ES2324071B1 - Intercambiador de calor para gases, y su correspondiente procedimiento de fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor para gases, y su
correspondiente procedimiento de fabricación.
Comprende un circuito (3) destinado a la
circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de
refrigeración, dispuesto en el interior de una carcasa (2) de
plástico, y una placa o brida de soporte metálica (9) acoplada a al
menos uno de los extremos de dicho circuito (3). Se caracteriza por
el hecho de que comprende un inserto metálico (11) sobremoldeado en
al menos un extremo (8) de la careas a de plástico (2), estando la
placa o brida de soporte metálica (9) soldada con láser sobre dicho
inserto metálico (11).
Se obtiene un procedimiento de fabricación
simplificado, reduciéndose el coste de producción y el número de
componentes utilizados.
Description
Intercambiador de calor para gases, y su
correspondiente procedimiento de fabricación.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor para gases, y a su correspondiente
procedimiento de fabricación.
La invención se aplica especialmente en
intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor
(EGRC).
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.
El intercambiador de calor propiamente dicho
puede tener distintas configuraciones: por ejemplo, puede consistir
en una carcasa tubular en cuyo interior se disponen una serie de
conductos paralelos para el paso de los gases, circulando el
refrigerante por la carcasa, exteriormente a los conductos; en otra
realización, el intercambiador consta de una serie de placas
paralelas que constituyen las superficies de intercambio de calor,
de manera que los gases de escape y el refrigerante circulan entre
dos placas, en capas alternadas.
En el caso de intercambiadores de calor de haz
de conductos, la unión entre los conductos y la carcasa puede ser
de diferentes tipos. Generalmente, los conductos están fijados por
sus extremos entre dos placas de soporte acopladas en cada extremo
de la carcasa, presentando ambas placas de soporte una pluralidad
de orificios para la colocación de los respectivos conductos.
Dichas placas de soporte están fijadas a su vez a unos medios de
conexión con la línea de recirculación.
Dichos medios de conexión 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. En algunos casos, la placa de
soporte está integrada en una única pieza con los medios de
conexión formando una única brida de conexión.
En la actualidad, los intercambiadores de calor
EGR son metálicos, generalmente fabricados de acero inoxidable.
Tanto los intercambiadores de haz de conductos como los de placas
apiladas, presentan todos sus componentes metálicos, de modo que
están ensamblados mediante medios mecánicos y luego soldados para
asegurar un nivel de estanqueidad requerido para esta
aplicación.
Una acción para reducir el coste del
intercambiador de calor EGR es sustituir la carcasa de acero
inoxidable por otro material, tanto si este material tiene un coste
bajo como si permite integrar otras funciones, tales como la
integración de los conductos del fluido refrigerante o de los
soportes de sujeción a una superficie donde será fijado el
intercambiador.
Existen intercambiadores de calor EGR de haz de
conductos, cuya carcasa está fabricada de aluminio, en lugar de
acero inoxidable. En este caso, debido a que el intercambiador en
su totalidad no puede ser soldado al horno de manera inmediata, se
prevé un ensamblaje mecánico entre la carcasa y otros componentes,
tales como un depósito de gas, unas placas de soporte o unos
rebordes de soporte.
El modelo de utilidad DE 20316688 U se refiere a
un intercambiador de calor de haz de conductos que comprende una
carcasa de material plástico. Las carcasas de plástico tienen la
ventaja de que se reduce el coste de producción ya que permite
integrar los conductos del circuito del fluido refrigerante y los
soportes de fijación.
En este caso, el haz de conductos está unido en
al menos uno de sus extremos a una brida de conexión metálica que
integra la placa de soporte. Además, entre el correspondiente
extremo de la carcasa y la brida de conexión metálica se prevé la
colocación de una junta de plástico para garantizar el nivel de
estanqueidad. Para llevar a cabo la unión entre la brida de
conexión metálica y la carcasa de plástico es necesario un
ensamblaje mecánico.
Por tanto, el procedimiento de fabricación
consiste en fijar el haz de conductos a la brida de conexión
metálica, colocar la junta de estanqueidad de plástico, e
introducir el haz de conductos paralelos dentro de la carcasa de
plástico, de modo que la junta de estanqueidad queda alojada entre
la carcasa y la brida de conexión. Finalmente, proceder a ensamblar
mecánicamente la brida de conexión metálica y la carcasa de
plástico. El conjunto así ensamblado queda preparado para ser
acoplado a la línea de recirculación a través de la brida de
conexión.
El proceso más común para efectuar el ensamblaje
mecánico puede consistir en el doblado de la brida de conexión
contra la carcasa. Para ello, dicha brida de conexión metálica está
provista de unas pestañas destinadas a ser dobladas y fijadas
contra el contorno de la carcasa de plástico. Además, se deberá
asegurar la fuerza de compresión de la junta de estanqueidad de
plástico.
El objetivo del intercambiador de calor para
gases 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 de fabricación.
El intercambiador de calor para gases, objeto de
la presente invención es del tipo que comprende un circuito
destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor
con un fluido de refrigeración, dispuesto en el interior de una
carcasa de plástico, y una placa o brida de soporte metálica
acoplada a al menos uno de los extremos de dicho circuito, y se
caracteriza por el hecho de que comprende un inserto metálico
sobremoldeado en al menos un extremo de la carcasa de plástico,
estando la placa o brida de soporte metálica soldada con láser
sobre dicho inserto metálico.
De este modo, se consigue eliminar la brida de
conexión metálica integrada con la correspondiente placa o brida de
soporte, así como la junta de estanquidad de plástico dispuesta
entre la carcasa de plástico y el circuito de gases, como ocurría
en el estado de la técnica. Por tanto, se obtiene un procedimiento
de fabricación simplificado, reduciéndose el coste de producción y
el número de componentes utilizados.
Además, al eliminar las juntas de estanquidad de
plástico utilizadas en el estado de la técnica, se asegura la
fiabilidad del producto ya que las juntas de plástico dificultan el
ensamblaje y también presentan problemas de durabilidad.
Por otra parte, la adecuada selección de la
geometría y distancias entre los componentes metálicos, es decir,
entre el inserto metálico y la correspondiente placa o brida de
soporte metálica, permite llevar a cabo la soldadura con láser
entre ambos sin riesgo de dañar la carcasa de plástico. Esto es
posible gracias a la tecnología láser, donde el calentamiento
asociado con la soldadura es mucho más localizado.
Ventajosamente, la carcasa comprende en al menos
uno de sus extremos un reborde periférico dirigido hacia el
exterior de dicha carcasa y sensiblemente perpendicular a su eje
axial, destinado a ser unido con los correspondientes medios de
unión con el conducto de recirculación de gases.
Preferentemente, el inserto metálico está
sobremoldeado sobre dicho reborde periférico de la carcasa.
Ventajosamente, la placa o brida de soporte
metálica además incluye un reborde periférico susceptible de ser
apoyado parcialmente sobre el inserto metálico.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el
procedimiento de fabricación aplicado al intercambiador de calor de
la invención, se caracteriza por el hecho de que consiste en
realizar las siguientes etapas:
- a)
- obtener el circuito destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración;
- b)
- acoplar la placa o brida de soporte metálica a al menos uno de los extremos de dicho circuito;
- c)
- obtener una carcasa de plástico destinada a alojar el circuito;
- d)
- sobremoldear en al menos un extremo de la carcasa un inserto metálico;
- e)
- introducir el circuito dentro de la carcasa de plástico, hasta que un reborde periférico de la placa o brida de soporte quede apoyado sobre el inserto metálico; y
- f)
- aplicar soldadura con láser entre el inserto metálico y el reborde periférico de la placa o brida de soporte para proporcionar la estanqueidad requerida.
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
representa un caso práctico de realización del intercambiador de
calor para gases de la invención, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva y en
explosión de un intercambiador de calor para gases de la invención;
y
la figura 2 es una vista en perspectiva del
intercambiador montado de la figura 1.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el
intercambiador de calor 1 está constituido por una carcasa 2 de
plástico que contiene en su interior un haz de conductos paralelos
3, destinados al paso de los gases a enfriar. Dentro de la carcasa
2, exteriormente a los conductos 3, circula un fluido de
refrigeración, desde una entrada 4 a una salida 5.
En este ejemplo, la carcasa 2 es de sección
sensiblemente rectangular y se encuentra cerrada por uno de sus
extremos, para alojar en su interior el haz de conductos 3 que, en
este caso es del tipo en forma de "U", es decir la entrada 6 y
salida 7 de dichos conductos 3 están dispuestas en un mismo lado en
el extremo libre 8 de la carcasa 2.
El extremo del haz de conductos 3 está fijado a
una placa de soporte 9. Dicha placa de soporte 9 presenta una
pluralidad de orificios 10 para la colocación de los respectivos
conductos 3.
La carcasa 2 comprende en su extremo libre 8 un
reborde periférico 2a dirigido hacia el exterior de dicha carcasa 2
y sensiblemente perpendicular a su eje axial. Dicho reborde
periférico 2a está destinado a ser unido con los correspondientes
medios de unión con el conducto de recirculación de gases (no
representados).
El intercambiador de calor 1 también comprende
un inserto metálico 11 sobremoldeado en el extremo abierto 8 de la
carcasa de plástico 2; en particular, sobre dicho reborde
periférico 2a de la carcasa 2.
La placa de soporte metálica 9 también comprende
un reborde periférico 9a susceptible de ser apoyado parcialmente
sobre el inserto metálico 11, y posteriormente soldado con
láser.
El procedimiento de fabricación del
intercambiador de calor para gases, de la invención consiste
en:
En primer lugar, se obtiene el haz de conductos
paralelos 3, en este caso en forma de "U", por los cuales
circularán los gases a enfriar por intercambio térmico con un
fluido de refrigeración.
En siguiente lugar, se procede a acoplar los
extremos del haz de conductos 3 en forma de "U" con la placa
de soporte metálica 9.
A continuación, se obtiene la carcasa de
plástico 2, sobremoldeando a la vez el inserto metálico 11 sobre el
reborde periférico 2a de la carcasa 2.
Seguidamente, se introduce del haz de conductos
paralelos 3 dentro de la carcasa de plástico 2, hasta que el
reborde periférico 9a de la placa de soporte 9 quede apoyado sobre
el inserto metálico 11.
Finalmente, se procede a aplicar soldadura con
láser entre el inserto metálico 11 y el reborde periférico 9a de la
placa de soporte 9 para proporcionar la estanqueidad requerida.
El conjunto montado hasta el momento queda
preparado para ser acoplado a la línea de recirculación de
gases.
De este modo, se obtiene una reducción del
número de componentes, así como una reducción de costes de
fabricación del intercambiador de calor.
Aunque en esta realización se ha descrito un
intercambiador de haz de tubos paralelos, la invención también
puede aplicarse a intercambiadores de placas apiladas. Asimismo, en
ambos casos, el circuito de gases puede ser del tipo en forma de
"U" (la entrada y salida de gases dispuestas en un mismo
extremo) o bien puede ser de tipo lineal (la entrada y salida de
gases dispuestas en extremos opuestos).
Claims (5)
1. Intercambiador de calor (1) para gases, que
comprende un circuito (3) destinado a la circulación de los gases
con intercambio de calor con un fluido de refrigeración, dispuesto
en el interior de una carcasa (2) de plástico, y una placa o brida
de soporte metálica (9) acoplada a al menos uno de los extremos de
dicho circuito (3), caracterizado por el hecho de que
comprende un inserto metálico (11) sobremoldeado en al menos un
extremo (8) de la carcasa de plástico (2), estando la placa o
brida de soporte metálica (9) soldada con láser sobre dicho inserto
metálico (11).
2. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que la carcasa (2)
comprende en al menos uno de sus extremos (8) un reborde periférico
(2a) dirigido hacia el exterior de dicha carcasa (2) y
sensiblemente perpendicular a su eje axial, destinado a ser unido
con los correspondientes medios de unión con el conducto de
recirculación de gases.
3. Intercambiador (1), según la reivindicación
2, caracterizado por el hecho de que el inserto metálico
(11) está sobremoldeado sobre dicho reborde periférico (2a) de la
carcasa (2).
4. Intercambiador, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la placa o brida de soporte metálica (9) además incluye un
reborde periférico (9a) susceptible de ser apoyado parcialmente
sobre el inserto metálico (11).
5. Procedimiento de fabricación aplicado al
intercambiador de calor de la invención, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que consiste en realizar las siguientes etapas:
- a)
- obtener el circuito (3) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración;
- b)
- acoplar la placa o brida de soporte metálica (9) a al menos uno de los extremos de dicho circuito (3);
- c)
- obtener una carcasa de plástico (2) destinada a alojar el circuito (3);
- d)
- sobremoldear en al menos un extremo (8) de la carcasa (2) un inserto metálico (11);
- e)
- introducir el circuito (3) dentro de la carcasa de plástico (2), hasta que un reborde periférico (9a) de la placa o brida de soporte (9) quede apoyado sobre el inserto metálico (11) ; y
- f)
- aplicar soldadura con láser entre el inserto metálico (11) y el reborde periférico (9a) de la placa o brida de soporte (9) para proporcionar la estanqueidad requerida.
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