ES2203594T3 - Procedimiento para la separacion de mezclas de vapor de combustible y aire y dispositivo para la realizacion de este procedimiento. - Google Patents
Procedimiento para la separacion de mezclas de vapor de combustible y aire y dispositivo para la realizacion de este procedimiento.Info
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Abstract
Procedimiento para la separación de mezclas de vapor de combustible y aire de un depósito de combustible (1), con preferencia en automóviles, en el que la mezcla de gas a purificar es conducida desde el depósito de combustible (1) a un filtro (5), donde la mezcla de gas a purificar es conducida a un separador previo (4) y los hidrocarburos son separados en el separador previo (4) de la mezcla de gas y son conducidos de nuevo al depósito de combustible (1) y el gas purificado es conducido al filtro (5), caracterizado porque la separación de los hidrocarburos en el separador previo (4) se realiza en el interior del depósito de combustible (1) y porque el gas purificado por el separador previo (4) es extraído del depósito de combustible (1).
Description
Procedimiento para la separación de mezclas de
vapor de combustible y aire y dispositivo para la realización de
este procedimiento.
Objeto de la invención está constituido por un
procedimiento para la separación de mezclas de vapor de combustible
y aire en sus componentes y un dispositivo para la realización de
este procedimiento. El procedimiento es especialmente adecuado para
la purificación de mezclas de vapor, como se producen en depósitos
de combustible de automóviles.
Se sabe que los combustibles tienden a la
gasificación en función de su estado termodinámico. Las mezclas de
vapor de combustible y aire que se producen en este caso en los
depósitos de combustible -mencionadas a continuación como gases-
deben descargarse para evitar una presión demasiado alta dentro del
depósito. Especialmente en el caso de depósitos de combustible en
automóviles existen los más diferentes dispositivos para descargar
desde el depósito de combustible los gases que se producen durante
el movimiento y durante el repostado. En virtud de las legislaciones
existentes, especialmente en los USA, cuando se introducen estos
gases en la atmósfera solamente puede estar contenido un porcentaje
determinado de hidrocarburos en estos gases. Estos gases son
conducidos a través de conductos y depósitos adicionales a un
filtro de carbón activo, en el que los hidrocarburos son eliminados
por filtración fuera de estos gases. Los gases purificados son
conducidos a continuación a la atmósfera. Debido a los valores
admisibles ya reducidos para la emisión general de hidrocarburos
desde los vehículos, los filtros de carbón activo actuales poseen
ya un tamaño de construcción considerable con todos los
inconvenientes implicados con ello. Con respecto a la tendencia del
medio ambiente a valor límite de las emisiones cada vez menores en
los USA y en Europa, el volumen de los filtros de carbón activo
actuales no es suficiente a largo plazo.
Se conoce por el documento JP 11 093 784 A y por
el documento US 4 671 071, que muestran el preámbulo de las
reivindicaciones 1 y 11, disponer en un conducto entre el depósito
de combustible un condensador, a través del cual se conducen gases
aspirados desde el depósito de combustible. El condensador está
lleno con combustible líquido. El documento
FR-A-2 724 603 muestra un depósito
de combustible, en el que están conectados varios conductos para la
aspiración y alimentación de gases desde el depósito de
combustible. En los conductos están dispuestos un compresor y un
condensador. De esta manera, la mezcla de vapor de combustible y
aire es alimentada desde el depósito de combustible a un separador
previo, en el que se lleva a cabo una primera separación de
componentes de combustible y aire, de manera que se alimenta al
filtro un gas, que presenta concentraciones de hidrocarburos
esencialmente más reducidas que en los dispositivos de ventilación
convencionales. Los componentes de hidrocarburos presentes hasta
ahora todavía son retenidos a continuación en el filtro, de manera
que el gas emitido a la atmósfera está esencialmente libre de
hidrocarburos.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
crear un procedimiento para la purificación de mezclas de vapor de
combustible y aire, así como un dispositivo para la realización del
procedimiento, con los que se evitan filtros costosos y de
estructura grande.
El cometido se soluciona con las características
de las reivindicaciones 1 y 11. Las configuraciones ventajosas se
describen en las reivindicaciones dependientes.
Con el procedimiento y el dispositivo según la
invención se alimenta la mezcla de vapor de combustible y aire
desde el depósito de combustible a un separador previo, en el que
se lleva a cabo una primera separación de componentes del
combustible y de aire, de manera que se alimenta al filtro un gas
que presenta concentraciones esencialmente más reducidas de
hidrocarburos que los dispositivos de ventilación convencionales.
Los componentes de hidrocarburos presentes todavía hasta ahora en
el gas son retenidos a continuación en el filtro, de manera que el
gas emitido a la atmósfera está esencialmente libre de
hidrocarburos. La ventaja decisiva consiste, además de los valores
de emisión reducidos detectables, en que en lugar del filtro de
carbón activo de volumen grande y pesado utilizado hasta ahora,
puede encontrar aplicación un filtro de volumen considerablemente
más pequeño y, por lo tanto, más ligero. La separación de los
componentes del combustible no se realiza como hasta ahora por
adsorción, sino a través de separación física, condensando los
hidrocarburos en el separador previo. Además, se reduce la
corriente de masas de gas a separar desde el sistema de depósito en
la medida de la corriente de masas de vapor separada, de modo que
se reduce la presión interior del depósito y, por lo tanto, las
secciones transversales del conducto, lo que mejora la capacidad de
repostado.
En una primera configuración ventajosa del
procedimiento según la invención, los gases producidos son
comprimidos en primer lugar y a continuación son alimentados a un
condensador, en cuyas superficies de condensación los hidrocarburos
pasan a través de condensación a la fase líquida. Las superficies
de condensación del condensador pueden ser accionadas a tal fin a
través de un circuito de refrigeración propio. No es necesario un
circuito de refrigeración propio cuando las superficies de
condensación del condensador están conectadas con la instalación de
climatización. Pero también es concebible la utilización de
elementos de refrigeración de semiconductores.
La fase líquida es retornada través de una
conexión entre el condensador y el depósito de combustible al
depósito, de manera que los componentes separados del combustible
pueden ser transportados al motor de combustión interna. Puesto que
los compresores y condensadores son elementos constituidos
relativamente sencillos, los costes del dispositivo son, durante su
utilización, esencialmente más elevados que en los sistemas
actuales de retención de hidrocarburos.
En una configuración ventajosa, el compresor y el
condensador que forman el separador previo están agrupados en una
unidad de construcción. La mezcla de gas comprimido tiene, por lo
tanto, sólo un recorrido corto hasta el condensador, con lo que se
reducen en una medida considerable las pérdidas de presión y el
compresor se puede realizar relativamente pequeño. Por otro lado, se
ha revelado que es ventajoso disponer en la salida del condensador
una membrana de separación de gas. Con esta membrana de separación
de gas adicional se reduce adicionalmente el porcentaje de
hidrocarburos.
Es especialmente ventajoso expandir la mezcla de
gas antes de la alimentación al filtro. Con este fin, el separador
previo está ampliado con una tobera o una válvula como
estrangulamiento y un ciclón. El gas acelerado debido a la expansión
circula al ciclón, en el que tiene lugar una condensación
posterior. A través del efecto de la fuerza centrífuga se separa
condensado y se retorna a través de una comunicación de nuevo al
depósito de combustible. El gas purificado de nuevo posee un grado
de pureza, que posibilita una reducción adicional de un filtro de
carbón activo conectado a continuación y posiblemente a través de
un quemador catalítico. Por lo tanto, en determinadas
circunstancias, se puede prescindir incluso totalmente de un filtro
de carbón activo y en su lugar se puede disponer una membrana de
separación de gas, antes de que el gas sea introducido en la
atmósfera.
Para la reducción adicional de los valores de
emisión es ventajoso integrar el separador previo en el depósito de
combustible. Por lo tanto, puesto que también todos los puntos de
unión del dispositivo según la invención están dispuestos en el
depósito de combustible, estos puntos de permeación intensificada
no tienen que ser tenidos en consideración adicionalmente en la
construcción, lo que es una simplificación adicional y, por lo
tanto, conduce a una reducción adicional de los costes. Además,
debido a la configuración compacta del separador previo se suprimen
las uniones de manguera largas.
En una segunda forma de realización del
procedimiento según la invención, el gas que aparece durante el
funcionamiento o el repostado se condensa sin compresión previa en
un condensador de mezcla. A tal fin, se conduce la mezcla a un
depósito, que está lleno con un medio de refrigeración líquido.
Como medio de refrigeración se puede utilizar con preferencia
combustible. En el caso de contacto con el líquido refrigerado, se
condensan los hidrocarburos, mientras que el gas purificado es
conducido a un filtro a través de una salida en la parte superior
del condensador de mezcla. Los componentes condensados son
conducidos a continuación al depósito de combustible.
Para la elevación de la velocidad de condensación
es ventajoso refrigerar el medio de refrigeración. Una posibilidad
es la refrigeración de las paredes del condensador. Por otra parte,
se pueden disponer elementos de refrigeración de semiconductores en
el condensador. En otra configuración, el condensador está
conectado en un circuito de refrigeración. Por una parte, líquido
que sale desde el condensador de mezcla es alimentado a un
refrigerador, antes de que sea alimentado de nuevo con una
temperatura claramente más baja al condensador de mezcla. Por otra
parte, en el condensador de mezcla pueden estar dispuestos tubos de
refrigeración, que son atravesados por una corriente de líquido de
refrigeración. Este refrigerador puede ser un refrigerador separado,
que es accionado a través de la instalación de climatización del
vehículo.
A continuación se explica en detalle la invención
en varios ejemplos de realización. En este caso:
La figura 1 muestra una representación
esquemática del dispositivo según la invención.
La figura 2 muestra un separador previo con etapa
de compresión y etapa de condensación.
La figura 3 muestra un separador previo con
condensador de mezcla.
El depósito de combustible 1 de un automóvil
representado en la figura 1 se puede llenar a través de un racor de
llenado 2. Para la ventilación durante el repostado y el
funcionamiento están dispuestos conductos de ventilación 3a, 3b en
la región superior del depósito de combustible 1. Estos conductos
de ventilación desembocan en el depósito de compensación con
separador previo interior 4. El gas acumulado a través de los
conductos de ventilación 3a, 3b es alimentado al separador previo
4, donde se condensan los hidrocarburos contenidos en el gas. El gas
purificado es alimentado a continuación a un filtro de carbón
activo 5, antes de que sea conducido a la atmósfera después de una
segunda purificación en un filtro de carbón activo pequeño. Los
hidrocarburos condensados en el separador previo 4 son alimentados
de nuevo al depósito de combustible a través de una salida 6.
El separador previo 4 en la figura 2 posee una
etapa de compensación 7, en la que se comprime y se calienta el gas
alimentado a través de los conductos de ventilación 3a, 3b. A
continuación, el gas comprimido circula a un condensador 8. En sus
superficies de condensación 9 se condensan los hidrocarburos
contenidos en la mezcla de gas. La fase líquida se acumula en el
fondo del condensador 8 y es conducida a través de una válvula 10
al depósito de combustible 1. A través de una membrana 11, en la
que son separados otros hidrocarburos, se expande el gas por medio
de una tobera 12. En la corriente de gas acelerada ahora se
encuentran gotas de líquido, que entran en un ciclón 13. En virtud
de la fuerza centrífuga, las gotas de líquido son separadas en la
pared del ciclón 13. Mientras la fase líquida es conducida de nuevo
al depósito de combustible 1, la mezcla de gas purificada ahora
llega a través de la comunicación 14 hacia el filtro de carbón
activo 5 dispuesto fuera del depósito de combustible 1.
El dispositivo representado en la figura 3
muestra un fragmento de un depósito de combustible 1 con un
depósito de perlado 16 que está dispuesto en el interior de la
región superior. Los conductos de ventilación 3a, 3b que llegan al
depósito de perlado 16 están llenos allí con un condensador de
mezcla 17 hasta el canto inferior de un orificio de rebosadero 18
con un medio de refrigeración 19. Los orificios de alimentación
20a, 20b de los conductos de ventilación 3a, 3b están dispuestos en
la región del fondo del condensador de mezcla 17. A través del
circuito de refrigeración 21 se alcanza el estado de temperatura
constante en el condensador de mezcla 17. A tal fin se descarga
medio de refrigeración desde el condensador de mezcla 17 con
corriente de masas constante y se conduce a un intercambiador de
calor. A continuación se conduce el medio de refrigeración
refrigerado de esta manera de nuevo al condensador de mezcla
17.
El combustible 19 condensado en el medio de
refrigeración llega a través del rebosadero 18 en el condensador de
mezcla 17 al depósito de perlado 16. La bomba 22 dispuesta en esta
región del fondo transporta dispuesta en su región del fondo
transporta el combustible 19 aparecido de retorno al depósito de
combustible 1, a la unidad de transporte o a la bomba. La mezcla de
gas residual que se acumula todavía en la región superior del
condensador de mezcla 17 es conducida al filtro de carbón activo 5,
donde un tamiz 23 en la región de la salida del condensador de
mezcla garantiza que no puedan llegar componentes líquidos al
filtro de carbón activo 5.
Claims (27)
1. Procedimiento para la separación de mezclas de
vapor de combustible y aire de un depósito de combustible (1), con
preferencia en automóviles, en el que la mezcla de gas a purificar
es conducida desde el depósito de combustible (1) a un filtro (5),
donde la mezcla de gas a purificar es conducida a un separador
previo (4) y los hidrocarburos son separados en el separador previo
(4) de la mezcla de gas y son conducidos de nuevo al depósito de
combustible (1) y el gas purificado es conducido al filtro (5),
caracterizado porque la separación de los hidrocarburos en el
separador previo (4) se realiza en el interior del depósito de
combustible (1) y porque el gas purificado por el separador previo
(4) es extraído del depósito de combustible (1).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la mezcla de gas es conducida desde el
depósito de combustible (1) a través de conductos de ventilación
(3a, 3b) al separador previo (4).
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
2, caracterizado porque los hidrocarburos contenidos en la
mezcla de gas son condensados en el separador previo (4).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la mezcla de gas es comprimida en el
separador previo (4) antes de la condensación.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el gas es expandido después de la
condensación.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el gas es condensado posteriormente en
una segunda etapa.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque el gas es
conducido después de la condensación a través de un filtro, con
preferencia una membrana de separación de gas.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque los
hidrocarburos líquidos separados en la condensación posterior son
conducidos al depósito de combustible (1).
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque el gas es
conducido para la condensación a través de un medio de
refrigeración, con preferencia combustible.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 a 9, caracterizado porque son
refrigerados las superficies de condensación (9) y el medio de
refrigeración.
11. Dispositivo para la realización del
procedimiento según la reivindicación 1 con un depósito de
combustible (1), un filtro (5), un separador previo (4) y un
conducto que va desde el separador previo (4) al filtro, donde los
gases que aparecen en el depósito de combustible pueden ser
conducidos al separador previo (4) y el separador previo (4)
presenta otra comunicación con el depósito de combustible (1),
caracterizado porque el separador previo (4) está dispuesto
en el interior del depósito de combustible (1), con preferencia en
su región superior.
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado porque el separador previo (4) está conectado
con conductos de ventilación (3a, 3b) del depósito de combustible
(1) para la conducción del gas.
13. Dispositivo según las reivindicaciones 11 y
12, caracterizado porque el separador previo (4) está
formado por una etapa de compresión (7) y por un condensador (8) que
presenta superficies de condensación (9).
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones
11 a 13, caracterizado porque en la dirección de la
circulación a continuación de las superficies de condensación (9)
está dispuesto un filtro (11), con preferencia una membrana de
separación de gas.
15. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque en la salida
del condensador (8) del lado de la circulación está dispuesto un
estrangulamiento.
16. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado porque el estrangulamiento (12) es una válvula
o una tobera.
17. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque a
continuación del condensador (8) está dispuesto otro condensador
(13), con preferencia un ciclón.
18. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque el otro
condensador (13) posee una comunicación con el depósito de
combustible (1) para la desviación de hidrocarburos líquidos.
19. Dispositivo según las reivindicaciones 11 y
12, caracterizado porque el separador previo (4) es un
condensador de mezcla (17) lleno con medios de refrigeración (19),
con preferencia con combustible.
20. Dispositivo según la reivindicación 19,
caracterizado porque los conductos de ventilación (3a, 3b)
terminan en la región inferior del condensador de mezcla (17).
21. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 19 y 20, caracterizado porque en la salida
del condensador de mezcla (17) hacia el filtro (5) está dispuesto un
tamiz (23) con una anchura de malla impermeable a las gotas.
22. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 19 a 21, caracterizado porque el
condensador de mezcla (17) está dispuesto en un depósito de perlado
(16).
23. Dispositivo según la reivindicación 22,
caracterizado porque el condensador de mezcla (17) posee un
rebosadero (18) en el depósito de perlado (16).
24. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 11 a 23, caracterizado porque en las
superficies de condensación (9), en el condensador de mezcla (17) o
en el medio de refrigeración (19) están dispuestos elementos de
refrigeración de semiconductores.
25. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 11 a 23, caracterizado porque las
superficies de condensación (9), el condensador de mezcla (17) o el
medio de refrigeración (19) pueden ser refrigerados por medio de un
circuito de refrigeración, con preferencia una instalación de
climatización.
26. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 11 a 25, caracterizado porque el filtro (5)
es un filtro de carbón activo o una membrana de separación de
gas.
27. Dispositivo según al menos una de las
reivindicaciones 11 a 26, caracterizado porque en la otra
comunicación (6) están dispuestas una válvula (10) y una bomba (23),
con preferencia una bomba de chorro de aspiración.
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