ES2307148T3 - Sistema para controlar las emisiones de vapores de combustible de un vehiculo. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de control (1) para controlar las emisiones de vapores de combustible de un vehículo, comprendiendo dicho sistema un primer sistema de adsorción (3), que comprende un cartucho (3b), y un segundo sistema de adsorción (4), que comprende un alojamiento tubular (24) y que se extiende a lo largo de un primer eje, caracterizándose dicho sistema porque dicho alojamiento tubular (24) se llena de carbón activado con un tamaño de grano superior a 4 mm.
Description
Sistema para controlar las emisiones de vapores
de combustible de un vehículo.
La presente invención se refiere a un sistema
para controlar las emisiones de vapores de combustible de un
vehículo, en particular, a un sistema de control que comprende un
sistema de adsorción de vapores que usa carbón activado.
Los depósitos de vehículos automóviles están
provistos, generalmente, de un sistema para controlar las emisiones
que comprende un sistema de adsorción hecho con un "cartucho" o
acumulador temporal para evitar que se dispersen en la atmósfera
vapores de combustible tal como salen del depósito. El documento US
6 540 815 muestra un ejemplo de un sistema de este tipo.
El cartucho comprende, generalmente, un
alojamiento conectado con el depósito y el ambiente exterior, y un
filtro principal, dentro del alojamiento, atravesado por el flujo de
vapores de combustible descargados en la atmósfera.
El filtro principal se llena generalmente con
gránulos de carbón activado capaces de adsorber hidrocarburos, que
son los constituyentes principales de los vapores de combustible a
la salida del depósito.
La investigación reciente ha sido dirigida a
sistemas de control de evaporación que permitan obtener mejores
resultados en términos de adsorción de vapor y que reduzcan
adicionalmente la difusión de vapores de combustible en la
atmósfera.
Generalmente, dentro del cartucho tiene lugar la
adsorción de vapor merced a gránulos de carbón activado con un
tamaño medio de, aproximadamente, 2 mm, que permiten una capacidad
elevada de adsorción, y, al mismo tiempo, garantizan una caída de
presión baja, que es una medición de la resistencia que un material
opone a un flujo determinado que lo atraviese. Esencialmente, la
caída de presión del carbón activado tiene que ser tal que, durante
la fase de repostaje, con la pistola de combustible insertada en el
depósito, el sistema de presiones permita a los vapores de
combustible ser aspirados en lugar de ser descargados en la
atmósfera, merced al sistema denominado "recuperación de vapores
de repostaje integrado en el vehículo" (ORVR), de manera que, en
consecuencia, todos los vapores generados por la manipulación de la
gasolina tengan que pasar al interior del sistema de control de
evaporación, y, por tanto, a través del carbón activado del
cartucho.
Si la caída de presión en muy elevada, la
presión del sistema aumenta en el sentido opuesto, creando una
resistencia al llenado adicional del depósito y, por tanto,
generando sacudidas o retrocesos frecuentes de la pistola durante el
suministro, con la contaminación consiguiente como consecuencia de
las emisiones de vapores de combustible.
Por tanto, el sistema de adsorción tiene que
presentar una capacidad de adsorción elevada y garantizar una caída
de presión baja, pero, al mismo tiempo, tiene que garantizar,
también, una eficacia de lavado elevada.
Recientemente se han promulgado leyes que exigen
que los niveles admisibles de descargas de hidrocarburos no quemados
en la atmósfera se reduzcan a valores tan bajos que ya no sólo es
necesario actuar en relación con los vapores provenientes del
depósito no adsorbidos por el carbón activado del recipiente, sino,
también, con los vapores de hidrocarburos liberados por el carbón
activado a modo de residuo después de la operación de regeneración
cuando el vehículo permanezca aparcado durante varios días. Dichas
emisiones se denominan, generalmente, también, "emisiones de
purga".
Las emisiones de purga consisten,
predominantemente, en moléculas de hidrocarburos de cadena corta,
tales como butano, atrapadas en los gránulos de carbón del sistema
de adsorción por efecto de fuerzas de Van der Waals débiles,
desplazándose dichas moléculas lentamente hacia la zona del cartucho
en contacto con el aire y dispersándose luego en el ambiente
circundante.
La difusión de tales moléculas se explica
mediante la ley de Fick, y es función de la difusividad, del tipo de
molécula, de la superficie de difusión, es decir, de la geometría
del cartucho, y de la concentración de moléculas.
Los carbones usados corrientemente en cartuchos
son excelentes en lo que se refiere a capacidad de adsorción y
permiten buenos resultados en términos de caída de presión
conseguible, pero, con frecuencia, no permiten valores bajos de
emisiones de purga ni, de manera simultánea, una eficacia de lavado
elevada.
Con el fin de solucionar dicho problema, se ha
propuesto, por ejemplo, llenar el filtro principal con una primera
capa
de carbón activado con poder de adsorción elevado y una segunda capa de carbón activado con poder de
de carbón activado con poder de adsorción elevado y una segunda capa de carbón activado con poder de
\hbox{adsorción
bajo.}
Alternativamente, se ha propuesto, también,
reemplazar la segunda capa de carbón activado por un sistema de
adsorción constituido por un filtro adicional que pueda ser usado en
serie en relación con el principal, con el fin de reducir
adicionalmente el contenido de agentes nocivos, y, en particular,
con el fin de reducir las emisiones de purga.
Dichos sistemas no siempre han demostrado ser
muy eficaces ni ventajosos económicamente, y, consiguientemente, ha
existido una investigación continua dirigida a sistemas de control
de evaporación mejores.
Consiguientemente, un primer objeto de la
presente invención consiste en ofrecer un sistema de control de la
evaporación que permita conseguir un buen compromiso entre adsorción
y desorción de vapores, y, al mismo tiempo, que permita una
reducción de las emisiones de purga, es decir, que haga posible
evitar escapes de hidrocarburos cuando el vehículo esté parado,
siendo consecuencia dichos escapes de la desorción de los vapores
por parte del sistema de adsorción.
Un segundo objeto de la presente invención
consiste en ofrecer un sistema de control de evaporación de vapores
de combustible que comprenda un sistema de adsorción que permita una
capacidad de adsorción adecuada, pero que, al mismo tiempo, no
presente caída de presión alguna y permita una eficacia de lavado
elevada.
Un tercer objeto de la presente invención
consiste en ofrecer un acumulador temporal de vapores de
construcción práctica y ventajosa desde el punto de vista
económico.
Los anteriores objetos se consiguen merced a un
sistema de control de evaporación de vapores de acuerdo con la
reivindicación 1.
Para una mejor comprensión de la presente
invención se describirá ahora una realización preferida, solamente a
modo de ejemplo no limitativo y con referencia al dibujo adjunto,
que consiste en una única figura que muestra un sistema de control
de evaporación 1, en sección transversal, hecho de acuerdo con la
presente invención, comprendiendo dicho sistema un alojamiento 2 a
modo de caja que encierra un primer sistema de adsorción 3 formado
por un cartucho 3b, que, a su vez, encierra un segundo sistema de
adsorción 4.
El alojamiento 2 a modo de caja comprende: una
pared superior 7 sustancialmente cuadrada y horizontal, que
constituye la cubierta o tapa 7b y presenta la abertura 5 y la
válvula de purga 6; paredes laterales verticales 8, de las que
solamente se muestran dos de ellas en la figura; y una pared
inferior 9, paralela a la pared superior 7.
El alojamiento 2 a modo de caja presenta una
abertura 5, de eje vertical A, a cuyo través el primer sistema de
adsorción 3 comunica con el depósito, no mostrado, y una válvula de
purga 6, de eje vertical B, a cuyo través el segundo sistema de
adsorción 4 comunica con el ambiente exterior.
El cartucho 3b se llena de gránulos 14 de carbón
activado con tamaño de grano, preferiblemente, superior a 4 mm, y,
de modo más preferido todavía, de entre 4 mm y 6 mm. El carbón
activado es soportado merced a medios de soporte 15, dispuestos
sobre la pared inferior 9, y se encierra entre una o más capas
horizontales 16 superiores y una o más capas horizontales 16
inferiores hechas de material poroso y flexible, por ejemplo,
fieltro.
En este interior, el alojamiento 2 a modo de
caja está dividido mediante un tabique vertical plano 10,
proveniente de la pared superior 7, perpendicular a la recta que une
los dos ejes A y B y previsto paralelamente a un par de paredes
laterales 8. El tabique 10 se extiende, en dirección transversal,
hasta las paredes laterales 8, y, en dirección longitudinal, en una
longitud que permita definir una sección de paso 11 sustancialmente
rectangular para los vapores de combustible. Además, el tabique 10 y
el alojamiento 2 a modo de caja delimitan dos cámaras 12, 13 la
primera de las cuales está conectada con la abertura 5, y la segunda
aloja un segundo sistema de adsorción 4.
En la cámara 12, capas superiores 16 apoyan
contra una pluralidad de salientes 17 que miran a la pared inferior
9 y son enterizos con la pared superior 7, con el fin de delimitar,
conjuntamente con las paredes laterales 8, un espacio de entrada 18
destinado a distribuir vapores de combustible de manera uniforme en
la sección transversal del filtro principal 3.
Alojado en la cámara 13 se encuentra el segundo
sistema de adsorción 4, constituido por un alojamiento cilíndrico 24
proveniente de la pared 7, hecho de una única pieza con ella y que
se extiende coaxialmente con la válvula de purga 6 del segundo
sistema de adsorción 4. El alojamiento 24 se llena de gránulos de
carbón activado 28, soportados merced a medios de soporte 25,
encerrados entre una o más capas horizontales 26 superiores y una o
más capas horizontales 26 inferiores, hechas de material poroso y
flexible, por ejemplo, fieltro.
El segundo sistema de adsorción 4 presenta un
diámetro equivalente D y una altura axial H constituida por la suma
del grosor de la parte de alojamiento 24 que comprende el carbón
activado y el grosor de los medios de soporte 25 y de las capas
26.
El alojamiento 24 se llena, parcialmente, de
gránulos de carbón activado 28 con un tamaño de grano, es decir, un
tamaño medio de los gránulos, superior a 4 mm, y, preferiblemente,
de entre 4 mm y 6 mm.
Preferiblemente, el segundo sistema de adsorción
se hace de modo que presente una altura axial H superior al diámetro
equivalente D, y el diámetro se encuentre entre 20 mm y 50 mm.
De modo todavía más preferido, el alojamiento
tubular 24 presenta una razón entre el diámetro equivalente D y la
altura axial H de entre 1:2,5 y 1:4,5.
Se ha encontrado que para valores de la razón
entre el diámetro equivalente y la altura axial superiores a 1:4,5
no es posible conseguir valores de caída de presión aceptables,
mientras que para valores inferiores a 1:2,5 no se consigue una
eficacia de lavado adecuada.
De modo incluso más preferible, la razón entre
el diámetro equivalente D y la altura axial H es igual a 1:3, y, en
términos absolutos, por ejemplo, el diámetro es de 30 mm, y, la
altura axial, de 90 mm.
De manera sorprendente, se ha encontrado que, a
diferencia de lo que se cree comúnmente, la utilización de carbón
activado con un tamaño de grano grande en combinación con una
selección apropiada de la geometría del segundo sistema de adsorción
permite resolver los problemas de los sistemas de control de vapores
conocidos.
Durante el funcionamiento, los vapores generados
en el depósito, por ejemplo por evaporación durante un día soleado,
tienden a escapar hacia el ambiente exterior atravesando el sistema
de control de evaporación 1.
Una vez que los vapores hayan pasado por la
abertura 5 se acumulan en el espacio de entrada 18 y descienden,
distribuidos de manera sustancialmente uniforme, a través de los
gránulos adsorbentes 14 contenidos en la cámara 12.
Cuando los vapores hayan alcanzado la sección de
paso 11, penetran en la cámara 13, en la que invierten su dirección
de movimiento, llegando a los pasos 30 que se encuentran cerca de la
pared superior 7 del alojamiento 2 a modo de caja.
En ese momento, invierten de nuevo su dirección
y bajan por el conducto 32, con el fin de atravesar el soporte
inferior 26, y, luego, el carbón activado 28 del soporte poroso
superior 35, para, finalmente, penetrar en la válvula de purga
6.
La tabla 1 ofrece ejemplos de tipos de carbón
activado con un tamaño de grano superior a 4 mm que pueden ser
usados tanto con el primer sistema de adsorción 3 como con el
segundo sistema de adsorción 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una prueba comparativa entre un
primer sistema de control de evaporación de acuerdo con la invención
y otro sistema de acuerdo con la técnica conocida.
El sistema de evaporación de comparación, hecho
de acuerdo con la técnica conocida, se hizo con un cartucho de 2,7
litros lleno de carbón activado Norit CNR 115, con un tamaño de
grano de 2 mm.
El sistema de evaporación de acuerdo con la
invención comprendía un primer sistema de adsorción hecho con un
cartucho de 2,7 litros lleno de carbón activado GPA 55 con un tamaño
de grano de 5 mm, y un segundo sistema de adsorción hecho a modo de
alojamiento tubular cilíndrico con un diámetro de 30 mm y una altura
de 90 mm, y que incluía 50 cc de carbón activado GPA 55 con un
tamaño de grano de 5 mm.
La caída de presión se midió a 60 litros
estándar/min y el valor obtenido con el sistema de comparación fue
de 14 mbar, mientras que mediante el sistema de acuerdo con la
invención fue de 15 mbar.
Se llevó a cabo, también, una prueba de
emisiones de purga de acuerdo con la norma USA CARB, durante tres
días, con un nivel de lavado extremadamente bajo (390 l).
Mediante el sistema de control de evaporación
conocido se obtuvo, el tercer día, una emisión de 120 mg/24 h,
mientras que con el sistema de control de evaporación de acuerdo con
la presente invención se obtuvo una emisión de 10 mg/24 h, y, por
tanto, mucho menor.
A partir de un examen de las características del
sistema de evaporación 1 hecho de acuerdo con la presente invención
las ventajas que ofrece resultan evidentes.
En particular, un sistema de control de
evaporación hecho de acuerdo con la presente invención permite una
adsorción excelente de vapores de combustible a la salida del
depósito sin pérdida de presión ni escapes de vapores de combustible
durante la parada del vehículo, así como una eficacia de lavado
elevada.
Por otro lado, un sistema de control de
evaporación hecho de acuerdo con la presente invención tiene un
coste mucho menor que un sistema de control de vapores equivalente
obtenido por medio de la utilización de un monolito a modo de
segundo sistema de adsorción.
Claims (10)
1. Un sistema de control (1) para controlar las
emisiones de vapores de combustible de un vehículo, comprendiendo
dicho sistema un primer sistema de adsorción (3), que comprende un
cartucho (3b), y un segundo sistema de adsorción (4), que comprende
un alojamiento tubular (24) y que se extiende a lo largo de un
primer eje, caracterizándose dicho sistema porque dicho
alojamiento tubular (24) se llena de carbón activado con un tamaño
de grano superior a 4 mm.
2. El sistema de control de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho alojamiento
tubular (24) se llena de carbón activado con un tamaño de grano de
entre 4 mm y 6 mm.
3. El sistema de control de acuerdo con las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque dicho segundo
sistema de adsorción (4) presenta una altura axial H superior al
diámetro equivalente D.
4. El sistema de control de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque dicho segundo sistema de adsorción (4) presenta una razón
entre el diámetro equivalente D y la altura axial H de entre 1:2,5 y
1:4,5.
5. El sistema de control de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque dicho segundo sistema de adsorción (4) presenta una razón
entre el diámetro equivalente D y la altura axial H igual a 1:3.
6. El sistema de control de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque dicho alojamiento tubular (24) proviene de una pared superior
(7) de dicho cartucho.
7. El sistema de control de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque dicho cartucho (36) se llena de carbón activado con un tamaño
de grano superior a 4 mm.
8. El sistema de control de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque dicho primer sistema de adsorción (3) y dicho segundo sistema
de adsorción (4) funcionan de manera consecutiva con el fin de
reducir los vapores de combustible.
9. El sistema de control de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque dicho primer sistema de adsorción (3) y dicho segundo sistema
de adsorción (4) están separados y conectados entre sí con el fin de
permitir un contacto secuencial con los vapores de combustible.
10. El sistema de control de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque dicho primer sistema de adsorción (3) y dicho segundo sistema
de adsorción (4) están alojados en un mismo alojamiento (2) a modo
de caja.
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