ES2566383T3

ES2566383T3 - Intercambiador de calor de gases de escape con recuperación de energía térmica para un sistema de escape de un motor de combustión interna

Info

Publication number: ES2566383T3
Application number: ES13193219.6T
Authority: ES
Inventors: Costanza Pazé; Emanuele Milani
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2016-04-12
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: EP2733322B1; EP2733322A1; ITBO20120626A1

Abstract

Un intercambiador de calor (10) con recuperación de energía térmica para un sistema de escape (H) de un motor de combustión interna (A); el intercambiador de calor (10) incluye una pluralidad de tubos (22), que definen una pluralidad de canales de flujo correspondientes para los gases de escape; el intercambiador de calor (10) se caracteriza porque una pared (23) de al menos un tubo (22) está recubierta por dentro con una capa de recubrimiento (24) que incluye un material con higroscopia exotérmica, a saber un material que es higroscópico y realiza un proceso exotérmico de absorción de agua.

Description

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DESCRIPCION

Intercambiador de calor de gases de escape con recuperacion de ene^a termica para un sistema de escape de un motor de combustion interna

Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un intercambiador de calor con recuperacion de energfa termica para un sistema de escape de un motor de combustion interna.

Tecnica anterior

Un motor termico de combustion interna esta equipado con un sistema de escape, que cumple la funcion de expulsar a la atmosfera los gases de escape generados por la combustion limitando asf tanto el ruido como el contenido de contaminantes. Un sistema de escape moderno incluye al menos un dispositivo convertidor equipado con un elemento catalftico seguido por al menos un silenciador; dentro del silenciador se define un laberinto que determina un recorrido para los gases de escape desde una abertura de entrada a una abertura de salida.

Para aumentar la eficiencia energetica general, recientemente se ha propuesto explotar tambien parte del calor que esta presente en los gases de escape y que normalmente es expulsado al entorno exterior; por ejemplo, el calor presente en los gases de escape puede ser usado para calentar el refrigerante del motor de combustion interna, el aceite lubricante para el motor de combustion interna, y/o el aceite lubricante para la transmision en los instantes que siguen al arranque en fno con el fin de acelerar que se alcance la temperatura operativa optima. Para explotar parte del calor que esta presente en los gases de escape, se ha propuesto usar un intercambiador de calor de ifquido-gas que esta dispuesto a lo largo del recorrido de los gases de escape de manera que en el choquen los gases de escape. Con el fin de hacer que los gases de escape fluyan a traves del intercambiador de calor solamente en condiciones dadas (por ejemplo, cuando el motor esta fno con el fin de explotar el calor de los gases de escape para acelerar el calentamiento del refrigerante del motor de combustion interna), se ha propuesto disponer un conducto de derivacion que permite que los gases de escape pongan en derivacion el intercambiador de calor y sean regulados por una valvula de derivacion.

Un ejemplo de un intercambiador de calor equipado con un conducto de derivacion para un sistema de escape se propone en la Solicitud de Patente WO2005024193A1.

En un intento de contener los costos y los volumenes, se ha propuesto integrar el intercambiador de calor dentro del silenciador; una solucion similar se describe en las Solicitudes de Patente JP2004245127A2, WO2008117580A1 y EP2412945A1.

Descripcion de la invencion

El objeto de la presente invencion es proporcionar un intercambiador de calor con recuperacion de energfa termica para un sistema de escape de un motor de combustion interna, intercambiador de calor que permite obtener una eficiencia energetica incrementada y un calentamiento mas rapido a partir de fno, siendo al mismo tiempo de fabricacion facil y de costo razonable.

Segun la presente invencion, un intercambiador de calor esta provisto de recuperacion de energfa termica para un sistema de escape de un motor de combustion interna, como reivindican las reivindicaciones anexas.

Breve descripcion de los dibujos

La presente invencion se describira ahora con referencia a los dibujos acompanantes, que ilustran varios ejemplos de realizacion no limitativos de la misma, en los que:

La figura 1 es una vista diagramatica de un motor de combustion interna equipado con un sistema de escape que esta acoplado con un intercambiador de calor hecho segun la presente invencion.

La figura 2 es una vista en perspectiva, y con partes quitadas para claridad, de un silenciador del sistema de escape de la figura 1, que integra el intercambiador de calor.

La figura 3 es una vista en perspectiva, y en escala ampliada, de un detalle de la figura 2 que representa el intercambiador de calor en detalle.

La figura 4 es una vista en seccion transversal, y en escala ampliada, de un tubo del intercambiador de calor.

Las figuras 5 y 6 son dos vistas diagramaticas en seccion longitudinal del silenciador en la figura 2, representado en dos configuraciones operativas diferentes.

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La figura 7 es una vista esquematica del motor de combustion interna en la figura 1, en el que el intercambiador de calor esta separado del silenciador.

La figura 8 es una vista diagramatica de un dispositivo deflector que acomoda el intercambiador de calor de la figura 7.

Y la figura 9 es una vista diagramatica de otra realizacion de un dispositivo deflector que acomoda el intercambiador de calor de la figura 7.

Realizaciones preferidas de la invencion

La letra A en la figura 1 indica un motor de combustion interna en conjunto, para un vetnculo de motor.

El motor de combustion interna A esta equipado con un bloque motor B en el que cuatro cilindros C estan dispuestos en lmea. Cada cilindro C esta conectado a un colector de aspiracion D por medio de al menos una valvula de aspiracion respectiva, y a un colector de escape E por medio de al menos una valvula de escape respectiva. El colector de aspiracion D recibe aire fresco (es decir, aire que entra del entorno externo) a traves de un conducto de aspiracion F, que esta equipado con un filtro de aire G y es regulado por una valvula de mariposa. Al colector de escape E esta conectado un sistema de escape H, que emite los gases generados por combustion a la atmosfera e incluye un conducto de escape I que se origina a partir del colector de escape E. A lo largo del conducto de escape I esta dispuesto un catalizador oxidante J (que podna tambien integrar un filtro de partfculas) y un silenciador 1 dispuesto hacia abajo del catalizador J.

El motor de combustion interna 1 es supercargado por medio de un turbo supercargador K equipado con una turbina, que esta dispuesta a lo largo del conducto de escape I para girar a alta velocidad bajo la accion de los gases de escape expulsados de los cilindros C, y con un compresor, que esta dispuesto a lo largo del conducto de aspiracion F y esta conectado mecanicamente a la turbina de manera que sea arrastrado en rotacion por la turbina con el fin de aumentar la presion del aire suministrado en el conducto de aspiracion F.

El motor de combustion interna A incluye un sistema de refrigeracion por lfquido L (tfpicamente agua mezclada con un aditivo anticongelante), que cumple la funcion de enfriar el bloque motor B para evitar el sobrecalentamiento del bloque motor B.

El sistema de refrigeracion L incluye un circuito principal M, que se extiende en su mayor parte dentro del bloque motor B y esta equipado con una bomba de circulacion N que es activada directamente por un eje de accionamiento del motor de combustion interna A. El circuito principal M esta conectado a un radiador O (es decir, a un intercambiador de calor agua/aire) que cumple la funcion de disipar el calor excedente al entorno exterior. La circulacion a traves del radiador O es regulada por un termostato P que se abre solamente cuando la temperatura del refrigerante es mas alta que un umbral de temperatura predeterminado; debido a la presencia de termostato P, cuando el motor de combustion interna A esta fno, el refrigerante no fluye a traves del radiador O (es decir, no se enfna en el radiador O) y por lo tanto llega a la temperatura operativa optima mas rapidamente (en particular cuando la temperatura exterior es baja).

El sistema de refrigeracion L incluye un circuito secundario Q, que esta conectado al circuito principal M en paralelo con el radiador O y hacia arriba del termostato P. A lo largo del conducto secundario Q esta dispuesto un intercambiador de calor 10 (mejor descrito mas adelante) que esta integrado dentro del silenciador 1, es del tipo de lfquido-gas, y se usa para recuperar parte del calor mantenido por los gases de escape que fluyen a traves del silenciador 1. En paralelo con el intercambiador de calor 10 esta conectada una valvula de derivacion de solenoide R que esta adaptada para cerrarse para poner en derivacion la circulacion del refrigerante a traves del intercambiador de calor 10. Ademas, a lo largo del conducto secundario Q esta dispuesto un intercambiador de calor S que es del tipo de lfquido-aire, es parte de un sistema de acondicionamiento de aire, y se usa para calentar el aire acondicionado que es enviado a un compartimiento interior del vetnculo. En paralelo con el intercambiador de calor S esta conectada una valvula de derivacion de solenoide T que esta adaptada para cerrarse para poner en derivacion la circulacion del refrigerante a traves del intercambiador de calor S.

Es de notar que la valvula de derivacion de solenoide R y/o la valvula de derivacion de solenoide T podnan no estar presentes, podnan estar dispuestas en posiciones diferentes con respecto a la representada en la figura 1 (por ejemplo, en serie en los intercambiadores de calor correspondiente 10 y S), o podnan ser de tres vfas y por lo tanto estar dispuestas en una bifurcacion hacia arriba o hacia abajo de los intercambiadores de calor correspondientes 10 y S.

La valvula de derivacion de solenoide R es controlada para hacer que el refrigerante fluya a traves del intercambiador de calor 10 con el fin de calentar el refrigerante usando parte del calor mantenido por los gases de escape que fluyen a traves del silenciador 1; obviamente, el refrigerante es calentado a traves del intercambiador de calor 10 solamente cuando el refrigerante esta fno (es decir, esta a una temperatura mas baja que la temperatura

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operativa optima). Para ello, es de notar que a condicion de que el refrigerante (y con el todo el bloque motor B) no llegue a la temperatura operativa optima, la combustion dentro de los cilindros C no tiene lugar en las mejores condiciones y por lo tanto determina un aumento indeseado tanto del consumo de combustible como de la generacion de contaminantes.

La valvula de derivacion de solenoide T es controlada para hacer que el refrigerante fluya a traves del intercambiador de calor S con el fin de calentar el aire acondicionado que es enviado por el sistema de acondicionamiento de aire al compartimiento interior del vehmulo; tipicamente, el refrigerante se hace fluir a traves del intercambiador de calor S solamente cuando hay que calentar el aire acondicionado que es enviado al compartimiento interior del vehmulo, es decir, segun los objetivos que los pasajeros del vehmulo piden al sistema de acondicionamiento de aire.

Como se representa en la figura 2, el silenciador 1 tiene una abertura de entrada 2 y una abertura de salida 3, a traves de las que fluyen los gases de escape que fluyen a traves del silenciador 1. El silenciador 1 incluye un cuerpo principal 4, que se hace de hoja metalica, es de forma tubular y tiene preferiblemente una seccion transversal elfptica. El cuerpo principal 4 consta de una pared lateral cilmdrica 5 (que puede ser de hoja sencilla o de hoja doble), de una pared delantera plana 6 dispuesta cerca de la abertura de entrada 2 y de una pared trasera plana 7 dispuesta cerca de la abertura de salida 3; la pared delantera 6 y la pared trasera 7 cierran la pared lateral cilmdrica 5 en los dos extremos.

Dispuesto dentro del cuerpo principal 4 hay dos diafragmas 8 que estan dispuestos paralelos a las paredes 6 y 7 y dividen el espacio dentro del cuerpo principal 4 en tres camaras 9 yuxtapuestas. Ademas, dentro del cuerpo principal 4 esta dispuesto el intercambiador de calor 10 que es del tipo de lfquido-gas y se usa para recuperar parte del calor mantenido por los gases de escape que fluyen a traves del silenciador 1. Segun una realizacion preferida, el intercambiador de calor 10 incluye un conducto de entrada de lfquido 11 y un conducto de salida de lfquido 12 que salen longitudinalmente del cuerpo principal 4 a traves de la pared delantera 6 (y por lo tanto perpendiculares a la pared delantera 6); esta disposicion de los conductos 11 y 12 permite minimizar las tensiones estructurales generadas por la diferente expansion termica a la que el intercambiador de calor 10 esta sometido con respecto a los otros componentes del silenciador 1 debido al efecto de la diferente temperatura operativa (el intercambiador de calor 10 siempre permanece mucho mas frio que los otros componentes del silenciador 1 cuando es enfriado por el lfquido que fluye en el).

El silenciador 1 incluye un conducto 13, que esta conformado de manera que tenga un efecto silenciador y se extiende parcialmente dentro del cuerpo principal 4 desde una zona de bifurcacion 14, que esta dispuesta inmediatamente hacia abajo de la abertura de entrada 2, a una zona de convergencia 15, que esta dispuesta inmediatamente hacia arriba de la abertura de salida 3. Ademas, el silenciador 1 incluye un conducto 16, que se extiende a traves del intercambiador de calor 10 y se extiende parcialmente dentro del cuerpo principal 4 desde la zona de bifurcacion 14 a la zona de convergencia 15 en paralelo con el conducto 13. Los dos conductos 13 y 16 estan dispuestos funcionalmente en paralelo uno a otro y estan dispuestos ffsicamente yuxtapuestos. Finalmente, el silenciador 1 incluye una valvula de control 17, que es adecuada para dirigir alternativamente el flujo de gases de escape a traves del conducto 13 (como se representa en la figura 6) o a traves del conducto 16 (como se representa en la figura 5).

Como se representa en las figuras 5 y 6, la valvula de control 17 incluye una cubierta plana 18 que esta articulada para girar alrededor de un eje de rotacion 19 entre una primera posicion en la que cierra el conducto 13 (como se representa en la figura 5) y una segunda posicion en la que cierra el conducto 16 (como se representa en la figura 6). La valvula de control 17 esta dispuesta fuera del cuerpo principal 4 en la zona de bifurcacion 14 inmediatamente hacia abajo de la abertura de entrada 2 (segun otra realizacion no ilustrada, la valvula de control 17 podna estar dispuesta en la zona de convergencia 15 inmediatamente hacia arriba de la abertura de salida 3). Debido al hecho de que la valvula de control 17 esta dispuesta fuera del cuerpo principal 4, la valvula de accionamiento 17 puede ser mucho mas compacta porque el accionador correspondiente se puede disponer muy cerca del obturador 18; por ello, el eje que soporta el obturador 18 y recibe el movimiento del accionador, es sumamente corto y por lo tanto tiene expansiones termicas limitadas en valor absoluto.

La zona de bifurcacion 14 esta dispuesta fuera del cuerpo principal 4 y, como se ha mencionado anteriormente, la valvula de control 17 esta dispuesta en la zona de bifurcacion 14 inmediatamente hacia abajo de la abertura de entrada 2. Los dos conductos en la zona de bifurcacion 14 estan dispuestos basculados uno a otro de manera que tengan forma de “V”; el obturador 18 de la valvula de control 17 esta articulado en el vertice de la “V” para girar alrededor del eje de rotacion 19 entre la primera posicion en la que cierra el conducto 13 (como se representa en la figura 5) y la segunda posicion en la que cierra el conducto 16 (como se representa en la figura 6).

La zona de convergencia 15 esta dispuesta dentro del cuerpo principal 4. En particular, la zona de convergencia 15 consta de una camara final 9, que se forma dentro del cuerpo principal 4 cerca de la pared trasera 7 y a la que conduce el conducto 16; el conducto 13 se extiende a traves de la camara final 9 y tiene, dentro de la camara final 9 propiamente dicha, una pluralidad de agujeros pasantes 20. Los gases de escape descargados del conducto 16 dentro de la camara final 9 entran en la porcion de conducto final 13 a traves de los agujeros pasantes 20 y por lo

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tanto llegan a la abertura de salida 3.

El conducto 16 se extiende a traves del cuerpo principal 4 pasando a traves de la pared delantera 6 pero no a traves de la pared trasera 7, y el conducto 13 se extiende a traves del cuerpo principal 4 pasando tanto a traves de la pared delantera 6 como de la pared trasera 7; en esta realizacion, solamente la abertura de entrada 2 esta dispuesta fuera del cuerpo principal 4 y a una distancia dada de la pared delantera 6, mientras que la abertura de salida 3 esta dispuesta en la pared trasera 7 y consta de una salida del conducto 13.

El conducto 13 tiene una interrupcion de su continuidad en una camara intermedia 9 porque esta conformado para emitir los gases de escape que se originan desde la abertura de entrada 2 a la camara intermedia 9 con el fin de expandir los gases de escape en la camara intermedia 9 y por lo tanto recoger los gases de escape mas tarde de la camara intermedia 9 para transportar los gases de escape hacia la abertura de salida 3.

Segun una realizacion preferida, a una superficie interna de los conductos 13 y 16 y en la valvula de control 17 esta soldado un elemento anular de apoyo (tfpicamente de forma cuadrada) sobre el que descansa un extremo de obturador 18 que esta enfrente del extremo articulado. La funcion del elemento de apoyo es proporcionar un tope para el movimiento del obturador 18 con el fin de definir exactamente las dos posiciones del obturador. Preferiblemente, el lado del elemento de apoyo que mira al obturador 18 esta recubierto con un de malla metalica que cumple la funcion de amortiguar el impacto del obturador 18 contra el elemento de apoyo deformandose asf elasticamente bajo el empuje del obturador 18.

Segun una posible realizacion, una pared externa del intercambiador de calor 10 esta recubierta con un recubrimiento aislante. Tal recubrimiento aislante puede constar de un material de baja conductividad termica que rodea el intercambiador de calor 10 o puede constar de un intervalo vado (es decir, de un intervalo de aire) que rodea el intercambiador de calor 10. La funcion del recubrimiento aislante es limitar la transferencia de calor hacia el intercambiador de calor 10 cuando el conducto 16 es cerrado por la valvula de control 17 (como se representa en la figura 6). Segun una realizacion preferida, el recubrimiento aislante podna constar de fibra de ceramica que llene una o mas camaras 9 y cumple una funcion doble: aislar termicamente el intercambiador de calor 10 y amortiguar el ruido.

Como se representa en la figura 3, el intercambiador de calor 10 incluye una camara cilmdrica estanca a los fluidos 21 dentro de la que se hace circular el refrigerante. La camara cilmdrica 21 es cruzada longitudinalmente por el conjunto de tubos 22 que estan dispuestos paralelos uno a otro para definir una pluralidad de canales de flujo correspondientes para los gases de escape. Los gases de escape que fluyen a traves de los tubos 22 calientan las paredes 23 de los tubos 22 que estan en contacto con el refrigerante presente dentro de la camara cilmdrica 21.

Como se representa en la figura 4, la pared 23 de cada tubo 22 esta recubierta por dentro con una capa de recubrimiento 24 que consta de un material con higroscopia exotermica, es decir, un material que es higroscopico y tiene un proceso exotermico de absorcion de agua. En otros terminos, el volumen interno de cada tubo 22 esta parcialmente ocupado por una capa de recubrimiento de forma anular 24 que esta fijada a la pared 23 del tubo 22 y consta de un material con higroscopia exotermica. La capa de recubrimiento 24 puede estar formada solamente por el material con higroscopia exotermica, o puede estar formada por una mezcla entre el material con higroscopia exotermica y otros componentes que cumplen esencialmente la funcion de asegurar el agarre de los tubos 22 a las paredes 23.

Segun una realizacion preferida, el material con higroscopia exotermica es un oxido, y en particular es un oxido a base de oxido de silicio.

Segun una realizacion preferida, el material con higroscopia exotermica es una zeolita que normalmente es un silicoaluminato, es decir, es un oxido a base de oxido de silicio y a base de oxido de aluminio; en varios casos raros, una zeolita puede no tener alumina, es decir, puede ser un oxido de silicio sin aluminio. Las zeolitas (del griego “zein” o “hervir” y “lithos” o “piedra”) son una familia de minerales con una estructura cristalina y microporosa regular caracterizada por una enorme cantidad de volumenes vados dentro de los cristales. Las zeolitas son sumamente higroscopicas y el proceso de absorcion de agua es exotermico, es decir, libera calor; en otros terminos, cuando una zeolita absorbe el agua, libera calor al mismo tiempo. Existen numerosas zeolitas, tanto naturales como sinteticas; a modo de ejemplo no limitador, chabazita (tambien conocida como zeolita D), clinoptilolita, erionita, faujasita (tambien conocida como zeolita X y zeolita Y), ferrierita, mordenita, zeolita A, zeolita P, zeolita Beta, zeolita ZSM-5 y silicalita tambien se puede usar para la capa de recubrimiento 24 de los tubos 22. Una descripcion detallada de las zeolitas antes indicadas se encuentra facilmente en la literatura (por ejemplo, en el libro de D. W. Breck, “ZEOLITE MOLECULAR SIEVES”, John Wiley and Sons, Nueva York, 1974).

Segun otra realizacion, el material con higroscopia exotermica es un gel de sflice que consta de oxido de silicio.

En el uso, bajo el empuje del dispositivo accionador, el obturador 18 de la valvula de control 17 gira alrededor del eje de rotacion 19 entre la primera posicion (representada en la figura 5), en la que el obturador 18 cierra completamente el conducto 13 y por lo tanto permite el flujo de gases de escape solamente a traves del conducto

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16, y una segunda posicion (representada en la figura 6), en la que el obturador 18 cierra completamente el conducto 16 y por lo tanto permite el flujo de gases de escape solamente a traves del conducto 13. La primera posicion (representada en la figura 5) se usa para dirigir los gases de escape a traves del intercambiador de calor 10. La segunda posicion (representada en la figura 6) se usa para excluir el flujo a traves del intercambiador de calor 10 de los gases de escape que fluyen a traves del silenciador 1.

Cuando el obturador 18 de la valvula de control 17 esta en la primera posicion (representada en la figura 5), es decir, cuando los gases de escape fluyen a traves del conducto 16 y por lo tanto a traves del intercambiador de calor 10, el vapor presente en los gases de escape (que deriva, en su mayor parte, de la combustion de combustible) es capturado por el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10 (en particular el material con higroscopia exotermica presente en las capas de recubrimiento 24 de los tubos 22); consiguientemente, despues de la hidratacion (es decir, despues de la absorcion de agua), el material con higroscopia exotermica libera calor que contribuye a calentar el refrigerante dentro del intercambiador de calor 10. Es de notar que cuando el motor de combustion interna 1 esta “fno” (es decir, cuando la temperatura del refrigerante es mas baja que la temperatura operativa optima), los gases de escape que son emitidos por el motor de combustion interna 1 tambien estan “mas fnos” que los gases de escape que son emitidos cuando el motor de combustion interna 1 ha alcanzado su temperatura operativa optima; el hecho de que los gases de escape esten “mas fnos” de lo estandar es positivo, porque esto permite que el material con higroscopia exotermica absorba mas facilmente el vapor presente en los gases de escape.

Cuando el obturador 18 de la valvula de control 17 esta en la segunda posicion (representada en la figura 6), es decir, cuando los gases de escape fluyen a traves del conducto 13 y por lo tanto no a traves del intercambiador de calor 10, los tubos 22 del intercambiador de calor 10 no quedan afectados por el vapor; en estas condiciones y debido al efecto de las altas temperaturas del silenciador 1 (a velocidad, la temperatura de silenciador 1 es superior a 200-250°C), el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10 (en particular, el material con higroscopia exotermica presente en las capas de recubrimiento 24 de los tubos 22) se deshidrata liberando asf toda el agua previamente capturada y por lo tanto absorbiendo calor.

Segun una posible realizacion, cuando el motor de combustion interna 1 esta en condiciones termicas ideales (es decir, cuando el motor de combustion interna 1, y por lo tanto los gases de escape emitidos por el motor de combustion interna 1, tienen una temperatura elevada), podna ser posible mover, durante un intervalo de tiempo limitado (por ejemplo, en el rango de varios minutos), el obturador 18 de la valvula de control 17 a la primera posicion (representada en la figura 5) haciendo que los gases de escape “calientes” fluyan a traves del intercambiador de calor 10 y por lo tanto promuevan la deshidratacion del material con higroscopia exotermica presente en las capas de recubrimiento 24 de los tubos 22. De hecho, cuando los gases de escape estan “calientes”, es decir, tienen una temperatura superior a un umbral dado, las moleculas de agua presentes en los gases de escape tienen una energfa cinetica mayor que la energfa de absorcion del material con higroscopia exotermica y por lo tanto no son capturados por el material con higroscopia exotermica. Consiguientemente, cuando fluyen gases de escape “calientes”, es decir, con una temperatura superior a un umbral dado, a traves del intercambiador de calor 10, no solamente el material con higroscopia exotermica no es capaz de absorber las moleculas de agua presentes en los gases de escape, sino que, por el contrario, libera las moleculas de agua que habfa absorbido previamente, deshidratandose asf. En otros terminos, la deshidratacion del material con higroscopia exotermica tambien puede tener lugar colocando el obturador 18 de la valvula 17 en la primera posicion (representada en la figura 5) durante un corto intervalo de tiempo cuando el motor de combustion interna 1 esta en las condiciones termicas ideales.

En esencia, cuando el motor de combustion interna A esta a velocidad, parte del calor de los gases de escape (que normalmente es dispersado totalmente al entorno exterior) se usa para deshidratar el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10; en otros terminos, cuando el motor de combustion interna A esta a velocidad, el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10 “almacena” parte del calor de los gases de escape deshidratandose. Entonces, cuando el motor de combustion interna A se arranca en fno de nuevo, el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10 “libera” el calor hidratandose con el vapor presente en los gases de escape; en otros terminos, despues de un arranque en fno, el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10 “libera” el calor “almacenado” previamente hidratandose. Por ello, el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10 “libera” el calor “almacenado” previamente mientras que acelera el calentamiento del refrigerante, reduciendo por lo tanto el tiempo necesario para poner el refrigerante a la temperatura operativa optima.

En resumen, el material con higroscopia exotermica presente dentro de los tubos 22 del intercambiador de calor 10 recupera parte del calor de los gases de escape (que normalmente es dispersado totalmente al entorno exterior) y usa dicho calor recuperado para calentar el refrigerante mas rapidamente despues de un arranque en fno.

En la realizacion representada en la figura 1, el intercambiador de calor esta integrado dentro del silenciador 1. En la realizacion alternativa representada en la figura 7, el intercambiador de calor 10 esta separado y es independiente del silenciador 1 y esta dispuesto hacia arriba de silenciador 1 (es decir, el intercambiador de calor 10 esta dispuesto

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entre el catalizador oxidante J y el silenciador 1).

Como se representa en la figura 8, el intercambiador de calor 10 esta insertado en un dispositivo deflector 25, que esta conectado en serie al conducto de escape I e incluye un conducto principal 26 que no tiene obstaculos, y un conducto secundario 27 que tiene el intercambiador de calor 10. Una valvula de control 28 (por ejemplo, similar a la valvula de control 17 descrita anteriormente) regula los gases de escape que fluyen a traves de los dos conductos 26 y 27. Obviamente, el intercambiador de calor 10 en esta realizacion tambien incluye un conjunto de tubos 22 para los gases de escape que esta equipado internamente con las capas de recubrimiento 24 que constan de un material con higroscopia exotermica.

La figura 9 representa una realizacion diferente del dispositivo deflector 25, que esta conectado en serie al conducto de escape I y acomoda el intercambiador de calor 10. Para una descripcion detallada de la operacion del dispositivo deflector 25 representado en la figura 9, consultese la descripcion de la Solicitud de Patente WO2011132035A1. Obviamente, el intercambiador de calor 10 en esta realizacion tambien incluye un conjunto de tubos 22 para los gases de escape que esta equipado internamente con las capas de recubrimiento 24 que constan de un material con higroscopia exotermica.

En las realizaciones descritas anteriormente, el calor de los gases de escape y el calor liberado por las capas de recubrimiento 24 se usan para calentar el refrigerante del motor de combustion interna en los instantes siguientes al arranque en fno; segun realizaciones alternativas (y perfectamente equivalentes) no ilustradas, el calor de los gases de escape y el calor liberado por las capas de recubrimiento 24 tambien (o solamente) podna ser usado para calentar el aceite lubricante para el motor de combustion interna 1, y/o el aceite lubricante para la transmision en los instantes siguientes al arranque en fno.

El intercambiador de calor 10 descrito anteriormente tiene numerosas ventajas.

En primer lugar, el intercambiador de calor 10 permite obtener una mayor eficiencia energetica y un calentamiento a partir de fno, con respecto a un intercambiador de calor convencional similar debido a la presencia de las capas de recubrimiento 24 que constan de un material con higroscopia exotermica dentro de los tubos 22. De hecho, el material con hidroscopia exotermica permite que parte del calor de los gases de escape sea “almacenado” deshidratandose cuando el motor de combustion interna A este a velocidad; entonces, cuando el motor de combustion interna A se arranca en fno de nuevo, el material con higroscopia exotermica “libera” el calor “almacenado” previamente hidratandose con el vapor presente en los gases de escape.

Ademas, el intercambiador de calor 10 descrito anteriormente es de fabricacion simple y de costo razonable, porque con respecto a un intercambiador de calor convencional similar, requiere la unica modificacion de colocar capas de recubrimiento 24 que constan de un material con higroscopia exotermica, dentro de los tubos 22. Para ello, es de notar que las zeolitas o el gel de sflice son materiales que son faciles de obtener y son de costo razonable, y que colocar una capa de recubrimiento 24 dentro de un tubo 22 es facil de automatizar y por lo tanto se puede realizar en tiempos reducidos con costos reducidos.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor (10) con recuperacion de ene^a termica para un sistema de escape (H) de un motor de combustion interna (A); el intercambiador de calor (10) incluye una pluralidad de tubos (22), que definen una pluralidad de canales de flujo correspondientes para los gases de escape; el intercambiador de calor (10) se caracteriza porque una pared (23) de al menos un tubo (22) esta recubierta por dentro con una capa de recubrimiento (24) que incluye un material con higroscopia exotermica, a saber un material que es higroscopico y realiza un proceso exotermico de absorcion de agua.
2. Un intercambiador de calor (10) segun la reivindicacion 1, donde el material con higroscopia exotermica es un oxido.
3. Un intercambiador de calor (10) segun la reivindicacion 2, donde el material con higroscopia exotermica es un oxido a base de oxido de silicio.
4. Un intercambiador de calor (10) segun la reivindicacion 3, donde el material con higroscopia exotermica es una zeolita.
5. Un intercambiador de calor (10) segun la reivindicacion 3, donde el material con higroscopia exotermica es un gel de sflice que consta de oxido de silicio.
6. Un intercambiador de calor (10) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el intercambiador de calor (10) es del tipo de lfquido-gas e incluye un conducto de entrada de lfquido (11) y un conducto de salida de lfquido (12).
7. Un intercambiador de calor (10) segun la reivindicacion 6 e incluyendo una camara estanca a los fluidos (21), dentro de la que se hace circular el lfquido que tiene que recibir el calor de los gases, y dentro de la que estan dispuestos los tubos (22) que son adecuados para que a su traves fluyan los gases de escape.
8. Un silenciador (1) incluyendo:

una abertura de entrada (2) y una abertura de salida (3), a traves de las que fluyen los gases de escape;

un cuerpo principal (4), que tiene una forma tubular y consta de una pared lateral cilmdrica (5) asf como de una pared delantera plana (6) dispuesta cerca de la abertura de entrada (2) y de una pared trasera plana (7) dispuesta cerca de la abertura de salida (3), que cierran la pared lateral cilmdrica (5) en los dos extremos;

un intercambiador de calor (10), que esta dispuesto dentro del cuerpo principal (4);

un primer conducto (13), que esta conformado de manera que tenga un efecto silenciador y se extiende al menos parcialmente dentro del cuerpo principal (4) desde una zona de bifurcacion (14), que esta dispuesta inmediatamente hacia abajo de la abertura de entrada (2), a una zona de convergencia (15), que esta dispuesta inmediatamente hacia arriba de la abertura de salida (3);

un segundo conducto (16), que se extiende a traves del intercambiador de calor (10) y se extiende al menos parcialmente dentro del cuerpo principal (4) desde la zona de bifurcacion (14) a la zona de convergencia (15) en paralelo con el primer conducto (13); y

una valvula de control (17), que es adecuada para dirigir alternativamente el flujo de gases de escape a traves del primer conducto (13) o a traves del segundo conducto (16);

donde el intercambiador de calor (10) incluye una pluralidad de tubos (22), que definen una pluralidad de canales de flujo correspondientes para los gases de escape;

el silenciador (1) se caracteriza porque una pared (23) de al menos un tubo (22) esta recubierta por dentro con una capa de recubrimiento (24) que incluye un material con higroscopia exotermica, a saber un material que es higroscopico y realiza un proceso exotermico de absorcion de agua.
9. Un silenciador (1) segun la reivindicacion 8, donde el material con higroscopia exotermica es un oxido.
10. Un silenciador (1) segun la reivindicacion 9, donde el material con higroscopia exotermica es un oxido a base de oxido de silicio.
11. Un silenciador (1) segun la reivindicacion 10, donde el material con higroscopia exotermica es una zeolita.
12. Un silenciador (1) segun la reivindicacion 10, donde el material con higroscopia exotermica es un gel de sflice

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que consta de oxido de silicio.
13. Un silenciador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, donde el intercambiador de calor (10) es del tipo de Kquido-gas e incluye un conducto de entrada de lfquido (11) y un conducto de salida de lfquido (12).
14. Un silenciador (1) segun la reivindicacion 13, donde el intercambiador de calor (10) incluye una camara estanca a los fluidos (21), dentro de la que se hace circular el lfquido que tiene que recibir el calor de los gases, y dentro de la que estan dispuestos los tubos (22) que son adecuados para que a su traves fluyan los gases de escape.
15. Un silenciador (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, donde: la valvula de control (17) esta dispuesta fuera del cuerpo principal (4);

la zona de bifurcacion (14) esta dispuesta fuera del cuerpo principal (4) y la valvula de control (17) esta dispuesta en correspondencia con la zona de bifurcacion (14); y

la zona de convergencia (15) esta dispuesta dentro del cuerpo principal (4).
16. Un silenciador (1) segun la reivindicacion 15, donde:

la zona de convergencia (15) consta de una camara final (9), que se forma dentro del cuerpo principal (4) cerca de la pared trasera (7);

el primer conducto (13) se extiende a traves de la camara final (9) y tiene, dentro de la camara final (9) propiamente dicha, una pluralidad de agujeros pasantes (20); y el segundo conducto (16) conduce a la camara final (9).