ES2260971B1 - Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor. - Google Patents
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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).
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.
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.
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.
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.
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.
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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