ES2883260T3 - Dispositivo de intercambio de calor - Google Patents

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ES2883260T3 ES16924359T ES16924359T ES2883260T3 ES 2883260 T3 ES2883260 T3 ES 2883260T3 ES 16924359 T ES16924359 T ES 16924359T ES 16924359 T ES16924359 T ES 16924359T ES 2883260 T3 ES2883260 T3 ES 2883260T3
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Tatsuto Yamada
Hajime Fujiki
Ryota Niimura
Yusuke Sakata
Masahiro Kanda
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Abstract

Un intercambiador de calor, que comprende: una pila formada apilando una pluralidad de tubos a través de los cuales fluye gas; un depósito interior tubular en el que se aloja la pila; y un depósito exterior tubular que está montado en el exterior del depósito interior para definir un espacio interior entre el depósito exterior y una superficie periférica exterior del depósito interior, las periferias exteriores de ambas partes extremas de la pila están unidas a una superficie periférica interior del depósito interior, un orificio de introducción para introducir un medio de refrigeración está formado en el depósito exterior, un orificio de descarga para descargar el medio de refrigeración está formado en una ubicación entre ambas partes extremas de los tubos en el depósito interior, caracterizándose el intercambiador de calor por que cada una de ambas partes extremas de los tubos tiene un grosor mayor que cada una de las partes medias de los tubos, por que ambas partes extremas de los tubos adyacentes entre ellas en la pila se unen para formar una holgura entre las partes medias de los tubos adyacentes entre ellos en la pila y, por que para cada holgura, se forman respectivamente dos orificios de comunicación en las superficies laterales del depósito interior para permitir que la holgura y el espacio interior se comuniquen entre ellos, estando enfrentados entre ellos los dos orificios de comunicación con la holgura dispuesta entre ellos.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de intercambio de calor
La presente invención se refiere a un intercambiador de calor que intercambia calor entre un gas y un medio de refrigeración. Se refiere específicamente a un intercambiador de calor según el preámbulo de la reivindicación 1, y como se describe en el documento US 201401077.
[Técnica antecedente]
Las publicaciones de patentes 1 y 2 describen intercambiadores de calor. A continuación, los intercambiadores de calor descritos en las publicaciones de patentes 1 y 2 se explicarán brevemente con los signos de referencia utilizados entre paréntesis en las publicaciones de patentes 1 y 2.
En el intercambiador de calor descrito en la publicación de patentes 1, se apilan tubos tubulares rectangulares planos (110) y el gas pasa a través del interior de los tubos (110). Las partes sobresalientes (112) están formadas en los bordes exteriores de una superficie de unión del tubo (110), y las partes sobresalientes (112) de los tubos (110) adyacentes entre ellas están unidas entre sí de manera que se forma una trayectoria de flujo (115) que rodea las partes sobresalientes (112) entre los tubos adyacentes (110). Las partes sobresalientes (112) no están formadas en cuatro partes (113a, 113b) en los bordes exteriores de la superficie de unión del tubo (110), y estas partes (113a, 113b) forman partes de abertura en las que dos partes de abertura (113a) sirven como entradas a la trayectoria de flujo (115) y las otras dos partes de abertura (113b) sirven como salidas de la trayectoria de flujo (115). El cuerpo apilado de los tubos (110) está alojado en un depósito de agua tubular (130), y el depósito de agua tubular (130) sobresale alrededor de las partes de abertura (113a) que sirven como entradas. Un orificio de tubería (132d) está formado en una parte que mira hacia las partes de abertura (113a) de una parte abombada (132b), y se introduce agua de refrigeración en la parte abombada (132b) a través del orificio de tubería (132b). Por consiguiente, el agua de refrigeración fluye desde la parte abombada (132b) hasta las trayectorias de flujo (115) a través de las partes de abertura (113a).
En el intercambiador de calor descrito en la publicación de patentes 2, unos tubos tubulares rectangulares planos (110) están apilados y el gas pasa a través del interior de los tubos (110). Las partes sobresalientes (112) están formadas en los bordes exteriores de una superficie de unión del tubo (110), y las partes sobresalientes (112) de los tubos (110) adyacentes entre ellas se unen entre sí de manera que se forma una trayectoria de flujo (113), rodeada por las partes sobresalientes (112), entre los tubos adyacentes (110). Las partes salientes (112) no están formadas en dos partes (113a, 113b) en los bordes exteriores de la superficie de unión del tubo (110), y estas partes (113a, 113b) forman partes de abertura en las que una parte de abertura (113a) sirve como entrada a la trayectoria de flujo (113) y la otra parte de abertura (113b) sirve como salida de la trayectoria de flujo (113). El cuerpo apilado de los tubos (110) está alojado en un depósito de agua tubular (130). Una parte extrema del cuerpo apilado de los tubos (110) está encajada en una parte de abertura (146) de un depósito de gas interior (140B), y una superficie periférica exterior de la parte extrema está unida a una superficie periférica interior de la abertura. parte (146) del depósito de gas interior (140B). Esto permite que el gas introducido en el depósito de gas interior (140B) fluya hacia los tubos (110). El depósito de gas interior (140B) está alojado en un depósito exterior (140A) y el agua de refrigeración se introduce en el depósito exterior (140A). Una parte de unión en la que se unen el cuerpo apilado de los tubos (110) y el depósito de gas interior (140B) está dispuesta en una abertura del depósito exterior (140A). La abertura del depósito exterior (140A) está conectada con una abertura del depósito de agua tubular (130). Para el agua de refrigeración introducida en el depósito exterior (140A), se forma una trayectoria de flujo (150) entre las superficies exteriores del depósito de gas interior (140B) y el cuerpo apilado de los tubos (110) y las superficies interiores del depósito exterior (140) y el depósito de agua tubular (130), y el agua de refrigeración introducida en el depósito exterior (140A) fluye hacia las partes de abertura descritas anteriormente (113a) a través de la trayectoria de flujo (150). Por consiguiente, el agua de refrigeración fluye hacia las trayectorias de flujo (113) cada una de ellas entre los tubos (110) adyacentes entre sí.
[Lista de citas]
Bibliografía de patentes
PTL 1 Patente japonesa N°. 5500399
PTL 2 Publicación de solicitud de patente japonesa N°. 2014-169857
[Compendio]
[Problema técnico]
Sin embargo, en el intercambiador de calor descrito en la publicación de patentes 1, es probable que el agua de refrigeración que ha pasado a través de las partes de abertura (113a) cerca del orificio de tubería (132d) se estanque alrededor de las partes de abertura (113a) del lado opuesto. Asimismo, en el intercambiador de calor descrito en la publicación de patentes 2, el agua de refrigeración que fluye hacia las trayectorias de flujo (113) desde las partes de abertura (113a) es probable que se estanque en una parte distante de las aberturas (113a).
Por consiguiente, ambos intercambiadores de calor de las publicaciones de patentes 1 y 2 tienen el riesgo de que el agua de refrigeración estancada se caliente y hierva por el calor del gas y dañe el intercambiador de calor debido a la ebullición.
La presente invención se ha logrado en vista de las circunstancias descritas anteriormente. Un problema que debe resolverse mediante la presente invención es evitar el estancamiento de un medio de refrigeración como el agua de refrigeración.
[Solución al problema]
Un aspecto principal de la presente invención para lograr un objeto descrito anteriormente es un intercambiador de calor según la reivindicación 1.
Según lo anterior, dado que un depósito exterior tubular define un espacio interior entre una superficie periférica exterior de un depósito interior y una superficie periférica interior del depósito exterior, un medio de refrigeración que fluye hacia el espacio interior a través de un orificio de introducción alcanza fácilmente todo el espacio interior. Además, dado que el medio de refrigeración que ha entrado en el espacio interior fluye hacia una holgura entre las partes medias de los tubos adyacentes entre ellos desde los orificios de comunicación formados en ambos lados de la holgura. Por consiguiente, el medio de refrigeración no se estanca en la holgura entre las partes medias de los tubos.
[Efectos ventajosos]
Según la presente invención, es posible inhibir el estancamiento de un medio de refrigeración.
[Breve descripción de los dibujos]
La figura 1 es una vista en planta que ilustra un intercambiador de calor.
La figura 2 es una vista del lado derecho que ilustra un intercambiador de calor.
La figura 3 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea MI-MI de la figura 1. La figura 4 es una vista en sección transversal tomada
Figure imgf000003_0001
largo de la línea IV-IV de la figura 2. La figura 5 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea V-V de la figura 2. La figura 6 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra un intercambiador de calor.
La figura 7 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra un intercambiador de calor.
La figura 8 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra un tubo y una aleta interior.
La figura 9 es una vista ampliada que ilustra una región IX de la figura 3.
La figura 10 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra un intercambiador de calor de un ejemplo comparativo.
La figura 11 es una vista en sección transversal de un intercambiador de calor de un ejemplo comparativo.
La figura 12 es una vista en sección transversal que ilustra un intercambiador de calor de un ejemplo comparativo.
La figura 13 es un gráfico para comparar un resultado de análisis de una realización con un resultado de análisis de un ejemplo comparativo.
La figura 14 es un gráfico para comparar un resultado de análisis de una realización con un resultado de análisis de un ejemplo comparativo.
La figura 15 es una vista lateral que ilustra un depósito interior de un intercambiador de calor en una primera modificación.
La figura 16 es una vista lateral que ilustra un depósito interior de un intercambiador de calor en una segunda modificación.
La figura 17 es una vista lateral que ilustra un depósito interior de un intercambiador de calor en una tercera modificación.
La figura 18 es una vista lateral que ilustra un depósito interior de un intercambiador de calor en una cuarta modificación que no está cubierta por las reivindicaciones.
La figura 19 es una vista lateral que ilustra un depósito interior de un intercambiador de calor en una quinta modificación que no está cubierta por las reivindicaciones.
La figura 20 es una vista lateral que ilustra un depósito interior de un intercambiador de calor en una sexta modificación que no está cubierta por las reivindicaciones.
[Descripción de realizaciones]
A continuación, se describirá una realización de la presente invención con referencia a los dibujos. Se hacen en la realización que se describirá más adelante diversas limitaciones que son técnicamente preferibles para implementar la presente invención, sin embargo, éstas no pretenden limitar el alcance de la presente invención a la siguiente realización y a los ejemplos ilustrados.
1. Configuración del intercambiador de calor
La figura 1 es una vista en planta que ilustra un intercambiador de calor 1, y la figura 2 es una vista lateral que ilustra el intercambiador de calor 1. Las figuras 3, 4 y 5 son una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea III-III, una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea IV-IV y una vista en sección transversal tomada a lo
largo de la línea V-V, respectivamente. Las figuras 6 y 7 son vistas en perspectiva despiezadas que ilustran el intercambiador de calor 1.
El intercambiador de calor 1 se proporciona en un sistema de recirculación de gases de escape, por ejemplo, y se usa como enfriador de gas. Específicamente, el gas de escape de un motor de combustión interna, tal como un motor diésel y un motor de gasolina, se enfría mediante el intercambiador de calor 1 y luego se suministra de nuevo al lado de entrada del motor de combustión interna.
Como se ilustra en las figuras 1 a 7, el intercambiador de calor 1 incluye varios tubos 10, varias aletas interiores 18, un depósito interior 20, un depósito de entrada 30, un depósito de salida 40, un depósito exterior 50, una tubería de entrada 60 y una tubería de salida 70. Un material de estos miembros 10, 18, 20, 30, 40, 50, 60 y 70 es un material SUS y similares, por ejemplo, y estos miembros 10, 18, 20, 30, 40, 50, 60 y 70 tienen alta conductividad térmica. Las piezas de unión que se describirán más adelante se unen mediante soldadura o soldadura fuerte, por ejemplo.
En las siguientes descripciones, el lado del depósito de entrada 30 se refiere al "lado frontal", el lado del depósito de salida 40 se refiere al "lado posterior", el lado por el que sobresalen la tubería de entrada 60 y la tubería de salida 70 se refiere al "lado superior", el lado opuesto al mismo se refiere al "lado inferior", y el lado derecho y el lado izquierdo cuando se mira desde el lado frontal hacia el lado posterior se refieren al "lado derecho" y el "lado izquierdo", respectivamente. Téngase en cuenta que la dirección desde el lado superior al inferior no es necesariamente la dirección de la gravedad.
1-1. Tubo y aleta interior
La figura 8 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra el tubo 10 y la aleta interior 18. Como se ilustra en las figuras 4 y 8, el tubo 10 tiene una forma tubular que tiene una sección transversal plana de forma rectangular ortogonal a la dirección longitudinal (dirección frontal-posterior) del tubo 10, y la anchura (longitud derecha-izquierda) del tubo 10 es mayor que el grosor (longitud superior-inferior) del tubo 10. Específicamente, el tubo 10 está configurado de tal manera que dos placas de tubo 10A, 10B, que tienen cada una sección transversal en forma de U (en forma de U, en forma de ranura) formada por prensado, laminado y/o similares, se unen con sus aberturas enfrentadas. El espacio interior del tubo 10 forma una trayectoria de flujo a través del cual fluye el gas.
Una aleta interior ondulada 18 está dispuesta dentro del tubo 10, y la aleta interior 18 y las superficies interiores del tubo 10 están unidas entre ellas. En esta realización, la aleta interior 18 es una aleta desplazada; sin embargo, la aleta interior 18 puede ser una aleta corrugada, una aleta ondulada o una aleta de persiana.
Como se ilustra en las figuras 6 y 7, una parte extrema frontal 11 y una parte extrema posterior 12 del tubo 10 tienen un grosor (dirección de superior-inferior) mayor que una parte central 13 ubicada entre ellas. Por tanto, las superficies superior e inferior de ambas partes extremas 11 y 12 del tubo 10 sobresalen más que la superficie superior y la superficie inferior de la parte media 13, y la superficie superior y la superficie inferior de la parte media 13 están empotradas. Se forman varias partes sobresalientes 14 en la superficie superior e inferior de la parte media 13 del tubo 10, y los lados posteriores de las partes sobresalientes 14 están formadas de tal manera que las partes correspondientes en la superficie interior del tubo 10 están empotradas.
Como se ilustra en las figuras 4 a 7, estos tubos 10 se apilan en la dirección del espesor (dirección superior-inferior). En los tubos 10 adyacentes entre ellos, la superficie inferior del tubo más superior 10 y la superficie superior del tubo inferior 10 se enfrentan entre ellas. Las partes extremas 11 de los tubos adyacentes 10 están unidas y las partes extremas 12 de los tubos adyacentes 10 están unidas conjuntamente, mientras que las partes intermedias 13 de los tubos adyacentes 10 (en sus partes excepto las partes sobresalientes 14) están separadas una de otra en la dirección superior-inferior. Por tanto, se forma una holgura 91 entre las partes intermedias 13 de los tubos adyacentes 10, y la holgura 91 forma una trayectoria de flujo que permite que un refrigerante (líquido de refrigeración) fluya a su través.
En lo sucesivo, el cuerpo de la pila de tubos 10 se denomina pila de tubos 19.
1-2. Depósito interior
Como se ilustra en las figuras 4 a 7, el depósito interior 20 tiene una forma tubular rectangular. El depósito interior 20 es un cuerpo unido que incluye dos semicuerpos 20A y 20B. Específicamente, los semicuerpos 20A y 20B están formados cada uno para tener una sección transversal en forma de U cuadrada (en forma de U, en forma de ranura) mediante trabajo de prensado, procesamiento de laminación y/o similares, y los semicuerpos 20A y 20B se unen entre ellos en un estado en el que las aberturas de los semicuerpos 20A y 20B se enfrentan entre ellos y la parte extrema inferior del semicuerpo superior 20A encaja en la parte extrema superior del semicuerpo inferior 20B.
El depósito interior 20 aloja una pila de tubos 19. Una parte extrema frontal 21 y una parte extrema posterior 22 del depósito interior 20 están abiertas, la superficie periférica interior de la parte extrema frontal 21 está unida a toda la periferia de la superficie periférica exterior de la parte extrema frontal en la pila de tubos 19, y la superficie periférica interior de la parte extrema posterior 22 está unida a toda la periferia de la superficie periférica exterior de la parte extrema posterior en la pila de tubos 19. La superficie superior de la parte media 13 del tubo más superior 10 está parcialmente separada de la superficie interior del depósito interior 20 para formar una holgura 92 entre ellas. Esta holgura 92 forma una trayectoria de flujo que permite que el refrigerante fluya a través del mismo. Asimismo, la superficie inferior de la parte media 13 del tubo más inferior 10 está parcialmente separada de la superficie interior del depósito interior 20 para formar una holgura 93 entre ellas. Esta holgura 93 forma una trayectoria de flujo a través del cual fluye el refrigerante.
Se forman varios orificios de comunicación 24 en la parte frontal de la superficie superior del depósito interior 20, y se forman varios orificios de comunicación 25 en la parte frontal de la superficie inferior del depósito interior 20. Se forman varios orificios de comunicación 26 en la parte frontal de la superficie lateral izquierda del depósito interior 20, y se forman varios orificios de comunicación 27 en la parte frontal de la superficie del lado derecho del depósito interior 20.
Estos orificios de comunicación 24 a 27 están dispuestos en una dirección periférica en la parte ligeramente posterior de la parte de unión de la parte extrema frontal de la pila de tubos 19 y la parte extrema frontal 21 del depósito interior 20.
Como se ilustra en las figuras 1 a 3 y 5, una parte abombada 23 que sobresale hacia afuera está formada en las partes posteriores de la superficie superior, la superficie lateral izquierda y la superficie inferior del depósito interior 20. La parte abombada 23 está dispuesta en el lado frontal con respecto a la parte de unión de las partes extremas posteriores 12 de los tubos 10 y la parte extrema posterior 22 del depósito interior 20. La distancia entre la superficie interior de la parte abombada 23 y la superficie exterior de la pila de tubos 19 es mayor que la distancia entre la superficie interior del depósito interior 20 distinta de la parte abombada 23 y la superficie exterior de la pila de tubos 19.
Un orificio de descarga 29 está formado en la superficie superior de la parte abombada 23. El orificio de descarga 29 está dispuesto cerca del borde izquierdo de la superficie superior de la parte abombada 23. Así, como se ilustra en las figuras 1 y 5, el orificio de descarga 29 sobresale parcialmente hacia la izquierda desde la superficie lateral izquierda de la pila de tubos 19, y la superficie lateral izquierda de la parte media 13 del tubo 10 se extiende en la dirección frontal-posterior a través del orificio de descarga 29 visto desde arriba.
1-3. Tubería de salida
Como se ilustra en las figuras 1,5 y similares, la tubería de salida 70 está acoplada con el orificio de descarga 29 del depósito interior 20. La tubería de salida 70 sobresale hacia arriba desde la superficie superior del depósito interior 20.
1-4. Depósito de entrada
Como se ilustra en las figuras 1 a 3, 6 y 7, el depósito de entrada 30 tiene forma de pirámide hueca. La parte superior del lado frontal del depósito de entrada 30 está abierta, y la parte inferior del lado posterior del depósito de entrada 30 también está abierta. El gas de escape del motor de combustión interna se introduce en el depósito de entrada 30 a través de una abertura 31 del lado frontal del depósito de entrada 30.
La figura 9 es una vista ampliada que ilustra la región IX de la figura 3. Como se ilustra en las figuras 3 y 9, la superficie periférica interior de una parte extrema posterior 32 del depósito de entrada 30 está unida a la superficie periférica exterior de la parte extrema delantera 21 del depósito interior 2020, en un estado en el que la parte extrema delantera 21 del depósito interior 20 anida en la abertura extrema posterior del depósito de entrada 30.
Obsérvese que una brida (no mostrada) está montada en la parte periférica exterior de la parte extrema frontal del depósito de entrada 30.
1-5. Depósito exterior
Como se ilustra en las figuras 1 a 4, 6 y 7, el depósito exterior 50 tiene una forma tubular rectangular. El depósito exterior 50 es un cuerpo unido que incluye dos semicuerpos 50A y 50B. Específicamente, los semicuerpos 50A y 50B están formados cada uno para tener una sección transversal cuadrada en forma de U (en forma de U, en forma de ranura) mediante trabajo de prensado, procesamiento de laminación y/o similares, y los semicuerpos 50A y 50B están unidos entre ellos en un estado en el que las aberturas de los semicuerpos 50A y 50B se enfrentan entre sí y la parte extrema inferior del semicuerpo superior 50A encaja en la parte extrema superior del semicuerpo inferior 50B.
Como se ilustra en las figuras 1 a 3, el depósito interior 20 se inserta en el depósito exterior 50, y la superficie periférica interior de la parte extrema posterior del depósito exterior 50 está unida a la superficie periférica exterior del depósito interior 20. Dado que la longitud total del depósito exterior 50 es más corta que la del depósito interior 20, una parte posterior del depósito interior 20 sobresale y está expuesta desde la parte extrema posterior del depósito exterior 50.
Como se ilustra en las figuras 3 y 9, la superficie periférica exterior de la parte extrema posterior 32 del depósito de entrada 30 está unida a la superficie periférica interior de la parte extrema frontal del depósito exterior 50 en un estado en el que la parte extrema posterior 32 del depósito de entrada 30 anida en la abertura de la parte extrema frontal del depósito exterior 50. Como se ilustra en las figuras 3 y 4, la parte media del depósito exterior 50 sobresale hacia afuera más que la parte extrema frontal y la parte extrema posterior del mismo, y se forma un espacio interior 55 entre la parte media del depósito exterior 50 y el depósito interior 20. Por tanto, como se ilustra en las figuras 3 y 9, la parte extrema posterior 32 del depósito de entrada 30 está expuesta al espacio interior 55, y la parte frontal del depósito interior 20 está expuesta también al espacio interior 55.
Los orificios de comunicación 24 a 27 permiten que el espacio interior 55 del depósito exterior 50 y el interior del depósito interior 20 se comuniquen entre ellos. Específicamente, los orificios de comunicación 24 permiten que el espacio interior 55 y la holgura 92 entre el tubo más superior 10 y una superficie interior del depósito exterior 50 se comuniquen entre ellas. Los orificios de comunicación 25 permiten que el espacio interior 55 y la holgura 93 entre el tubo más inferior 10 y la superficie interior del depósito exterior 50 se comuniquen entre ellos. Los orificios de comunicación 26 y 27 están dispuestos en posiciones correspondientes a las holguras 91 entre los tubos 10 adyacentes entre ellos, mientras que los orificios de comunicación 26 están dispuestos a la izquierda de las holguras 91 y los orificios de comunicación 27 están dispuestos a la derecha de las holguras 91 de modo que los orificios de comunicación 26 y los orificios de comunicación 27 se enfrenten entre ellos con las holguras 91 dispuestas entre ellos (véase la figura 4).
Un orificio de introducción 51 está formado en la superficie superior del depósito exterior 50. El orificio de introducción 51 está dispuesto cerca del borde izquierdo de la superficie superior del depósito exterior 50. Por tanto, como se ilustra en las figuras 1 y 4, el orificio de introducción 51 sobresale parcialmente hacia la izquierda desde la superficie lateral izquierda del depósito interior 20, y la superficie lateral izquierda del depósito interior 20 se extiende en la dirección frontal-posterior a través del orificio de introducción 51 visto desde arriba.
Cualquiera de los orificios de comunicación 24 a 27 formados en el depósito interior 20 también está desplazado desde una posición en la que el orificio de comunicación se enfrenta al orificio de introducción 51.
1-6. Tubería de entrada
Como se ilustra en las figuras 1,4 y similares, la tubería de entrada 60 está acoplada con el orificio de introducción 51 del depósito exterior 50. La tubería de entrada 60 sobresale hacia arriba desde la superficie superior del depósito exterior 50. El refrigerante se introduce en el depósito exterior 50 a través de la tubería de entrada 60.
1-7. Depósito de salida
Como se ilustra en las figuras 1 a 3, 6 y 7, el depósito de salida 40 tiene forma de pirámide hueca. La parte inferior del lado frontal del depósito de salida 40 está abierta, y la parte superior del lado posterior del depósito de salida 40 también está abierta.
La superficie periférica interior de la parte extrema frontal del depósito de salida 40 está unida a la superficie periférica exterior de la parte extrema posterior 22 del depósito interior 20, en un estado en el que la parte extrema posterior 22 del depósito interior 20 encaja en la abertura frontal del depósito de salida 40.
Obsérvese que una brida (no mostrada) está montada en la parte periférica exterior de la parte extrema posterior del depósito de salida 40.
2. Flujo de gas
El gas de escape del motor de combustión interna se introduce en el depósito de entrada 30 a través de la abertura del lado frontal 31 del depósito de entrada 30 (véase la flecha A mostrada en la figura 3). El gas de escape se distribuye al interior de cada tubo 10. En el tubo 10, el gas de escape fluye desde la parte extrema frontal 11 hacia la parte extrema posterior 12 del tubo 10 mientras que el gas de escape está en contacto con la aleta interior 18. A continuación, el gas de escape se descarga del depósito de salida 40 a través de la abertura del lado posterior 41 (véase la flecha B mostrada en la figura 3) y se suministra de nuevo al lado de entrada del motor de combustión interna.
3. Flujo de refrigerante
El refrigerante se introduce en el depósito exterior 50 a través de la tubería de entrada 60 y el orificio de introducción 51. Dado que la tubería de entrada 60 y el orificio de introducción 51 sobresalen parcialmente hacia la izquierda desde la superficie lateral izquierda del depósito interior 20, el refrigerante introducido en el depósito exterior 50 fluye hacia abajo a lo largo del lado de la superficie lateral izquierda del depósito interior 20 (véase la flecha C mostrada en la figura 4) y fluye hacia la derecha después de golpear la superficie superior del depósito interior 20 (véase la flecha D mostrada en la figura 4). Por consiguiente, el refrigerante alcanza todo el espacio interior 55 del depósito exterior 50.
Como se ilustra en las figuras 3 y 9, dado que la parte extrema posterior 32 del depósito de entrada 30 está en contacto con el refrigerante en el espacio interior 55, se intercambia calor entre el gas en el depósito de entrada 30 y el refrigerante en el espacio interior 55, enfriando así el gas antes de fluir hacia los tubos 10.
Dado que el depósito exterior 50 rodea las partes frontales del depósito interior 20 y la pila de tubos 19, y el refrigerante alcanza todo el espacio interior 55 del depósito exterior 50, el calor se intercambia entre el gas dentro de las partes frontales de los tubos 10 y el refrigerante en el espacio interior 55.
Incidentalmente, dado que el refrigerante introducido en el intercambiador de calor 1 tiene la temperatura más baja en el espacio interior 55, es probable que se enfríe la parte extrema posterior 32 del depósito de entrada 30 en contacto con el refrigerante en el espacio interior 55. Por otro lado, dado que el gas se introduce en el depósito de entrada 30, la temperatura de la parte frontal del depósito de entrada 30 es alta. Por consiguiente, el depósito de entrada 30 tiene un gradiente de temperatura en el que la temperatura del mismo disminuye desde su lado frontal hasta su lado posterior. Además, como se ilustra en la figura 9, la parte extrema posterior 32 del depósito de entrada 30 que es probable que se enfríe por el refrigerante está en contacto no solo con el refrigerante, sino también con el depósito exterior 50 y el depósito interior 20, y, por tanto, el gradiente de temperatura en el depósito de entrada 30 es suave. Esto puede evitar daños en el depósito de entrada 30 debido al gradiente de temperatura.
El refrigerante introducido en el depósito exterior 50 fluye hacia el depósito interior 20 a través de los orificios de comunicación 24 a 27. Específicamente, el refrigerante fluye hacia la holgura 92 entre el tubo más superior 10 y la superficie interior del depósito exterior 50 a través de los orificios de comunicación 24 El refrigerante fluye hacia la holgura 93 entre el tubo más inferior 10 y la superficie interior del depósito exterior 50 a través de los orificios de comunicación 25. El refrigerante fluye hacia las holguras 91 cada una de ellas entre los tubos 10 adyacentes entre ellos a través de los orificios de comunicación 26 y 27.
Aquí, el espacio interior 55 del depósito exterior 50 está formado a lo largo de toda la periferia del depósito interior 20, y los orificios de comunicación 24 a 27 están dispuestos en la dirección periférica como se describió anteriormente, y así el refrigerante pasa a través de cualquiera de los orificios de comunicación 24 a 27 con un caudal uniforme. Dado que ni los orificios de comunicación 26 a la izquierda ni los orificios de comunicación 27 a la derecha están orientados al orificio de introducción 51, el caudal del refrigerante que pasa a través de los orificios de comunicación 26 y el caudal del refrigerante que pasa a través de los orificios de comunicación 27 son iguales entre ellos.
El refrigerante que fluye en las holguras 91, 92 y 93 fluye hacia el lado posterior. Se intercambia calor entre el refrigerante en las holguras 91,92 y 93 y el gas en los tubos 10, enfriando así el gas en los tubos 10.
Dado que la trayectoria de flujo del refrigerante se estrecha mediante los orificios de comunicación 24 a 27, es mayor la velocidad de flujo del refrigerante en las holguras 91, 92 y 93. Esto permite evitar que el refrigerante se estanque en las holguras 91, 92 y 93. En particular, dado que el refrigerante fluye hacia las holguras 91 desde los orificios de comunicación 26 y 27 en ambos lados, el refrigerante apenas se estanca en las holguras. 91. Además, dado que los caudales de del refrigerante en los orificios de comunicación 26 y 27 son iguales entre ellos, es posible inhibir aún más la aparición de tal estancamiento.
Por consiguiente, el refrigerante en las holguras 91, 92 y 93 no se calienta excesivamente, pudiendo así inhibir la ebullición del refrigerante. Además, la distribución de temperatura en los tubos 10 se vuelve uniforme, por lo que se puede evitar el daño a los tubos 10 debido a la falta de uniformidad de la distribución de temperatura.
4. Verificación
Comparando el intercambiador de calor 1 de la realización descrita anteriormente con un intercambiador de calor 101 de un ejemplo comparativo ilustrado en las figuras 10 a 12, se verifica que el intercambiador de calor 1 tiene mayor eficiencia de refrigeración que el intercambiador de calor 101.
Se describirán a continuación las diferencias entre el intercambiador de calor 1 de la realización descrita anteriormente y el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo. Excepto por las diferencias descritas a continuación, el intercambiador de calor 1 de la realización y el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo están configurados de manera similar. Obsérvese que las partes del intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo que corresponden con las del intercambiador de calor 1 de la realización reciben los números de referencia que tienen números comunes en los dos últimos dígitos.
Aunque el intercambiador de calor 1 de la realización incluye el depósito exterior 50, el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo no incluye ningún componente que sea equivalente al depósito exterior 50. Es decir, como se ilustra en las figuras 10 a 12, en el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo, se forma una parte abombada 180 que se abulta hacia fuera en las partes frontales de la superficie superior, la superficie lateral izquierda y la superficie inferior de un depósito interior 120, y un orificio de tubería 129 están formadas en la superficie superior de la parte abombada 180, y una tubería de entrada 160 está acoplada con orificio de tubería 129. El orificio de tubería 129 está dispuesto cerca del borde izquierdo de la superficie superior de la parte abombada 180.
En el intercambiador de calor 1 de la realización, los orificios de comunicación 24 a 27 están formados en el depósito exterior 50, mientras que, en el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo, los correspondientes a los orificios de comunicación 24 a 27 no están formados en el depósito exterior 150.
Se han realizado análisis de fluidos/análisis de intercambio de calor de los intercambiadores de calor 1, 101 descritos anteriormente. Las condiciones de los análisis son las siguientes: la temperatura del gas introducido en las aberturas 31, 131 de los depósitos de entrada 30, 130 se fija en 780 °C; el caudal másico del gas se fija en 10 g/s; la temperatura del refrigerante (agua de refrigeración) introducido en las tuberías de entrada 60, 160 se fija en 90 °C; y el caudal volumétrico del refrigerante se establece en 8 l/min.
Las temperaturas máximas en las distribuciones de temperatura en las partes a a g (extremos frontales de los tubos 10, 110) ilustradas en las figuras 3 y 11 se calculan mediante el análisis de fluidos/análisis de intercambio de calor. Los resultados calculados se muestran en la figura 13. Como es evidente en la figura 13, se puede ver que las temperaturas en las partes a a g son inferiores en el intercambiador de calor 1 de la realización que en el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo. Por tanto, el intercambiador de calor 1 de la realización es superior en el enfriamiento del gas.
Además, las diferencias entre las temperaturas máximas y las temperaturas mínimas en las distribuciones de temperatura en las partes a a g se calculan mediante el análisis de fluidos/análisis de intercambio de calor. Los resultados calculados se muestran en la figura 14. Como es evidente en la figura 14, se puede ver que las diferencias de temperatura en las partes c a g son menores en el intercambiador de calor 1 de la realización que en el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo. Por tanto, el intercambiador de calor 1 de la realización tiene distribuciones de temperatura más uniformes en los tubos 10 y mayores efectos de prevención de daños en los tubos 10 que el intercambiador de calor 101 del ejemplo comparativo.
5. Modificaciones
Aunque anteriormente se describe una realización de la presente invención, una realización descrita anteriormente es simplemente para facilitar la comprensión de la presente invención y no debe interpretarse de ninguna manera como una limitación de la presente invención. Una realización de la presente invención se puede cambiar o alterar de diversas formas sin apartarse de su esencia y abarcar equivalentes de la misma. Se explicarán a continuación las modificaciones realizadas a partir de una realización descrita anteriormente.
(1) Las figuras 15 a 20 son vistas laterales derechas que ilustran el depósito interior 20 dentro del depósito exterior 50. Como se ilustra en la figura 15, cualquiera de los orificios de comunicación 27 puede tener la misma área (longitud frontal-posterior y longitud superior-inferior). Lo mismo se aplica a los orificios de comunicación 26 en el lado opuesto.
Como se ilustra en la figura 16, las áreas de los orificios de comunicación 27 disminuyen en el orden de abajo a arriba. Lo mismo se aplica a los orificios de comunicación 26 en el lado opuesto. Obsérvese que todos los orificios de comunicación 26 y 27 correspondientes entre ellos tienen la misma longitud frontal-posterior, respectivamente.
Como se ilustra en la figura17, uno de los orificios de comunicación 27 dispuestos en el centro tiene el área más grande, las áreas de los orificios de comunicación 27 por encima del orificio de comunicación central 27 aumentan en el orden de arriba a abajo, y las áreas de los orificios 27 de comunicación debajo del orificio de comunicación central 27 aumentan en el orden de abajo a arriba. Lo mismo se aplica a los orificios de comunicación 26 en el lado opuesto. Obsérvese que todos los orificios de comunicación 26 y 27 correspondientes entre ellos tienen la misma longitud frontal-posterior, respectivamente.
Como se ilustra en las figuras 18 a 20, se puede formar un único orificio de comunicación 27 para que se alargue en la dirección superior-inferior, y el orificio de comunicación 27 puede comunicarse con varias holguras 91. Lo mismo se aplica al orificio de comunicación 26 en el lado opuesto. En este caso, son uniformes las longitudes frontal-posterior del orificio de comunicación 27 ilustrado en la figura 18 y el orificio de comunicación 26 en el lado opuesto. Las longitudes frontal-posterior del orificio de comunicación 27 y el orificio de comunicación opuesto 26 ilustrado en la figura 19 disminuyen gradualmente de abajo a arriba. Las longitudes frontal-posterior del orificio de comunicación 27 ilustrado en la figura 20 y el orificio de comunicación 26 en el lado opuesto aumentan gradualmente desde arriba hacia el centro y disminuyen gradualmente desde el centro hacia abajo. Estas realizaciones, sin embargo, no caen dentro del alcance de las reivindicaciones 1 a 4. (2) En una realización descrita anteriormente, el intercambiador de calor 1 se usa como un enfriador de gas en un sistema de recirculación de gases de escape, sin embargo, el intercambiador de calor 1 puede estar provisto en un sistema diferente al sistema de recirculación de gases de escape siempre que el intercambiador de calor 1 se utilice como enfriador de gas para enfriar un gas usando un medio de refrigeración que esté más frío que el gas.
[Lista de signos de referencia]
I intercambiador de calor
10 tubo
I I parte extrema frontal del tubo
12 parte extrema posterior de tubo
13 parte media de tubo
19 pila de tubos
20 depósito interior
21 parte extrema frontal del depósito interior
22 parte extrema posterior del depósito interior
, 27 orificio de comunicación orificio de descarga depósito de entrada depósito exterior orificio de introducción espacio interior
holgura

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor, que comprende:
una pila formada apilando una pluralidad de tubos a través de los cuales fluye gas;
un depósito interior tubular en el que se aloja la pila; y
un depósito exterior tubular que está montado en el exterior del depósito interior para definir un espacio interior entre el depósito exterior y una superficie periférica exterior del depósito interior,
las periferias exteriores de ambas partes extremas de la pila están unidas a una superficie periférica interior del depósito interior,
un orificio de introducción para introducir un medio de refrigeración está formado en el depósito exterior, un orificio de descarga para descargar el medio de refrigeración está formado en una ubicación entre ambas partes extremas de los tubos en el depósito interior, caracterizándose el intercambiador de calor por que cada una de ambas partes extremas de los tubos tiene un grosor mayor que cada una de las partes medias de los tubos, por que ambas partes extremas de los tubos adyacentes entre ellas en la pila se unen para formar una holgura entre las partes medias de los tubos adyacentes entre ellos en la pila y, por que para cada holgura, se forman respectivamente dos orificios de comunicación en las superficies laterales del depósito interior para permitir que la holgura y el espacio interior se comuniquen entre ellos, estando enfrentados entre ellos los dos orificios de comunicación con la holgura dispuesta entre ellos.
2. El intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el que
cada orificio de comunicación está desplazado desde una posición en la que el orificio de comunicación está enfrentado al orificio de introducción.
3. El intercambiador de calor según la reivindicación 1 o 2, que además comprende:
un depósito de entrada hueco que incluye ambas partes extremas que están abiertas, en el que
la periferia exterior de una parte extrema de la pila está unida a la superficie periférica interior de una parte extrema del depósito interior,
se introduce gas en una abertura de una parte extrema del depósito de entrada,
una superficie periférica exterior de la parte extrema del depósito interior está unida a una superficie periférica interior de la otra parte extrema del depósito de entrada, en un estado en el que la parte extrema del depósito interior está insertada en una abertura de la otra parte extrema del depósito de entrada,
una superficie periférica exterior de la otra parte extrema del depósito de entrada está unida a una superficie periférica interior de una parte extrema del depósito exterior, en un estado en el que la otra parte extrema del depósito de entrada se inserta en una abertura de la parte extrema del depósito exterior,
la superficie periférica interior de la otra parte extrema del depósito exterior está unida a la superficie periférica exterior del depósito interior,
una parte expuesta del depósito interior sobresale de la otra parte extrema del depósito exterior, y el orificio de descarga está formado en la parte expuesta del depósito interior.
4. El intercambiador de calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que
el orificio de introducción está dispuesto cerca de una superficie lateral del depósito interior, y
la superficie lateral del depósito interior se extiende a través del orificio de introducción visto a través del orificio de introducción.
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