ES2296514B1 - HEAT EXCHANGER FOR GASES, ESPECIALLY OF EXHAUST GASES OF AN ENGINE. - 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 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 (1 a 1d) a un conducto de la línea de recirculación de gases. Se caracteriza por el hecho de que dichos medios de unión comprenden un reborde periférico (1 a 1d) integrado en una sola pieza con una placa de soporte (3) o un tramo tubular (2, 2a), estando dicha pieza fabricada mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada. Se obtiene una reducción de los costes de producción, así como una mejorada integración de los elementos de conexión entre el haz de tubos y la línea de recirculación de gases.Heat exchanger for gases, especially the exhaust gases of an engine. It comprises a plurality of parallel ducts arranged inside a housing, through which the gases to be cooled circulate by thermal exchange with a cooling fluid, said ducts being coupled between two support plates fixed at both ends of said housing, and means of union (1 to 1d) to a conduit of the gas recirculation line. It is characterized by the fact that said joining means comprise a peripheral flange (1 to 1d) integrated in a single piece with a support plate (3) or a tubular section (2, 2a), said part being manufactured by a process Stamping from thin sheet. A reduction of production costs is obtained, as well as an improved integration of the connection elements between the tube bundle and the gas recirculation line.
Description
Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor.Heat exchanger for gases, especially of the exhaust gases of an engine.
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor.The present invention relates to a heat exchanger for gases, especially gases from engine exhaust
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).The invention is especially applied in Exhaust gas recirculation exchangers of an engine (EGRC), as well as in exhaust gas exchangers for thermal regulation of the exhaust line (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.In some heat exchangers for the gas cooling, for example those used in recirculation of the exhaust gases towards the intake of an engine of explosion, the two means that exchange heat are separated by a wall
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.More particularly, gases circulate through a series of pipes or parallel ducts arranged inside a housing, and are cooled by heat exchange with a fluid of cooling that is circulated externally to the ducts of passage of gases.
Algunos intercambiadores de calor también utilizan un conducto en derivación adecuado para hacer circular los gases de escape sin que sufran un enfriamiento sustancial. El conducto en derivación, que se puede denominar simplemente "by-pass", permite minimizar el enfriamiento de los gases de escape en algunas situaciones de funcionamiento del motor, por ejemplo arranque en frío, en que su temperatura no es elevada y su enfriamiento sería perjudicial para la emisión de contaminantes.Some heat exchangers too use a suitable bypass conduit to circulate the exhaust gases without suffering substantial cooling. He bypass duct, which can simply be called "by-pass", minimizes the cooling of exhaust gases in some operating situations of the engine, for example cold start, in which its temperature is not high and its cooling would be detrimental to the emission of pollutants
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, y proporcionan una unión entre los tubos y la carcasa.The tubes are fixed at their ends between two support plates attached at each end of the housing. Both support plates have a plurality of holes for the placement of the respective tubes, and provide a joint between the tubes and the housing.
La carcasa está unida a los conductos de la línea de recirculación mediante unos medios de conexión que pueden consistir en una conexión en V o bien en un reborde periférico de conexión o brida, dependiendo del diseño de la línea de recirculación donde está ensamblado el intercambiador.The housing is connected to the ducts of the recirculation line through connection means that can consist of a V connection or a peripheral flange of connection or flange, depending on the design of the line recirculation where the exchanger is assembled.
En el caso en que se utilice un reborde periférico de conexión o brida, son posibles dos diseños diferentes. El reborde periférico puede estar ensamblado junto con un depósito de gas, de manera que el depósito de gas es una pieza intermedia entre la carcasa y el reborde. Además, el reborde también puede estar ensamblado directamente a la carcasa. Este último diseño corresponde frecuentemente a los casos donde el intercambiador está unido directamente a una válvula EGR.In the case where a flange is used connection peripheral or flange, two different designs are possible. The peripheral flange can be assembled together with a tank of gas, so that the gas tank is an intermediate piece between the housing and the flange. In addition, the flange can also be assembled directly to the housing. This last design corresponds frequently to cases where the exchanger is attached directly to an EGR valve.
En los casos en que el reborde periférico esté directamente ensamblado al haz de tubos, este componente es una pieza de gran tamaño con un grosor estandarizado de 8 mm, y presenta una zona rugosa fabricada mediante estampación, forjado, fundición, microfusión o sinterizado, y las dimensiones definitivas son obtenidas mediante mecanizado. Estas dimensiones son especialmente importantes en la sección interior ya que la forma de esta superficie cumple la función de ensamblaje a la carcasa por fricción. Además, el área plana para el ensamblado a la línea de recirculación de gas debe ser también mecanizado.In cases where the peripheral flange is directly assembled to the tube bundle, this component is a large piece with a standardized thickness of 8 mm, and presents a rough area made by stamping, forging, casting, microfusion or sintering, and the final dimensions are obtained by machining. These dimensions are especially important in the inner section since the shape of this surface fulfills the function of assembly to the housing by friction. In addition, the flat area for assembly to the line of Gas recirculation must also be mechanized.
El procedimiento de ensamblaje estándar se lleva a cabo con componentes estandarizados y con las siguientes características geométricas:The standard assembly procedure is carried carried out with standardized components and with the following geometric features:
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- Las placas de soporte están dispuestas en ambos extremos de la carcasa, y tienen la misma dimensión exterior que ésta, por lo que dichas placas son exteriores a la carcasa. Además, las placas recogen todos los tubos a través de unos orificios adecuados.The support plates are arranged at both ends of the housing, and have the same external dimension as this one, so that plates are exterior to the housing. In addition, the plates collect all the tubes through suitable holes.
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- Las placas de soporte quedan fijadas al haz de tubos una vez los tubos han sido abocardados en sus extremos. Sin embargo, dichas placas por si mismas no mantienen una posición fija con respecto a la carcasa.The support plates are fixed to the tube bundle once the tubes They have been flared at their ends. However, said plates by themselves they do not maintain a fixed position with respect to the Case.
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- La posición correcta del haz de tubos y de la carcasa se obtiene mediante el ensamblado del depósito de gas o del reborde periférico de conexión, fijándose así en posición radial y axial.The correct position of the tube bundle and the housing is obtained by assembling the gas tank or peripheral flange of connection, thus fixing in radial and axial position.
La solicitud de patente española nº 200301449, todavía no publicada, del mismo titular que la presente invención, describe un intercambiador de calor cuyos 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.Spanish patent application No. 200301449, not yet published, of the same owner as the present invention, describes a heat exchanger whose means of attachment to Gas recirculation line duct are integrated into One piece with the housing or with the support plates.
No obstante, los citados sistemas de unión entre la carcasa con el haz de tubos y la línea de recirculación de gases presentan una serie de inconvenientes:However, the aforementioned joining systems between the housing with the tube bundle and the gas recirculation line they present a series of disadvantages:
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- El proceso de mecanización requerido para el reborde periférico junto con la gran cantidad de material necesario para su fabricación implica que esta pieza tenga un elevado coste con un importante impacto en el coste total del intercambiador.He machining process required for peripheral flange together with the large amount of material necessary for its manufacture It implies that this piece has a high cost with an important impact on the total cost of the exchanger.
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- No existen componentes en el haz de tubos que puedan proporcionar un ensamblaje con la línea de recirculación de gases. Cada componente necesario requiere un proceso de ensamblaje y la aplicación de pasta de soldadura en horno.Do not there are components in the tube bundle that can provide a assembly with the gas recirculation line. Each component necessary requires an assembly process and paste application Oven welding.
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- El haz de tubos por si mismo no garantiza una posición fija, ya que la placa de soporte no fija el haz de tubos a la carcasa. Por lo tanto, son necesarios unos componentes para la correspondiente conexión con la línea de recirculación de gases, es decir, es necesario utilizar un depósito de gas o un reborde periférico de conexión.The beam of tubes by itself does not guarantee a fixed position, since the Support plate does not fix the tube bundle to the housing. For the therefore, some components are necessary for the corresponding connection with the gas recirculation line, that is, it is it is necessary to use a gas tank or peripheral flange of Connection.
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 de los costes de producción, así como una mejorada integración de los elementos de conexión entre el haz de tubos y la línea de recirculación de gases.The purpose of the heat exchanger for gases, especially the exhaust gases of an engine of the present invention is to solve the drawbacks of exchangers known in the art, providing a reduction of production costs, as well as an improved integration of the connection elements between the tube bundle and the gas recirculation line.
El intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, objeto de la presente invención, es 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 la línea de recirculación de gases, y se caracteriza por el hecho de que dichos medios de unión comprenden un reborde periférico integrado en una sola pieza con una placa de soporte o un tramo tubular, estando dicha pieza fabricada mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada.The heat exchanger for gases, in special exhaust gas of an engine, object of the present invention, is of the type comprising a plurality of ducts parallel arranged inside a housing, by which the gases to be cooled circulate by thermal exchange with a fluid of cooling, said ducts being coupled between two support plates fixed at both ends of said housing, and means for joining a duct of the gas recirculation line, and is characterized by the fact that said joining means they comprise a peripheral flange integrated in one piece with a support plate or a tubular section, said part being manufactured by means of a stamping process from thin sheet.
De este modo, es posible sustituir por un lado, la placa de soporte o el depósito de gas y, por otro lado, el reborde periférico por una única pieza producida por estampación. Este componente está fabricado mediante estampación a partir de chapa delgada mientras que los rebordes periféricos conocidos en el estado de la técnica son fabricados mediante estampación, fundición y/o mecanizado a partir de chapa de grosor superior a 4 mm.In this way, it is possible to replace on the one hand, the support plate or the gas tank and, on the other hand, the peripheral flange by a single piece produced by stamping. This component is manufactured by stamping from thin sheet while the peripheral flanges known in the State of the art are manufactured by stamping, casting and / or machined from sheet thickness greater than 4 mm.
Asimismo, la integración del reborde periférico con la placa de soporte o con el depósito de gas conlleva a una reducción de componentes, lo que se traduce en una reducción del coste de fabricación del intercambiador, ya que principalmente el reborde periférico representa un importante impacto en el coste total de fabricación. Esta integración de componentes también implica una reducción del peso.Also, the integration of the peripheral flange with the support plate or with the gas tank leads to a component reduction, which translates into a reduction in manufacturing cost of the exchanger, since mainly the peripheral flange represents a significant cost impact Total manufacturing This component integration too It implies a reduction in weight.
Preferentemente, la chapa delgada presenta un grosor inferior o igual a 3 mm.Preferably, the thin sheet has a thickness less than or equal to 3 mm.
Según otra realización de la presente invención, el reborde periférico incluye un tramo tubular dirigido hacia el interior de la carcasa.According to another embodiment of the present invention, the peripheral flange includes a tubular section directed towards the inside of the housing.
Preferentemente, dicho tramo tubular presenta una pequeña longitud destinada a su ensamblaje con la carcasa; o bien dicho tramo tubular presenta una longitud apropiada para distribuir el flujo de gases a modo de depósito de gas, cuyo extremo final está previsto para ser ensamblado a la carcasa.Preferably, said tubular section has a small length intended for assembly with the housing; or well said tubular section has an appropriate length for distribute the gas flow as a gas tank, whose Final end is intended to be assembled to the housing.
En este caso, se obtiene una pieza que realiza las funciones de reborde periférico y depósito de gas integrados en una única pieza.In this case, you get a piece that performs the functions of peripheral flange and gas tank integrated in One piece
El reborde periférico es utilizado en este caso sin placas de soporte, por lo que únicamente se modifica el reborde periférico y, por tanto, la pieza es mucho más fácil de fabricar. Dependiendo de la longitud del tramo tubular, la pieza obtenida puede cubrir la función de depósito de gas, o bien cubrir únicamente la función de reborde periférico.The peripheral flange is used in this case without support plates, so only the flange is modified peripheral and, therefore, the piece is much easier to manufacture. Depending on the length of the tubular section, the piece obtained It can cover the function of gas tank, or cover only Peripheral flange function.
Según una realización de la presente invención, el reborde periférico incluye una zona central provista de una pluralidad de orificios destinados a soportar los tubos de gas, actuando a modo de placa de soporte, y una hendidura periférica que rodea dicha zona central prevista para el ensamblaje con un extremo de la carcasa mediante ajuste mecánico.According to an embodiment of the present invention, the peripheral flange includes a central area provided with a plurality of holes intended to support the gas pipes, acting as a support plate, and a peripheral groove that surrounding said central area intended for assembly with one end of the housing by mechanical adjustment.
En este caso, se obtiene una pieza que realiza las funciones de reborde periférico y placa de soporte integrados en una única pieza.In this case, you get a piece that performs Peripheral flange and support plate functions integrated in One piece
Tal como se ha mencionado anteriormente, el ensamblaje del reborde periférico al haz de tubos se efectúa mediante un ajuste mecánico. Esto implica que no se requiera un mecanizado para conseguir un ensamblaje apropiado. Además, las incidencias de calidad se reducen ya que la reducción de componentes implica una reducción de los puntos de soldadura que son la causa principal de posibles fugas de gas.As mentioned above, the assembly of the peripheral flange to the tube bundle is carried out by mechanical adjustment. This implies that a machined to achieve proper assembly. In addition, the quality incidents are reduced since the reduction of components it implies a reduction of the welding points that are the cause Main possible gas leaks.
Ventajosamente, entre el reborde periférico y el conducto de la línea de recirculación se prevé la colocación de un depósito de gas.Advantageously, between the peripheral flange and the duct of the recirculation line is expected to place a gas tank
En cualquiera de las realizaciones mencionadas, ventajosamente, el reborde periférico además incluye una zona perimetral provista de orificios destinados a la colocación de elementos de tornillería para su fijación con la carcasa y con el conducto de la línea de recirculación de gases.In any of the aforementioned embodiments, advantageously, the peripheral flange also includes a zone perimeter provided with holes for the placement of fasteners for fixing with the housing and with the duct of the gas recirculation line.
Esta configuración es usada en los casos donde la unión con la línea de recirculación de gases se realiza mediante tornillería.This configuration is used in cases where the union with the gas recirculation line is done by screws.
Opcionalmente, el reborde periférico incluye un orificio destinado a recibir a su través un conducto de by-pass del intercambiador.Optionally, the peripheral flange includes a hole intended to receive through it a conduit of exchanger bypass.
Esta configuración es usada en los casos en que el intercambiador incluye un conducto by-pass, por lo que el reborde periférico también puede ser usado para sujetar dicho conducto by-pass.This setting is used in cases where The exchanger includes a by-pass duct, for what the peripheral flange can also be used to hold said bypass duct.
Adicionalmente, el reborde periférico incluye un orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con una válvula de by-pass.Additionally, the peripheral flange includes a orifice intended to provide assembly with a valve by-pass
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 unos 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:In order to facilitate the description of how much It has been exposed above are attached some drawings in which, schematically and only by way of non-limiting example, they represent some practical cases of realizations of heat exchanger for gases, especially gases from exhaust of an engine of the invention, in which:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con un tramo tubular de escasa longitud, según una primera realización de la invención;Figure 1 is a perspective view of a integrated peripheral flange with a sparse tubular section length, according to a first embodiment of the invention;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con un tramo tubular a modo de depósito de gas, según una segunda realización de la invención;Figure 2 is a perspective view of a integrated peripheral flange with a tubular section as a gas tank, according to a second embodiment of the invention;
la figura 3 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con una placa de soporte, según una tercera realización de la invención;Figure 3 is a perspective view of a peripheral flange integrated with a support plate, according to a third embodiment of the invention;
la figura 4 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con una placa de soporte según la figura 3, estando además provisto de orificios para la tornillería; yFigure 4 is a perspective view of a integrated peripheral flange with a support plate according to the Figure 3, being further provided with holes for the screws; Y
la figura 5 es una vista en perspectiva de un reborde periférico integrado con una placa de soporte, y provisto de un orificio destinado a sujetar un conducto by-pass, según una cuarta realización de la invención.Figure 5 is a perspective view of a peripheral flange integrated with a support plate, and provided of a hole intended to hold a conduit by-pass, according to a fourth embodiment of the invention.
El intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, comprende una pluralidad de tubos paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración. Dichos tubos están acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos extremos de dicha carcasa.The heat exchanger for gases, in special exhaust of an engine, includes a plurality of parallel tubes arranged inside a housing, through which the gases to be cooled circulate through thermal exchange with a cooling fluid. Such tubes are coupled between two support plates fixed on both ends of said housing.
Asimismo, el intercambiador comprende un reborde periférico que permite su unión con un conducto de la línea de recirculación de gases. Dicho reborde periférico está integrado en una sola pieza con un tramo tubular o una placa de soporte, tal como se describirá en adelante. Además, dicho reborde periférico está fabricado mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada de grosor menor o igual a 3 mm.Also, the exchanger comprises a flange peripheral that allows its union with a duct of the line of gas recirculation Said peripheral flange is integrated in a single piece with a tubular section or a support plate, such as will be described hereafter. In addition, said peripheral flange It is manufactured by a stamping process from sheet metal thin with a thickness less than or equal to 3 mm.
Según una primera realización de la invención, tal como se puede observar en la figura 1, el reborde periférico 1 incluye un tramo tubular 2 dirigido hacia el interior de la carcasa que presenta una pequeña longitud destinada a su ensamblaje directamente con la carcasa. Dicha longitud es únicamente escogida para este ensamblaje, sin modificar los patrones del flujo de gas.According to a first embodiment of the invention, as can be seen in figure 1, the peripheral flange 1 includes a tubular section 2 directed towards the inside of the housing which has a small length intended for assembly directly with the housing. This length is only chosen for this assembly, without modifying the flow patterns of gas.
El reborde periférico 1 también incluye una zona perimetral 4 provista de orificios 5 destinados a la colocación de elementos de tornillería para su fijación con el conducto de la línea de recirculación de gases.The peripheral flange 1 also includes a zone perimeter 4 provided with holes 5 intended for the placement of fasteners for fixing with the conduit of the gas recirculation line.
Según una segunda realización de la invención, tal como puede apreciarse en la figura 2, el reborde periférico 1a comprende los mismos elementos que el reborde 1 descrito en la primera realización, con la diferencia de que el tramo tubular 2a presenta una longitud mayor. En este caso, este ensamblado está realizado con una longitud definida, y el resto de esta longitud actúa como depósito de gas, ya que permite una mejora en la distribución de los gases. La forma de la longitud asociada al depósito de gas 2a puede variar en función del diseño.According to a second embodiment of the invention, as can be seen in figure 2, the peripheral flange 1a it comprises the same elements as the flange 1 described in the first embodiment, with the difference that the tubular section 2a It has a longer length. In this case, this assembly is made with a defined length, and the rest of this length acts as a gas tank, since it allows an improvement in the gas distribution. The shape of the length associated with the 2nd gas tank may vary depending on the design.
Según una tercera realización de la invención, tal como se puede apreciar en las figuras 3 y 4, el reborde periférico 1b (ver figura 3) incluye una zona central 3 provista de una pluralidad de orificios 6 destinados a soportar el haz de tubos de gas, por lo que cumple la función de placa de soporte. También incluye una hendidura periférica 7 que rodea dicha zona central 3 prevista para el ensamblaje con un extremo de la carcasa mediante ajuste mecánico.According to a third embodiment of the invention, as can be seen in figures 3 and 4, the flange peripheral 1b (see figure 3) includes a central zone 3 provided with a plurality of holes 6 intended to support the tube bundle of gas, so it serves as a support plate. Too includes a peripheral groove 7 surrounding said central area 3 intended for assembly with one end of the housing by mechanical adjustment.
Además, si se desea es posible acoplar un depósito de gas entre el reborde periférico 1b y el conducto de la línea de recirculación.In addition, if desired it is possible to attach a gas tank between the peripheral flange 1b and the conduit of the recirculation line
Haciendo referencia a la figura 4, el reborde periférico 1c incluye los mismos elementos que el reborde 1b y también incluye una zona perimetral 4 provista de orificios 5 destinados a la colocación de elementos de tornillería para su fijación con la carcasa y con el conducto de la línea de recirculación de gases.Referring to Figure 4, the flange peripheral 1c includes the same elements as flange 1b and it also includes a perimeter zone 4 provided with holes 5 intended for the placement of fasteners for its fixing with the housing and with the line duct gas recirculation
Según una cuarta realización de la invención, tal como se puede observar en la figura 5, el reborde periférico 1d comprende los mismos elementos que el reborde 1b descrito en la tercera realización, con la diferencia de que además incluye un orificio 8 destinado a recibir a su través un conducto de by-pass del intercambiador. Dicho orificio 8 proporciona un soporte longitudinal y un guiado para el conducto by-pass. En este caso, esta pieza 1d incluye las funciones de placa de soporte 2 para los tubos de gas, y además une la carcasa y el conducto by-pass.According to a fourth embodiment of the invention, as can be seen in figure 5, the peripheral flange 1d it comprises the same elements as the flange 1b described in the third embodiment, with the difference that it also includes a hole 8 intended to receive through it a conduit of exchanger bypass. Said hole 8 provides a longitudinal support and guidance for the duct by-pass In this case, this 1d piece includes the Support plate functions 2 for gas pipes, and also joins the housing and the by-pass duct.
Opcionalmente, el reborde perimetral 1d puede incluir un orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con una válvula de by-pass.Optionally, the 1d perimeter flange can include a hole intended to provide assembly with a bypass valve
Cabe destacar que dicho orificio para la colocación del conducto by-pass puede realizarse en cualquiera de las realizaciones descritas.It should be noted that said hole for By-pass duct placement can be done in any of the described embodiments.
La integración de componentes del reborde periférico de la invención permite por tanto una reducción de los costes de producción, así como una reducción del peso.Integration of flange components peripheral of the invention thus allows a reduction of the production costs, as well as a reduction in weight.
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