ES2372653T3 - Procedimiento y dispositivo de congelación de un aditivo de tratamiento de los gases de escape. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo de congelación de un aditivo de tratamiento de los gases de escape. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de descongelación de un aditivo (1) destinado a tratar los gases de escape por inyección del aditivo en la línea (10) de escape de un vehículo de motor térmico, en el cual para descongelar el citado aditivo (1) se efectúa una transferencia de energía térmica entre la citada línea (10) de escape y un depósito (21, 22) que contiene el citado aditivo, caracterizado por que se facilita al citado depósito (21, 22) una aportación de energía térmica com- plementaria por medios (23, 24) de calentamiento, siendo efectuadas la transferencia de energía térmica y la citada aportación de energía térmica complementaria simultáneamente cuando la temperatura del aditivo (1) es inferior a la temperatura (Tc) de congelación del citado aditivo, siendo interrumpida la aportación de energía complementaria en cuanto la temperatura del aditivo sea superior a la citada temperatura de congelación.

Description

Procedimiento y dispositivo de congelaci6n de un aditivo de tratamiento de los gases de escape
La presente invenci6n se refiere a un procedimiento de descongelaci6n de un aditivo destinado a tratar los gases de escape de un vehiculo de motor termico. Esta se refiere igualmente a un dispositivo de descongelaci6n para la puesta en practica del procedimiento de acuerdo con la invenci6n.
La invenci6n encuentra una aplicaci6n particularmente ventajosa en el ambito de la reducci6n de la emisi6n de 6xidos de nitr6geno por los motores diesel.
Para limitar la producci6n de 6xidos de nitr6geno (NOx) en los gases de escape ha sido propuesta una soluci6n que consiste en inyectar en la linea de escape un aditivo constituido por una soluci6n de urea y de agua desmineralizada, conocida especialmente con la marca AdBlue. Los 6xidos de nitr6geno contenidos en los gases de escape son sometidos entonces a un tratamiento por reducci6n catalitica selectiva denominada SCR (< Selective Catalytic Reduction ») en el transcurso de la cual estos son transformados en nitr6geno y en agua.
El aditivo esta contenido en un dep6sito y su inyecci6n en los gases de escape es gestionada por intermedio de un m6dulo electr6nico que, en funci6n de la tasa de NOx presentes aguas abajo del sistema SCR, ajusta automaticamente la cantidad de aditivo que hay que inyectar con el fin de optimizar la reducci6n de los 6xidos de nitr6geno a la salida del escape.
Sin embargo, este procedimiento de tratamiento de los NOx presenta el inconveniente de que el aditivo se congela a partir de una temperatura de congelaci6n que es de 11 °C para el aditivo AdBlue. Conviene, por tanto, colocar medios que permitan descongelar el aditivo cuando su temperatura descienda por debajo de su punto de congelaci6n.
En este sentido, ha sido propuesta una soluci6n en la solicitud de patente americana n° 2003/0101715 que consiste en recalentar el aditivo a lo largo de su trayectoria desde el dep6sito hasta la linea de escape, estableciendo un contacto termico por conducci6n entre el conducto de aditivo y el conducto de retorno de carburante.
Sin embargo, esta soluci6n conocida no es totalmente satisfactoria debido a que los intercambios termicos entre el carburante que viene del motor y el aditivo no son suficientemente importantes, en raz6n especialmente, por una parte, del bajo acoplamiento termico establecido entre el conducto de aditivo y el conducto de carburante y, por otra, de la temperatura relativamente baja del carburante retornado. Ademas, esta impone fuertes limitaciones de realizaci6n puesto que hay que poder colocar los dos conductos en situaci6n de contacto termico practicamente en toda su longitud. Finalmente, el sistema descrito en esta solicitud americana no presenta ningun medio que permita controlar los intercambios termicos en funci6n de la temperatura efectiva del aditivo.
Por otra parte, por el documento WO 01/38704 se conoce un sistema de tratamiento de los gases de escape por inyecci6n en una linea de escape de un vehiculo de motor termico de urea almacenada en un dep6sito apropiado, estando provisto este dep6sito de medios de calentamiento de la urea tales como por ejemplo una resistencia calefactora. Sin embargo, este documento no ensefa medios de gesti6n de las fases de calentamiento.
Por eso, un objetivo de la invenci6n es proponer un procedimiento de descongelaci6n del aditivo cuya eficacia y simplicidad de puesta en practica sean mucho mayores que las del sistema conocido de la citada tecnica anterior.
Este objetivo se consigue, de acuerdo con la invenci6n, gracias a un procedimiento de descongelaci6n de un aditivo destinado a tratar los gases de escape de acuerdo con la reivindicaci6n 1.
Se comprende, asi, que el procedimiento de acuerdo con la invenci6n viene a ser recuperar el calor de los gases de escape con el fin de recalentar y descongelar el aditivo contenido en el dep6sito, esto con una gran eficacia habida cuenta de la temperatura de los gases de escape a la salida del motor. Por otra parte, la implementaci6n practica de este procedimiento es relativamente simple puesto que basta por ejemplo colocar en un punto de la linea de escape un medio de derivaci6n de los gases de escape hacia el dep6sito de aditivo.
Asi pues, la invenci6n permite limitar considerablemente la utilizaci6n de fuentes de energia exteriores, como la bateria del vehiculo para recalentar el aditivo.
De acuerdo con un primer modo de realizaci6n, la citada transferencia de energia termica es efectuada por contacto termico con el citado dep6sito de gases de escape tomados de la linea de escape.
De acuerdo con un segundo modo de realizaci6n, la citada transferencia de energia termica es efectuada por conducci6n termica entre la citada linea de escape y un recinto conductor que rodea al citado dep6sito.
Si el calor transferido al aditivo a partir de la linea de escape es insuficiente por si solo para descongelar el aditivo, la invenci6n preve que medios de calentamiento faciliten entonces al dep6sito una aportaci6n complementaria de energia termica. Estos medios de calentamiento son, por ejemplo, resistencias calefactoras.
Asi pues, son posibles dos modos de realizaci6n.
E08805702 24-11-2011
En el caso en que el calor tomado sea insuficiente para descongelar el aditivo, la transferencia de energia termica es efectuada cuando la temperatura del aditivo es inferior a la temperatura de congelaci6n del citado aditivo.
En el caso contrario, la transferencia de energia termica y la citada aportaci6n de energia termica complementaria son efectuadas simultaneamente cuando la temperatura del aditivo es inferior a la temperatura de congelaci6n del citado aditivo, siendo interrumpida la aportaci6n de energia complementaria en cuanto la temperatura del aditivo sea superior a la citada temperatura de congelaci6n. Se evita, asi, un consumo inutil de los medios de calentamiento que facilitan la aportaci6n de energia termica complementaria.
En el marco de este segundo modo de funcionamiento, la invenci6n preve que, estando compuesto el citado dep6sito de un dep6sito principal destinado a inyectar el aditivo en la linea de escape y de una reserva destinada a alimentar el dep6sito principal, la transferencia de energia termica y las aportaciones de energia termica complementaria al dep6sito principal y a la reserva son efectuadas simultaneamente cuando la temperatura del aditivo es inferior a la temperatura de congelaci6n del citado aditivo, siendo interrumpida la aportaci6n de energia complementaria al dep6sito principal en cuanto la temperatura del aditivo sea superior a la citada temperatura de congelaci6n.
Asimismo, la aportaci6n de energia complementaria a la reserva es interrumpida en cuanto la temperatura del aditivo sea superior a la citada temperatura de congelaci6n.
Despues, la transferencia de energia termica es reducida cuando la temperatura del aditivo en la reserva esta comprendida entre la citada temperatura de congelaci6n y una temperatura dada.
Finalmente, la transferencia de energia termica es interrumpida cuando la temperatura del aditivo en la reserva es superior a la citada temperatura dada.
La invenci6n se refiere igualmente a un dispositivo de descongelaci6n de un aditivo destinado a tratar los gases de escape por inyecci6n del aditivo en la linea de escape de un vehiculo de motor termico de acuerdo con la reivindicaci6n �.
Con el fin de poder controlar los intercambios termicos en el seno del dispositivo, la invenci6n preve al menos un detector de temperatura del citado aditivo en el dep6sito y medios para gobernar los citados medios de transferencia y los citados medios de calentamiento en funci6n de la temperatura de aditivo facilitada por el citado detector de temperatura.
La descripci6n que sigue en relaci6n con los dibujos anejos, dados a titulo de ejemplos no limitativos, hara comprender bien en que consiste la invenci6n y c6mo puede ser realizada esta.
La figura 1 es un esquema de un dispositivo de descongelaci6n de aditivo de acuerdo con la invenci6n.
La figura 2 es un diagrama de un procedimiento de descongelaci6n de aditivo de acuerdo con la invenci6n.
En la figura 1 esta representado un dispositivo de descongelaci6n de un aditivo 1 destinado a tratar los gases de escape de un vehiculo autom6vil por inyecci6n del aditivo en la linea 10 de escape del vehiculo.
Como muestra la figura 1, este dispositivo comprende un dep6sito constituido por dos partes, a saber, por una parte, un dep6sito principal 21 previsto para inyectar directamente el aditivo 1 en la linea 10 de escape a nivel de un sistema SCR 11 con el fin de tratar por reducci6n los 6xidos de nitr6geno contenidos en los gases de escape y, por otra, una reserva 22 para alimentar el dep6sito principal 21 a medida que se produzca la inyecci6n del aditivo 1 en la linea 10 de escape.
El dispositivo de la figura 1 comprende igualmente medios que permiten transferir energia termica entre la linea 10 de escape y la reserva 22 y el dep6sito principal 21. En el modo de realizaci6n de la figura 1, estos medios de transferencia consisten en una compuerta 31 de toma de gases de la linea de escape aguas abajo, por ejemplo, de un filtro 12 de particulas, y un encofrado 32 apto para poner en contacto termico los gases de escape asi tomados con la reserva 22 y el dep6sito principal 21.
Por otra parte, en la figura 1 puede observarse la presencia de elementos calefactores 23, 24, tales como resistencias calefactoras, que estan previstos para facilitar al aditivo 1 contenido respectivamente en el dep6sito principal 21 y la reserva 22 una aportaci6n de energia termica complementaria si la cantidad de calor aportada por los gases de escape tomados fuera insuficiente.
La temperatura del aditivo contenido en el dep6sito principal 21 y en la reserva 22 es detectada respectivamente por detectores 230 y 240 de temperatura y transmitida a un m6dulo electr6nico 40. En funci6n de las temperaturas asi detectadas, el m6dulo electr6nico 40 puede gobernar los elementos calefactores 23, 24 por medio de una caja 41 de mando, asi como la compuerta 31 de toma.
En una variante, la transferencia de energia termica entre la linea 10 de escape y el dep6sito 21, 22 puede ser realizada por medio de un conductor termico, no representado, que una la citada linea de escape a un recinto conductor que rodee al citado dep6sito.
El dispositivo de la figura 1 funciona de acuerdo con el procedimiento ilustrado en la figura 2.
5 Cuando el sistema SCR 11 esta listo (100), la temperatura �rp del dep6sito principal 21 medida por el detector 230 de temperatura es transmitida al m6dulo electr6nico 40.
Si esta temperatura es superior a la temperatura �c de congelaci6n de 11 °C del aditivo 1 (300), la inyecci6n del aditivo al sistema SCR es posible (180). En el caso contrario, los elementos calefactores 23 y 24 son accionados por la caja 41 de mando (110, 120) y la compuerta 31 de toma es abierta completamente (130), en tanto que la tempera
10 tura �rp del dep6sito principal no haya alcanzado la temperatura �c de congelaci6n de 11 °C (310).
Cuando es alcanzada esta temperatura, la inyecci6n de aditivo 1 en el sistema SCR es posible. Al mismo tiempo, los elementos calefactores 23 del dep6sito principal 21 son desactivados (140).
Si la temperatura �res de la reserva 22 medida por el detector 240 de temperatura sobrepasa igualmente la temperatura �c (320), los elementos calefactores 24 de la reserva son igualmente desactivados (150).
15 Finalmente, la temperatura �res de la reserva 22 es comparada (330) con una temperatura de referencia dada de 0 °C por ejemplo por el m6dulo electr6nico 40. Si la temperatura �res es superior a esta temperatura de referencia, el m6dulo electr6nico 40 manda el cierre completo de la compuerta 31 (170), mientras que, en el caso contrario, el cierre es solo parcial (1�0), por ejemplo al 50�, en tanto que no se llegue a esta temperatura de referencia.
En conclusi6n, la funci6n de recuperaci6n de calor de los gases de escape y la gesti6n por el m6dulo electr6nico 40
20 tal como acaba de ser descrita presenta la ventaja de regular y de optimizar la energia electrica facilitada por el vehiculo a traves del calentamiento de los elementos calefactores 23, 24.
Por otra parte, la regulaci6n en funci6n de la temperatura realizada por el m6dulo electr6nico 40 conduce a una mejor optimizaci6n del tiempo normalmente necesario para la descongelaci6n de las diferentes partes del dep6sito.
Finalmente, el mantenimiento a una temperatura aceptable es posible sin tener que gobernar elementos calefactores 25 grandes consumidores de energia electrica.
E08805702 24-11-2011

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Procedimiento de descongelaci6n de un aditivo (1) destinado a tratar los gases de escape por inyecci6n del aditivo en la linea (10) de escape de un vehiculo de motor termico, en el cual para descongelar el citado aditivo (1) se efectua una transferencia de energia termica entre la citada linea (10) de escape y un dep6sito (21, 22) que contiene el citado aditivo, caracterizado por que se facilita al citado dep6sito (21, 22) una aportaci6n de energia termica complementaria por medios (23, 24) de calentamiento, siendo efectuadas la transferencia de energia termica y la citada aportaci6n de energia termica complementaria simultaneamente cuando la temperatura del aditivo (1) es inferior a la temperatura (�c) de congelaci6n del citado aditivo, siendo interrumpida la aportaci6n de energia complementaria en cuanto la temperatura del aditivo sea superior a la citada temperatura de congelaci6n.
  2. 2.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual la citada transferencia de energia termica es efectuada por contacto termico con el citado dep6sito (21, 22) de gases de escape tomados de la citada linea (10) de escape.
  3. 3.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual la citada transferencia de energia termica es efectuada por conducci6n termica entre la citada linea de escape y un recinto conductor que rodea al ciado dep6sito.
  4. 4.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 3, en el cual la transferencia de energia termica es efectuada cuando la temperatura del aditivo (1) es inferior a la temperatura (�c) de congelaci6n del citado aditivo.
  5. 5.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual, estando compuesto el citado dep6sito de un dep6sito principal (21) destinado a inyectar el aditivo (1) en la linea (10) de escape y de una reserva (22) destinada a alimentar el dep6sito principal, la transferencia de energia termica y las aportaciones de energia termica complementaria al dep6sito principal (21) y a la reserva (22) son efectuadas simultaneamente cuando la temperatura del aditivo (1) es inferior a la temperatura (�c) de congelaci6n de citado aditivo, siendo interrumpida la aportaci6n de energia complementaria al dep6sito principal (21) en cuanto la temperatura del aditivo sea superior a la citada temperatura de congelaci6n.
    �. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 5, en el cual la aportaci6n de energia termica complementaria a la reserva (22) es interrumpida en cuanto la temperatura del aditivo (1) sea superior a la citada temperatura de congelaci6n.
  6. 7.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n �, en el cual la transferencia de energia termica es reducida cuando la temperatura del aditivo (1) en la reserva (22) esta comprendida entre la citada temperatura de congelaci6n y una temperatura dada.
  7. 8.
    Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 7, en el cual la transferencia de energia termica es interrumpida cuando la temperatura del aditivo (1) en la reserva (22) es superior a la citada temperatura dada.
    �. Dispositivo de descongelaci6n de un aditivo (1) destinado a tratar los gases de escape por inyecci6n del aditivo en la linea (10) de escape de un vehiculo de motor termico que comprende medios (31, 32) de transferencia de energia termica entre la citada linea de escape y un dep6sito (21, 22) que contiene el citado aditivo (1) caracterizado por que el citado dep6sito (21, 22) comprende medios (23, 24) de calentamiento destinados a facilitar al citado aditivo (1) una aportaci6n de energia termica complementaria, siendo efectuadas la transferencia de energia termica y la citada aportaci6n de energia termica complementaria simultaneamente cuando la temperatura del aditivo (1) es inferior a la temperatura (�c) de congelaci6n del citado aditivo, siendo interrumpida la aportaci6n de energia complementaria en cuanto la temperatura del aditivo sea superior a la citada temperatura de congelaci6n.
  8. 10.
    Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n �, en el cual los citados medios de transferencia de energia termica comprenden una compuerta (31) de toma de gases de escape de la citada linea (10) de escape y medios (32) para poner en contacto termico los gases tomados con el citado dep6sito (21, 22).
  9. 11.
    Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 10, en el cual los citados medios de transferencia de energia termica comprenden un conductor termico que une la citada linea de escape a un recinto conductor que rodea al citado dep6sito.
  10. 12.
    Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n �, que comprende al menos un detector (230, 240) de temperatura del citado aditivo (1) en el citado dep6sito (21, 22) y medios (40, 41) para gobernar los citados medios (31) de transferencia y los citados medios (23, 24) de calentamiento en funci6n de la temperatura de aditivo (1) facilitada por el citado detector (230, 240) de temperatura.
  11. 13.
    Dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 12, en el cual el citado dep6sito comprende un dep6sito principal
    (21) destinado a inyectar el aditivo (1) en la linea (10) de escape y una reserva (22) destinada a alimentar el dep6sito principal, comprendiendo el citado dep6sito principal (21) y la citada reserva (22), cada uno, medios (23, 24) de calentamiento y un detector (230, 240) de temperatura.
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