de
gases.
También son conocidos depósitos de entrada con
diferentes formas o ángulos que aportan una geometría adecuada para
conseguir que el flujo de gas se dirija de modo natural hacia el
conducto by-pass. Sin embargo, es necesario tener
diferentes configuraciones de depósitos de entrada dependiendo de la
dirección con la que llegan los gases al intercambiador.
Por otra parte, es conocida la utilización de
volutas en turbinas para mejorar la distribución del aire de
entrada para conseguir una óptima incidencia sobre las palas. Sin
embargo, se trata de diseños complicados.
El objetivo de la presente invención es solventar
los inconvenientes mencionados, desarrollando un sistema que
permita distribuir el flujo de gas hacia el circuito preferencial
cuando el intercambiador funciona con la válvula de regulación
abierta.
El sistema para la distribución de un flujo de
gas, objeto de la presente invención, se caracteriza por el hecho
de que comprende medios para dirigir el flujo de gas que entra en
el depósito de entrada hacia el circuito preferencial, de manera
que la mayor parte del flujo pase de modo natural a través de dicho
circuito preferencial cuando la válvula de regulación está
abierta.
Gracias a estas características, cuando el
intercambiador actúa con la válvula abierta (en modo natural) se
obtiene una distribución adecuada del flujo de gas hacia el
conducto preferencial, evitando que se produzca una disminución del
porcentaje de flujo que pasa a su través.
De acuerdo con una primera realización de la
invención, los medios para dirigir el flujo de gas comprenden un
deflector acoplado en cualquier zona entre el plano transversal de
la entrada del depósito de entrada y el plano transversal de la
entrada de los circuitos independientes.
Ventajosamente, el deflector puede estar
constituido por una pieza única, o bien por la unión de varias
piezas diferentes.
Alternativamente, el deflector puede estar
fabricado como una deformación del depósito de entrada, o bien
mediante la introducción de material en unas zonas específicas para
guiar el flujo de gas hacia el circuito preferencial.
Según otra realización de la invención, los
medios para dirigir el flujo de gas comprenden una prolongación
colocada en la entrada del circuito preferencial.
Ventajosamente, la longitud de la prolongación
puede ser tan grande como sea posible dentro del depósito de
entrada.
Preferentemente, la prolongación forma un ángulo
de entre 0º y 180º respecto al eje del conducto preferencial.
Además, dicha prolongación puede tener diferentes formas tales como
achaflanada, curvada o recta, entre otras.
Según otra realización de la invención, el
conducto preferencial está situado en una zona periférica de la
carcasa del intercambiador adyacente a la zona con mayor radio de
curvatura del depósito de entrada, donde se recibe la mayor parte
del flujo de gas.
De esta manera, dicho conducto preferencial es
alimentado por el flujo de modo natural. En este caso no es
necesario aplicar ningún elemento adicional, únicamente diseñar una
nueva configuración de los tubos de gas.
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 tres casos prácticos de realizaciones del sistema para
la distribución de un flujo de gas de la invención, en los
cuales:
la figura 1 es una vista esquematizada de un
intercambiador de calor de haz de tubos y con un conducto de
by-pass, que utiliza un depósito de entrada curvo,
sin la incorporación del sistema de distribución del flujo de gas de
la invención;
las figuras 2 y 3 representan una primera
realización del sistema de distribución del flujo de gas;
las figuras 4 y 5 muestran dos variantes de la
citada primera realización del sistema;
la figura 6 representa una segunda realización
del sistema de distribución del flujo de gas; y
la figura 7 representa una tercera realización
del sistema de distribución del flujo de gas.
Tal como se puede apreciar en la figura 1, el
intercambiador de calor está constituido por una carcasa 1 que
contiene dos circuitos independientes: un haz de tubos 2 (circuito
no preferencial) destinados al paso de los gases a enfriar y un
conducto de by-pass 3 (circuito preferencial).
Dentro de la carcasa 1, exteriormente a los tubos 2 y al conducto
by-pass 3, circula un fluido de refrigeración,
desde una entrada 4 a una salida (no representada).
Los gases a enfriar entran en el intercambiador
desde un conducto de alimentación (no representado) y a través de
un depósito de entrada 5, que se ensancha progresivamente y que
presenta una forma curvada, de modo que dicho circuito de
by-pass 3 está desalineado con la dirección
principal de los gases en el depósito de entrada 5.
Debido a dicha configuración curvada del depósito
de entrada 5, el gas fluye principalmente por la zona periférica
del depósito de entrada 5, concretamente, la zona 6 que presenta un
mayor radio de curvatura, en la cual la velocidad del flujo de gas
aumenta causando una distribución irregular del flujo. Por tanto,
aparece una zona 6 de alta velocidad y una zona 7 de baja velocidad
del flujo.
Cuando la válvula de by-pass (no
representada) se abre, modo natural, la mayor parte del flujo
debería pasar a través del conducto de by-pass
central 3, pero el resultado es que los tubos 2 contiguos a dicha
zona 6 de mayor curvatura reciben la mayor parte del flujo. En
consecuencia la función del by-pass resulta poco
eficiente.
La solución es independiente a la posición de la
válvula de by-pass, pudiéndose ser colocada en la
entrada o la salida del circuito.
El principal problema es, por una parte, la corta
distancia entre la zona de entrada 4 del depósito de entrada 5 y
los tubos de gas 2 y 3; y por otra parte, el radio de curvatura del
depósito de entrada 5 que origina un flujo periférico.
A continuación se describen tres realizaciones
preferidas del sistema para la distribución de un flujo de gas de
la invención.
Una primera realización del sistema de la
invención se muestra en las figuras 2 a 5.
De acuerdo con dicha primera realización, la
solución consiste en colocar un deflector 8 en una zona entre la
entrada 4 de gas y la entrada de los tubos 2, 3, fijándolo en la
superficie interior del depósito de entrada 5, tal como puede
apreciarse en la figura 2. La figura 3 muestra una ampliación
tridimensional de dicho deflector 8.
Asimismo, el deflector 8 puede estar fabricado
como una deformación 9 del depósito de entrada 5, tal como se
muestra en la figura 4; o bien introduciendo material 10 en zonas
específicas para guiar el flujo de gas hacia el circuito de
by-pass 3 (preferencial), tal como se aprecia en la
figura 5.
Una segunda realización del sistema de la
invención se muestra en la figura 6.
En dicha segunda realización, la solución
consiste en colocar una prolongación 11 en la entrada del circuito
de by-pass 3 (preferencial). La longitud de dicha
prolongación 11 puede ser tan grande como sea posible dentro del
depósito de entrada 5. Además, dicha prolongación 11 puede tener una
forma achaflanada, curvada o recta, formando un ángulo de entre 0º
y 180º respecto al eje del conducto de by-pass
3.
Una tercera realización del sistema de la
invención se muestra en la figura 7.
Según dicha tercera realización, la solución
consiste en desplazar el conducto de by-pass 3
hacia una posición en la cual es alimentado por el flujo de gas de
modo natural. Es decir, dicho conducto de by-pass 3
es situado en la zona periférica de la carcasa 1 adyacente a la
zona con mayor radio de curvatura del depósito de entrada 5, donde
se recibe la mayor parte del flujo de gas.
Dicho sistema para la distribución de un flujo de
gas de la invención tiene su aplicación especialmente en
intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor
(EGRC), tal como se han descrito en las realizaciones preferidas.
Sin embargo, también puede utilizarse en otros dispositivos tales
como: un intercambiador de gases de escape para la regulación
térmica de la línea de escape de los motores gasolina de inyección
directa (ETR); un intercooler o refrigerador del aire de
sobrealimentación (RAS); o un calentador del aire de admisión
(EFAP), entre otros.
Serán independientes del objeto de la presente
invención los materiales que se empleen en la fabricación de los
elementos que constituyen el sistema para la distribución de un
flujo de gas que se ha descrito, así como las formas y dimensiones
de la misma y todos los detalles accesorios que puedan presentarse,
pudiendo ser reemplazados por otros técnicamente equivalentes,
siempre que no afecten a su esencialidad ni se aparten del ámbito
definido por las reivindicaciones que se adjuntan a
continuación.
Claims (10)
1. Sistema para la distribución de un flujo de
gas, en especial para intercambiadores de calor para gases del tipo
que comprenden al menos dos circuitos independientes (2, 3) por los
que circula el gas a enfriar controlados por una válvula de
regulación, y un depósito de entrada (5) interpuesto entre un
conducto de alimentación de los gases y la entrada de los citados
circuitos (2, 3), de modo que cuando la válvula de regulación está
abierta el flujo de gas pasa por ambos circuitos, mayormente por el
circuito preferencial (3), y cuando dicha válvula está cerrada el
flujo de gas es forzado a pasar por el circuito no preferencial
(2), y estando dicho circuito preferencial (3) desalineado con la
dirección principal de los gases en el depósito de entrada (5),
caracterizado por el hecho de que comprende medios (8 a 11)
para dirigir el flujo de gas que entra en el depósito de entrada
(5) hacia el circuito preferencial (3), de manera que la mayor
parte del flujo pase de modo natural a través de dicho circuito
preferencial (3) cuando la válvula de regulación está abierta.
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los medios para dirigir el
flujo de gas comprenden un deflector (8) acoplado en cualquier zona
entre el plano transversal de la entrada (4) del depósito de
entrada (5) y el plano transversal de la entrada de los circuitos
independientes (2, 3).
3. Sistema, según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que el deflector (8) está
constituido por una pieza única.
4. Sistema, según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que el deflector (8) está
constituido por la unión de varias piezas diferentes.
5. Sistema, según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que el deflector (8) está
fabricado como una deformación (9) del depósito de entrada (5).
6. Sistema, según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que el deflector (8) está
constituido mediante la introducción de material (10) en unas zonas
específicas para guiar el flujo de gas hacia el circuito
preferencial (3).
7. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los medios para dirigir el
flujo de gas comprenden una prolongación (11) colocada en la
entrada del circuito preferencial (3).
8. Sistema, según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que la longitud de la
prolongación (11) es tan grande como sea posible dentro del
depósito de entrada (5).
9. Sistema, según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que la prolongación (11) forma
un ángulo de entre 0º y 180º respecto al eje del conducto
preferencial (3).
10. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el conducto preferencial
(3) está situado en una zona periférica de la carcasa (1) del
intercambiador adyacente a la zona con mayor radio de curvatura del
depósito de entrada (5), donde se recibe la mayor parte del flujo de
gas.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200202285A ES2211308B1 (es) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | Sistema para la distribucion de un flujo de gas. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200202285A ES2211308B1 (es) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | Sistema para la distribucion de un flujo de gas. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2211308A1 ES2211308A1 (es) | 2004-07-01 |
| ES2211308B1 true ES2211308B1 (es) | 2005-04-01 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2211308B1 (es) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2846455C2 (de) * | 1978-10-23 | 1980-07-31 | Borsig Gmbh, 1000 Berlin | Rohrbündel-Wärmetauscher mit gleichbleibender Austrittstemperatur eines der beiden Medien |
| DE4430648A1 (de) * | 1994-08-29 | 1996-03-07 | Flucorrex Ag Flawil | Verfahren zum Regeln der Austrittstemperatur eines zu erwärmenden Mediums auf einen vorbestimmten Temperaturwert in einem Rekuperator, Rekuperator und Verwendung eines derartigen Rekuperators |
| DE19841927A1 (de) * | 1998-09-14 | 2000-03-16 | Wahler Gmbh & Co Gustav | Einrichtung zur Rückführung eines Abgasstromes zum Saugrohr einer Brennkraftmaschine |
-
2002
- 2002-09-30 ES ES200202285A patent/ES2211308B1/es not_active Expired - Fee Related
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| ES2211308A1 (es) | 2004-07-01 |
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| FD1A | Patent lapsed |
Effective date: 20100312 |