ES2732676A1 - HEAT EXCHANGER FOR GASES, ESPECIALLY OF EXHAUST GASES OF AN ENGINE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA GASES, EN ESPECIAL DE LOS GASES DE HEAT EXCHANGER FOR GASES, ESPECIALLY OF GASES
ESCAPE DE UN MOTORESCAPE OF AN ENGINE
La presente invención concierne en general a un intercambiador de calor para gases, en particular para gases de escape de un motor de un vehículo, que comprende un haz de tubos de intercambio de calor dispuestos en el interior de una carcasa envolvente, y respectivos colectores en los extremos de la indicada carcasa.The present invention relates generally to a heat exchanger for gases, in particular for exhaust gases of an engine of a vehicle, comprising a bundle of heat exchange tubes arranged inside a casing shell, and respective collectors in the ends of the indicated housing.
Antecedentes de la invención:Background of the invention:
La recirculación de gases de escape en un vehículo automóvil (en Inglés denominado como "exhaust gas recirculation” o simplemente por su acrónimo EGR) es un sistema utilizado desde hace años que consiste en redirigir una parte de los gases de escape de los motores de combustión hacia el colector de admisión, a fin de mezclar estos gases con el aire de admisión, puesto que la presencia de los gases de escape en la mezcla disminuye la producción de óxidos de nitrógeno (NOx).The recirculation of exhaust gases in a motor vehicle (in English called "exhaust gas recirculation" or simply by its acronym EGR) is a system used for years that consists in redirecting a part of the exhaust gases of combustion engines towards the intake manifold, in order to mix these gases with the intake air, since the presence of the exhaust gases in the mixture decreases the production of nitrogen oxides (NOx).
El sistema EGR funciona, principalmente, a baja carga del motor y a baja velocidad. La proporción de gas recirculado se adecua para cada motor sobre la base de los estándares de contaminación para respetar el equilibrio entre las emisiones de óxidos de nitrógeno y de partículas.The EGR system works mainly at low engine load and low speed. The proportion of recirculated gas is adapted for each engine based on pollution standards to respect the balance between nitrogen oxides and particulate emissions.
Básicamente el sistema de control de la contaminación por recirculación de los gases de escape se basa en un tubo que permite canalizar los gases de escape hacia el colector de admisión, junto con un intercambiador de calor (EGRC o "Exhaust Gas Recycling Cooler") para enfriar el gas quemado instalado en el bucle del sistema EGR y mejorar la eficiencia del sistema, e incorpora también una válvula que controla el paso de gases de escape a través del mismo.Basically, the exhaust gas recirculation pollution control system is based on a tube that allows the exhaust gases to be channeled to the intake manifold, together with a heat exchanger (EGRC or "Exhaust Gas Recycling Cooler") for to cool the burned gas installed in the EGR system loop and improve the efficiency of the system, and also incorporates a valve that controls the passage of exhaust gases through it.
Los intercambiadores de calor, y en particular los refrigeradores de tipo EGRC puede tener distintas configuraciones. Son conocidos intercambiadores de calor para gases de escape de un motor de un vehículo que comprenden los elementos descritos en el preámbulo de la reivindicación 1 de la presente invención, es decir: Heat exchangers, and in particular EGRC type refrigerators can have different configurations. Heat exchangers are known for exhaust gases of an engine of a vehicle comprising the elements described in the preamble of claim 1 of the present invention, ie:
- un conjunto de elementos de transferencia de calor, formados en este caso por haz de tubos, destinados a la circulación por su interior de gases de escape quemados del motor de combustión del vehículo, y donde se lleva a cabo la transmisión de calor de dichos gases de escape con el refrigerante que circula por fuera de los tubos;- a set of heat transfer elements, formed in this case by a bundle of tubes, intended for the circulation of burned exhaust gases from the combustion engine of the vehicle, and where the heat transfer of said heat is carried out exhaust gases with the refrigerant circulating outside the pipes;
- una carcasa alargada hueca (denominada en la jerga como virola) que se extiende longitudinalmente, con sus extremos anterior y posterior abiertos, y en cuyo interior aloja a dicho haz de tubos, delimitando la carcasa con los respectivos colectores, circulando el refrigerante por la carcasa, exteriormente a los tubos;- a hollow elongated housing (referred to in the jargon as a ferrule) that extends longitudinally, with its front and rear ends open, and inside which it houses said bundle of tubes, delimiting the housing with the respective manifolds, circulating the refrigerant through the housing, externally to the tubes;
- una primera y segunda placas de soporte (denominadas en la jerga como colectores), que se montan acopladas respetivamente cada una a un extremo de entrada y un extremo de salida de gases de dicha carcasa, encontrándose fijados los extremos de los tubos del conjunto de elementos de transferencia de calor a dichas primera y segunda placas de soporte, de manera que quedan comunicados con el exterior de la carcasa a través de unos orificios pasantes de las mismas.- a first and second support plates (referred to in the jargon as collectors), which are mounted respectfully coupled each to an inlet end and a gas outlet end of said housing, the ends of the tubes of the assembly being fixed heat transfer elements to said first and second support plates, so that they are communicated with the outside of the housing through through holes thereof.
- elementos extremos, que pueden ser:- extreme elements, which can be:
o un primero y segundo depósitos de gas conectados a los tubos, acoplados respetivamente cada depósito de gas en la parte exterior de cada colector; o bien or a first and second gas tanks connected to the tubes, respectively coupled to each gas tank on the outside of each manifold; O well
o una primero y segunda bridas conectadas en la parte exterior de cada colector. or a first and second flanges connected on the outside of each manifold.
A partir de ahora, para simplificar, se hablará simplemente de “enfriadores” o “intercambiadores de calor” (indistintamente como términos equivalentes), aunque se trata siempre de un enfriador de tipo EGRC.From now on, to simplify, we will simply talk about "chillers" or "heat exchangers" (interchangeably as equivalent terms), although it is always an EGRC type chiller.
Particularmente, la presente invención está relacionada con un enfriador basado en la tecnología de tubos, como elementos de transferencia de calor (y no de placas, que son otro tipo de intercambiadores). Esta invención también está enfocada particularmente a un tipo de enfriador fabricado mediante un proceso de soldadura para fabricar el ensamblaje de los distintos componentes del intercambiador de calor, y preferentemente de un proceso de soldadura por láser.Particularly, the present invention is related to a cooler based on tube technology, such as heat transfer elements (and not plates, which are another type of exchangers). This invention is also particularly focused on a type of cooler manufactured by means of a welding process to manufacture the assembly of the different components of the heat exchanger, and preferably of a laser welding process.
En referencia a los tubos de transferencia de calor, los mismos presentan unos cuerpos alargados con una sección transversal preferentemente: rectangular, rectangular con bordes redondeados, ovalada o similar, y de poco espesor (por ejemplo entre 0,20 y 0,40 mm). Presentan generalmente una superficie exterior corrugada, como mínimo en una parte central del largo del tubo, que configura una área de corrugación, mientras que los respectivos extremos anterior y posterior del tubo pueden no están corrugados. Dicha área de corrugación favorece el flujo de calor del interior de los tubos al exterior.In reference to heat transfer tubes, they have elongated bodies with a cross section preferably: rectangular, rectangular with edges rounded, oval or similar, and of little thickness (for example between 0.20 and 0.40 mm). They generally have a corrugated outer surface, at least in a central part of the length of the tube, which forms a corrugation area, while the respective front and rear ends of the tube may not be corrugated. Said corrugation area favors the heat flow from the inside of the pipes to the outside.
Los tubos se disponen en el interior de la carcasa del intercambiador de calor formando un haz de tubos, es decir distribuidos en columnas y filas. La longitud de los tubos, así como el número de filas y columnas dependerá de la tipología de intercambiador de calor.The tubes are arranged inside the heat exchanger housing forming a bundle of tubes, that is distributed in columns and rows. The length of the tubes, as well as the number of rows and columns will depend on the type of heat exchanger.
Durante el funcionamiento del enfriador, existe el riesgo de que los tubos se hinchen debido a la presión del gas de escape que fluye por dentro de los mismos. Cuanto más delgado es el tubo, mayor es el riesgo. Esta indeseable deformación de los tubos puede reducir el rendimiento del tubo a lo largo de su vida, e incluso puede llegar a romper el tubo si tienen hoyuelos hacia el exterior en tubos muy delgados, lo que puede provocar serios problemas en el intercambiador de calor.During the operation of the cooler, there is a risk that the pipes will swell due to the pressure of the exhaust gas flowing inside them. The thinner the tube, the greater the risk. This undesirable deformation of the tubes can reduce the performance of the tube throughout its life, and can even break the tube if they have dimples outward in very thin tubes, which can cause serious problems in the heat exchanger.
Con el fin de resolver esta problemática, se conocen algunas soluciones, tales como:In order to solve this problem, some solutions are known, such as:
1- Incorporar unas abolladura de mayor diámetro en la superficie externa del tubo:1- Incorporate a dent with a larger diameter in the outer surface of the tube:
Esta solución comporta una pérdida de rendimiento debido a que algunas de las corrugaciones internas deben ser eliminadas o rediseñadas, lo que significa un impacto en el área de corrugación y la turbulencia del flujo de gas, y así en la eficiencia de la tecnología de tubo del enfriador, que está fuertemente relacionada con el patrón de corrugación del tubo.This solution results in a loss of performance because some of the internal corrugations must be removed or redesigned, which means an impact on the area of corrugation and the turbulence of the gas flow, and thus on the efficiency of the tube technology of the cooler, which is strongly related to the corrugation pattern of the tube.
Además, incluir un hoyuelo externo directamente en el tubo significa no solo una disminución del rendimiento térmico del tubo, sino también añade una dificultad para fabricar el tubo. Es necesario sellar el tubo en dos direcciones (dirección interna: corrugación, dirección de salida: hoyuelo) para fabricarlo.In addition, including an external dimple directly in the tube means not only a decrease in the thermal performance of the tube, but also adds a difficulty in manufacturing the tube. It is necessary to seal the tube in two directions (internal direction: corrugation, exit direction: dimple) to manufacture it.
2- Aumentar el grosor del tubo: Esta solución presenta un costo mayor y también un impacto directo de peso en el producto final. 2- Increase the thickness of the tube: This solution has a higher cost and also a direct impact of weight on the final product.
Por lo tanto, se hace necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que cubra las lagunas halladas en el mismo, proporcionando un intercambiador de calor para gases de escape de un motor, que mejore la resistencia del tubo para minimizar el efecto de la deformación de los tubos debido a la presión del gas de escape que fluye por su interior, con un bajo peso y bajo coste y manteniendo el rendimiento del intercambiador de calor.Therefore, it is necessary to offer an alternative to the state of the art that covers the gaps found therein, providing a heat exchanger for engine exhaust, which improves the strength of the tube to minimize the effect of deformation. of the pipes due to the pressure of the exhaust gas flowing through it, with a low weight and low cost and maintaining the performance of the heat exchanger.
Descripción de la invención:Description of the invention:
El objetivo de la presente invención es el de proporcionar un intercambiador de calor para gases de escape de un motor, que resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados y presenta las ventajas que se describen a continuación.The objective of the present invention is to provide a heat exchanger for exhaust gases of an engine, which resolves the aforementioned drawbacks and presents the advantages described below.
Con tal fin, la presente invención concierne a un intercambiador de calor para gases, en particular para gases de escape de un motor de combustión, que de manera en sí conocida comprende:To this end, the present invention concerns a heat exchanger for gases, in particular for exhaust gases of a combustion engine, which in a manner known per se comprises:
- un haz de tubos destinados a la circulación por su interior de gases de escape, - una carcasa alargada que se extiende a lo largo de una dirección longitudinal ("Y”), y que está abierta en sus respectivos extremos opuestos, y en cuyo interior aloja a dichos tubos, y- a bundle of pipes intended for the circulation of exhaust gases inside, - an elongated housing that extends along a longitudinal direction ("Y"), and which is open at their respective opposite ends, and in whose interior houses said tubes, and
- un primero y segundo colectores acoplados respetivamente cada uno en un extremo de entrada y un extremo de salida de gases de dicha carcasa, encontrándose fijados los extremos de los tubos a dichas primero y segundo colectores.- a first and second manifolds respectfully coupled each to an inlet end and a gas outlet end of said housing, the ends of the tubes being fixed to said first and second manifolds.
A diferencia de los intercambiadores de calor conocidos en el estado de la técnica, en el propuesto por la presente invención presenta la particularidad de que:Unlike the heat exchangers known in the state of the art, the one proposed by the present invention has the particularity that:
- comprende una o más pieza(s) soporte de tubos para sostener al menos algunos de los tubos, estando dichas pieza(s) soporte de tubos para fijadas al intercambiador de calor solamente por los tubos, y comprende(n) unos orificios que reciben cada uno a un tubo, y la(s) pieza(s) soporte de tubos están fabricada(s) de plástico o material similar, y- comprises one or more tube support part (s) to support at least some of the tubes, said tube support part (s) being fixed to the heat exchanger only by the tubes, and comprises (n) holes receiving each to a tube, and the tube support part (s) are made of plastic or similar material, and
- al menos una parte de cada orificio, antes de la inserción del tubo, es más pequeño que la superficie exterior del tubo. - at least a part of each hole, before insertion of the tube, is smaller than the outer surface of the tube.
Los tubos presentan preferentemente una sección rectangular, con dos caras opuestas cortas y dos caras opuestas más anchas. Pueden presentar sus esquinas redondeadas.The tubes preferably have a rectangular section, with two short opposite faces and two wider opposite faces. They can present their rounded corners.
Cada pieza soporte de tubos presenta un cuerpo de escaso espesor (un grosor de entre 0.1 mm y 0.5 mm (por ejemplo 0.3 mm)) y con un contorno periférico, en cuyo interior se forman los distintos orificios en los que queda insertado cada tubo. Dichos orificios están repartidos en columnas y filas, formando una matriz, y ente cada orificio hay un espesor. Preferentemente, dichos orificios presentan, todos ellos, la misma forma y mismo tamaño.Each tube support piece has a body of low thickness (a thickness between 0.1 mm and 0.5 mm (for example 0.3 mm)) and with a peripheral contour, inside which the different holes in which each tube is inserted are formed. These holes are distributed in columns and rows, forming a matrix, and between each hole there is a thickness. Preferably, said holes all have the same shape and size.
Estas pieza(s) soporte de tubos sostienen los tubos, y tienen el ventajoso efecto de evitar que los tubos no se hinchen ni deformen durante su vida debido a la presión interna del gas que circula.These tube support part (s) support the tubes, and have the advantageous effect of preventing the tubes from swelling or deforming during their life due to the internal pressure of the circulating gas.
Concretamente, la(s) pieza(s) soporte de tubos está(n) dispuesta(s) envolviendo al menos algunos de los tubos de gas del núcleo, preferentemente no todos al mismo tiempo, pero preferentemente al menos más de la mitad de ellos. Cada orificio envuelve exteriormente a un tubo, de modo que el orificio presenta un contorno sensiblemente rectangular.Specifically, the tube support piece (s) is arranged to wrap at least some of the core gas tubes, preferably not all at the same time, but preferably at least more than half of them. . Each hole wraps externally to a tube, so that the hole has a substantially rectangular contour.
Preferentemente, la(s) pieza(s) soporte de tubos está(n) dispuesta(s) en contacto con los tubos de gas solo por las dos caras más anchas del tubo. Es decir, que las superficies de contacto entre cada tubo y cada orificio es, preferentemente, por las dos caras más anchas del tubo.Preferably, the tube support part (s) is arranged in contact with the gas tubes only by the two widest faces of the tube. That is, the contact surfaces between each tube and each hole is preferably the two widest faces of the tube.
Según una solución preferida, cada orificio de contorno sensiblemente rectangular presenta dos caras más anchas y dos caras más cortas. En dichas caras más anchas del orificio donde se produce el contacto con las caras más anchas de cada tubo se puede incorporar unas protuberancias hacia el interior del orificio, las cuales, antes de la inserción del tubo, son más pequeñas que el tubo, de manera que el tubo una vez posicionado dentro del orificio queda en una posición inamovible.According to a preferred solution, each substantially rectangular contour hole has two wider faces and two shorter faces. In said wider faces of the hole where contact occurs with the widest faces of each tube, bumps can be incorporated into the hole, which, before inserting the tube, are smaller than the tube, so that the tube once positioned inside the hole is in an immovable position.
Al tener la(s) pieza(s) soporte de tubos al menos una parte del orificio antes de la inserción del tubo más pequeño que el tubo, permite que la(s) pieza(s) soporte de tubos se puedan insertar dentro del núcleo de los tubos de un lado a otro. By having the tube support part (s) at least a part of the hole before inserting the tube smaller than the tube, it allows the tube support part (s) to be inserted into the core of the tubes from one side to another.
Preferentemente, dichas protuberancias están dispuestas en una posición central de cada lado más ancho del orificio, y sobresalen hacia el interior. Preferentemente, se dispone una protuberancia en cada lado, aunque un número distinto sería posible para efectuar la misma función de retención del tubo.Preferably, said protuberances are arranged in a central position on each wider side of the hole, and protrude inwards. Preferably, a protuberance is arranged on each side, although a different number would be possible to perform the same tube retention function.
También preferentemente, dichas protuberancias presentan una escasa altura que dependerá del tamaño de los tubos de cada intercambiador de calor. También presentan una anchura que ocupa todo el ancho de la pieza soporte de tubos, aunque la altura de dichas protuberancias puede ser descendiente, de modo que permite que la(s) pieza(s) soporte de tubos se deban insertar dentro del núcleo de los tubos en un sentido determinado. Dicha altura descendiente forma una superficie de contacto decreciente, lo que facilita los tubos queden retenidos más fácilmente al llegar a la altura de tope.Also preferably, said protuberances have a low height that will depend on the size of the tubes of each heat exchanger. They also have a width that occupies the entire width of the tube support part, although the height of said protuberances can be descending, so that the tube support part (s) must be inserted into the core of the tubes. tubes in a certain direction. Said descending height forms a decreasing contact surface, which facilitates the tubes to be retained more easily upon reaching the stop height.
Según una posible configuración, excepto estas superficies de contacto en las dos caras opuestas más anchas del tubo, existe una distancia mínima desde los tubos hasta la pieza soporte de tubos de unos 0.3 mm a través de la cual puede fluir el líquido refrigerante. También existe, preferentemente, algo de espacio de al menos unos 0.5 mm desde el lado externo de la pieza soporte de tubos a la carcasa para permitir el flujo del refrigerante.According to a possible configuration, except for these contact surfaces on the two widest opposite sides of the tube, there is a minimum distance from the tubes to the tube support piece of about 0.3 mm through which the coolant can flow. There is also, preferably, some space of at least about 0.5 mm from the outer side of the tube support piece to the housing to allow refrigerant flow.
Como se ha visto, la(s) pieza(s) soporte de tubos se fijan al intercambiador de calor solamente por los tubos, es decir que no se fijan a la carcasa exterior, lo cual también proporciona una gran facilidad a la hora de su montaje dentro del intercambiador de calor.As it has been seen, the tube support part (s) are fixed to the heat exchanger only by the tubes, that is, they are not fixed to the outer casing, which also provides great ease when it comes to mounting inside the heat exchanger.
La(s) pieza(s) soporte de tubos se dispone(n) en una posición específica a lo largo del núcleo para tener al menos los puntos mínimos de soporte definidos en cada tubo. A modo de ejemplo, cada punto de soporte tiene un área de alrededor de 11 mm2.The tube support part (s) are arranged in a specific position along the core to have at least the minimum support points defined in each tube. As an example, each support point has an area of about 11 mm2.
El diseño y configuración de las piezas soporte de tubos tiene muchas posibilidades de modificación dependiendo del intercambiador de calor particular, y dependerá, entre otros aspectos, del: número de tubos, longitud de los tubos, etc.).The design and configuration of the tube support parts has many possibilities of modification depending on the particular heat exchanger, and will depend, among other aspects, on the number of tubes, length of the tubes, etc.).
Y, del mismo modo, la cantidad de las piezas soporte de tubos necesarias en cada intercambiador de calor dependerá, entre otros aspectos, de: la cantidad de tubos, la longitud del tubo, y el diseño específico de la pieza soporte. And, in the same way, the quantity of the necessary tube support pieces in each heat exchanger will depend, among other aspects, on: the quantity of tubes, the length of the tube, and the specific design of the support piece.
Además, se ha constatado que sorprendentemente la introducción de la(s) pieza(s) soporte de tubos en un intercambiador de calor introduce(n) cierta perturbación en el flujo de refrigerante alrededor de los tubos de gas, de modo que la(s) pieza(s) soporte de tubos presentan la ventajosa e inesperada función de deflector para optimizar el flujo de refrigerante dentro del intercambiador de calor y mejorar el comportamiento del producto contra el choque térmico y la ebullición.In addition, it has been found that surprisingly the introduction of the tube support part (s) into a heat exchanger introduces some disturbance in the flow of refrigerant around the gas pipes, so that the (s) ) tube support part (s) present the advantageous and unexpected deflector function to optimize the flow of refrigerant inside the heat exchanger and improve the behavior of the product against thermal shock and boiling.
Por lo tanto, para definir correctamente la posición final de las pieza(s) soporte de tubos, se deben tener en cuenta los resultados del flujo de refrigerante de cada aplicación específica.Therefore, to correctly define the final position of the tube support part (s), the results of the refrigerant flow of each specific application must be taken into account.
Además, el ensamblaje de pieza(s) soporte de tubos en el núcleo de los tubos ayuda al proceso de inserción del tubo dentro de los colectores. Gracias a la(s) pieza(s) soporte de tubos, el haz de tubos se coloca más cerca de su posición teórica (más vertical y con el mismo espacio entre los tubos), lo que facilita principalmente el proceso de montaje del último colector.In addition, the assembly of tube support part (s) in the tube core helps the process of inserting the tube into the manifolds. Thanks to the tube support part (s), the tube bundle is placed closer to its theoretical position (more vertical and with the same space between the tubes), which mainly facilitates the assembly process of the last collector .
El titular de la invención ha evidenciado empíricamente que las piezas soporte de tubos extremas (es decir las que se colocan en los respectivos extremos inferior y superior de los tubos) deben colocarse, preferentemente, a una distancia mínima de 15 mm del extremo de los tubos para no dañar las piezas soporte de tubos durante la soldadura láser de los diferentes componentes (carcasa del tubo de refrigerante, placa del extremo del tubo de gas). Por otra parte, también ha evidenciado que la posición de la parte extrema de la pieza soporte de tubos que está más cerca del tubo de refrigerante de entrada no debe ser menor que la posición del tubo de refrigerante de entrada. Esto es muy importante para mejorar el flujo de refrigerante dentro del enfriador. Es decir que la pieza soporte de tubos que está más cerca del tubo de refrigerante de entrada debe colocarse al menos a una distancia de alrededor de 30 mm. del extremo de los tubos.The holder of the invention has empirically demonstrated that the end tube support pieces (ie those that are placed in the respective lower and upper ends of the tubes) should preferably be placed at a minimum distance of 15 mm from the end of the tubes so as not to damage the tube support parts during laser welding of the different components (coolant tube housing, gas tube end plate). On the other hand, it has also shown that the position of the end part of the tube support part that is closest to the inlet refrigerant tube must not be less than the position of the inlet refrigerant tube. This is very important to improve the flow of refrigerant inside the cooler. In other words, the tube support part that is closest to the inlet refrigerant tube must be placed at least 30 mm away. of the end of the tubes.
También se ha constatado que la distancia entre el resto de las piezas soporte de tubos no debe ser inferior a 6 mm, para tener el mismo espacio de tubo entre los soportes.It has also been found that the distance between the rest of the tube support pieces must not be less than 6 mm, in order to have the same tube space between the supports.
La ventajosa configuración y material de estas pieza(s) soporte de tubos tiene asociado un bajo coste, de modo que su incorporación tiene un impacto económico muy pequeño sobre el coste total del intercambiador de calor. Además, la incorporación de dichas pieza(s) soporte de tubos garantiza que se mantenga el mismo nivel de rendimiento y eficacia del intercambiador de calor.The advantageous configuration and material of these tube support part (s) has a low cost associated, so that their incorporation has a very small economic impact on the total cost of the heat exchanger. In addition, the incorporation of said support part (s) Tube guarantees that the same level of performance and efficiency of the heat exchanger is maintained.
Esta invención se aplica, preferentemente, cuando el espesor del tubo no es suficiente para mantener su forma durante la vida del producto debido a la presión del gas en su interior y existe el riesgo de perder rendimiento.This invention is preferably applied when the thickness of the tube is not sufficient to maintain its shape during the life of the product due to the pressure of the gas inside and there is a risk of losing performance.
De modo preferente, el refrigerador presenta sus distintos componentes soldados por tecnología de soldadura láser, en lugar de soldadura en horno.Preferably, the refrigerator has its different components welded by laser welding technology, instead of furnace welding.
De modo preferente, se escoge en material plástico porque es un material barato y ligero, y además también es posible fabricar piezas con formas complicadas. No obstante, la pieza soporte de tubos se puede fabricar de otros materiales con propiedades equivalentes, sin que ello altere la esencial de esta invención.Preferably, it is chosen in plastic material because it is a cheap and lightweight material, and it is also possible to manufacture parts with complicated shapes. However, the tube support part can be made of other materials with equivalent properties, without altering the essential of this invention.
El material plástico debe ser capaz de aguantar sin deteriorarse en una mezcla de agua y glycol con unas temperatura de funcionamiento de unos 120°C, con picos de 160°C. Como ejemplo no limitativo se escoge un plástico de tipo poliamida, por ejemplo Poliamida 66 30 % Refuerzo de fibra de vidrio (RTP PA6630 GF BLK). El material RTP PA6630 GF BLK garantiza que la pieza soporte de tubos no se deteriora a lo largo de su vida útil. Los límites de especificación de trabajo de este material están dentro de las especificaciones de trabajo del refrigerante.The plastic material must be able to withstand without deteriorating in a mixture of water and glycol with an operating temperature of about 120 ° C, with peaks of 160 ° C. As a non-limiting example, a polyamide type plastic is chosen, for example Polyamide 66 30% Fiberglass reinforcement (RTP PA6630 GF BLK). The RTP PA6630 GF BLK material ensures that the tube support part does not deteriorate throughout its life. The working specification limits of this material are within the working specifications of the refrigerant.
La(s) pieza(s) soporte de tubos se colocan en el lado del refrigerante (es decir exteriormente a los tubos) y su temperatura de trabajo es de aproximadamente 120°C con una región corta de un máximo de 160°C. Este aspecto ha sido verificado por parte del titular mediante simulación térmica, y se puede concluir que si las piezas de plástico están a una distancia de al menos 15 mm de la placa de extremo de entrada, no hay riesgo para la parte de plástico.The tube support part (s) are placed on the side of the refrigerant (ie outside the tubes) and its working temperature is approximately 120 ° C with a short region of a maximum of 160 ° C. This aspect has been verified by the holder by thermal simulation, and it can be concluded that if the plastic parts are at least 15 mm away from the entrance end plate, there is no risk to the plastic part.
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
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 representan casos prácticos de diferentes realizaciones.For a better understanding of how much has been exposed, some drawings are attached in which, schematically and only by way of non-limiting example, case studies of different embodiments are represented.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un primer ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos, que llamaremos de tipo 1.Figure 1 is a perspective view of a first embodiment of the support piece of tubes, which we will call type 1.
La Figura 2 es una vista frontal del primer ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos mostrado en la Figura 1.Figure 2 is a front view of the first embodiment of the tube support part shown in Figure 1.
La Figura 3 es una vista lateral derecha del primer ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos mostrado en la Figura 1, en donde también se ha representado una parte de uno tubo que se ha insertado dentro de uno de los orificios de la pieza soporte de tubos.Figure 3 is a right side view of the first embodiment of the tube support part shown in Figure 1, where a part of a tube that has been inserted into one of the holes of the support piece is also shown. of tubes.
La Figura 4 es una vista seccionada por la línea C-C según la figura 3 del primer ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos, en donde también se ha representado uno de los tubos insertado.Figure 4 is a sectional view along the line C-C according to Figure 3 of the first embodiment of the tube support part, where one of the inserted tubes has also been shown.
La Figura 5 es una vista seccionada por la línea D-D según la figura 2 del primer ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos, en donde también se ha representado una parte de un tubo insertado.Figure 5 is a sectional view along the D-D line according to Figure 2 of the first embodiment of the tube support part, where a part of an inserted tube has also been shown.
La Figura 6 es una vista seccionada por la línea A-A según la figura 2 del primer ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos mostrado en la Figura 1, en donde también se ha representado una parte de uno tubo.Figure 6 is a sectional view along line A-A according to figure 2 of the first embodiment of the tube support part shown in Figure 1, where a part of a tube is also shown.
La Figura 7 es una vista en perspectiva de un segundo ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos, que llamaremos de tipo 2.Figure 7 is a perspective view of a second embodiment of the tube support piece, which we will call type 2.
La Figura 8 es una vista frontal del segundo ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos mostrado en la Figura 7.Figure 8 is a front view of the second embodiment of the tube support part shown in Figure 7.
La Figura 9 es una vista seccionada por la línea A-A según la Figura 8 del segundo ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos mostrado en la Figura 7.Figure 9 is a sectional view along line A-A according to Figure 8 of the second embodiment of the tube support part shown in Figure 7.
La Figura 10 es una vista seccionada por la línea B-B según la Figura 8 del segundo ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos mostrado en la Figura 7.Figure 10 is a sectional view along the line B-B according to Figure 8 of the second embodiment of the tube support part shown in Figure 7.
La Figura 11 es una vista frontal de un una posible configuración de una matriz/haz de tubos formado por 5 tubos en dirección del eje "X” y 9 tubos en dirección del eje “Z”, en la que se han dispuesto doce piezas soporte de tubos de tipo 1.Figure 11 is a front view of a possible configuration of a matrix / tube bundle formed by 5 tubes in the direction of the "X" axis and 9 tubes in the direction of the "Z" axis, in which they have arranged twelve support pieces of type 1 tubes.
La Figura 12 es también una vista frontal de la misma configuración de matriz/haz de tubos formado por 5 tubos en dirección del eje "X” y 9 tubos en dirección del eje "Z” que en la Figura anterior, pero en este caso se han dispuesto seis piezas soporte de tubos de tipo 2.Figure 12 is also a front view of the same matrix / tube bundle configuration formed by 5 tubes in the direction of the "X" axis and 9 tubes in the direction of the "Z" axis as in the previous Figure, but in this case it is They have arranged six pieces of tube support type 2.
La Figura 13 es una vista en perspectiva de la misma configuración de matriz/haz de tubos formado por 5 tubos en dirección del eje "X” y 9 tubos en dirección del eje "Z” y con seis piezas soporte de tubos de tipo 2.Figure 13 is a perspective view of the same matrix / tube bundle configuration formed by 5 tubes in the direction of the "X" axis and 9 tubes in the direction of the "Z" axis and with six type 2 tube support pieces.
Descripción de unos ejemplos de realizaciónDescription of some embodiments
A continuación se describen unos ejemplos de realización de la presente invención haciendo referencia a las Figuras 1 a 13.Next, some embodiments of the present invention are described with reference to Figures 1 to 13.
Tal y como se aprecia en las Figuras adjuntas, la presente invención concierne a un intercambiador de calor para gases, en especial para gases de escape de un motor, que comprende:As can be seen in the attached Figures, the present invention concerns a heat exchanger for gases, especially for exhaust gases of an engine, comprising:
- un haz de tubos (10) destinados a la circulación por su interior de gases de escape; - una carcasa alargada (no mostrada) que se extiende a lo largo de una dirección longitudinal "Y”, y que está abierta en sus respectivos extremos opuestos, y en cuyo interior aloja a dichos tubos (10);- a bundle of tubes (10) intended for the circulation of exhaust gases inside; - an elongated housing (not shown) extending along a longitudinal direction "Y", and which is open at their respective opposite ends, and inside which it houses said tubes (10);
- un primero y segundo colectores (no mostrados) acoplados respetivamente cada uno en un extremo de entrada y un extremo de salida de gases de dicha carcasa, encontrándose fijados los extremos de los tubos a dichas primero y segundo colectores;- a first and second manifolds (not shown) respectfully coupled each to an inlet end and a gas outlet end of said housing, the ends of the pipes being fixed to said first and second manifolds;
- una o más pieza(s) soporte de tubos (1a, 1b) para sostener al menos algunos de los tubos (10), donde:- one or more tube support piece (s) (1a, 1b) to support at least some of the tubes (10), where:
- dichas piezas soporte de tubos (1a, 1b) están fijadas al intercambiador de calor solamente por los tubos (10),- said tube support parts (1a, 1b) are fixed to the heat exchanger only by the tubes (10),
- comprende(n) unos orificios (2) que reciben cada uno de ellos a un tubo (10), - las piezas soporte de tubos (1a, 1b) están fabricadas de plástico o material similar, y- comprises (n) holes (2) that each receive a tube (10), - the tube support parts (1a, 1b) are made of plastic or similar material, and
- al menos una parte de cada orificio (2), antes de la inserción del tubo, es más pequeño que la superficie exterior del tubo (10). - at least a part of each hole (2), before insertion of the tube, is smaller than the outer surface of the tube (10).
Según el ejemplo de realización mostrado en todas las Figuras, los tubos de gas (10) presentan una sección transversal rectangular con los cuatro cantos romos, y con un rango de espesor (dirección "Y”) de 0.20 a 0.40 mm.According to the embodiment shown in all the Figures, the gas tubes (10) have a rectangular cross-section with the four blunt edges, and with a thickness range ("Y" direction) of 0.20 to 0.40 mm.
Como se ha comentado, el diseño y configuración de las piezas soporte de tubos (1a, 1b) tiene muchas posibilidades de modificación dependiendo del intercambiador de calor particular, y dependerá, entre otros aspectos, del: número de tubos, longitud de los tubos, etc). En las figuras 1 y 8 se muestran dos posibles ejemplos distintos, no limitativos, de la pieza de soporte de tubos (1a, 1b), aunque otras múltiples configuraciones son posibles. De modo general, cada pieza de soporte de tubos (1a, 1b) presenta un cuerpo de escaso espesor (6) (por ejemplo 0.3 mm) y una pluralidad de orificios (2) repartidos en columnas y filas formando una matriz. Dichos orificios (2) presentan, todos ellos, la misma forma y el mismo tamaño: en este caso rectangular (con dos bases más largas 2’’ y dos bases más cortas 2’) y con las cuatro esquinas achaflanadas.As mentioned, the design and configuration of the tube support parts (1a, 1b) has many possibilities of modification depending on the particular heat exchanger, and will depend, among other aspects, on: number of tubes, length of tubes, etc). In Figures 1 and 8, two different, non-limiting, examples of the tube support part (1a, 1b) are shown, although other multiple configurations are possible. In general, each tube support piece (1a, 1b) has a thin body (6) (for example 0.3 mm) and a plurality of holes (2) distributed in columns and rows forming a matrix. These holes (2) have, all of them, the same shape and the same size: in this case rectangular (with two longer bases 2 ’and two shorter bases 2’) and with the four chamfered corners.
El primer ejemplo de la pieza soporte de tubos (1a), mostrado en las figuras 1 a 6, que llamaremos de tipo 1, presenta tres columnas y cinco filas de orificios (2), de manera que se forman un total de 15 orificios para recibir a respectivos 15 tubos rectangulares.The first example of the tube support piece (1a), shown in figures 1 to 6, which we will call type 1, has three columns and five rows of holes (2), so that a total of 15 holes are formed for receive respective 15 rectangular tubes.
El segundo ejemplo mostrado en las figura 7 y 8, que llamaremos de tipo 2, muestra una pieza soporte de tubos (1b) formado por cinco filas y cinco columnas, de manera que se forman un total de 25 orificios para recibir a respectivos 25 tubos rectangulares. Tal y como se aprecia, dichos orificios (2) son de igual configuración que los del primer ejemplo.The second example shown in Figures 7 and 8, which we will call type 2, shows a tube support piece (1b) formed by five rows and five columns, so that a total of 25 holes are formed to receive respective 25 tubes rectangular As can be seen, said holes (2) are of the same configuration as those of the first example.
Haciendo referencia a la Figura 4, se muestra un primer ejemplo de realización de la pieza soporte de tubos (1a), en donde se ha representado uno de los tubos (10) insertado en uno de los orificio (2). En esta Figura se aprecia como las superficies de contacto entre cada tubo (10) y cada orificio (2) es, preferentemente, por las dos caras más anchas del tubo (10).Referring to Figure 4, a first embodiment of the tube support part (1a) is shown, in which one of the tubes (10) inserted in one of the orifices (2) is shown. This Figure shows how the contact surfaces between each tube (10) and each hole (2) is, preferably, on the two widest faces of the tube (10).
El perímetro interior sensiblemente rectangular de cada orificio (2) presenta, en la parte central de sus dos lado más largos respectivas entrantes (3) que emergen hacia el interior del orificio (2). En este caso, dichos entrantes (3) se prologan de manera regular en dirección "Y” todo el espesor de la pieza (1a, 1b). Presentan sus respectivas bases laterales inclinadas, véase Figuras 2, 4 y 8. Dichos entrantes (3) presentan una escasa altura (en dirección “Z”), que dependerá del tamaño de los tubos de cada intercambiador de calor. En dirección "Y”, los entrantes (3) presentan una superficie de contacto con el tubo (3’) decreciente según un ángulo a (véase figura 6). Justamente esta superficie de contacto interna decreciente es la superficie de contacto principal con la superficie exterior de cada tubo (10), por lo que en el momento de montar la(s) pieza(s) soporte de tubos en los tubos (10), se deban insertar dentro del núcleo de los tubos en un sentido determinado y hasta que la superficie exterior de cada tubo (10) haga tope con el perímetro formado por dichas superficies interiores decrecientes. Es decir que cada tubo (10) queda perfectamente retenido fijamente en las pieza(s) soporte de tubos al llegar a la altura de tope preestablecida por dichas superficies interiores decrecientes.The substantially rectangular inner perimeter of each hole (2) has, in the central part of its two sides longer respective respective recesses (3) emerging into the hole (2). In this case, said recesses (3) are regularly extended in the "Y" direction throughout the thickness of the part (1a, 1b). They have their respective inclined lateral bases, see Figures 2, 4 and 8. Said entrances (3 ) have a low height (in the “Z” direction), which It will depend on the size of the tubes of each heat exchanger. In the "Y" direction, the recesses (3) have a contact surface with the decreasing tube (3 ') according to an angle a (see figure 6). Precisely this decreasing internal contact surface is the main contact surface with the surface outside of each tube (10), so at the time of mounting the tube support piece (s) in the tubes (10), they must be inserted into the core of the tubes in a certain direction and until the outer surface of each tube (10) abuts the perimeter formed by said decreasing interior surfaces, that is to say that each tube (10) is perfectly fixedly retained in the tube support part (s) upon reaching the pre-established stop height by said decreasing interior surfaces.
De la misma manera, también las dos superficies laterales (2’), derecha e izquierda, de los orificios (2) presentan una inclinación decreciente, según un ángulo p (véase figura 5), para poder también facilitar el montaje y fijación de las pieza(s) soporte de tubos (1a, 1b).In the same way, also the two lateral surfaces (2 '), right and left, of the holes (2) have a decreasing inclination, according to an angle p (see figure 5), in order to also facilitate the assembly and fixing of the tube support part (s) (1a, 1b).
Dichos grados de inclinación "a” y "P” son preferentemente entre 1 y 5 grados, aunque también podrían llegar a los 30 grados.Said degrees of inclination "a" and "P" are preferably between 1 and 5 degrees, although they could also reach 30 degrees.
En definitiva, la entrada de cada orificio (2) es más grande que el contorno exterior del tubo (10), mientras que la salida del orificio (2) es más pequeña que el contorno exterior del tubo (10). De ese modo, este decrecimiento en la dirección "Y” de los orificios produce que se quede insertado el tubo (10), entrándolo por el lado más ancho.In short, the inlet of each hole (2) is larger than the outer contour of the tube (10), while the outlet of the hole (2) is smaller than the outer contour of the tube (10). In this way, this decrease in the "Y" direction of the holes causes the tube (10) to be inserted, entering it on the wider side.
Como se ha comentado anteriormente, la cantidad de piezas soporte de tubos (1a, 1b) necesarias en cada intercambiador de calor dependerá, entre otros aspectos, de: la cantidad de tubos, la longitud del tubo, y el diseño específico de la pieza soporte. La(s) pieza(s) soporte de tubos (1a, 1b) se dispone(n) en una posición específica a lo largo del núcleo (es decir del haz de tubos) para tener al menos los puntos mínimos de soporte definidos en cada tubo (10). Haciendo particular referencia a las Figuras 11, 12 y 13, se muestra en todas ellas una posible configuración de una matriz/haz de tubos (10) formado por 5 tubos alargados en dirección del eje "X” y 9 tubos en dirección del eje "Z” (es decir de 40 tubos). Estos tubos presentan un grosor de 0.3 mm y de longitud de tubo de 184 mm. As previously mentioned, the quantity of tube support pieces (1a, 1b) needed in each heat exchanger will depend, among other aspects, on: the number of tubes, the length of the tube, and the specific design of the support piece . The tube support part (s) (1a, 1b) are arranged in a specific position along the core (i.e. the tube bundle) to have at least the minimum support points defined in each tube (10). With particular reference to Figures 11, 12 and 13, a possible configuration of a matrix / tube bundle (10) formed by 5 elongated tubes in the direction of the "X" axis and 9 tubes in the direction of the axis "is shown in all of them. Z ”(ie 40 tubes). These tubes have a thickness of 0.3 mm and a tube length of 184 mm.
En el caso de la Figura 11 se han dispuesto doce piezas soporte de tubos de tipo 1 (1a), mientras que en el caso de las Figuras 12 y 13 se han dispuesto seis piezas soporte de tubos de tipo 2 (1b).In the case of Figure 11, twelve tube support pieces of type 1 (1a) have been arranged, while in the case of Figures 12 and 13 six tube support pieces of type 2 (1b) have been arranged.
En la Figura 11 se observa que la distancia mínima entre las piezas soporte de tubos (1a) es de 6 mm. En esta misma Figura también se observa que la primera piezas soporte de tubos (1a’) que está más cerca del tubo de refrigerante de entrada (4) está a una distancia de 32 mm.Figure 11 shows that the minimum distance between the tube support pieces (1a) is 6 mm. In this same Figure it is also observed that the first tube support pieces (1 ’) that is closer to the inlet refrigerant tube (4) are at a distance of 32 mm.
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 para gases descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas. Although reference has been made to a specific embodiment of the invention, it is apparent to one skilled in the art that the described heat exchanger for gases is susceptible to numerous variations and modifications, and that all the mentioned details can be replaced by others technically equivalent, without departing from the scope of protection defined by the appended claims.
Claims (17)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201830498A ES2732676A1 (en) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | HEAT EXCHANGER FOR GASES, ESPECIALLY OF EXHAUST GASES OF AN ENGINE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES201830498A ES2732676A1 (en) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | HEAT EXCHANGER FOR GASES, ESPECIALLY OF EXHAUST GASES OF AN ENGINE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2732676A1 true ES2732676A1 (en) | 2019-11-25 |
Family
ID=68609793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201830498A Pending ES2732676A1 (en) | 2018-05-24 | 2018-05-24 | HEAT EXCHANGER FOR GASES, ESPECIALLY OF EXHAUST GASES OF AN ENGINE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2018
- 2018-05-24 ES ES201830498A patent/ES2732676A1/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2732676 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20191125 |
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| FC2A | Grant refused |
Effective date: 20211013 |