ES2632687B1 - Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor - Google Patents

Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor Download PDF

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Abstract

Intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor.#El intercambiador comprende:#- un haz de tubos para la circulación de los gases de escape;#- una carcasa que alberga en su interior al haz de tubos, que comprende:#- un extremo de entrada y uno de salida de gases; y#- un orificio de entrada y uno de salida de fluido refrigerante;#y#- medios para evitar el sobrecalentamiento del fluido refrigerante, que comprenden unos medios de deflexión que incluyen un deflector longitudinal (6) con una abertura pasante (A1) de acceso a una zona del interior de la carcasa adyacente al extremo de entrada de gases, y que está dispuesta y dimensionada para dirigir un chorro de fluido refrigerante hacia una sub-zona de dicha zona.

Description

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DESCRIPCIÓN
INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL DE LOS GASES DE
ESCAPE DE UN MOTOR
Sector de la técnica
La presente invención concierne en general, a un intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor, que comprende unos medios para evitar el sobrecalentamiento del fluido refrigerante direccionándolo hacia la entrada de gases, y más en particular a un intercambiador de calor que permite realizar dicho direccionamiento de fluido refrigerante de manera precisa y controlada.
La invención se aplica especialmente en intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor ("Exhaust Gas Recirculation Coolers” o EGRC)).
Estado de la técnica anterior
La función principal de los intercambiadores EGR es el intercambio de calor entre los gases de escape y el fluido refrigerante, con el fin de enfriar los gases.
Actualmente, los intercambiadores de calor EGR son ampliamente usados para aplicaciones Diesel con el fin de reducir las emisiones, y también son usados en aplicaciones de gasolina para reducir el consumo de combustible.
El mercado tiende a reducir el tamaño de los motores, y a la aplicación de los intercambiadores de calor EGR no solo en aplicaciones de alta presión (HP) sino también en los de baja presión (LP); ambas tienen un impacto en el diseño de los intercambiadores de calor EGR. Los fabricantes de vehículos demandan intercambiadores de calor EGR con mayores rendimientos y, a la vez, el espacio disponible para colocar el intercambiador y sus componentes es cada vez más pequeño y más difícil de integrar.
Adicionalmente, en muchas aplicaciones el flujo de fluido refrigerante disponible para enfriar los gases de escape tiende a ser menor aunque los rendimientos del intercambiador hayan ido incrementando.
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La configuración actual de los intercambiadores EGR en el mercado se corresponde con un intercambiador de calor metálico fabricado generalmente de acero inoxidable o aluminio.
Básicamente, hay dos tipos de intercambiadores de calor EGR: un primer tipo consiste en una carcasa en cuyo interior se dispone un haz de tubos paralelos para el paso de los gases, circulando el refrigerante por la carcasa, exteriormente a los tubos, y el segundo tipo 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, pudiendo incluir aletas para el mejorar el intercambio de calor.
En el caso de intercambiadores de calor de haz de tubos, la unión entre los tubos y la carcasa puede ser de diferentes tipos. Generalmente, los tubos 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 tubos.
Dichas placas de soporte están fijadas a su vez a unos medios de conexión con la línea de recirculación, 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. 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, o bien el reborde puede estar ensamblado directamente a la carcasa.
En los intercambiadores de calor, la temperatura del gas de escape oscila generalmente entre 400 °C y 950 °C, debido a las nuevas aplicaciones en los vehículos de gasolina, mientras que la temperatura del refrigerante está normalmente entre 80 °C y 95 °C. Debido a la alta temperatura de los gases de escape existe un riesgo significativo de sobrecalentamiento del refrigerante, incluso hasta llegar a la ebullición, que podría causar una ruptura en el intercambiador de calor. Por lo tanto, la ebullición generalizada debe evitarse para cualquier diseño de intercambiador EGR.
Ésta es una cuestión significativamente importante para las nuevas generaciones de intercambiadores EGR, donde el uso de aletas mejora el intercambio de calor y por lo tanto aumenta la temperatura del refrigerante a nivel local en las zonas de entrada de gases de escape.
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La utilización de deflectores transversales y la orientación que deben tener los tubos de refrigerante deben ser consideradas con el fin de mejorar la distribución del flujo de refrigerante y evitar puntos de estancamiento que darían lugar a aumentos locales de la temperatura del refrigerante. El uso de conductos de refrigerante permite desplazar la posición de la entrada de refrigerante a las proximidades del extremo de entrada de gases del bloque intercambiador. Existen, por tanto, unas reglas de diseño que establecen la distancia máxima, o distancia de seguridad, a la cual debe disponerse la entrada de refrigerante con respecto a la entrada de gases con el fin de evitar la ebullición del refrigerante.
Existen diferentes propuestas cuyo fin es el de proporcionar diferentes mecanismos o configuraciones para evitar el citado sobrecalentamiento y ebullición del fluido refrigerante, que van desde la disposición de diferentes tipos de aletas en el interior de la carcasa, a la provisión de configuraciones reductoras de la temperatura en la superficie externa de los tubos próxima a la entrada de gases. Los siguientes documentos de patente describen algunas de tales propuestas: WO2012163954, JP2010144979, US2010044019, JP2011226722,
JP2010112355, JP2011085017.
A pesar de la existencia de dichas reglas de diseño, para algunas aplicaciones éstas no pueden cumplirse, ya que no permiten la flexibilidad de poder localizar la entrada de refrigerante cerca de la entrada del gas de escape. Tal es el caso para el cual la entrada de refrigerante (y también la salida) se encuentra definida en una placa de soporte que va montada directamente al bloque motor, de manera que la posición de dicha entrada viene marcada por el fabricante del motor y no puede modificarse por parte del fabricante del intercambiador de calor. En ninguno de los documentos de patente citados arriba se plantean una solución al problema de la ebullición del refrigerante cuando no pueden cumplirse las mencionadas reglas de diseño.
Sí que existe un documento de patente, en particular la patente ES2394406B1, del mismo titular que la presente solicitud, que realmente aporta una solución al problema del riesgo de sobrecalentamiento del refrigerante, incluso cuando la entrada de refrigerante está dispuesta lejos de la entrada de gases, a una distancia superior a la anteriormente identificada como distancia de seguridad.
La solución aportada por la patente ES2394406B1 incluye los elementos del preámbulo de la reivindicación 1 de la presente invención, es decir el uso de unos medios de deflexión para
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redirigir el flujo del fluido refrigerante entrante hacia la zona de la entrada de gases del intercambiador.
La solución planteada por la patente ES2394406B1 es claramente mejorable, ya que es muy poco precisa en cuanto al direccionamiento del fluido refrigerante hacia la zona a refrigerar, no permitiendo apuntar selectivamente hacia una o más sub-zonas de dicha zona, además de verter el flujo de fluido de refrigerante con una velocidad baja sobre la zona a refrigerar.
Aparece, por tanto, necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que permita cubrir las lagunas halladas en el mismo, proporcionando una solución al problema técnico arriba mencionado mucho más precisa y optimizada que la que ofrece la patente ES2394406B1.
Explicación de la invención
Con tal fin, la presente invención concierne a un intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, que, de manera en sí conocida comprende:
- un haz de tubos destinados a la circulación de los gases de escape;
- una carcasa que alberga en su interior a dicho haz de tubos, que se extiende longitudinalmente y que comprende:
- un extremo de entrada y un extremo de salida de gases en los que se encuentran acopladas sendas placas de soporte a las que se encuentran fijados los extremos de los tubos de dicho haz de tubos, quedando comunicados con el exterior de la carcasa; y
- un orificio de entrada y uno de salida de fluido refrigerante para la circulación de un fluido refrigerante por el interior de la carcasa en contacto con el haz de tubos para el intercambio de calor con los gases de escape circulantes por los mismos;
y
- medios para evitar el sobrecalentamiento de dicho fluido refrigerante en el interior de la carcasa, que comprenden unos medios de deflexión dispuestos en el interior de la carcasa y adaptados para direccionar el flujo de fluido refrigerante que entra por dicho orificio de entrada hacia dicho extremo de entrada de gases.
A diferencia de los intercambiadores conocidos en el estado de la técnica, en particular a diferencia del descrito en ES2394406B1, en el propuesto por la presente invención los medios de deflexión comprenden como mínimo una abertura pasante de acceso a una zona del
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interior de la carcasa adyacente al extremo de entrada de gases, para el paso a su través del fluido refrigerante direccionado desde el orificio de entrada de fluido refrigerante, estando dicha abertura pasante dispuesta y dimensionada para dirigir un chorro de fluido refrigerante hacia una sub-zona de dicha zona.
La mencionada abertura pasante permite dirigir con precisión y con una velocidad deseada el citado chorro de fluido refrigerante hacia la citada sub-zona de dicha zona.
De acuerdo a un ejemplo de realización, el mencionado orificio de entrada está dispuesto, respecto al citado extremo de entrada de gases, a una distancia superior a una distancia de seguridad establecida para evitar la ebullición del fluido refrigerante, la cual, en general, está marcada por las anteriormente indicadas reglas de diseño, establecida con el fin de indicar que si se supera ésta existe riesgo de ebullición del fluido refrigerante.
Preferentemente, los medios de deflexión incluyen un deflector longitudinal (es decir, que se extiende según la dirección longitudinal de la carcasa).
Para un ejemplo de realización, el fluido refrigerante se dirige directamente desde el orificio de entrada de fluido refrigerante hasta una cara del deflector longitudinal enfrentada al mismo, discurriendo en contacto con dicha cara del deflector longitudinal, en dirección a dicha zona, y finalmente atraviesa como mínimo dicha abertura pasante dirigiéndose el citado chorro de fluido refrigerante hacia dicha sub-zona de dicha zona. En este caso, en el camino que va desde el orificio de entrada de fluido refrigerante hasta la citada sub-zona, el fluido refrigerante atraviesa el deflector longitudinal solamente una vez.
Alternativamente, el fluido refrigerante que entra por el orificio de entrada de fluido refrigerante atraviesa previamente el deflector longitudinal por como mínimo otra abertura pasante, discurre en contacto con una cara del deflector longitudinal opuesta a dicha cara enfrentada al orificio de entrada de fluido refrigerante, en dirección a dicha zona, y finalmente atraviesa como mínimo dicha abertura pasante dirigiéndose el citado chorro de fluido refrigerante hacia dicha sub-zona de dicha zona. En este caso, en el camino que va desde el orificio de entrada de fluido refrigerante hasta la citada sub-zona, el fluido refrigerante atraviesa el deflector longitudinal dos veces.
Se consigue así mejorar notablemente la refrigeración de las zonas más críticas, es decir de las que tienen un mayor riesgo de sobrecalentarse, e incluso provocar la ebullición del fluido
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refrigerante, ya que el chorro de fluido se dirige con gran precisión hacia las mismas y, además, con una velocidad mayor a las de las propuestas conocidas, lo que disminuye aún más el riesgo de estancamiento y ebullición del mismo.
De acuerdo con un ejemplo de realización, los medios de deflexión del intercambiador de la presente invención comprenden dos o más de las citadas aberturas pasantes dispuestas y dimensionadas para dirigir unos respectivos chorros de fluido refrigerante hacia diferentes sub-zonas de la citada zona del interior de la carcasa adyacente al extremo de entrada de gases.
Según un ejemplo de realización, el intercambiador de la presente invención comprende una primera columna de tubos, del citado haz de tubos, apilados longitudinalmente, donde la mencionada sub-zona o cada una de las citadas sub-zonas abarca una sección de paso, en la dirección de apilamiento, entre dos respectivos tubos contiguos de la primera columna de tubos.
Ventajosamente, el intercambiador de la presente invención comprende como mínimo una segunda columna de tubos, del citado haz de tubos, apilados longitudinalmente, y dispuesta en paralelo con la primera, encontrándose el deflector longitudinal de los medios de deflexión dispuesto entre la primera y la segunda columna de tubos, quedando la abertura pasante, o cada una de las aberturas pasantes, dispuesta en el deflector longitudinal entre la citada sección de paso de la primera columna de tubos y una sección de paso de la segunda columna de tubos definida, en la dirección de apilamiento, entre dos respectivos tubos contiguos de la segunda columna de tubos.
Mediante tal disposición del deflector longitudinal tras como mínimo una columna de tubos, o ventajosamente tras más de una, desde la pared de la carcasa en la que se encuentra el orificio de entrada de fluido refrigerante, se consigue disponer al deflector longitudinal a una distancia adecuada para cumplir la función para la que está diseñado, es decir para direccionar el fluido refrigerante hacia la mencionada sub-zona o sub-zonas desde el orificio de entrada de fluido refrigerante, así permitir refrigerar directamente los tubos situados por delante del deflector longitudinal.
Para un ejemplo de realización, los medios de deflexión incluyen por lo menos un deflector transversal dispuesto en el interior de la carcasa, y que incluye unas extensiones que bloquean el paso del flujo de fluido refrigerante al menos en el sentido de la circulación del
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flujo de gases.
En general, el citado deflector transversal se encuentra fijado al deflector longitudinal de manera estanca.
De acuerdo a un ejemplo de realización, el deflector transversal define dos o más más aberturas pasantes, enmarcadas por las correspondientes extensiones del mismo, estando cada una de las aberturas pasantes atravesada por un respectivo tubo de por lo menos la segunda columna de tubos.
Para un ejemplo de realización, el intercambiador de calor de la presente invención comprende una tercera columna de tubos, del mencionado haz de tubos, apilados longitudinalmente, atravesando los tubos de la tercera columna de tubos también a las aberturas pasantes del deflector transversal.
De acuerdo a un ejemplo de realización, el deflector transversal está dispuesto perpendicularmente con respecto al deflector longitudinal.
Para un ejemplo de realización, el deflector transversal es un deflector transversal extremo dispuesto próximo a uno de los extremos del deflector longitudinal.
Para otro ejemplo de realización, alternativo o complementario al anterior, el deflector transversal es un deflector transversal intermedio dispuesto alejado de uno de los extremos del deflector longitudinal.
De acuerdo con un ejemplo de realización, el citado deflector transversal intermedio está dispuesto en el interior de la carcasa en un plano normal a la dirección longitudinal de la misma, y las extensiones incluidas en el mismo bloquean el paso del flujo de fluido refrigerante que entra por el orificio de entrada hacia el extremo de salida de gases, en el sentido de la circulación del flujo de gases, de manera que contribuye, junto con el deflector longitudinal, a dirigir el fluido refrigerante hacia la entrada de gases.
En general, el orificio de entrada de fluido refrigerante se encuentra dispuesto, según una dirección longitudinal, entre el deflector transversal intermedio y el extremo de entrada de gases, más cerca del deflector transversal intermedio que del extremo de entrada de gases.
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Por lo que se refiere al orificio de salida de fluido refrigerante, para un ejemplo de realización éste se encuentra dispuesto, según una dirección longitudinal, entre el deflector transversal intermedio y el extremo de salida de gases.
El orificio de entrada de fluido refrigerante y/o el de salida están definidos en una pared de la carcasa, de acuerdo a un ejemplo de realización.
De acuerdo a un ejemplo de realización, el deflector transversal intermedio se encuentra fijado al deflector longitudinal, y los medios de deflexión comprenden dos deflectores transversales extremos, cada uno de ellos fijado a un respectivo extremo del deflector longitudinal, adyacente a, respectivamente, el extremo de entrada y el extremo de salida de gases de la carcasa, e incluyendo unas extensiones que bloquean el paso del flujo de fluido refrigerante hacia los extremos de entrada y de salida de gases, extendiéndose tanto el deflector transversal intermedio como los deflectores transversales extremos hacia la pared de la carcasa en la que se encuentra definido el orificio de entrada de fluido refrigerante.
Para una variante de dicho ejemplo de realización, los deflectores transversales, intermedio y extremos, están dispuestos en paralelo y definen, cada uno de ellos, dos o más aberturas pasantes, enmarcadas por las correspondientes extensiones de los mismos, que se encuentran alineadas con las del resto de deflectores transversales, estando cada alineación de aberturas pasantes atravesada por un respectivo tubo de como mínimo la segunda columna de tubos, que queda firmemente acoplado de manera estanca a las extensiones que enmarcan a las aberturas, de manera que los tubos soportan a los deflectores transversales y por ende al deflector longitudinal fijado a los mismos.
De acuerdo con un ejemplo de realización, el orificio de salida de fluido refrigerante se encuentra definido en la misma pared de la carcasa en la que se encuentra definido el orificio de entrada, en un punto dispuesto, en un sentido longitudinal, entre el extremo de salida de gases y el deflector transversal intermedio.
Para un ejemplo de realización alternativo, el orificio de salida de fluido refrigerante se encuentra definido en una pared de la carcasa que no es la pared en la que se encuentra definido el orificio de entrada, en un punto dispuesto, en un sentido longitudinal, entre el extremo de salida de gases y la posición longitudinal del deflector transversal intermedio.
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Ventajosamente, los medios de deflexión comprenden una o más aberturas pasantes adicionales dimensionadas y dispuestas, en el deflector longitudinal, para el paso del fluido refrigerante desde el interior de la carcasa hacia el orificio de salida de fluido refrigerante.
De acuerdo a un ejemplo de realización, dicha o cada una de dichas aberturas pasantes adicionales está dispuesta entre la sección de paso de la primera columna de tubos y la sección de paso de la segunda columna de tubos, en una región adyacente al extremo de salida de gases de la carcasa.
Asimismo, opcionalmente, el deflector longitudinal también comprende uno o más agujeros pasantes dispuestos y dimensionados para permitir el paso del fluido refrigerante circulante hacia y desde zonas intermedias del interior de la carcasa, con el fin de redistribuir de manera más uniforme el fluido refrigerante por el interior de la carcasa y refrigerar así todos los tramos de todos los tubos.
En general, los tubos son de sección rectangular, aunque la tubos con otra clase de secciones (circular, ovalada, etc.), también son posibles para otros ejemplos de realización.
Por lo que se refiere al material del que están hechos los medios de deflexión, éste es, en función del ejemplo de realización, metal o plástico.
Debe resaltarse que el hecho de que los deflectores (a diferencia de los de ES2394406B1) no vayan soldados a la carcasa del intercambiador sino que estén soportados por los propios tubos del haz de tubos, permite la utilización, para su fabricación, de materiales que no sean metálicos, como el citado plástico, lo que permite reducir considerablemente su coste.
Breve descripción de los dibujos
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva que muestra al intercambiador propuesto por la presente invención, para un ejemplo de realización, junto con una placa de soporte a un bloque motor, acoplada a la carcasa del intercambiador;
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La Figura 2 ilustra, también mediante una vista en perspectiva, el mismo ejemplo de realización que la Figura 1, pero sin mostrar la carcasa del intercambiador, con el fin de permitir apreciar los elementos que alberga en su interior;
La Figura 3 es otra vista en perspectiva que ilustra el mismo ejemplo de realización que la Figura 1, pero sin la placa de soporte allí ilustrada, con el fin de permitir apreciar la cara exterior de la pared de la carcasa a fijar a la placa de soporte;
La Figura 4 muestra, en perspectiva, a los medios de deflexión incluidos en el intercambiador propuesto por la presente invención, para un ejemplo de realización;
La Figura 5 muestra, en perspectiva, a los mismos medios de deflexión ilustrados en la Figura 4, pero con un tubo del intercambiador insertado a través de una alineación de tres aberturas pasantes de tres respectivos deflectores transversales de los mismos;
La Figura 6 muestra una sección transversal de los elementos ilustrados en la Figura 2, realizada a través de un plano de corte longitudinal dispuesto a la altura del orificio de entrada de refrigerante de la placa de soporte;
La Figura 7 muestra, mediante una vista en perspectiva desde atrás e invertida posicionalmente en relación a la vista de la Figura 4, a los medios de deflexión ilustrados en la Figura 4 pero con seis tubos del intercambiador, cada uno de ellos insertado a través de una respectiva alineación de tres aberturas pasantes de tres respectivos deflectores transversales de los mismos; y
La Figura 8 muestra, en perspectiva, a los tubos del intercambiador propuesto por la presente invención junto con los medios de deflexión incluidos en el mismo, para el mismo ejemplo de realización ilustrado en la Figura 2, así como un detalle ampliado que permite apreciar las secciones de paso entre tubos de una misma columna de tubos.
Descripción detallada de unos ejemplos de realización
Tal y como se aprecia en las Figuras adjuntas, en especial en las Figuras 1 y 3, la presente invención concierne a un intercambiador de calor 1 para gases, en especial para gases de escape de un motor, que comprende:
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- un haz de tubos T destinados a la circulación de los gases de escape; y
- una carcasa 2 que alberga en su interior al haz de tubos T, que se extiende longitudinalmente y que comprende:
- un extremo de entrada 2a y un extremo de salida 2b de gases en los que se encuentran acopladas sendas placas de soporte (no ilustradas) a las que se encuentran fijados los extremos de los tubos del haz de tubos T, quedando comunicados con el exterior de la carcasa 2; y
- un orificio de entrada 4 y uno de salida 5 de fluido refrigerante para la circulación de un fluido refrigerante por el interior de la carcasa 2 en contacto con el haz de tubos T para el intercambio de calor con los gases de escape circulantes por los mismos.
En las Figuras 1, 2 y 3 se ha indicado mediante la referencia Eg la entrada de gases en la carcasa 2 y con la referencia Er la entrada de fluido refrigerante.
En la Figura 1, y en especial en la Figura 2, puede apreciarse cómo el orificio de entrada 4 de fluido refrigerante se encuentra definido en una pared 2p de la carcasa 2 más cerca de un punto medio de la pared 2p, situado a una distancia media según la dirección longitudinal en la que se extiende la carcasa 2, que del extremo de la pared 2p adyacente al extremo de entrada de gases 2a. Tal ubicación del orifico de entrada 4 de fluido refrigerante es considerada, convencionalmente, como asociada a una distancia superior a una distancia de seguridad establecida para evitar la ebullición del fluido refrigerante.
Tal ubicación poco deseada para el orificio de entrada 4, en general, se debe a que el intercambiador está diseñado para aplicaciones que no permiten la flexibilidad de poder localizar la entrada de refrigerante cerca de la entrada del gas de escape. Tal es el caso ilustrado en las Figuras 1 y 2, para el cual la carcasa 2 va fijada o adosada a una placa de soporte S que va montada directamente al bloque motor del vehículo en el que se instala el intercambiador de calor, tendiendo la citada placa de soporte S unos orificios pasantes de entrada 14 y salida 15 del fluido refrigerante comunicados con los orificios de entrada 4 y salida 5 de la carcasa 2. En tales placas de soporte S, la posición del orifico de entrada 14 (y también del de salida 15) viene marcada por el fabricante del motor y no puede modificarse por parte del fabricante del intercambiador de calor.
Con el fin de evitar el sobrecalentamiento e incluso la ebullición del fluido refrigerante para tales aplicaciones, es decir cuando el orificio de entrada 4 del mismo se encuentra a la
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mencionada distancia superior a la de seguridad, el intercambiador de la presente invención comprende además unos medios para evitar el sobrecalentamiento del fluido refrigerante en el interior de la carcasa 2, que comprenden unos medios de deflexión que incluyen, tal como se aprecia en mayor o menor medida, en las Figuras 2, 4, 5, 6, 7 y 8, un deflector longitudinal 6 dispuesto en el interior de la carcasa 2 y adaptado para direccionar el flujo de fluido refrigerante que entra por el orificio de entrada 4 hacia el extremo de entrada de gases 2a, en este caso a contracorriente respecto a la circulación del flujo de gases. En este caso, en el camino que va desde el orificio de entrada de fluido refrigerante hasta la citada sub-zona, el fluido refrigerante atraviesa el deflector longitudinal 6 solamente una vez.
Según se muestra en las Figuras 4, 5 y 7, el deflector longitudinal unas aberturas pasantes A1, A2 de acceso a una zona Z del interior de la carcasa 2 (ver Figura 6) adyacentes al extremo de entrada de gases 2a, para el paso a su través del fluido refrigerante direccionado desde el orificio de entrada 4 de fluido refrigerante, estando cada una de dichas abertura pasantes A1, A2 dispuesta y dimensionada para dirigir unos respectivos chorros de fluido refrigerante hacia diferentes sub-zonas de la zona Z.
Los medios de deflexión del intercambiador de la presente invención incluyen también, para el ejemplo de realización ilustrado en las Figuras adjuntas, tres deflectores transversales 7, 8, 9 dispuestos en el interior de la carcasa 2 en un plano normal a la dirección longitudinal de la misma, en particular un deflector transversal intermedio 7 y dos deflectores transversales extremos 8, 9, tal y como se aprecia en especial en las Figuras 4, 5, 6, 7 y 8.
Según se aprecia en especial en las citadas Figuras (interpretándolas teniendo en cuenta las Figuras 1 y 2, por lo que se refiere a las referencias posicionales con respecto a la pared 2p de la carcasa 2), el deflector transversal intermedio 7 se extiende desde una región intermedia del deflector longitudinal 6 en dirección a la pared 2p de la carcasa 2, y está fijado o integrado con el deflector longitudinal 6. Por su parte, cada uno de los deflectores transversales extremos 8, 9 está fijado asimismo, o integrado, con un respectivo extremo del deflector longitudinal 6, adyacente a, respectivamente, el extremo de entrada 2a y el extremo de salida 2b de gases de la carcasa 2 (ver Figuras 2 y 3).
En las Figuras 4 y 5 puede verse cómo el deflector transversal intermedio 7 incluye unas extensiones 7e que bloquean el paso del flujo de fluido refrigerante que entra por el orificio de entrada 4 hacia el extremo de salida de gases 2b, en el sentido de la circulación del flujo de gases, y que, por su parte, cada uno de los deflectores transversales extremos 8, 9 incluye
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unas extensiones 8e, 9e que bloquean el paso del flujo de fluido refrigerante hacia los extremos de entrada 2a y de salida 2b de gases, respectivamente.
En la Figura 6 se aprecia, de manera simplificada, la trayectoria P que sigue el fluido refrigerante por una sección transversal a la altura de los orificios de entrada de fluido refrigerante 4, 14. Obviamente, la trayectoria real es mucho más compleja, distribuyéndose el fluido refrigerante a diferentes alturas y no únicamente según una dirección horizontal.
En especial en la Figura 8 puede apreciarse cómo el intercambiador de la presente invención comprende una pluralidad de columnas de tubos de sección rectangular, apilados longitudinalmente, en particular de tres tubos T por columna, disponiéndose el deflector longitudinal entre una primera columna C1 y una segunda columna C2 de tubos dispuestas en paralelo entre sí. En particular, para el ejemplo de realización ilustrado, el deflector longitudinal 6 se encuentra ubicado, tomando como referencia posicional la pared 2p de la carcasa 2 (ver Figuras 1 y 2), tras dos columnas de tubos, la columna C2 y la columna C3.
El detalle ampliado de la Figura 8 permite apreciar que cada una de las anteriormente mencionadas sub-zonas abarca una sección de paso s1, en la dirección de apilamiento, entre dos respectivos tubos contiguos de la primera columna de tubos C1, y que la abertura pasante A1 queda dispuesta, respectivamente, entre la sección de paso s1 definida, en la dirección de apilamiento, entre los dos tubos T superiores de la columna C1 (según la posición ilustrada en la Figura 8) y una sección de paso s2 definida, en la dirección de apilamiento, entre dos respectivos tubos contiguos de la segunda columna de tubos C2. De manera similar, la abertura pasante A2 queda definida entre dos correspondientes secciones de paso s1, s2 definidas entre dos respectivos pares de tubos T inferiores y contiguos de las columnas C1 y C2.
Se consigue así que el chorro de fluido refrigerante que sale por la abertura A1 se dirija a la sección de paso s1 definida entre los dos tubos T superiores de la columna C1, y que el chorro de fluido refrigerante que sale por la abertura A2 se dirija a la sección de paso s1 definida entre los dos tubos T inferiores de la columna C1.
Para la realización ilustrada (ver Figura 8), el intercambiador de la invención comprende una tercera columna de tubos C3, apilados longitudinalmente, y dispuesta, en paralelo, entre la segunda columna de tubos C2 y la pared 2p de la carcasa 2 en la que se encuentra definido el orificio de entrada 4 de fluido refrigerante, quedando así el deflector longitudinal 6 a una
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distancia, respecto a la pared 2p, considerada adecuada para una buena distribución del fluido refrigerante.
Tal y como se aprecia, en especial, en las Figuras 4 y 5, los deflectores transversales, intermedio 7 y extremos 8, 9, están dispuestos en paralelo y definen, cada uno de ellos, seis aberturas pasantes 7a, 8a, 9a, enmarcadas por las correspondientes extensiones 7e, 8e, 9e de los mismos, que se encuentran alineadas con las del resto de deflectores transversales, estando cada alineación de aberturas pasantes 7a, 8a, 9a atravesada, de manera ajustada, por un respectivo tubo de la segunda C2 o la tercera C3 columna de tubos, que queda firmemente acoplado de manera estanca a las extensiones 7e, 8e, 9e que enmarcan a las aberturas 7a, 8a, 9a, de manera que los tubos soportan a los deflectores transversales 7, 8, 9 y por ende al deflector longitudinal 6 fijado o integral a los mismos.
En la Figura 5 se muestra solamente a uno de los tubos T insertado en tres respectivas de las citadas aberturas pasantes 7a, 8a, 9a, mientras que en las Figuras 7 y 8 se muestran ya a los seis tubos T insertados en seis respectivas alineaciones de aberturas 7a, 8a, 9a.
Las citadas aberturas pasantes 7a, 8a, 9a tienen una forma adaptada para permitir el paso de los tubos T y de unos elementos protuberantes 10 dispuestos en como una de sus superficies externas, tal y como se aprecia en las Figuras 5 y 8.
Para el ejemplo de realización ilustrado, según se aprecia en la Figura 3, el orificio de salida 5 de fluido refrigerante se encuentra definido en la misma pared 2p de la carcasa 2 en la que se encuentra definido el orificio de entrada 4, en un punto dispuesto, en un sentido longitudinal, entre el extremo de salida de gases 2a y dicho deflector transversal intermedio 7, aunque para otros ejemplos de realización (no ilustrado) el mencionado orificio de salida 5 está ubicado en otra de las paredes de la carcasa 2.
Como se aprecia en las Figuras 4 y 7, el deflector longitudinal 6 comprende unas aberturas pasantes adicionales A3, A4 dispuestas y dimensionadas para permitir el paso del fluido refrigerante circulante por el interior de la carcasa 2 hacia el orificio de salida 5 de fluido refrigerante. Cada una de las aberturas pasantes adicionales A3, A4 queda dispuesta entre una sección de paso s1 de la primera columna de tubos C1 y una sección de paso s2 de la segunda columna de tubos C2, en una región adyacente al extremo de salida de gases 2b de la carcasa 2, según se ilustra en la Figura 7 interpretándola con ayuda de la Figura 8.
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Asimismo, las citadas Figuras 4 y 7 también muestran cómo el deflector longitudinal 6 comprende varios agujeros pasantes O dispuestos en diferentes regiones del deflector longitudinal 6 y dimensionados para permitir el paso del fluido refrigerante circulante hacia y desde zonas intermedias del interior de la carcasa 2.
Para otro ejemplo de realización (no ilustrado), a diferencia de la realización ilustrada, el orificio de entrada 4 de fluido refrigerante se encuentra más alejado de la zona Z que el de salida 5, por ejemplo en posiciones invertidas respecto a las Figuras (es decir, el orificio de entrada 4 donde está ilustrado el de salida 5, y viceversa). En este caso, el deflector longitudinal 6 se dispone más distanciado de la pared 2p, hacia el interior de la carcasa 2, por ejemplo entre las columnas de tubos antepenúltima y penúltima (donde la última columna es la ilustrada en una posición superior en la Figura 6), y el fluido refrigerante seguiría una dirección opuesta a la indicada en la Figura 6, es decir entrando por el orificio de entrada de fluido refrigerante 4, es decir el ilustrado más a la izquierda, atravesando el deflector longitudinal 6 por una o ambas de sus aberturas pasantes A3, A4, siguiendo a contracorriente respecto a la circulación del flujo de gases entre el deflector longitudinal 6 y los tubos de la penúltima columna, y atravesando el deflector de nuevo, ahora por una o ambas de las aberturas A1, A2 y dirigiéndose según una dirección transversal hacia la zona Z, y desde allí al orificio de salida de fluido refrigerante 5, en este caso siguiendo un tramo en paralelo, es decir en el mismo sentido, que la circulación del fluido de gases. Si el orificio de salida se encontrase muy próximo a la zona Z, el citado tramo en paralelo con la circulación del fluido de gases no existiría, dirigiéndose en tal caso el fluido refrigerante directamente desde la zona Z hasta el orificio de salida de fluido refrigerante 5 según una dirección transversal a la circulación del fluido de gases.
En el citado ejemplo de realización, no ilustrado, el deflector longitudinal 6 está dispuesto en el interior de la carcasa 2 y adaptado para direccionar el flujo de fluido refrigerante que entra por el orificio de entrada 4 hacia la zona Z, no directamente a través de las aberturas A1, A2 como en el ejemplo de realización ilustrado, sino tras atravesar primero las aberturas A3, A4 y después las A1, A2. Es decir que, en este caso, en el camino que va desde el orificio de entrada de fluido refrigerante 4 hasta la citada sub-zona, el fluido refrigerante atraviesa el deflector longitudinal 6 dos veces.
Mediante el intercambiador de la presente invención se consigue no solo evitar el sobrecalentamiento y la ebullición del fluido refrigerante, sino una buena distribución del mismo por el interior de la carcasa 2, así como prescindir de la fijación de los deflectores a la
carcasa 2 al estar estos auto-soportados por los propios tubos T. Este último punto permite la utilización de deflectores que no sean metálicos.
Un experto en la materia podría introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de 5 realización descritos sin salirse del alcance de la invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas, incluyendo las citadas posibles modificaciones, por ejemplo, otras formas, otro número y/u otras dimensiones (absolutas y/o relativas) de los distintos elementos que componen el intercambiador de la presente invención.
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Claims (18)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, que comprende:
    - un haz de tubos (T) destinados a la circulación de los gases de escape;
    - una carcasa (2) que alberga en su interior a dicho haz de tubos (T), que se extiende longitudinalmente y que comprende:
    - un extremo de entrada (2a) y un extremo de salida (2b) de gases en los que se encuentran acopladas sendas placas de soporte a las que se encuentran fijados los extremos de los tubos de dicho haz de tubos (T), quedando comunicados con el exterior de la carcasa (2); y
    - un orificio de entrada (4) y uno de salida (5) de fluido refrigerante para la circulación de un fluido refrigerante por el interior de la carcasa (2) en contacto con el haz de tubos (T) para el intercambio de calor con los gases de escape circulantes por los mismos;
    y
    - medios para evitar el sobrecalentamiento de dicho fluido refrigerante en el interior de la carcasa (2), que comprenden unos medios de deflexión dispuestos en el interior de la carcasa (2) y adaptados para direccionar el flujo de fluido refrigerante que entra por dicho orificio de entrada (4) hacia dicho extremo de entrada de gases (2a); caracterizado porque dichos medios de deflexión comprenden al menos una abertura pasante (A1) de acceso a una zona (Z) del interior de la carcasa (2) adyacente al extremo de entrada de gases (2a), para el paso a su través del fluido refrigerante direccionado desde el orificio de entrada (4) de fluido refrigerante, estando dicha abertura pasante (A1) dispuesta y dimensionada para dirigir un chorro de fluido refrigerante hacia una sub-zona de dicha zona (Z).
  2. 2. - Intercambiador según la reivindicación 1, en el que dichos medios de deflexión comprenden dos o más de dichas aberturas pasantes (A1, A2) dispuestas y dimensionadas para dirigir unos respectivos chorros de fluido refrigerante hacia diferentes sub-zonas de dicha zona (Z).
  3. 3. - Intercambiador según la reivindicación 1 ó 2, que comprende una primera columna de tubos (C1), de dicho haz de tubos (T), apilados longitudinalmente, donde dicha subzona o cada una de dichas sub-zonas abarca una sección de paso (s1), en la dirección de apilamiento, entre dos respectivos tubos contiguos de dicha primera columna de
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    tubos (C1).
  4. 4. - Intercambiador según la reivindicación 3, que comprende al menos una segunda columna de tubos (C2), de dicho haz de tubos (T), apilados longitudinalmente, y dispuesta en paralelo con la primera (C1), comprendiendo los medios de deflexión un deflector longitudinal (6) dispuesto entre dicha primera (C1) y dicha segunda (C2) columna de tubos, quedando la abertura pasante (A1), o cada una de las aberturas pasantes (A1, A2), dispuesta en dicho deflector longitudinal (6) entre dicha sección de paso (s1) de la primera columna de tubos (C1) y una sección de paso (s2) de la segunda columna de tubos (C2) definida, en la dirección de apilamiento, entre dos respectivos tubos contiguos de la segunda columna de tubos (C2).
  5. 5. - Intercambiador según la reivindicación 4, en el que los medios de deflexión incluyen al menos un deflector transversal (7, 8, 9) dispuesto en el interior de la carcasa (2), y que incluye unas extensiones (7e, 8e, 9e) que bloquean el paso del flujo de fluido refrigerante al menos en el sentido de la circulación del flujo de gases.
  6. 6. - Intercambiador según la reivindicación 5, en el que dicho deflector transversal (7, 8, 9), que es al menos uno, se encuentra fijado a dicho deflector longitudinal (6) de manera estanca.
  7. 7. - Intercambiador según la reivindicación 5 ó 6, en el que dicho deflector transversal (7,
  8. 8. 9), que es al menos uno, define dos o más más aberturas pasantes (7a, 8a, 9a), enmarcadas por las correspondientes extensiones (7e, 8e, 9e) del mismo, estando cada una de las aberturas pasantes (7a, 8a, 9a) atravesada por un respectivo tubo de al menos dicha segunda columna de tubos (C2).
  9. 8. - Intercambiador según la reivindicación 7, que comprende una tercera columna de tubos (C3), de dicho haz de tubos (T), apilados longitudinalmente, atravesando los tubos de la tercera columna de tubos (C3) también a las aberturas pasantes (7a, 8a, 9a) del deflector transversal (7, 8, 9), que es al menos uno.
  10. 9. - Intercambiador según la reivindicación 7 u 8, en el que dichas aberturas pasantes (7a, 8a, 9a) tienen una forma adaptada para permitir el paso de los tubos y de unos elementos protuberantes (10) dispuestos en al menos una de sus superficies externas.
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  11. 10. - Intercambiador según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que dicho deflector transversal (7, 8, 9), que es al menos uno, está dispuesto perpendicularmente con respecto al deflector longitudinal (6).
  12. 11. - Intercambiador según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que el deflector transversal (7, 8, 9), que es al menos uno, es un deflector transversal extremo (8, 9) dispuesto próximo a uno de los extremos del deflector longitudinal (6).
  13. 12. - Intercambiador según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que el deflector transversal (7, 8, 9), que es al menos uno, es un deflector transversal intermedio (7) dispuesto alejado de uno de los extremos del deflector longitudinal (6).
  14. 13. - Intercambiador de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el orificio de entrada (4) de fluido refrigerante se encuentra dispuesto, según una dirección longitudinal, entre dicho deflector transversal intermedio (7) y el extremo de entrada de gases (2a), más cerca del deflector transversal intermedio (7) que del extremo de entrada de gases (2a).
  15. 14. - Intercambiador según la reivindicación 12 ó 13, en el que el orificio de salida (5) de fluido refrigerante se encuentra dispuesto, según una dirección longitudinal, entre el deflector transversal intermedio (7) y el extremo de salida de gases (2b).
  16. 15. - Intercambiador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 14, en el que los medios de deflexión comprenden una o más aberturas pasantes adicionales (A3, A4) dispuestas en el deflector longitudinal (6) para el paso del fluido refrigerante desde el interior de la carcasa (2) hacia el orificio de salida (5) de fluido refrigerante.
  17. 16. - Intercambiador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el orificio de entrada (4) de fluido refrigerante y/o el de salida (5) están definidos en una pared (2p) de la carcasa (2).
  18. 17. - Intercambiador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de deflexión están hechos de metal o de plástico.
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