ES2296514A1 - Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor.Comprende una pluralidad de conductos paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido de refrigeración, estando dichos conductos acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos extremos de dicha carcasa, y medios de unión (1 a 1d) a un conducto de la línea de recirculación de gases. Se caracteriza por el hecho de que dichos medios de unión comprenden un reborde periférico (1 a 1d) integrado en una sola pieza con una placa de soporte (3) o un tramo tubular (2, 2a), estando dicha pieza fabricada mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada. Se obtiene una reducción de los costes de producción, así como una mejorada integración de los elementos de conexión entre el haz de tubos y la línea de recirculación de gases.
Description
Intercambiador de calor para gases, en especial
de los gases de escape de un motor.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de
escape de un motor.
La invención se aplica especialmente en
intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor
(EGRC), así como en intercambiadores de gases de escape para la
regulación térmica de la línea de escape (ETR).
En algunos intercambiadores de calor para el
enfriamiento de gases, por ejemplo los utilizados en sistemas de
recirculación de los gases de escape hacia la admisión de un motor
de explosión, los dos medios que intercambian calor están separados
por una pared.
Más particularmente, los gases circulan por una
serie de tubos o conductos paralelos dispuestos en el interior de
una carcasa, y son enfriados por intercambio térmico con un fluido
de refrigeración que se hace circular exteriormente a los conductos
de paso de los gases.
Algunos intercambiadores de calor también
utilizan un conducto en derivación adecuado para hacer circular los
gases de escape sin que sufran un enfriamiento sustancial. El
conducto en derivación, que se puede denominar simplemente
"by-pass", permite minimizar el enfriamiento de
los gases de escape en algunas situaciones de funcionamiento del
motor, por ejemplo arranque en frío, en que su temperatura no es
elevada y su enfriamiento sería perjudicial para la emisión de
contaminantes.
Los tubos están fijados por sus extremos entre
dos placas de soporte acopladas en cada extremo de la carcasa.
Ambas placas de soporte presentan una pluralidad de orificios para
la colocación de los respectivos tubos, y proporcionan una unión
entre los tubos y la carcasa.
La carcasa está unida a los conductos de la
línea de recirculación mediante unos medios de conexión que pueden
consistir en una conexión en V o bien en un reborde periférico de
conexión o brida, dependiendo del diseño de la línea de
recirculación donde está ensamblado el intercambiador.
En el caso en que se utilice un reborde
periférico de conexión o brida, son posibles dos diseños diferentes.
El reborde periférico puede estar ensamblado junto con un depósito
de gas, de manera que el depósito de gas es una pieza intermedia
entre la carcasa y el reborde. Además, el reborde también puede
estar ensamblado directamente a la carcasa. Este último diseño
corresponde frecuentemente a los casos donde el intercambiador está
unido directamente a una válvula EGR.
En los casos en que el reborde periférico esté
directamente ensamblado al haz de tubos, este componente es una
pieza de gran tamaño con un grosor estandarizado de 8 mm, y presenta
una zona rugosa fabricada mediante estampación, forjado, fundición,
microfusión o sinterizado, y las dimensiones definitivas son
obtenidas mediante mecanizado. Estas dimensiones son especialmente
importantes en la sección interior ya que la forma de esta
superficie cumple la función de ensamblaje a la carcasa por
fricción. Además, el área plana para el ensamblado a la línea de
recirculación de gas debe ser también mecanizado.
El procedimiento de ensamblaje estándar se lleva
a cabo con componentes estandarizados y con las siguientes
características geométricas:
- -
- Las placas de soporte están dispuestas en ambos extremos de la carcasa, y tienen la misma dimensión exterior que ésta, por lo que dichas placas son exteriores a la carcasa. Además, las placas recogen todos los tubos a través de unos orificios adecuados.
- -
- Las placas de soporte quedan fijadas al haz de tubos una vez los tubos han sido abocardados en sus extremos. Sin embargo, dichas placas por si mismas no mantienen una posición fija con respecto a la carcasa.
- -
- La posición correcta del haz de tubos y de la carcasa se obtiene mediante el ensamblado del depósito de gas o del reborde periférico de conexión, fijándose así en posición radial y axial.
La solicitud de patente española nº 200301449,
todavía no publicada, del mismo titular que la presente invención,
describe un intercambiador de calor cuyos medios de unión al
conducto de la línea de recirculación de gases están integrados en
una sola pieza con la carcasa o con las placas de soporte.
No obstante, los citados sistemas de unión entre
la carcasa con el haz de tubos y la línea de recirculación de gases
presentan una serie de inconvenientes:
- -
- El proceso de mecanización requerido para el reborde periférico junto con la gran cantidad de material necesario para su fabricación implica que esta pieza tenga un elevado coste con un importante impacto en el coste total del intercambiador.
- -
- No existen componentes en el haz de tubos que puedan proporcionar un ensamblaje con la línea de recirculación de gases. Cada componente necesario requiere un proceso de ensamblaje y la aplicación de pasta de soldadura en horno.
- -
- El haz de tubos por si mismo no garantiza una posición fija, ya que la placa de soporte no fija el haz de tubos a la carcasa. Por lo tanto, son necesarios unos componentes para la correspondiente conexión con la línea de recirculación de gases, es decir, es necesario utilizar un depósito de gas o un reborde periférico de conexión.
El objetivo del intercambiador de calor para
gases, en especial de los gases de escape de un motor de la presente
invención es solventar los inconvenientes que presentan los
intercambiadores conocidos en la técnica, proporcionando una
reducción de los costes de producción, así como una mejorada
integración de los elementos de conexión entre el haz de tubos y la
línea de recirculación de gases.
El intercambiador de calor para gases, en
especial de los gases de escape de un motor, objeto de la presente
invención, es del tipo que comprende una pluralidad de conductos
paralelos dispuestos en el interior de una carcasa, por los cuales
circulan los gases a enfriar por intercambio térmico con un fluido
de refrigeración, estando dichos conductos acoplados entre dos
placas de soporte fijadas en ambos extremos de dicha carcasa, y
medios de unión a un conducto de la línea de recirculación de gases,
y se caracteriza por el hecho de que dichos medios de unión
comprenden un reborde periférico integrado en una sola pieza con una
placa de soporte o un tramo tubular, estando dicha pieza fabricada
mediante un proceso de estampación a partir de chapa delgada.
De este modo, es posible sustituir por un lado,
la placa de soporte o el depósito de gas y, por otro lado, el
reborde periférico por una única pieza producida por estampación.
Este componente está fabricado mediante estampación a partir de
chapa delgada mientras que los rebordes periféricos conocidos en el
estado de la técnica son fabricados mediante estampación, fundición
y/o mecanizado a partir de chapa de grosor superior a 4 mm.
Asimismo, la integración del reborde periférico
con la placa de soporte o con el depósito de gas conlleva a una
reducción de componentes, lo que se traduce en una reducción del
coste de fabricación del intercambiador, ya que principalmente el
reborde periférico representa un importante impacto en el coste
total de fabricación. Esta integración de componentes también
implica una reducción del peso.
Preferentemente, la chapa delgada presenta un
grosor inferior o igual a 3 mm.
Según otra realización de la presente invención,
el reborde periférico incluye un tramo tubular dirigido hacia el
interior de la carcasa.
Preferentemente, dicho tramo tubular presenta
una pequeña longitud destinada a su ensamblaje con la carcasa; o
bien dicho tramo tubular presenta una longitud apropiada para
distribuir el flujo de gases a modo de depósito de gas, cuyo
extremo final está previsto para ser ensamblado a la carcasa.
En este caso, se obtiene una pieza que realiza
las funciones de reborde periférico y depósito de gas integrados en
una única pieza.
El reborde periférico es utilizado en este caso
sin placas de soporte, por lo que únicamente se modifica el reborde
periférico y, por tanto, la pieza es mucho más fácil de fabricar.
Dependiendo de la longitud del tramo tubular, la pieza obtenida
puede cubrir la función de depósito de gas, o bien cubrir únicamente
la función de reborde periférico.
Según una realización de la presente invención,
el reborde periférico incluye una zona central provista de una
pluralidad de orificios destinados a soportar los tubos de gas,
actuando a modo de placa de soporte, y una hendidura periférica que
rodea dicha zona central prevista para el ensamblaje con un extremo
de la carcasa mediante ajuste mecánico.
En este caso, se obtiene una pieza que realiza
las funciones de reborde periférico y placa de soporte integrados en
una única pieza.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el
ensamblaje del reborde periférico al haz de tubos se efectúa
mediante un ajuste mecánico. Esto implica que no se requiera un
mecanizado para conseguir un ensamblaje apropiado. Además, las
incidencias de calidad se reducen ya que la reducción de componentes
implica una reducción de los puntos de soldadura que son la causa
principal de posibles fugas de gas.
Ventajosamente, entre el reborde periférico y el
conducto de la línea de recirculación se prevé la colocación de un
depósito de gas.
En cualquiera de las realizaciones mencionadas,
ventajosamente, el reborde periférico además incluye una zona
perimetral provista de orificios destinados a la colocación de
elementos de tornillería para su fijación con la carcasa y con el
conducto de la línea de recirculación de gases.
Esta configuración es usada en los casos donde
la unión con la línea de recirculación de gases se realiza mediante
tornillería.
Opcionalmente, el reborde periférico incluye un
orificio destinado a recibir a su través un conducto de
by-pass del intercambiador.
Esta configuración es usada en los casos en que
el intercambiador incluye un conducto by-pass, por
lo que el reborde periférico también puede ser usado para sujetar
dicho conducto by-pass.
Adicionalmente, el reborde periférico incluye un
orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con una válvula de
by-pass.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto
se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representan unos casos prácticos de realizaciones del
intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de
escape de un motor de la invención, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un
reborde periférico integrado con un tramo tubular de escasa
longitud, según una primera realización de la invención;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un
reborde periférico integrado con un tramo tubular a modo de
depósito de gas, según una segunda realización de la invención;
la figura 3 es una vista en perspectiva de un
reborde periférico integrado con una placa de soporte, según una
tercera realización de la invención;
la figura 4 es una vista en perspectiva de un
reborde periférico integrado con una placa de soporte según la
figura 3, estando además provisto de orificios para la tornillería;
y
la figura 5 es una vista en perspectiva de un
reborde periférico integrado con una placa de soporte, y provisto
de un orificio destinado a sujetar un conducto
by-pass, según una cuarta realización de la
invención.
El intercambiador de calor para gases, en
especial de los gases de escape de un motor, comprende una
pluralidad de tubos paralelos dispuestos en el interior de una
carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por
intercambio térmico con un fluido de refrigeración. Dichos tubos
están acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos
extremos de dicha carcasa.
Asimismo, el intercambiador comprende un reborde
periférico que permite su unión con un conducto de la línea de
recirculación de gases. Dicho reborde periférico está integrado en
una sola pieza con un tramo tubular o una placa de soporte, tal
como se describirá en adelante. Además, dicho reborde periférico
está fabricado mediante un proceso de estampación a partir de chapa
delgada de grosor menor o igual a 3 mm.
Según una primera realización de la invención,
tal como se puede observar en la figura 1, el reborde periférico 1
incluye un tramo tubular 2 dirigido hacia el interior de la carcasa
que presenta una pequeña longitud destinada a su ensamblaje
directamente con la carcasa. Dicha longitud es únicamente escogida
para este ensamblaje, sin modificar los patrones del flujo de
gas.
El reborde periférico 1 también incluye una zona
perimetral 4 provista de orificios 5 destinados a la colocación de
elementos de tornillería para su fijación con el conducto de la
línea de recirculación de gases.
Según una segunda realización de la invención,
tal como puede apreciarse en la figura 2, el reborde periférico 1a
comprende los mismos elementos que el reborde 1 descrito en la
primera realización, con la diferencia de que el tramo tubular 2a
presenta una longitud mayor. En este caso, este ensamblado está
realizado con una longitud definida, y el resto de esta longitud
actúa como depósito de gas, ya que permite una mejora en la
distribución de los gases. La forma de la longitud asociada al
depósito de gas 2a puede variar en función del diseño.
Según una tercera realización de la invención,
tal como se puede apreciar en las figuras 3 y 4, el reborde
periférico 1b (ver figura 3) incluye una zona central 3 provista de
una pluralidad de orificios 6 destinados a soportar el haz de tubos
de gas, por lo que cumple la función de placa de soporte. También
incluye una hendidura periférica 7 que rodea dicha zona central 3
prevista para el ensamblaje con un extremo de la carcasa mediante
ajuste mecánico.
Además, si se desea es posible acoplar un
depósito de gas entre el reborde periférico 1b y el conducto de la
línea de recirculación.
Haciendo referencia a la figura 4, el reborde
periférico 1c incluye los mismos elementos que el reborde 1b y
también incluye una zona perimetral 4 provista de orificios 5
destinados a la colocación de elementos de tornillería para su
fijación con la carcasa y con el conducto de la línea de
recirculación de gases.
Según una cuarta realización de la invención,
tal como se puede observar en la figura 5, el reborde periférico 1d
comprende los mismos elementos que el reborde 1b descrito en la
tercera realización, con la diferencia de que además incluye un
orificio 8 destinado a recibir a su través un conducto de
by-pass del intercambiador. Dicho orificio 8
proporciona un soporte longitudinal y un guiado para el conducto
by-pass. En este caso, esta pieza 1d incluye las
funciones de placa de soporte 2 para los tubos de gas, y además une
la carcasa y el conducto by-pass.
Opcionalmente, el reborde perimetral 1d puede
incluir un orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con una
válvula de by-pass.
Cabe destacar que dicho orificio para la
colocación del conducto by-pass puede realizarse en
cualquiera de las realizaciones descritas.
La integración de componentes del reborde
periférico de la invención permite por tanto una reducción de los
costes de producción, así como una reducción del peso.
Claims (10)
1. Intercambiador de calor para gases, en
especial de los gases de escape de un motor, que comprende una
pluralidad de conductos paralelos dispuestos en el interior de una
carcasa, por los cuales circulan los gases a enfriar por
intercambio térmico con un fluido de refrigeración, estando dichos
conductos acoplados entre dos placas de soporte fijadas en ambos
extremos de dicha carcasa, y medios de unión (1 a 1d) a un conducto
de la línea de recirculación de gases, caracterizado por el
hecho de que dichos medios de unión comprenden un reborde
periférico (1 a 1d) integrado en una sola pieza con una placa de
soporte (3) o un tramo tubular (2,2a), estando dicha pieza
fabricada mediante un proceso de estampación a partir de chapa
delgada.
2. Intercambiador, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la chapa delgada presenta
un grosor inferior o igual a 3 mm.
3. Intercambiador, según la reivindicación 1 o
2, caracterizado por el hecho de que el reborde periférico
(1,1a) incluye un tramo tubular (2,2a) dirigido hacia el interior de
la carcasa.
4. Intercambiador, según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que dicho tramo tubular (2)
presenta una pequeña longitud destinada a su ensamblaje con la
carcasa.
5. Intercambiador, según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que dicho tramo tubular (2a)
presenta una longitud apropiada para distribuir el flujo de gases a
modo de depósito de gas (2a), cuyo extremo final está previsto para
ser ensamblado a la carcasa.
6. Intercambiador, según la reivindicación 1 o
2, caracterizado por el hecho de que el reborde periférico
(1b,1c) incluye una zona central (3) provista de una pluralidad de
orificios (6) destinados a soportar los tubos de gas, actuando a
modo de placa de soporte (3), y una hendidura periférica (7) que
rodea dicha zona central (3) prevista para el ensamblaje con un
extremo de la carcasa mediante ajuste mecánico.
7. Intercambiador, según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que entre el reborde periférico
(1b,1c) y el conducto de la línea de recirculación se prevé la
colocación de un depósito de gas.
8. Intercambiador, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el reborde periférico (1 a 1d) además incluye una zona
perimetral (4) provista de orificios (5) destinados a la colocación
de elementos de tornillería para su fijación con la carcasa y con el
conducto de la línea de recirculación de gases.
9. Intercambiador, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el reborde periférico (1 a 1d) incluye un orificio (8)
destinado a recibir a su través un conducto de
by-pass del intercambiador.
10. Intercambiador, según la reivindicación 9,
caracterizado por el hecho de que el reborde periférico (1 a
1d) incluye un orificio destinado a proporcionar el ensamblaje con
una válvula de by-pass.
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