ES2681129A1 - Intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, y método de fabricación de dicho intercambiador - Google Patents

Intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, y método de fabricación de dicho intercambiador Download PDF

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Abstract

Intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, y método de fabricación de dicho intercambiador. El intercambiador comprende un primer circuito de fluido de gases de escape, una carcasa (1) de intercambio de calor, y un puerto (2) de entrada y un puerto (3) de salida para dicho fluido refrigerante, y se caracteriza por el hecho de que una porción de una pared de dicha carcasa (1) de intercambio de calor está definida por una superficie de una pieza (5) de unión con el motor, incluyendo dicha misma pieza (5) de unión el puerto (2) de entrada y el puerto (3) de salida para el fluido refrigerante procedente del motor. El método comprende las etapas de; unir dicha pieza (5) de unión a una estructura de la carcasa (1), encajar en unos rebajes (7) de la estructura de la carcasa (1) unas placas (8) de ensamblaje con dicha pieza (5) de unión, y, aplicar soldadura al contorno de dicha pieza (5) de unión.

Description

INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL PARA GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR, Y MÉTODO DE FABRICACIÓN DE DICHO INTERCAMBIADOR
La presente invención concierne en general, en un primer aspecto, a un intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, que incluye una pluralidad de conductos de circulación de gases y una carcasa para el intercambio de calor entre dichos gases y un fluido refrigerante que rodea los conductos de circulación de gases alojados en el 10 interior de la carcasa.
Un segundo aspecto de la presente invención concierne un método de fabricación del mencionado intercambiador de calor del primer aspecto.
La invención se aplica especialmente en intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor ("Exhaust Gas Recirculation Coolers” o EGRC).
15 Antecedentes de la invención
La función principal de los intercambiadores EGRC es el intercambio de calor entre los gases de escape y un fluido refrigerante, con el fin de enfriar estos gases. Actualmente, los intercambiadores de calor EGRC son ampliamente usados para aplicaciones Diésel con el fin 20 de reducir las emisiones, y también son usados en aplicaciones de gasolina para reducir el consumo de combustible.
La configuración actual de los intercambiadores EGRC del mercado se corresponde con un intercambiador de calor que incluye una carcasa de intercambio de calor fabricada 25 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 conductos paralelos para el paso de los gases, circulando el refrigerante por la carcasa, exteriormente a los conductos, 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 30 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 piezas estructurales acopladas en cada extremo de la carcasa, presentando
ambas piezas estructurales una pluralidad de orificios para recibir los extremos de los respectivos conductos. La entrada y salida de fluido refrigerante en el interior de la carcasa de intercambio de calor se lleva a cabo mediante unos conductos de entrada y salida de fluido refrigerante que están ambos acoplados de forma estanca a la carcasa.
5
En el estado de la técnica son conocidos intercambiadores de calor para gases en los que, debido a ciertos requerimientos técnicos, el flujo de fluido refrigerante procedente del motor es conducido directamente al interior de la carcasa del intercambiador prescindiendo de conductos diseñados específicamente para este fin. En estos intercambiadores, el flujo de 10 fluido refrigerante es conducido directamente al interior de la carcasa de intercambio de calor, a través de unos puertos de entrada y salida de fluido provistos en la propia carcasa y en una brida de unión con el motor que se une a la pared de la carcasa. La unión por soldadura fuerte (“brazing”) entre la brida y la pared de la carcasa se lleva a cabo interponiendo una hoja de Níquel entre ambos componentes.
15
El proceso de ensamblaje de los intercambiadores descritos en el párrafo anterior presenta el inconveniente de que requiere una operación de alineamiento de los orificios de entrada y salida de fluido refrigerante de la carcasa y de la brida de unión con el motor, así como la correcta colocación de la hoja de Níquel para asegurar una unión estanca por soldadura entre 20 ambos componentes completamente.
Descripción de la invención
Con el fin de solucionar los inconvenientes mencionados, según un primer aspecto, la presente invención proporciona un intercambiador de calor para gases, en especial para 25 gases de escape de un motor, que comprende;
- un primer circuito de fluido para la circulación de dichos gases de escape,
- una carcasa de intercambio de calor destinada a delimitar un segundo circuito de fluido para la circulación de un fluido refrigerante que intercambia calor con los gases del primer circuito en el interior de dicha carcasa, y
30 - un puerto de entrada y un puerto de salida para dicho fluido refrigerante en el interior
de dicha carcasa.
El intercambiador se caracteriza por el hecho de que al menos una porción de pared de dicha carcasa de intercambio de calor está definida por una superficie de una pieza de unión con el motor, incluyendo dicha misma pieza de unión el puerto de entrada y el puerto de salida para
el flujo de fluido refrigerante procedente del motor o bloque de motor.
En el intercambiador reivindicado el flujo de fluido refrigerante entra y sale de la carcasa a través de la pieza de unión con el motor, que está configurada en este caso de modo que define una porción de la pared de la carcasa de intercambio de calor que entra en contacto 5 con el fluido refrigerante. De este modo, se obtiene un intercambiador más ligero que resulta más fácil de ensamblar, puesto que tiene menos componentes.
Preferiblemente, la carcasa de intercambio de calor comprende una estructura provista de una abertura susceptible de ser cerrada por dicha pieza de unión con el motor, definiendo al menos una porción de la superficie de dicha pieza de unión una pared de la carcasa dispuesta en 10 correspondencia con la abertura. Por ejemplo, esta estructura puede ser una estructura tubular desprovista de una porción de pared en uno de sus laterales o una estructura abierta configurada en forma sustancialmente de "U”, con una abertura lateral.
El intercambiador reivindicado permite prescindir de la hoja de Níquel que se emplea en el estado de la técnica para unir por soldadura la pieza de unión con la pared de la carcasa de 15 intercambio de calor. De hecho, en la presente invención, la pieza de unión con el motor se une por soldadura en el contorno de la abertura de la carcasa de intercambio de calor empleando pasta de Níquel.
Ventajosamente, los puertos de entrada y de salida de fluido refrigerante incluyen por lo menos dos orificios en la superficie de dicha pieza de unión con el motor configurados para 20 poder ser directamente conectados al flujo de fluido refrigerante procedente del motor.
En la presente invención, el flujo del fluido refrigerante procedente del bloque de motor pasa a través de estos orificios para entrar directamente en contacto con los conductos de circulación de gases del primer circuito. Se obtiene así un dispositivo ligero y de bajo coste.
Según una realización preferida, la pieza de unión con el motor está configurada a modo de 25 brida, definiendo una superficie de dicha brida de unión la porción de la pared de la carcasa de intercambio de calor destinada a quedar dispuesta en correspondencia con la abertura de la estructura de dicha carcasa.
Según la misma realización preferida, el intercambiador comprende sendas placas para ensamblar, en los extremos de la carcasa, la brida o pieza de unión con sendas piezas 30 estructurales destinadas a recibir la pluralidad de conductos de circulación de los gases de escape del primer circuito de fluido.
Ventajosamente, la estructura abierta de la carcasa de intercambio de calor incluye un rebaje adaptado para recibir una de dichas placas de ensamblaje en cada uno de los respectivos 5 extremos de dicha carcasa.
De este modo dichas placas de ensamblaje quedan sustancialmente enrasadas con la superficie exterior de la estructura de la carcasa y sirven de base de apoyo y soldadura para la brida o pieza de unión.
Otra vez ventajosamente, la cara interior de la brida o pieza de unión define un resalte 10 adaptado para encajar entre sendas placas de ensamblaje en la abertura de la estructura de
la carcasa de intercambio de calor.
Este resalte queda situado sustancialmente en el mismo plano que las placas de ensamblaje, una vez ensamblada la brida o pieza de unión, determinando junto con ellas una pared de la carcasa de intercambio que entra en contacto con el fluido refrigerante.
15 Según una realización, dichas placas de ensamblaje de la pieza de unión con el motor están
unidas de forma solidaria a los bordes de cada una de las piezas estructurales de los extremos de la carcasa de intercambio de calor, formando junto con cada una de dichas piezas estructurales una única pieza de ensamble en los extremos de la carcasa.
Se obtiene así un diseño más compacto y fácil de ensamblar.
20 Según la misma realización, dichas piezas estructurales están provistas de una pluralidad de orificios dispuestos para recibir los extremos de cada uno de los conductos de circulación de bases a ambos lados de la carcasa de intercambio de calor, definiendo unas extensiones de los bordes laterales de cada una dichas piezas estructurales las placas de ensamblaje de la pieza de unión con el motor.
25 De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método de fabricación del intercambiador reivindicado que comprende realizar las etapas de;
a. unir dicha pieza o brida de unión a una estructura abierta de la carcasa de intercambio de calor para formar al menos una porción de pared de dicha carcasa de intercambio de calor,
b. encajar, en unos rebajes de la estructura de dicha carcasa, unas placas de ensamblaje 30 con la pieza o brida de unión, quedando al menos parcialmente solapadas dichas placas
de ensamblaje por dicha pieza o brida de unión en los extremos de la carcasa,
c. aplicar soldadura al contorno de dicha pieza o brida de unión con las placas de ensamblaje
5
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30
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Según una realización preferida, la etapa b) se lleva a cabo ensamblando unas piezas estructurales en los extremos de la carcasa, incluyendo los bordes de dichas piezas estructurales unas extensiones que configuran las placas de ensamblaje con la brida o pieza de unión con el bloque de motor.
Ventajosamente, la unión por soldadura de la etapa c) se lleva a cabo empleando pasta de Níquel que se distribuye a lo largo del contorno del conjunto de pieza o brida de unión, estructura de la carcasa y placas de ensamblaje.
Según la misma realización preferida, en una etapa d), el extremo de cada conducto de circulación de gases se inserta en un orificio de las piezas estructurales de los extremos de la carcasa de intercambio de calor, quedando dichos conductos expuestos al flujo de fluido refrigerante procedente del motor que circula entre un puerto de entrada y un puerto de salida de la pieza o brida de unión con el motor.
Tal y como comentado, el intercambiador reivindicado es ligero, fácil de ensamblar y de coste más reducido que los del estado de la técnica.
Breve descripción de las figuras
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva parcialmente explosionada de un intercambiador de calor de gases del estado de la técnica.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva explosionada de una estructura abierta de una carcasa de intercambio de calor del intercambiador de la presente invención, y una brida o pieza de unión de dicha carcasa con un motor o bloque de motor.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de una brida o pieza de unión soldada a la estructura abierta de la carcasa.
5
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La figura 4 muestra una vista en perspectiva parcialmente explosionada del conjunto de carcasa y brida o pieza de unión de la figura 3, y de una pieza estructural provista de placas de ensamblaje con la brida o pieza de unión.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva parcialmente explosionada de una carcasa de intercambio de calor que incluye en sus respectivos extremos sendas piezas estructurales provistas de placas de ensamblaje con la pieza o brida de unión con el motor.
La figura 6 muestra un detalle de una placa de ensamblaje insertada en un resalte de la estructura abierta de la carcasa de intercambio de calor.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una pieza o brida de unión con el motor ensamblada en la estructura de la carcasa de intercambio de calor sobre correspondientes placas de ensamblaje.
Las figuras 8 y 9 muestran una vista frontal de la cara interior de la pieza o brida de unión que incluye el resalte para encajar entre placas de ensamblaje, así como una sección de dicha misma pieza o brida de unión.
Descripción de una realización preferida
A continuación se describe una realización preferida de un intercambiador de calor para gases de la presente invención, haciendo referencia a las figuras 2 a 9. La figura 1 representa un intercambiador de calor de gases del estado de la técnica.
El intercambiador de gases de la presente invención comprende;
- un primer circuito de fluido (no representado) para la circulación de los gases de escape de un motor,
- una carcasa 1 de intercambio de calor que delimita un segundo circuito de fluido (no representado) para la circulación de un fluido refrigerante que intercambia calor con los gases de escape del primer circuito en el interior de la carcasa 1, y
- un puerto 2 de entrada y un puerto 3 de salida para dicho fluido refrigerante.
Tal y como puede verse en la figura 2, la carcasa 1 de intercambio de calor comprende una estructura abierta provista de una abertura 4 susceptible de ser cerrada por una pieza 5 de unión con el motor o bloque de motor, de modo que una porción de la superficie de dicha
pieza 5 de unión define una pared de la carcasa 1 dispuesta en correspondencia con dicha abertura 4. Esta pared está entra en contacto con el fluido refrigerante que baña un haz de conductos de circulación de gases (no representados).
En la realización que se describe, la pieza 5 de unión está configurada a modo de brida de 5 unión con el motor, y está provista de unos orificios que definen los puertos 2, 3 de entrada y salida de fluido refrigerante, los cuales pueden ser conectados directamente al flujo de fluido refrigerante procedente del motor. La misma brida incluye una pluralidad de orificios 6 para el paso de unos elementos de fijación.
Volviendo a la estructura abierta de la carcasa 1, la figura 2 muestra un contorno de la abertura 10 4 provisto de un rebaje 7 adaptado para recibir unas placas 8 de ensamblaje en cada uno de
los extremos 1a, 1b de esta carcasa 1. Tal y como se aprecia en la figura 4, en la realización que se describe, las placas 8 de ensamblaje están unidas de forma solidaria a los bordes laterales de unas piezas 9 estructurales previstas en los extremos 1a, 1b de la carcasa 1 para recibir unos conductos (no representados) de circulación del primer circuito de fluido. De 15 hecho, estas placas 8 de ensamblaje están configuradas a modo de extensiones en los laterales de las mencionadas piezas 9 estructurales, siendo susceptibles de quedar insertadas en el rebaje 7 del contorno de la abertura 4 de la estructura de la carcasa 1, enrasadas con la superficie más exterior de la misma carcasa 1 de intercambio de calor (ver detalle de la figura 6).
20 Las figuras 8 y 9 muestran una vista frontal y una sección de la brida o pieza 5 de unión con
el motor en la que se aprecia un resalte 10 adaptado para encajar en la abertura 4 de la
carcasa entre las placas 8 de ensamblaje. De este modo, una vez ensamblada la brida o pieza 5 de unión con la estructura de la carcasa 1, el resalte 10 queda situado sustancialmente en el mismo plano que las placas 8 de ensamblaje, determinando una porción de pared de la 25 carcasa 1 de intercambio que entra en contacto con el fluido refrigerante.
Tal y como se ha comentado en la descripción de la invención, el intercambiador reivindicado es más ligero y resulta más fácil de ensamblar, puesto que tiene menos componentes. Además, presenta la ventaja de que permite prescindir de la hoja 11 de Níquel que se emplea en el estado de la técnica para unir por soldadura la pieza 5’ de unión con la pared de la
30 carcasa 1’ de intercambio de calor. Tal y como se aprecia en la figura 1 del estado de la
técnica, la pared de la carcasa 1’ comprende unos orificios 12 que deben quedar alineados con los puertos de entrada 2’ y salida 3’ de fluido refrigerante.
A continuación se describe las etapas del método de fabricación del intercambiador de calor reivindicado haciendo referencia a las figuras.
En una primera etapa, la brida o pieza 5 de unión con el motor o bloque de motor se une por soldadura eléctrica con la estructura abierta de la carcasa 1 de intercambio de calor para forma una porción de la pared de la carcasa 1 dispuesta en correspondencia con la abertura 5 4.
En una segunda etapa, se ensamblan las piezas 9 estructurales en los extremos 1a, 1b de la carcasa 1 encajando las placas 8 de ensamblaje en el rebaje 7 de estos extremos 1a, 1b, de modo que los laterales de la pieza 5 o brida de unión con el motor solapan la superficie exterior 10 de las placas 8 de ensamblaje (ver figura 7).
A continuación, en una tercera etapa, se procede a aplicar soldadura fuerte ("brazing”) al contorno de la pieza 5 o brida de unión con las placas 8 de ensamblaje y con la estructura de la carcasa 1, distribuyendo para ello pasta de Níquel a lo largo de todo el contorno.
15
En una etapa posterior, el extremo de cada conducto (no representado) del primer circuito de circulación de gases se inserta en un orificio de las piezas 9 estructurales de los extremos 1a, 1b de la carcasa 1 de intercambio de calor, quedando dichos conductos expuestos al flujo de fluido refrigerante procedente del motor que circula directamente entre un puerto de entrada 20 y un puerto de salida de la pieza 5 o brida de unión con el motor.
Los test realizados han permitido comprobar que la solución de ensamblaje que se propone garantiza un óptimo grado de estanqueidad del circuito de fluido refrigerante en el interior de la carcasa 1.
25
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el intercambiador de calor, y el método descrito son susceptibles de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del 30 ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    1. Intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, que comprende;
    - un primer circuito de fluido para la circulación de dichos gases de escape,
    - una carcasa (1) de intercambio de calor destinada a delimitar un segundo circuito de fluido para la circulación de un fluido refrigerante que intercambia calor con los gases del primer circuito en el interior de dicha carcasa (1), y
    - un puerto (2) de entrada y un puerto (3) de salida para dicho fluido refrigerante en el interior de dicha carcasa (1),
    caracterizado por el hecho de que;
    - al menos una porción de una pared de dicha carcasa (1) de intercambio de calor está definida por una superficie de una pieza (5) de unión con el motor, incluyendo dicha misma pieza (5) de unión el puerto (2) de entrada y el puerto (3) de salida para el flujo de fluido refrigerante procedente del motor.
  2. 2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que dicha carcasa (1) de intercambio de calor comprende una estructura provista de una abertura (4) susceptible de ser al menos parcialmente cerrada por dicha pieza (5) de unión con el motor, definiendo una porción de la superficie de dicha pieza (5) de unión una pared de la carcasa (1) dispuesta en correspondencia con dicha abertura (4) destinada a entrar en contacto con el fluido refrigerante.
  3. 3. Intercambiador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dichos puertos (2,3) de entrada y de salida de fluido refrigerante comprenden unos orificios en la superficie de dicha pieza (5) de unión configurados para poder ser directamente conectados al flujo de fluido refrigerante procedente del motor.
  4. 4. Intercambiador según la reivindicación 2, en el que dicha pieza (5) de unión con el motor está configurada a modo de brida, definiendo una superficie de dicha brida de unión la porción de la pared de la carcasa (1) de intercambio de calor destinada a quedar dispuesta en correspondencia con la abertura (4) de la estructura de dicha carcasa (1).
  5. 5. Intercambiador de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende unas placas (8) para ensamblar dicha pieza (5) de unión con unas piezas
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    (9) estructurales destinadas a recibir una pluralidad de conductos de circulación de los gases de escape del primer circuito de fluido en los respectivos extremos de la carcasa (1).
  6. 6. Intercambiador de calor según las reivindicaciones 2 y 3, en el que la estructura abierta de dicha carcasa (1) incluye un rebaje (7) adaptado para recibir una de dichas placas
    (8) de ensamblaje en cada uno de los respectivos extremos (1a,1b) de dicha carcasa (1).
  7. 7. Intercambiador según las reivindicaciones 4 y 5, en el que la cara interior de dicha brida de unión define un resalte (10) adaptado para encajar entre sendas placas (8) de ensamblaje en la abertura (4) de la estructura de la carcasa (1) de intercambio de calor.
  8. 8. Intercambiador según la reivindicación 5, en el que dichas placas (8) de ensamblaje con la pieza (5) de unión están unidas de forma solidaria a los bordes de cada una de las piezas (9) estructurales de los extremos (1a,1b) de la carcasa (1) de intercambio de calor, formando junto con cada una de dichas piezas (9) estructurales una única pieza de ensamble.
  9. 9. Intercambiador según cualquiera de las reivindicaciones 5 u 8, donde dichas piezas
    (9) estructurales están provistas de una pluralidad de orificios que están dispuestos para recibir los extremos de cada uno de dichos conductos de circulación a ambos lados de la carcasa (1) de intercambio de calor, definiendo unas extensiones de los bordes de cada una de dichas piezas (9) estructurales las placas (8) de ensamblaje de la pieza (5) de unión con el motor.
  10. 10. Método de fabricación del intercambiador según la reivindicación 1, que comprende realizar las etapas de;
    a. unir dicha pieza (5) de unión a una estructura de la carcasa (1) de intercambio de calor para formar al menos una porción de una pared de dicha carcasa (1) susceptible de entrar en contacto con el fluido refrigerante,
    b. encajar en unos rebajes (7) de la estructura de la carcasa (1) de intercambio de calor unas placas (8) de ensamblaje con dicha pieza (5) de unión, quedando solapadas dichas placas (8) de ensamblaje por dicha pieza (5) de unión con el motor,
    c. aplicar soldadura al contorno de dicha pieza (5) de unión con las placas (8) de
    5
    10
    15
    20
    25
    ensamblaje de los extremos (1a,1b) de la carcasa (1), y con la estructura de la carcasa (1).
  11. 11. Método según la reivindicación 10, donde la etapa b) se lleva a cabo ensamblando unas piezas (9) estructurales en los extremos de la carcasa (1), incluyendo los bordes de dichas piezas (9) estructurales las placas (8) de ensamblaje con la pieza (1) de unión con el motor.
  12. 12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, donde la etapa c) se lleva a cabo empleando pasta de Níquel distribuida a lo largo del contorno de la pieza (5) de unión.
  13. 13. Método según la reivindicación 11, que comprende una etapa d) en la que los extremos de unos conductos de circulación de gases se insertan en unos orificios de las piezas (9) estructurales de los extremos (1a,1b) de la carcasa (1) de intercambio de calor, quedando dichos conductos expuestos al flujo de fluido refrigerante procedente del motor que circula entre un puerto (2) de entrada y un puerto (3) de salida de la pieza (5) de unión con el motor.
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