ES2626443T3 - Sistema para tratar gases EGR, en particular en el campo náutico - Google Patents

Sistema para tratar gases EGR, en particular en el campo náutico Download PDF

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Abstract

Sistema para tratar los gases EGR, en particular en el campo náutico, de un motor (E) de combustión interna, estando equipado el sistema con medios para retirar (14) y dispersar (12), en un circuito abierto, agua disponible en el entorno para enfriar un motor (E) de combustión interna, comprendiendo el sistema medios (11, 10, 5) de enfriamiento y purificación que comprenden un tanque (11) de purificación/enfriamiento para enfriar y purificar dichos gases EGR por medio de dicha agua para enfriar el motor de combustión de tal manera que dicha agua, tras haber enfriado el motor (E) de combustión, alcanza dicho tanque (11) de purificación/enfriamiento por medio de un conducto (P4) y en el que dicho tanque (11) de purificación/enfriamiento es adecuado para llenarse parciamente por dicha agua con el fin de hacer burbujear dicho gas EGR desde el fondo hacia la parte de arriba y medios (10, P2) para reunir y recircular dicho gas EGR enfriado y purificado.

Description

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DESCRIPCION
Sistema para tratar gases EGR, en particular en el campo nautico Campo de aplicacion de la invencion
La presente invencion se refiere al campo de sistemas para enfriar y purificar gases de escape recirculados, en particular en el campo nautico.
Description de la tecnica anterior
Se conocen en la tecnica sistemas para lavar los gases de escape recirculados EGR en el campo nautico.
Hay esencialmente dos metodos para realizar una operation de este tipo por medio de un llquido de lavado. En uno de esos metodos, se pulveriza el llquido en un conducto que recircula los gases de escape, de modo que las partlculas de agua incorporan las moleculas de material particulado y gas nocivo contenidos en el gas de escape.
Un ejemplo de una tecnica de este tipo se describe en el documento US5657630.
El otro metodo es mediante burbujeo. Concretamente, el gas de escape se hace burbujear en un recipiente cerrado (desde el punto de vista del llquido) que contiene un llquido de lavado. Un ejemplo de una tecnica de este tipo se describe en los documentos GB1422332 y US2009032000.
Segun el documento US2009032000, se introduce todo el flujo de gas de escape en el tanque de lavado y parte del flujo se desvla para introducirse en el llquido de purification. As! se purifican y se reunen los gases en una parte superior del tanque, desde el que se reintroducen en el motor.
Segun el documento US2009032000, el conducto de escape que pasa a traves del tanque tiene una entrada, una salida principal y una salida secundaria que se abre en el tanque, para el lavado del gas de escape que va a recircularse.
Tanto segun la tecnica de burbujeo como la de lavado por pulverization, la purificacion tiene lugar en un entorno cerrado. El agua de lavado se purifica asl, a su vez, y se recircula en un ciclo cerrado.
Sumario de la invencion
Por tanto, el objetivo de la presente invencion es indicar un sistema para purificar el EGR en el campo nautico, preferiblemente mediante burbujeo en un llquido de lavado, que supere los problemas de la tecnica conocida en la tecnica, simplificando la purificacion del gas de escape.
Otro objetivo de la presente invencion es hacer que el sistema sea estable, aun cuando el llquido de lavado lo proporciona el entorno, concretamente se retira y se libera en el entorno. Concretamente, cuando el llquido de lavado es el agua de mar, de rlo o de lago en el que tiene que funcionar el sistema.
Un objetivo adicional de la presente invencion es recircular los gases de escape a una presion superior a la presion del aire fresco en el colector de entrada, con el fin de evitar usar compresores especlficos.
Segun la presente invencion, el llquido de lavado permite no solo purificar, sino tambien enfriar el EGR recirculado sin usar un intercambiador de calor en el que hay una separation completa entre el llquido de enfriamiento y un gas EGR. Por tanto, la presente invencion puede aplicarse particularmente en el campo nautico.
El objeto de la presente invencion es un sistema para tratar gases EGR, en particular en el campo nautico, segun la reivindicacion 1.
Segun una realization alternativa preferida de la presente invencion, no todo el flujo de gas de escape pasa a traves del tanque de lavado, sino solo el gas de escape de un numero predefinido de cilindros del motor. Por tanto, el tanque de lavado comprende una sola abertura de entrada y una sola abertura de salida de los gases de escape.
El uso de cilindros donadores para la recirculation del gas de escape se da a conocer en el documento JP58096159. Una tecnica de este tipo, aunque esta realimente anticuada, no se ha considerado nunca en combination con o bien la purificacion del gas de escape mediante lavado o bien el enfriamiento del gas EGR mediante burbujeo.
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El uso de uno o mas cilindros donadores permite hacer funcionar el lavado mencionado anteriormente a una presion superior a la presion del entorno, lo que permite superar mejor las perdidas de presion debidas al lavado de los gases EGR.
En algunas circunstancias, esto permite evitar el uso de un compresor adicional, con el fin de obtener la sobrepresion necesaria de los gases de escape para realizar la recirculacion mencionada anteriormente, en especial cuando el motor esta equipado con un turbosobrealimentador.
Segun una realization alternativa preferida de la invention, el lavado se realiza mediante burbujeo y el tanque de lavado comprende una sola abertura de entrada y una sola abertura de salida del agua de purification, en el que el agua se retira directamente del entorno de funcionamiento, concretamente es agua de mar, agua de lago o agua de rlo.
Segun una realizacion alternativa preferida adicional de la invencion, el numero de cilindros deseados para bombear el gas de escape a traves del tanque de lavado puede variarse mediante valvulas y/o medios de desviacion apropiados. Ventajosamente, la cantidad del EGR recirculado puede controlarse de un modo mucho mas preciso.
Ventajosamente, el EGR se recircula con una presion superior a la presion del entorno sin usar compresores especlficos.
Ventajosamente, el sistema de traction puede usar una o mas unidades de turbosobrealimentacion sin forzar una recirculacion de EGR a presion baja, concretamente aguas arriba de las unidades de turbosobrealimentacion.
Las reivindicaciones constituyen una parte integral de la presente description.
Breve descripcion de las figuras
Fines y ventajas adicionales de la presente invencion quedaran claros a partir de la siguiente descripcion detallada de una realizacion preferida (y de sus realizaciones alternativas) y de los dibujos que se adjuntan a la misma, que son meramente ilustrativos y no limitativos, en los que:
la figura 1 muestra un esquema de manera general de una primera realizacion alternativa del sistema que es objeto de la presente invencion;
la figura 2 muestra una realizacion alternativa del esquema de la figura 1 en la que se muestra claramente el uso de un cilindro donador separado de manera permanente de los otros;
la figura 3 muestra una realizacion alternativa adicional del esquema de la figura 1, en la que el cilindro donador puede separarse de los otros.
En las figuras, los mismos numeros y letras de referencia identifican a los mismos elementos o componentes. Descripcion detallada de realizaciones preferidas de la invencion
La figura 1 muestra una idea general de un ejemplo de implementation de la presente invencion. Una combustion E interna, preferiblemente del tipo diesel de cuatro tiempos, esta equipada con uno o dos colectores de escape independientes entre si, EX1, EX2.
La salida de cada uno de ellos esta conectada a la turbina 2 que acciona el sobrealimentador 2'. El sobrealimentador comprime aire fresco del entorno para enviarlo a un enfriador WAC, que es un intercambiador de calor del tipo de agua/aire, en el que el agua de enfriamiento es agua retirada del entorno, concretamente agua de mar, agua de rlo, agua de lago.
El signo 14 indica una entrada de agua instalada generalmente por debajo del casco en el que pretende alojarse el presente sistema.
Una bomba 6, interpuesta entre la entrada de agua y el WAC, proporciona la retirada del agua ambiental para enfriar el motor E de combustion interna y para purificar/refrigerar el gas EGR.
Por tanto, la refrigeration del motor se realiza por medio del agua ambiental, o bien mediante circulation directa del agua ambiental a traves del motor, o bien mediante circulacion indirecta por medio de un circuito cerrado acoplado a un circuito abierto para la circulacion del agua ambiental. En un segundo caso de este tipo se proporciona un intercambiador WC de calor adecuado para transferir el calor de un circuito cerrado al agua ambiental tratada en un
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circuito abierto.
Segun una realizacion alternativa preferida de la invencion, el intercambiador WC de calor esta conectado en serie al intercambiador WAC y preferiblemente aguas abajo de este ultimo, segun el sentido de circulation del agua ambiental.
El agua ambiental, tras haber enfriado el aire fresco y/o el motor E, alcanza un tanque 11 de purificacion/enfriamiento de los gases de escape por medio del conducto P4.
Un conducto P1 conecta al menos uno de los colectores EX1 (EX3) de escape con una parte inferior de un tanque 11 de purification de este tipo.
Por tanto, la unidad 2, 2' de turbosobrealimentador y el tanque estan en paralelo entre si. En otras palabras, la purificacion/refrigeracion del gas EGR se hace funcionar a alta presion, no aguas abajo de la unidad de turbosobrealimentador.
Un catalizador del tipo DOC (catalizador de oxidation para diesel) 1 esta instalado opcionalmente en un conducto de este tipo, de modo que los gases de escape se purifican primero a partir de HC+PM, y luego tiene lugar una purificacion/enfriamiento adicionales en el tanque 11.
El gas que va a recircularse se hace burbujear por tanto desde el fondo del tanque y se reune en la parte 10 de arriba del tanque. El burbujeo puede operarse mediante un difusor o mediante boquillas apropiadas.
Un conducto P2 conecta la parte superior del tanque 11 con el conducto P3 de entrada, preferiblemente en el segmento entre el sobrealimentador 2' y el enfriador WAC.
Una valvula 7 de retention puede estar dispuesta en tal conducto P2 y la introduction del gas recirculado puede facilitarse mediante un tubo de Venturi o mediante un mezclador 8, en general.
Puesto que el agua ambiental fluye de manera continua, nunca se satura por CO2 que se adsorbe en el agua.
Por tanto el gas purificado/enfriado reunido en la parte superior del tanque es sustancialmente nitrogeno.
Con el fin de evitar la introduccion de agua ambiental en el colector de entrada, una valvula 15 de control regula el drenaje de agua ambiental desde el tanque 11, con el fin de mantener el nivel de llquido sustancialmente constante dentro del tanque.
De manera similar, con el fin de impedir que el agua ambiental fluya de nuevo hacia DOC 1, estan previstos medios de bloqueo de agua, tal como una curva pronunciada o una valvula para bloquear los llquidos.
El tanque esta conectado, mediante el gas 15 de escape mencionado anteriormente, a una mezcladora 9, a la que tambien esta conectada la salida de la turbina 2 mediante el conducto P1', de modo que el agua ambiental (concretamente el agua de refrigeracion/purificacion) y el gas de escape que procede de la turbina se mezclan y se dispersan en el entorno. La referencia 12 indica la abertura para descargar el agua y el gas de escape dispersado en el entorno.
Opcionalmente, puede proporcionarse un DOC 1' adicional entre la mezcladora 9 y la turbina 2.
El conducto P1 para retirar gas purificado/enfriado del tanque 11, puede pasar preferiblemente a traves de un condensador 5 que permite la deshidratacion de tales gases que van a recircularse. El separador 3 de gas/llquido esta dispuesto aguas abajo del condensador 5 segun el sentido de circulacion de los gases recirculados. El llquido separado puede dispersarse en el entorno o puede reintroducirse en el tanque 11 mediante una bomba 4, o puede llevarse al WAC (enfriador intermedio) donde se reune habitualmente el condensado extraldo del aire fresco mediante el propio enfriador WAC intermedio.
Preferiblemente, un condensador 5 de este tipo es del tipo de aire/agua y se alimenta mediante la misma agua ambiental, al estar conectado aguas arriba del tanque 11, antes de introducir el agua en el tanque 11 de purificacion/enfriamiento.
Mas en particular, el condensador 5 esta colocado en el conducto P4 que conecta el WC a la parte inferior del tanque 11 y en el conducto P2 que conecta la parte superior del tanque 11 a la entrada de motor.
Puesto que la purificacion de los gases de escape EGR tiene lugar en un ciclo abierto, una parte del gas purificado
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puede transportarse por medio del drenaje de tanque, sobre todo debido a la alta velocidad del casco que impone un mayor flujo de agua que pasa a traves del tanque 11.
En relacion con la figura 1, con el fin de obtener una descarga correcta de los gases EGR a traves del tanque 11, pueden seguirse diferentes soluciones, entre las que algunas de las preferidas son:
- usar una turbina de doble espiral asimetrica, concretamente que tiene la espiral mas pequena conectada al colector EX1;
- instalar una turbina simetrica, pero con espirales subdimensionadas y valvulas Westgate respectivas;
- usar una turbina de doble espiral simetrica, en la que ambas espirales tienen una geometrla controlable y variable.
Segun una realizacion alternativa preferida de la presente invencion mostrada en la figura 2, un colector EX3 de escape esta conectado a dicho conducto P1 que conecta al tanque 11.
Ademas, el mismo colector EX3 esta separado de los otros colectores EX1 y EX2 de escape. Alternativamente, el colector EX3 de escape esta separado por el colector EX2 de escape y puede separarse/conectarse con el otro colector EX1 de escape.
La valvula 15, mostrada en la figura 3, permite separar/conectar el colector EX3 de escape con respecto a EX1. Segun las soluciones mostradas en las figuras 2 y 3, es posible definir de un modo claro el numero de cilindros denominados “cilindros donadores”.
Por tanto, puede usarse un numero predefinido de cilindros para bombear gases de escape hacia el tanque 11 mencionado anteriormente, independientemente de las perdidas introducidas en el propio tanque, de la masa de CO2 adsorbida en el llquido de purificacion y de la masa de nitrogeno transportada. Todo esto sin usar ninguna bomba para comprimir el gas recirculado a una presion al menos igual a la presion de sobrealimentacion impuesta por el sobrealimentador 2'.
Resultara evidente para el experto en la tecnica que pueden concebirse otras realizaciones alternativas y equivalentes de la invencion y reducirse a la practica sin apartarse del alcance de la invencion.
A partir de la descripcion expuesta anteriormente sera posible que el experto en la tecnica realice la invencion sin necesidad de describir detalles de construccion adicionales. Los elementos y las caracterlsticas descritos en las diferentes realizaciones preferidas pueden combinarse sin apartarse del alcance de la presente solicitud.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema para tratar los gases EGR, en particular en el campo nautico, de un motor (E) de combustion interna, estando equipado el sistema con medios para retirar (14) y dispersar (12), en un circuito abierto, agua disponible en el entorno para enfriar un motor (E) de combustion interna, comprendiendo el sistema medios (11, 10, 5) de enfriamiento y purificacion que comprenden un tanque (11) de purificacion/enfriamiento para enfriar y purificar dichos gases EGR por medio de dicha agua para enfriar el motor de combustion de tal manera que dicha agua, tras haber enfriado el motor (E) de combustion, alcanza dicho tanque (11) de purificacion/enfriamiento por medio de un conducto (P4) y en el que dicho tanque (11) de purificacion/enfriamiento es adecuado para llenarse parciamente por dicha agua con el fin de hacer burbujear dicho gas EGR desde el fondo hacia la parte de arriba y medios (10, P2) para reunir y recircular dicho gas EGR enfriado y purificado.
  2. 2. Sistema segun la reivindicacion 1, en el que dichos medios para reunir y recircular dicho gas EGR purificado y enfriado comprenden un conducto (P2) de recirculacion que conecta una parte (10) superior de dicho tanque de burbujeo y un conducto (P3) de entrada del motor (E) de combustion interna.
  3. 3. Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho motor (E) de combustion interna esta sobrealimentado por una unidad (2, 2') de turbosobrealimentacion y en el que dicho turbosobrealimentador esta en paralelo a dichos medios (11, 10, 5) para enfriar y para purificar dicho gas EGR.
  4. 4. Sistema segun las reivindicaciones 2 y 3, en el que dicho conducto (P3) de entrada esta dispuesto aguas abajo con respecto a una salida de un sobrealimentador (2') de dicha unidad (2, 2') de turbosobrealimentacion y un colector de entrada del motor de combustion interna.
  5. 5. Sistema segun la reivindicacion 4, en el que dicho conducto (P2) de recirculacion discurre en dicho conducto (P3) de entrada del motor (E) de combustion interna por medio de un mezclador o un tubo (8) de Venturi.
  6. 6. Sistema segun una de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas un enfriador (WAC) intermedio del tipo de agua/aire, alimentado por dicha agua de enfriamiento.
  7. 7. Sistema segun una de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas un intercambiador (WC) de calor del tipo de agua/agua para refrigerar dicho motor (E) de combustion interna, alimentado por dicha agua de enfriamiento.
  8. 8. Sistema segun las reivindicaciones 6 o 7, en el que dicho tanque (11) de enfriamiento/purificacion esta dispuesto aguas abajo de dicho intercambiador (WC) de calor estando dispuesto este ultimo aguas abajo de dicho enfriador (WAC) intermedio, segun un sentido de circulacion de dicha agua de enfriamiento.
  9. 9. Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas medios (15) para regular la descarga de dicha agua de enfriamiento.
  10. 10. Sistema segun la reivindicacion 9, en el que dichos medios (15) de regulacion comprenden una valvula (11) de drenaje controlada en funcion del nivel del agua de enfriamiento en el tanque (11) de tamponamiento.
  11. 11. Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas medios (5) para deshidratar los gases EGR enfriados y purificados.
  12. 12. Sistema segun la reivindicacion 11, en el que dichos medios (5) de deshidratacion comprenden un condensador (5) del tipo de gas/agua alimentado, en el lado del agua, por dicha agua de enfriamiento, que esta conectado en serie y aguas arriba de dicho tanque (11) de burbujeo, y conectado, en el lado del gas, aguas abajo de dicho tanque (11) de burbujeo en dicho conducto (P2) de recirculacion.
  13. 13. Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho motor de combustion interna comprende al menos un primer colector (EX1, EX2) de escape en relacion con un primer grupo de cilindros y un segundo colector (EX3) de escape en relacion con un segundo grupo de cilindros, en el que dicho segundo colector (EX3) de escape esta conectado a dicho tanque (11) de burbujeo por medio de un conducto (P1) y en el que dicho segundo colector de escape esta separado o puede separarse de dicho primer colector de escape.
  14. 14. Sistema segun la reivindicacion 13, en el que una valvula (15) determina la conexion/separacion de dicho segundo colector (EX3) de escape con/del primer colector (EX1) de escape.
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