ES2625115T3 - Intercambiador térmico de gases, en particular de los gases de escape de un motor - Google Patents

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ES2625115T3 ES13766112.0T ES13766112T ES2625115T3 ES 2625115 T3 ES2625115 T3 ES 2625115T3 ES 13766112 T ES13766112 T ES 13766112T ES 2625115 T3 ES2625115 T3 ES 2625115T3
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Abstract

Intercambiador térmico (1) de gases, en particular de los gases de escape de un motor, que comprende un haz de tubos dispuestos en el interior de una carcasa (2), destinados a la circulación de los gases con un intercambio térmico con al menos un flujo de fluido refrigerante, estando fijados los citados tubos por sus extremidades entre dos placasde soporte (5) acopladas en cada extremidad de la carcasa (2), y medios de desviación dispuestos en el interior de la carcasa (2) susceptibles de dirigir el al menos un flujo de fluido refrigerante en el interior de la carcasa (2), comprendiendo los medios de desviación un deflector longitudinal (6, 6a) sensiblemente paralelo al haz de tubos, destinado a dividir la carcasa (2) en dos circuitos, estando el citado deflector (6, 6a) fijado por sus bordes longitudinales a las paredes internas de la carcasa (2) y por sus bordes transversales a las dos placas de soporte (5) por soldadura, caracterizado por que el deflector (6, 6a) incluye en sus bordes transversales dos segmentos salientes (11) susceptibles de encajarse en respectivas ranuras (12) practicadas en las placas de soporte (5) para su empalme por soldadura.

Description

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DESCRIPCION
Intercambiador termico de gases, en particular de los gases de escape de un motor
La presente invencion se refiere a un intercambiador termico de gases de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, en particular de los gases de escape de un motor. Un intercambiador de este tipo es conocido por el documento JP2001027158A. La invencion es particularmente aplicable a intercambiadores de reciclaje de los gases de escape de un motor (EGRC).
Estado anterior de la tecnica de la invencion
En ciertos intercambiadores termicos de refrigeracion de los gases, por ejemplo los utilizados en los sistemas de reciclaje de los gases de escape hacia la admision de un motor de explosion, los dos medios que intercambian calor estan separados por un tabique.
La configuracion actual de los intercambiadores EGR en el mercado corresponde a un intercambiador termico metalico fabricado generalmente de acero inoxidable o de aluminio.
Existen esencialmente dos tipos de intercambiadores termicos EGR: un primer tipo consiste en una carcasa en el interior de la cual esta dispuesto un haz de tubos paralelos para el paso de los gases, circulando el refrigerante a traves de la carcasa, exteriormente a los tubos, y el segundo tipo consiste en una serie de placas paralelas que constituyen las superficies de intercambio termico, de tal modo que los gases de escape y el refrigerante circulan entre dos placas, en capas alternadas, pudiendo ser mejorado el intercambio termico por la adicion de aletas.
En el caso de intercambiadores termicos de haz de tubos, el empalme entre los tubos y la carcasa puede ser de diferentes tipos. Generalmente, los tubos son fijados por sus extremidades entre dos placas de soporte acopladas a cada extremidad de la carcasa, presentando las dos placas de soporte una pluralidad de orificios para el posicionamiento de los respectivos tubos.
Las citadas placas de soporte estan a su vez fijadas a medios de conexion al conducto de reciclaje, los cuales pueden consistir en una conexion en V o bien en un reborde periferico de conexion o brida, segun la concepcion del conducto de reciclaje en el que esta montado el intercambiador. El reborde periferico puede estar montado con un deposito de gas, por lo que el deposito de gas es una pieza intermedia entre la carcasa y el reborde, o bien el reborde puede estar montado directamente sobre la carcasa.
En los dos tipos de intercambiadores EGR, sus componentes son en su mayor parte metalicos, por lo que los mismos son montados por medios mecanicos y despues soldados en horno o soldados con arco o con laser para asegurar la adecuada estanqueidad requerida para esta aplicacion. En ciertos casos, pueden estar incluidos ciertos componentes de plastico, los cuales pueden tener una funcion unica o bien diversas funciones integradas en una sola pieza.
La funcion principal de los intercambiadores EGR es el intercambio termico entre los gases de escape y el fluido refrigerante, a fin de refrigerar los gases. Ademas, el intercambiador EGR debe satisfacer otras funciones secundarias de poder ser montado sobre el bloque motor, permitir la conexion con el fluido refrigerante, o permitir la conexion con el circuito de gases de escape, entre otras. Actualmente, los diferentes componentes del intercambiador estan unidos a la carcasa por soldadura en horno o por soldadura con arco o con laser.
Ciertos intercambiadores EGR de tubos o placas existentes en el mercado comprenden deflectores, los cuales estan colocados en el interior del circuito del fluido refrigerante. La concepcion y el numero de los deflectores pueden variar de una aplicacion a otra, en funcion de las exigencias de utilizacion y de las restricciones del constructor de vetnculos, en terminos de condiciones de funcionamiento o de restricciones de acondicionamiento del intercambiador.
En la mayor parte de los casos, los deflectores se utilizan con el fin de mejorar la circulacion del fluido refrigerante alrededor de los tubos de los gases, evitando asf los puntos de estancamiento que podnan causar la ebullicion del fluido refrigerante en el interior del intercambiador, y con el fin de mejorar la refrigeracion de todos los tubos para un mejor rendimiento del intercambiador.
En otros casos, los deflectores se incluyen con el fin de evitar los problemas mecanicos que pueden aparecer en las condiciones de trabajo del intercambiador en el motor.
Se conoce un intercambiador EGR que utiliza un deflector longitudinal que divide el interior de la carcasa en dos mitades para dirigir en modo baipas el fluido refrigerante de una mitad de la carcasa a la otra cuando los conductos de entrada y de salida del fluido refrigerante se encuentran en el mismo lado de la carcasa. Este deflector esta fijado a la carcasa del intercambiador por puntos de soldadura y presenta una longitud ligeramente inferior a la longitud de la carcasa.
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La solicitud de patente espanola n° 200931016, no publicada todav^a, del mismo titular que el de la presente solicitud, comprende una pluralidad de deflectores dispuestos transversalmente a lo largo del interior de la carcasa. Cada deflector tiene una superficie inferior a la superficie transversal de la carcasa, lo que permite el paso parcial del fluido refrigerante. Los citados deflectores no estan alineados uno con otro sino que estan colocados de manera alternada, quedando las zonas de paso del fluido refrigerante distribuidas alternativamente, asegurando asf una distribucion correcta del fluido refrigerante, ademas de mejorar la resistencia mecanica a las vibraciones. Ademas, los citados deflectores son fijados a la carcasa por soldadura en horno.
Las patentes JP2002292089 y JP2000283666 comprenden una pluralidad de deflectores transversales en forma de placas dispuestas en el interior de una carcasa de corte circular. La concepcion de los citados deflectores es muy similar a la configuracion de las placas de soporte situadas en las dos extremidades de la carcasa, siendo el diametro de los citados deflectores igual al diametro interior de la carcasa, y comprenden aberturas que permiten el paso del fluido refrigerante a traves de los mismos. Las posiciones de las citadas aberturas de paso en los diferentes deflectores estan distribuidas de modo alternado.
En general, la utilizacion de deflectores en el interior de los intercambiadores termicos se generaliza y es mas frecuente estos ultimos anos a consecuencia de la legislacion medioambiental y a las restricciones de concepcion de ciertos tipos de intercambiadores, tales como:
- los intercambiadores termicos que permiten la utilizacion de dos circuitos de fluido refrigerante, se trate de un mismo fluido o no.
- los intercambiadores termicos que deben refrigerar dos fluidos calientes, se trate del mismo fluido o no.
- los intercambiadores termicos cuyos conductos de entrada y de salida del fluido refrigerante se encuentran en el mismo lado de la carcasa.
El problema principal que plantea la utilizacion de deflectores es asegurar una estanqueidad adecuada entre los dos circuitos definidos en la carcasa del intercambiador cuando se emplean dos tipos de fluidos refrigerantes, la cual esta ligada a la manera de montar y de fijar este deflector en el interior de la carcasa, generalmente por medio de puntos de soldadura, respetando a la vez el comportamiento mecanico que debe presentar el intercambiador para satisfacer las especificaciones del constructor de vetnculos.
Otro problema que presenta este tipo de deflectores es poder asegurar la posicion y la orientacion adecuadas del deflector cuando el mismo es montado en el interior de la carcasa antes de su soldadura.
Descripcion de la invencion
El objetivo del intercambiador termico de gases, en particular de los gases de escape de un motor de la presente invencion es resolver los inconvenientes que presentan los intercambiadores conocidos en la tecnica, facilitando un deflector destinado a mejorar la distribucion de un fluido refrigerante que circula en el interior del intercambiador, o incluso a separar dos fluidos refrigerantes diferentes sin comunicacion entre los mismos en el interior de una misma carcasa, permitiendo un montaje mas eficaz del citado deflector en el interior del intercambiador.
El intercambiador termico de gases, en particular de los gases de escape de un motor, objeto de la presente invencion, es de acuerdo con la reivindicacion 1.
De este modo, se realizan un posicionamiento y un montaje mas simples del deflector en el interior de la carcasa, asf como una mejor fijacion del mismo gracias a su empalme por soldadura. Preferentemente se emplea la soldadura en horno, evitando asf el recurso a los puntos de soldadura como en los deflectores conocidos en el estado de la tecnica.
Ventajosamente, el deflector incluye en sus bordes longitudinales dos aletas perifericas plegadas destinadas a entrar en contacto con las paredes interiores de la carcasa para su empalme por soldadura.
La utilizacion de las citadas aletas perifericas y de los segmentos salientes garantiza un posicionamiento y una orientacion adecuados del deflector en el interior de la carcasa, antes de su fijacion por soldadura.
De acuerdo con una primera realizacion, el deflector comprende una superficie cerrada para evitar la comunicacion entre los dos circuitos en el interior de la carcasa.
En este caso, el intercambiador comprende dos pares de conductos de entrada y de salida previstos para la distribucion de dos flujos de fluido refrigerante diferentes.
De acuerdo con una segunda realizacion, el deflector comprende una abertura pasante en su superficie capaz de poner en comunicacion dos circuitos en el interior de la carcasa.
En este otro caso, el intercambiador comprende un par de conductos de entrada y de salida dispuestos en una misma extremidad de la carcasa para la distribucion de un flujo de fluido refrigerante.
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Breve descripcion de los dibujos
Con el fin de facilitar la descripcion de lo que se ha mencionado, se adjuntan dibujos que representan, esquematicamente y unicamente a tftulo de ejemplo no limitativo, un caso practico de realizacion del intercambiador termico de gases, en particular de los gases de escape de un motor de la invencion, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva y parcialmente en corte del intercambiador termico de la invencion, que muestra el emplazamiento del deflector y los dos circuitos por los cuales circulan respectivamente dos fluidos refrigerantes,
la figura 2 es una vista en perspectiva del deflector de acuerdo con una primera realizacion de la invencion;
la figura 3 es una vista en perspectiva del deflector de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion;
la figura 4 es una vista en perspectiva de un tipo de intercambiador que utiliza un mismo tipo de fluido refrigerante con sus conductos de entrada y de salida situados en una misma extremidad de la carcasa;
la figura 5 es una vista en corte del intercambiador de la figura 4, que muestra el deflector utilizado y el recorrido del fluido refrigerante;
la figura 6 es una vista en perspectiva de un deflector que muestra las aletas longitudinales de fijacion;
la figura 7 es una vista parcial en perspectiva de la carcasa de intercambiador, que muestra el deflector montado y fijado a las paredes internas de la carcasa gracias a las aletas longitudinales;
las figuras 8 y 9 son vistas en perspectiva y en planta respectivamente de una extremidad del deflector de acuerdo con la invencion, que muestra un segmento saliente previsto para el encajamiento con una placa de soporte de los tubos;
la figura 10 es una vista en perspectiva de una placa de soporte, que muestra una ranura de encajamiento destinada a recibir el segmento saliente del deflector;
la figura 11 es una vista en perspectiva del deflector montado en la placa de soporte ilustrada en la figura 10;
las figuras 12 y 13 son respectivamente vistas en perspectiva de dos configuraciones de intercambiadores termicos que utilizan dos tipos de fluidos refrigerantes diferentes, que muestran el emplazamiento de los pares respectivos de conductos de entrada y de salida de los dos fluidos refrigerantes; y
la figura 14 es una vista en corte y en perspectiva de un intercambiador termico que utiliza un fluido refrigerante unico, que muestra el emplazamiento del par de conductores de entrada y de salida situados en una misma extremidad de la carcasa.
Descripcion de una realizacion preferida
En la figura 1 esta representado parcialmente un intercambiador termico 1 que comprende un haz de tubos (no representados por razones de claridad) dispuestos en el interior de una carcasa 2, que definen una entrada 3 y una salida 4 de gas, estando destinados los citados tubos a la circulacion de los gases con intercambio termico con al menos un fluido refrigerante. Los tubos estan fijados por sus extremidades entre dos placas de soporte 5 acopladas en cada extremidad de la carcasa 2, presentando las dos placas de soporte 5 una pluralidad de orificios para el posicionamiento de los respectivos tubos.
Asf, el intercambiador 1 comprende medios de desviacion dispuestos en el interior de la carcasa 2 susceptibles de dirigir el al menos un fluido refrigerante en el interior de la carcasa 2. En este caso, los medios de desviacion comprenden un deflector longitudinal 6 sensiblemente paralelo al haz de tubos, destinado a dividir la carcasa 2 en dos circuitos.
El deflector situado en el interior de la carcasa 2 del intercambiador 1 permite mejorar la distribucion de un fluido refrigerante o incluso separar dos fluidos diferentes, como aceite y un fluido de refrigeracion, sin comunicacion entre los dos en el interior de una carcasa 2 comun. A continuacion se muestran dos realizaciones del deflector.
De acuerdo con una primera realizacion mostrada en la figura 2, el deflector 6 comprende una superficie cerrada y homogenea que permite una perfecta estanqueidad entre los circuitos de dos fluidos refrigerantes. La finalidad del citado deflector 6 es separar dos fluidos refrigerantes diferentes en el interior de la carcasa 2, en razon de sus composiciones, propiedades, etc diferentes. Este tipo de deflector 6 es utilizado en intercambiadores en los cuales es necesario utilizar diferentes circuitos de fluido refrigerante en el intercambiador para producir el intercambio termico con los gases de escape que circulan por el interior de los tubos.
En la figura 1 esta ilustrado un intercambiador 1 que utiliza el citado deflector 6 para separar dos tipos de fluido refrigerante. En este caso, son necesarios dos conductos de entrada diferentes 7, 7a, y dos conductos de salida
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diferentes 8, 8a en un mismo intercambiador 1. De este modo, se realiza una separacion adecuada de los dos fluidos refrigerantes en el interior de una misma carcasa 2. En la figura 1, estan representadas la entrada y la salida de los dos fluidos refrigerantes en la carcasa 2, asf como la entrada y la salida de los gases en la carcasa 2 y su cambio de sentido en un deposito de gas (no representado)
De acuerdo con una segunda realizacion mostrada en la figura 3, el deflector 6a comprende una abertura pasante 9 en su superficie para el paso de un fluido refrigerante desde una mitad hasta otra mitad de la carcasa 2, a fin de optimizar la distribucion del fluido refrigerante en el interior de la carcasa 6. Este tipo de deflector 6a se utiliza por tanto para incrementar el rendimiento o mejorar la distribucion del fluido refrigerante en el interior de la carcasa 2.
Las figuras 4 y 5 ilustran un intercambiador 1 que utiliza el citado deflector 6a, en el que los conductores de entrada 7 y de salida 8 estan situados en una misma extremidad de la carcasa 2. En la figura 4 la entrada y la salida del fluido refrigerante en la carcasa 2 estan representadas por flechas.
En razon de las restricciones de acondicionamiento o de los imperativos del constructor de vehnculos, es posible que los conductores de entrada 7 y de salida 8 del fluido refrigerante tengan que estar colocados a una distancia corta uno del otro o incluso en la misma extremidad de la carcasa 2, lo que puede ocasionar una trayectoria preferible para el fluido refrigerante y afectar en consecuencia al llenado del fluido refrigerante y provocar una mala refrigeracion de los tubos de gas, y dar lugar igualmente a puntos de estancamiento que pueden provocar un fenomeno de ebullicion que corre el riesgo de danar el intercambiador. En este caso, el deflector 6a provisto de su abertura 9 permite mejorar la circulacion del fluido refrigerante en el intercambiador.
La configuracion del deflector 6, 6a de la presente invencion incluye aletas perifericas plegadas 10 en sus dos bordes longitudinales, como puede verse en la figura 6, destinadas a empalmar el deflector 6, 6a a dos tabiques internos de la carcasa 2 preferentemente por soldadura en horno (vease la figura 7). De este modo, se anula el recurso a puntos de soldadura entre el deflector 6, 6a y la carcasa 2 tales como los utilizados con los deflectores conocidos en el estado de la tecnica.
Asf, el deflector 6, 6a de la presente invencion incluye en sus bordes transversales dos segmentos salientes 11, como ilustran las figuras 6, 8 y 9, susceptible de encajarse en ranuras respectivas (12) practicadas en las placas de soporte 5 (veanse las figuras 10 y 11), que permiten al deflector 6, 6a permanecer fijado en la posicion apropiada antes de su soldadura. En este caso, el montaje del deflector 6, 6a es realizado de un modo similar al proceso de montaje de los tubos con las citadas placas de soporte 5.
A tftulo de ejemplo, las figuras 1, 12 y 13 ilustran respectivamente configuraciones distintas de intercambiadores 1 que utilizan dos fluidos refrigerantes, estando dispuestos sus respectivos conductos de entrada 4, 4a y de salida 8, 8a en diferentes posiciones con respecto a la carcasa 2. En este caso, se utiliza un deflector 6 cerrado (vease la figura 2) para separar los dos fluidos refrigerantes.
Por otra parte, las figuras 4 y 14 muestran respectivamente diferentes configuraciones de intercambiadores que utilizan un mismo fluido refrigerante en las que el par de conductos de entrada 7 y de salida 8 esta situado en la misma extremidad de la carcasa 2, estando dispuestos los citados conductos 7, 8 en diferentes posiciones relativas en la carcasa 2. En este caso, se utiliza un deflector 6a provisto de una abertura pasante 9 (vease la figura 3) para mejorar la distribucion del fluido refrigerante.
El deflector 6, 6a de la invencion puede ser utilizado en intercambiadores fabricados de acero inoxidable o de aluminio.

Claims (6)

  1. 5
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    25
    REIVINDICACIONES
    1. Intercambiador termico (1) de gases, en particular de los gases de escape de un motor, que comprende un haz de tubos dispuestos en el interior de una carcasa (2), destinados a la circulacion de los gases con un intercambio termico con al menos un flujo de fluido refrigerante, estando fijados los citados tubos por sus extremidades entre dos placas de soporte (5) acopladas en cada extremidad de la carcasa (2), y medios de desviacion dispuestos en el interior de la carcasa (2) susceptibles de dirigir el al menos un flujo de fluido refrigerante en el interior de la carcasa (2), comprendiendo los medios de desviacion un deflector longitudinal (6, 6a) sensiblemente paralelo al haz de tubos, destinado a dividir la carcasa (2) en dos circuitos, estando el citado deflector (6, 6a) fijado por sus bordes longitudinales a las paredes internas de la carcasa (2) y por sus bordes transversales a las dos placas de soporte (5) por soldadura, caracterizado por que el deflector (6, 6a) incluye en sus bordes transversales dos segmentos salientes (11) susceptibles de encajarse en respectivas ranuras (l2) practicadas en las placas de soporte (5) para su empalme por soldadura.
  2. 2. Intercambiador (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual el deflector (6, 6a) incluye en sus bordes longitudinales dos aletas perifericas plegadas (10) destinadas a entrar en contacto con las paredes interiores de la carcasa (2) para su empalme por soldadura.
  3. 3. Intercambiador (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual el deflector (6) comprende una superficie cerrada para evitar la comunicacion entre los dos circuitos en el interior de la carcasa (2).
  4. 4. Intercambiador (1) de acuerdo con la reivindicacion 3, el cual incluye dos pares de conductos de entrada (7, 7a) y de salida (8, 8a) previstos para la distribucion de dos flujos de fluido refrigerante diferentes.
  5. 5. Intercambiador (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual el deflector (6a) comprende una abertura pasante (9) en su superficie capaz de poner en comunicacion los dos circuitos en el interior de la carcasa (2).
  6. 6. Intercambiador (1) de acuerdo con la reivindicacion 5, el cual comprende un par de circuitos de entrada (7) y de salida (8) dispuestos en una misma extremidad de la carcasa (2) para la distribucion de un flujo de fluido refrigerante.
ES13766112.0T 2012-09-25 2013-09-24 Intercambiador térmico de gases, en particular de los gases de escape de un motor Active ES2625115T3 (es)

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