ES2260971A1 - 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.

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ES2260971A1 ES200301449A ES200301449A ES2260971A1 ES 2260971 A1 ES2260971 A1 ES 2260971A1 ES 200301449 A ES200301449 A ES 200301449A ES 200301449 A ES200301449 A ES 200301449A ES 2260971 A1 ES2260971 A1 ES 2260971A1
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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 (3) dispuestos en el interior de una carcasa (2), por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, estando dichos conductos (3) acoplados entre dos placas de soporte (5) fijadas en ambos extremos de dicha carcasa (2), y medios de unión (6, 7) a un conducto (4) de la línea de recirculación de gases. Se caracteriza por el hecho de que dichos medios de unión (6, 7) al conducto (4) de la línea de recirculación de gases están integrados en una sola pieza con la carcasa (2) o con las placas de soporte (5). Se obtiene una reducción del número de componentes, así como una reducción de costes y una simplificación del proceso de ensamblado.

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, 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 recirculación de gases.
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.
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.
La sección de la carcasa y el procedimiento de fabricación de las placas de soporte determina el número máximo de tubos de un diámetro determinado que pueden ser colocados dentro del intercambiador.
Los gases se alimentan al haz de tubos 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.
Del mismo modo, los gases salen del intercambiador a través de un conducto de salida cuyo diámetro también es inferior al diámetro de la carcasa y del haz de tubos, por lo que entre ambos hay un depósito de salida que se estrecha progresivamente.
Dichos depósitos de entrada y de salida están acoplados respectivamente a los conductos de entrada y salida de la línea de recirculación mediante sendas conexiones independientes.
Por tanto, los depósitos de gas y las conexiones realizan la función de medios de unión del intercambiador con los conductos de la línea de recirculación de gas. Asimismo, otra función de los depósitos de gas es asegurar una apropiada distribución del gas a través del haz de tubos.
El procedimiento convencional para ensamblar los diferentes componentes del intercambiador de calor se realiza considerando las siguientes características geométricas:
- La longitud de la carcasa resulta de restar a la longitud total del haz de tubos, el grosor de las placas de soporte y los extremos acampanados de los tubos que sobresalen de dichas placas.
- Cada placa de soporte se fija al haz de tubos una vez que los tubos han sido acampanados por sus extremos. Sin embargo, las placas de soporte con el haz de tubos no son capaces de mantenerse por sí mismas en una posición fija respecto a la carcasa.
- La posición correcta de las placas de soporte con el haz de tubos respecto a la carcasa se lleva a cabo mediante el ensamblado de los depósitos de gas, de modo que se garantiza una fijación en posición radial y axial.
Con esta configuración el intercambiador de calor siempre debe ser ensamblado con los depósitos. De lo contrario, el procedimiento de fabricación no sería posible.
La unión de los depósitos de gas y la carcasa se realiza mediante soldadura. Generalmente, el borde perimetral de cada depósito de gas se acopla y se suelda a la superficie exterior de cada extremo de la carcasa.
También son conocidos intercambiadores cuyas placas de soporte tienen forma en "U" de modo que los bordes curvados rodean exteriormente la carcasa y están soldados al depósito de gas. Esta disposición geométrica sustituye la soldadura entre el depósito de gas y la carcasa. Sin embargo, en este caso no puede considerarse que la placa de soporte cumpla la función de depósito de gas.
Por otra parte, los depósitos de gas conocidos pueden tener diferentes formas, tales como cónica, parabólica o esférica. Su longitud está determinada entre ambos diámetros en sus extremos, uno corresponde al extremo exterior de la carcasa y el otro al área de unión de la conexión.
Los depósitos de gas se fabrican habitualmente por estampación, mientras que las conexiones se suelen fabricar por mecanizado, pero también pueden fabricarse por estampación, sinterización, hidroformación o microfusión.
Este sistema presenta algunos inconvenientes, ya que la fabricación de las conexiones por mecanizado, hidroformación, estampación o microfusión es costosa, y por otra parte, es necesaria una operación adicional para acoplar la conexión al depósito.
Son conocidos procedimientos de ensamblado que consisten en que cada depósito de gas se suelda a la carcasa y la conexión, mientras que los conductos de la línea de recirculación de gas están ensamblados al depósito de gas mediante una brida en V. Esta conexión incluye un reborde que encaja en un reborde complementario del depósito de gas, por lo que en este caso se evita utilizar una conexión meca-
nizada.
La solicitud de patente ES 200201319, todavía no publicada, del mismo titular de la presente solicitud, se refiere a un intercambiador de calor para gases que se caracteriza por el hecho de que el depósito y la conexión están integradas en una sola pieza fabricada por estampación, lo que permite reducir el peso y el coste de fabricación, obteniéndose además una simplicidad en el proceso de producción.
Sin embargo, la utilización de depósitos de gas y conexiones para conectar el conjunto formado por la carcasa, el haz de tubos y las placas de soporte a los conductos de la línea de recirculación de gas, presenta una serie de inconvenientes que se describen a continuación:
- La estructura de la conexión depende fuertemente de las aplicaciones particulares de cada intercambiador de calor.
- Se requiere un gran número de componentes para conectar el conjunto formado por la carcasa, el haz de tubos y las placas de soporte a los conductos de la línea de recirculación de gas. Además, cada componente requiere un procedimiento de ensamblado y una aplicación de pasta de soldadura.
- El conjunto formado por la carcasa, el haz de tubos y las placas de soporte es suministrado por un lado, y los conductos de la línea de recirculación de gas por otro lado, y después son ensamblados por el fabricante de vehículos. Esto implica un procedimiento de ensamblado relativamente costoso para el fabricante de vehículos.
- Las placas de soporte por sí solas no permiten fijar el haz de tubos en la carcasa.
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 del número de componentes, así como una reducción de costes y una simplificación del proceso de ensamblado.
El intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, objeto de la presente invención, se caracteriza por el hecho de que dichos 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.
De este modo, se obtiene un intercambiador que no requiere la utilización de depósitos de gas con sus respectivas conexiones para unir el intercambiador a los conductos de recirculación de gases, como ocurre con los intercambiadores conocidos, por lo que las funciones que realizaba el depósito de gas quedan integradas en la carcasa o en las placas de
soporte.
Por otra parte, el conjunto formado por la carcasa, el haz de tubos y las placas de soporte, puede ser fabricado por separado y ser soldado directamente al conducto de la línea de recirculación de gases. De este modo, la definición del intercambiador puede ser estandarizada, con menos influencia en la aplicación del fabricante de vehículos.
Además, esto permite reducir costes, simplificar el procedimiento y reducir el número de componentes.
Asimismo, las incidencias de calidad disminuyen ya que la reducción de componentes se traduce directamente en una reducción de las juntas de soldadura, que son la causa principal de posibles fugas.
Como se ha comentado, el intercambiador de la invención cubre dos niveles diferentes de integración de dichos medios de unión:
-
Medios de unión integrados en una sola pieza con la carcasa.
-
Medios de unión integrados en una sola pieza con las placas de soporte.
En ambos casos, la unión entre el intercambiador y el conducto de la línea de recirculación de gases se optimiza. Las geometrías conseguidas con esta invención pueden mejorar también las posibilidades para fabricar toda la línea de recirculación, ya que la soldadura de los conductos de recirculación puede ser optimizada.
De acuerdo con una realización de la presente invención, los medios de unión comprenden un reborde periférico integrado en cada extremo de la carcasa, dirigido hacia el exterior de dicha carcasa y sensiblemente paralelo a su eje axial.
De este modo, la longitud de la carcasa se incrementa respecto a la definición convencional, y el diámetro de la placa de soporte disminuye, de modo que la placa de soporte se introduce dentro de la carcasa. Para este propósito, la carcasa debe comprender medios de fijación en el interior para asegurar una posición axial de la placa de soporte.
Las placas de soporte pueden tener una o más acanaladuras y la carcasa unas protuberancias en el diámetro interior para que la posición de dichas placas de soporte quede fijada. Otra posibilidad puede consistir en fijar la posición con un procedimiento externo, (por ejemplo: la carcasa comprende una corrugación externa en la zona de contacto con cada placa de soporte).
El reborde periférico que constituye el alargamiento de la carcasa puede hacer la función de depósito de gas. El conducto de la línea de recirculación de gases puede estar soldado directamente a la carcasa para fabricar la línea de recirculación de gases.
Preferentemente, el diámetro exterior del reborde periférico es sensiblemente igual al diámetro interior del conducto de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
Por tanto, al tener dicho conducto de la línea de recirculación de gases una mayor dimensión, la soldadura se dispone en la zona exterior de los rebordes periféricos de la carcasa.
Opcionalmente, el diámetro exterior del reborde periférico es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
De esta manera, el cordón de soldadura se dispone enfrentando los rebordes periféricos de la carcasa y los extremos del conducto de la línea de recirculación de gases directamente.
De acuerdo con otra realización de la presente invención, los medios de unión comprenden un reborde periférico integrado en cada placa de soporte, dirigido hacia el exterior de la carcasa y sensiblemente paralelo al eje axial de la misma.
De este modo, la placa de soporte se alarga según el citado reborde perimetral y se dirige en dirección perpendicular externamente. La placa de soporte así obtenida a través de un procedimiento de estampación cumple la función de una placa de soporte convencional y el reborde perimetral actúa como un depósito de gas convencional.
La posición de la placa de soporte con respecto a la carcasa también está garantizada gracias a que el reborde perimetral comprende un pequeño escalonamiento donde encaja el correspondiente extremo de la carcasa.
Además, en este caso la carcasa es ligeramente más larga en sus extremos para contener el citado escalonamiento de los rebordes periféricos de las placas de soportes.
Preferentemente, el diámetro exterior del reborde periférico es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
De esta manera, el cordón de soldadura se dispone enfrentando los rebordes periféricos de la placa de soporte y los extremos del conducto de la línea de recirculación de gases directamente.
También preferentemente, el diámetro interior del reborde periférico es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
En este caso, el cordón de soldadura se dispone en la zona exterior del conducto de la línea de recirculación de gases.
De acuerdo con otra realización de la presente invención, los medios de unión comprenden un reborde periférico integrado en cada placa de soporte, dirigido hacia el interior de la carcasa y rodeando externamente ambos extremos de la misma.
En este caso, para fijar las placas de soporte axialmente, la carcasa comprende una corrugación externa en la zona de contacto con los rebordes periféricos de las placas de soporte.
Preferentemente, el diámetro exterior del reborde periférico es sensiblemente igual al diámetro interior del conducto de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
Por tanto, el cordón de soldadura se dispone en la zona exterior de dichos rebordes periféricos.
Preferiblemente, la unión entre el reborde periférico de los medios de unión y el extremo del conducto de la línea de recirculación de gases se realiza mediante soldadura.
Ventajosamente, el intercambiador comprende medios para la fijación en sentido axial de las placas de soporte a la carcasa.
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 cuatro 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 sección parcial del tramo de salida del intercambiador de calor unido al conducto de recirculación de gases, según una primera realización de la invención;
la figura 2 es una sección parcial del tramo de salida del intercambiador de calor unido al conducto de recirculación de gases, según una segunda realización de la invención;
la figura 3 es una sección parcial del tramo de salida del intercambiador de calor unido al conducto de recirculación de gases, según una tercera realización de la invención; y
la figura 4 es una sección parcial del tramo de salida del intercambiador de calor unido al conducto de recirculación de gases, según una cuarta realización de la invención.
Descripción de realizaciones preferidas
Una primera realización de la invención se muestra en la figura 1.
El intercambiador de calor 1 está constituido por una carcasa 2 que contiene en su interior un haz de tubos paralelos 3, destinados al paso de los gases a enfriar. Dentro de la carcasa 2, exteriormente a los tubos 3, circula un fluido de refrigeración, desde una entrada a una salida (no representadas).
Los gases a enfriar entran al intercambiador 1 desde un conducto de recirculación de gases, cuyo tramo de unión con la entrada de la carcasa 2 se ensancha progresivamente (la zona de entrada de gases no está representada en la figura 1).
Tal como puede apreciarse en la figura 1, los gases salen del intercambiador 1 a través del conducto de recirculación de gases 4, cuyo tramo de unión con la salida de la carcasa se estrecha progresivamente.
La carcasa 2 es cilíndrica y ambos tramos de unión acampanados del conducto de recirculación de gases 4 tienen por tanto forma troncocónica.
El haz de tubos 3 está fijado por sus extremos entre dos placas de soporte 5 acopladas en cada extremo de la carcasa 2, mostrándose en la figura 1 aquella situada en la salida. Cada placa de soporte 5 presenta una pluralidad de orificios para la colocación de los respectivos tubos 3.
La carcasa 2 comprende en cada uno de sus extremos un reborde periférico 6 dirigido hacia el exterior de dicha carcasa 2 y sensiblemente paralelo a su eje axial. Cada reborde periférico 6, que constituye un alargamiento de la carcasa 2 por sus extremos, realiza la función de elemento de unión con el conducto de recirculación de gases 4.
Por otra parte, las placas de soporte 5 están fijadas axialmente en el interior de la carcasa 2. Para ello, cada placa de soporte 5 puede incluir en su periferia una o más acanaladuras susceptibles de acoplarse en sendas protuberancias complementarias dispuestas en el interior de la carcasa 2.
Otra posibilidad (no representada) puede consistir en fijar la posición de las placas de soporte 5 con un procedimiento externo; por ejemplo, la carcasa comprende una corrugación externa en la zona de contacto con las placas de soporte 5.
La unión entre los rebordes periféricos 6 y el conducto de recirculación de gases 4 se realiza mediante soldadura.
En la figura 1 puede observarse que el conducto de recirculación de gases 4 puede tener una mayor dimensión, de modo que el cordón de soldadura se dispone en la superficie exterior de los rebordes periféricos 6. Por tanto, el diámetro exterior del reborde periférico 6 es sensiblemente igual al diámetro interior del conducto de la línea de recirculación de gases 4 en su tramo de conexión.
Otra opción (no representada) consiste en que el cordón de soldadura se dispone enfrentando los rebordes periféricos 6 y los extremos del conducto de recirculación de gases 4. Por tanto, el diámetro exterior del reborde periférico 6 es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto de recirculación de gases 4 en su tramo de conexión.
Una segunda realización de la invención se muestra en la figura 2.
El intercambiador 1 comprende los mismos elementos según las referencias 1 a 5 de la primera realización. La diferencia se encuentra en que cada placa de soporte 5 comprende un reborde periférico 7 dirigido hacia el exterior de la carcasa 2 y sensiblemente paralelo al eje axial de la misma.
La placa de soporte 5 así obtenida a través de un procedimiento de estampación cumple la función de elemento de unión con el conducto de recirculación de gases 4.
En este caso, las placas de soporte 5 también están fijadas axialmente con respecto a la carcasa 2 gracias a que el reborde perimetral 7 comprende un pequeño escalonamiento donde encaja el correspondiente extremo de la carcasa 2.
La unión entre los rebordes periféricos 7 y el conducto de recirculación de gases 4 se realiza mediante soldadura. El cordón de soldadura se dispone enfrentando los rebordes periféricos 7 y los extremos del conducto de recirculación de gases 4. Por tanto, el diámetro exterior del reborde periférico 7 es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto de recirculación de gases 4 en su tramo de conexión.
Una tercera realización de la invención se muestra en la figura 3.
El intercambiador 1 comprende los mismos elementos según las referencias 1 a 5 y 7 de la segunda realización. La diferencia se encuentra en que en este caso el conducto de recirculación de gases 4 tiene una dimensión ligeramente menor, de modo que el cordón de soldadura se dispone en la superficie exterior del conducto de recirculación de gases 4. Por tanto, el diámetro interior del reborde periférico 7 es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto de recirculación de gases 4 en su tramo de conexión.
Una cuarta realización de la invención se muestra en la figura 4.
El intercambiador 1 comprende los mismos elementos según las referencias 1 a 5 y 7 de la segunda y tercera realización. La diferencia se encuentra en que en este caso cada placa de soporte 5 comprende un reborde periférico 7 dirigido hacia el interior de la carcasa y rodeando externamente ambos extremos de la misma.
En este caso, las placas de soporte 5 también están fijadas axialmente con respecto a la carcasa 2 gracias a que dicha carcasa 2 comprende una corrugación externa en la zona de contacto con el reborde perimetral 7 de las placas de soporte 5.
El cordón de soldadura se dispone en la superficie exterior de los rebordes periféricos 7. Por tanto, el diámetro exterior del reborde periférico 7 es sensiblemente igual al diámetro interior del conducto de recirculación de gases 4 en su tramo de conexión.
Por tanto, los medios de unión para conectar el intercambiador al conducto de recirculación de gases están integrados en una sola pieza bien con la carcasa, como se ha descrito en la primera realización, o bien con las placas de soporte, como se ha descrito en la segunda, tercera o cuarta realización.
Por otra parte, dichos medios de unión podrían estar integrados en una sola pieza con el conducto de recirculación de gases.
En consecuencia, no es necesaria la utilización de depósitos de gas con sus respectivas conexiones para unir el intercambiador al conducto de recirculación de gases, como ocurre con los intercambiadores conocidos, por lo que se obtiene una reducción del número de componentes, así como una reducción de costes y una simplificación del proceso de ensamblado.
Asimismo, en cualquiera de las realizaciones descritas, el diseño de entrada y salida de gases a través del haz de tubos deber estar optimizado para asegurar una correcta distribución del flujo de gases.

Claims (11)

1. Intercambiador de calor (1) para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende una pluralidad de conductos paralelos (3) dispuestos en el interior de una carcasa (2), por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, estando dichos conductos (3) acoplados entre dos placas de soporte (5) fijadas en ambos extremos de dicha carcasa (2), y medios de unión (6,7) a un conducto (4) de la línea de recirculación de gases, caracterizado por el hecho de que dichos medios de unión (6,7) al conducto (4) de la línea de recirculación de gases están integrados en una sola pieza con la carcasa (2) o con las placas de soporte (5).
2. Intercambiador (1), según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios de unión comprenden un reborde periférico (6) integrado en cada extremo de la carcasa (2), dirigido hacia el exterior de dicha carcasa (2) y sensiblemente paralelo a su eje axial.
3. Intercambiador (1), según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el diámetro exterior del reborde periférico (6) es sensiblemente igual al diámetro interior del conducto (4) de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
4. Intercambiador (1), según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el diámetro exterior del reborde periférico (6) es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto (4) de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
5. Intercambiador (1), según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios de unión comprenden un reborde periférico (7) integrado en cada placa de soporte (5), dirigido hacia el exterior de la carcasa (2) y sensiblemente paralelo al eje axial de la misma.
6. Intercambiador (1), según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que el diámetro exterior del reborde periférico (7) es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto (4) de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
7. Intercambiador (1), según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que el diámetro interior del reborde periférico (7) es sensiblemente igual al diámetro exterior del conducto (4) de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
8. Intercambiador (1), según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios de unión comprenden un reborde periférico (7) integrado en cada placa de soporte (5), dirigido hacia el interior de la carcasa (2) y rodeando externamente ambos extremos de la misma.
9. Intercambiador (1), según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el diámetro exterior del reborde periférico (7) es sensiblemente igual al diámetro interior del conducto (4) de la línea de recirculación de gases en su tramo de conexión.
10. Intercambiador (1), según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que la unión entre el reborde periférico (6,7) de los medios de unión y el extremo del conducto (4) de la línea de recirculación de gases se realiza mediante soldadura.
11. Intercambiador (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende medios para la fijación en sentido axial de las placas de soporte (5) a la carcasa (2).
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