ES2392302B1 - Intercambiador de calor de placas apiladas. - Google Patents

Intercambiador de calor de placas apiladas. Download PDF

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Abstract

Intercambiador de calor de placas apiladas.#Comprende una pluralidad de placas apiladas (2) entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas (2), en capas alternadas, comprendiendo el circuito del fluido a refrigerar al menos un extremo provisto de un depósito (7). Se caracteriza por el hecho de que comprende una primera semi-carcasa exterior (12, 14) y una segunda semi-carcasa exterior (13, 15) de cierre acoplables entre sí de manera estanca, ambas cubriendo lateralmente el conjunto de placas apiladas (2), y siendo dichas semi-carcasas de cierre (12-15) susceptibles de definir el depósito (7) en una misma pieza, y por el hecho de que comprende una brida (8) dispuesta en el otro extremo del circuito del fluido a refrigerar opuestamente al depósito (7). Se consigue una integración de los elementos de cierre (7, 12-15) de ambos circuitos, así como de las conexiones de entrada y salida del fluido a refrigerar y del refrigerante.

Description

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS APILADAS
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor de placas apiladas. La invención se aplica especialmente a todo tipo de intercambiadores de calor dentro del ámbito del motor,
especialmente
se aplica a intercambiadores de recirculación
de
gases de escape de un motor (Exhaust Gas Recirculation
Coolers
o 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 e xplosión, 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, exter iormente 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 .
Para mejorar el intercambio de calor de placas apiladas , así como la resistencia mecánica del intercambiador, las placas puede tener corrugaciones y/o medios perturbadores del gas , tales como aletas, dispuestas entre las placas que conducen el gas a refrigerar . Las corrugaciones y/o aletas ayudan a guiar el fluido de modo que se llena apropiadamente el circuito en su totalidad, favoreciendo el intercambio de calor y mejorando la
resistencia mecánica a la presión (por reventón o fatiga)
de
este circuito .
En
el caso de intercambiadores de placas
apiladas ,
la unión entre las placas y la carcasa se
realiza
generalmente mediante dos bridas que abrazan los
extremos del conjunto de placas apiladas . Dichas bridas pueden estar ensambladas junto con un depósito de gas, de manera que el depósito de gas es una pieza intermedia entre la carcasa y la brida, o bien la brida puede estar ensamblada directamente a la carcasa .
Asimismo, el circuito de gases puede ser de tipo lineal, también denominado en forma de "1", en el cual la entrada y salida de gases están dispuestas en extremos opuestos ; o bien puede ser en forma de "U" en el cual la entrada y salida de gases están dispuestas adyacentes en un mismo extremo abierto, estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y un paso de retorno . En este último caso, el extremo cerrado para el retorno de los gases suele estar constituido por un depósito de gas cerrado .
Usualmente, los intercambiadores de calor EGR son metálicos , generalmente fabricados de acero inoxidable
o aluminio . 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 .
En consecuencia, el proceso de fabricación resulta complejo y muy costoso debido al elevado número de uniones a realizar mediante soldadura en horno o soldadura con láser o por arco .
Una acción para reducir el coste del intercambiador de calor EGR es sustituir la carcasa de acero inoxidable por otro material, como por ejemplo plástico, tanto si este material tiene un coste bajo como si permite integrar otras funciones, tales como la integración de los conductos del circuito del fluido refrigerante y los soportes de fijación a una superficie del entorno motor donde será fijado el intercambiador de
5 calor .
En los intercambiadores de placas apiladas es necesario cerrar dos circuitos diferentes, es decir, el circuito caliente de los gases de escape y el circuito frío del fluido refrigerante . Usualmente, este tipo de
10 intercambiadores se fabrica mediante soldadura en horno . Para evitar las elevadas caídas de presión, los fluidos deben entrar directamente dentro del intercambiador de calor. Sin embargo, no es posible el uso de tuberías por lo que las soluciones típicas son depósitos de gas y pozos
15 para insertar el fluido dentro del intercambiador de calor . El ensamblaje y la soldadura en horno de este tipo de elementos (depósitos de gas y pozos) a las placas puede generar problemas de calidad, es decir, pueden producirse fugas , por lo que es necesario que ambos circuitos de gas y
20 de fluido refrigerante sean apropiadamente cerrados para evitar dichas fugas . Una vez las placas han sido apiladas, éstas definen dos circuit os diferentes, uno para el gas y el otro para el fluido refrigerante, tal como se ha mencionado
25 anteriormente . El circuito del fluido refrigerante incluye dos pozos , de entrada y salida respectivamente, ubicados usualmente en la parte superior del conjunto de placas apiladas . Debido a que el mercado tiende a reducir el
30 tamaño de los motores y de la aplicación del intercambiador de calor EGR, no solo en aplicaciones de alta presión (HP) sino también de baja presión (LP) , el espacio disponible para acoplar el intercambiador y sus componentes tiende a ser más pequeño . En consecuencia, es importante desarrollar
35 intercambiadores de calor EGR compactos con partes
integradas que puedan ser ajustadas en el espacio motor disponible .
DESCRI PCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objetivo del intercambiador de calor de placas apiladas de la presente invención es solventar los inconvenientes que presentan los intercambiadores de calor conocidos en la técnica, permitiendo la integración de los elementos de cierre de ambos circuitos de fluido a refrigerar y fluido refrigerante, así como de las conexiones de entrada y salida del fluido a refrigerar y del fluido refrigerante .
El intercambiador de calor de placas apiladas de la presente invención es del tipo que comprende una pluralidad de placas apiladas entre las cuales circulan el fluido a refrigerar y el fluido refrigerante entre dos circuitos independientes definidos por dichas placas, en capas alternadas , comprendiendo el circuito del fluido a refrigerar al menos un extremo provisto de un depósito, e incluyendo una entrada y salida del fluido a refrigerar, y unos pozos de entrada y salida del fluido refrigerante , y se car acter iza por el hecho de que compr ende una primera semi-carcasa exterior y una segunda semi-carcasa exterior de cierre acoplables entre sí de manera estanca, ambas cubriendo lateralmente el conjunto de placas apiladas , y siendo dichas semi-carcasas de cierre susceptibles de definir el depósito en una misma pieza, y por el hecho de que comprende una brida dispuesta en el otro extremo del circuito del fluido a refrigerar opuestamente al depósito .
De este modo , se consigue una reducción del número de componentes y por tanto de las juntas de soldadura en horno durante el procedimiento de fabricación del intercambiador, lo cual implica una reducción de costes y tiempo de producción, minimizándose además los riesgos y
los problemas de calidad.
Esta solución del cierre de ambos circuitos de las placas apiladas , permite ubicar la trayectoria del fluido refrigerante en cualquier posición del
5 intercambiador, facilitando el ensamblaje en un espacio dificultoso del motor .
Asimismo , debe tenerse en cuenta que mediante esta solución, la brida auxiliar utilizada en el estado de la técnica, necesaria para ensamblar el depósito de gas al
10 conjunto de placas apiladas, puede ser omitida con los consiguientes beneficios en relación a la reducción de costes al disminuir el número de componentes, y a la producci ón al reduci rse las juntas a soldar .
Ventajosamente, al menos una semi-carcasa 15 e xterior de cierre es susceptible de definir la entrada y/o salida del fluido refrigerante .
Preferentemente, l a entrada o salida del fluido refrigerante está definida mediante u na parte estampada o mediante las semi-carcasas en una misma pieza .
2 O Ventajosamente, al menos una semi-carcasa e xterior de cierre es susceptible de definir la entrada y/o salida del fluido a refrigerar.
Preferentemente, l a entrada o salida del fluido a refrigerar está definida mediante una abertura formada 25 en los e xtremos de las semi-carcasas de cierre, estando
dichos extremos cubiertos mediante la brida .
Según una realización, la salida del fluido refrigerante está situada en el extremo de ambas semicarcasas que define el depósito .
30 De acuerdo con una primera realización de la invención, ambas semi-carcasas exteriores de cierre están dispuestas respectivamente en la parte superior e inferior del conjunto de placas apila das . De acuerdo con una segunda realización de la
35 invención, ambas semi-carcasas exteriores de cierre están
dispuestas
respectivamente en laterales opuestos del
conjunto de placas apiladas .
Ventajosamente,
ambas semi-carcasas de cierre
incluyen
medios de encaje para su acoplamiento entre sí de
manera
estanca .
Preferentemente, dichos medios de encaje incluyen lengüetas pertenecientes a una de las semicarcasas de cierre, susceptibles de encajar en respectivas ranuras con complementariedad de forma pertenecientes a la otra semi-carcasa de cierre.
BREVE DESCRI PCIÓN DE LOS DIBUJOS
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto se ha e xpuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realizaciones del intercambiador de calor de placas apiladas de la invención, en los cuales :
la figura 1 es una vista en perspectiva y en explosión de un intercambiador de calor de placas apiladas conocido en el estado de la técnica;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un haz de placas apiladas ;
las figuras 3a y 3b son respectivamente vistas en perspectiva de las dos semi-carcasas exteriores según un cierre vertical, de acuerdo con una primera realización de la invención;
las figuras 4a y 4b muestran dos vistas en perspectiva del intercambiador de la invención de acuerdo con la primera realización;
las figuras 5a y 5b son respectivamente vistas en perspectiva de las dos semi-carcasas e xteriores según un cierre horizontal , de acuerdo con una segunda realización de la invención;
las figuras 6a y 6b muestran dos vistas en perspectiva del intercambiador de la invención de acuerdo con la segunda realización;
la figura 7 es una sección transversal del intercambiador de calor de la invención de acuerdo con la segunda realización; y
la figura 8 es un detalle ampliado de la figura 7 mostrando la zona de unión entre ambas semi-carcasas externas .
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERIDAS
En las figuras 1 y 2 se ha representado un intercambiador de calor 1 de tipo EGR conocido en el estado de la técnica, que comprende una pluralidad de placas apiladas 2 entre las cuales circulan el gas a refrigerar y el fluido refrigerante en dos circuitos independientes definidos por dichas placas 2 . Las placas 2 son montadas una a una hasta formar un núcleo o haz de placas apiladas
2.
Las placas 2 incluyen corrugaciones estampadas 3 y medios perturbadores 4 del gas a refrigerar, tales como aletas, dispuestas entre las placas del circuito del gas a refrigerar, con el fin de mejorar el intercambio de calor, así como la resistencia mecánica del intercambiador .
En este caso representado el intercambiador 1 es de configuración en UU", es decir, la entrada 5 y salida 6 de gases están dispuestas adyacentes en un mismo extremo abierto, estando el extremo opuesto cerrado, y definiendo un paso de ida y un paso de retorno . Dicho extremo cerrado para el retorno de los gases suele estar constituido por un depósito de gas 7 cerrado .
El haz de placas apiladas 2 está unido por el extremo abierto de entrada 5 y salida 6 de los gases a una brida de conexión 8 con la línea de recirculación, y por
el extremo cerrado a una brida auxiliar 7a con el depósito de gas 7.
Además, el intercambiador 1 incluye pozos de entrada 9 y salida 10 del fluido refrigerante estampados en las placas 2 . Asimismo, incluye un soporte 11 para la fijación del intercambiador 1 en el espacio motor disponible .
El intercambiador de calor 1 está fabricado preferentemente en acero inoxidable, aunque también puede ser de aluminio .
El intercambiador de calor de la invención, representado en las figuras 3a a 8, incluye los elementos 2 a 11 citados a excepción de la brida auxiliar 7a tal como se explicará en adelante . Se ha representado un intercambiador de calor de configuración lineal, es decir, con la entrada S y salida 6 de los gases dispuestas en extremos opuestos .
El haz de placas apiladas 2 debe ser cerrado para garantizar la estanqueidad de ambos circuitos . Para ello el intercambiador la, lb incluye una primera semicarcasa exterior 12 , 14 y una segunda semi-carcasa exterior 13 , 15 de cierre acoplables entre sí de manera estanca, cubriendo lateralmente el conjunto de placas apiladas 2 , y siendo dichas semi-carcasas de cierre 12 a 15 susceptibles de integrar el depósito de gas 7 en una misma pieza . Dependiendo de las restricciones del espacio motor dichas semi-carcasas exteriores 12 a 15 pueden ser de dos tipos :
De acuerdo con una primera realización, representada en las figuras 3a, 3b, ambas semi-carcasas de cierre 12 , 13 están dispuestas respectivamente en la parte superior e inferior del conjunto de placas apiladas 2, denominado aquí cierre vertical . En las figuras 4a, 4b puede apreciarse un intercambiador de calor la con las semicarcasas de cierre 12 , 13 dispuestas según la primera realización con cierre vertical .
De acuerdo con una segunda realización, representada en las figuras 5a, 5b, ambas semi-carcasas de cierre 14 , 15 están dispuestas respectivamente en laterales opuestos del conjunto de placas apiladas 2, denominado aquí cierre horizontal . En las figuras 6a, 6b, 7 puede apreciarse un intercambiador de calor lb con las semi-carcasas de cierre 14 f 15 dispuestas seg ún la segunda realización con cierre horizontal .
En ambas realizaciones, las semi-carcasas de cierre 12 a 15 incluyen medios de encaje para su acoplamiento entre sí de manera estanca . Según una realización, los medios de encaje están constituidos por l engüetas 16 perteneci entes a una de l as semi-carcasas de cierre 13 , 15, susceptibles de encajar en respectivas ranuras 17 con complementariedad de forma pertenecientes a la otra semi-carcasa de cierre 12 , 14 .
En la figura 8 puede apreciarse la unión entre dos semi-carcasas de cierre 14 , 15 de manera estanca y sin discontinuidades en la superficie de unión 18 . De este modo , se evitan posibles huecos entre componentes, es decir entre el haz de placas apiladas 2 y las semi-carcasas de cierre 12 a 15 correspondientes, reduciéndose el riesgo de fugas entr e circuitos .
El hecho de que las semi-carcasas e xteriores 12 a 15 integren el depósito de gas 7 como un único componente evita el uso de la brida auxiliar 7a (ver figura 1) , que era necesaria en los intercambiadores del estado de la técnica para unir el depósito de gas 7 al haz de placas 2 . Esto implica un importante beneficio en relación a la reducción de costes al disminuir el número de componentes , y a la producción al reducirse las juntas a soldar .
El diseño de las semi-carcasas de cierre 12 a 15 también puede i ntegrar los pozos de entrada 9 y salida 10 del fluido refrigerante para proporcionar un intercarnbiador de calor EGR con una distribución lateral del fluido
refrigerante, lo cual presenta importantes beneficios integrar un intercambiador de placas apiladas EGR en espacio motor muy reducido o complicado .
al un
5

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
  2. 1 .
    Intercambiador de calor (la, lb) de placas
    apiladas
    (2) , que comprende una pluralidad de placas
    apiladas
    (2) entre las cuales circulan el fluido a
    refrigerar
    y el fluido refrigerante entre dos circuitos
    independientes definidos por dichas placas (2) , en capas alternadas , comprendiendo el circuito del fluido a refrigerar al menos un extremo provisto de un depósito
    (7) , e incluyendo una entrada (5) y salida (6) del fluido a refrigerar, y unos pozos de entrada (9) y salida (10) del fluido refrigerante, caracterizado por el hecho de que comprende una primera semi-carcasa exterior (12,14) Y una segunda semi-carcasa exterior (13 , 15) de cierre acoplables entre sí de manera estanca, ambas cubriendo lateralmente el conjunto de placas apiladas (2) , y siendo dichas semicarcasas de cierre (12-15 ) susceptibles de definir el depósito (7) en una misma pieza, y por el hecho de que comprende una brida (8) dispuesta en el otro extremo del circuito del fluido a refrigerar opuestamente al depósito
    (7) •
  3. 2 . Intercambiador (la, lb) , según la reivindicación 1 , en el que al menos una semi-carcasa exterior de cierre (12-15 ) es susceptible de definir la entrada (9) y/o salida (10) del fluido refrigerante .
  4. 3 . Intercambiador (la, lb) , según la reivindicación 2, en el que la entrada (9) o salida (10) del fluido refrigerante está definida mediante una parte estampada o mediante las semi-carcasas (12-15 ) en una misma pieza .
  5. 4 . Intercambiador (la, lb) , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que al menos una semi
    carcasa exterior de cierre (12-15) es susceptible de
    definir la entrada (5) y/o salida (6) del fluido a
    refrigerar .
    5 5. Intercambiador (la, lb) , según l a reivindicación 4, en el que l a entrada (5) o salida (6) del fluido a refrigerar est á definida mediante una abertura formada e n los extremos de las semi-carcasas de cierre (12,14), estando dichos extremos cubiertos mediante
    10 la brida (8) .
  6. 6 . Intercambiador (la, lb) , según l a reivi ndicación 5, en el que la salida ( 6) del fluido refrigerante está situada en el extremo de ambas semi
    15 carcasas (12, 14) que define el depósit o (7) .
  7. 7 . Intercambiador (la ) f según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, e n el que ambas semi-carcasas e xteriores de cierre (12 , 13 ) están dispuest as
    20 respectivamente en la part e superior e inferior del conjunto de placas apiladas (2)
  8. 8. Intercambi ador (lb), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, e n el que ambas semi-carcasas
    25 e xter ior es de cierre (14, 15 ) están dispuest as respectivamente en lat erales opuestos del conj unto de placas apiladas (2} .
  9. 9. Intercambiador (la, lb), según cualquiera de
    30 las reivindicaciones anteriores, en la que ambas semicarcasas de cierre (12-15) incluyen medios de encaje (16,17) para su acoplamiento entre sí de manera estanca.
  10. 10. Intercambiador (la, lb), según la 35 reivindicación 9, en el que dichos medios de encaje incluyen lengüetas (16) pertenecientes a una de las semicarcasas de cierre (13, 15) I suscept ibles de encajar en respectivas ranuras (17) con complementariedad de forma pertenecientes a la otra semi-carcasa de cierre (12, 14).
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