ES2324071B1 - Intercambiador de calor para gases, y su correspondiente procedimiento de fabricacion. - Google Patents

Intercambiador de calor para gases, y su correspondiente procedimiento de fabricacion. Download PDF

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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).
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.
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.
Descripción de la invención
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.
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 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.
Descripción de realizaciones preferidas
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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