ES2959768T3 - Aparato para tratamiento de fluido para un sistema de escape y método del mismo - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema de escape que comprende una serie de una pluralidad de aparatos de tratamiento de fluidos acoplados operativamente para el tratamiento de una sustancia fluida. Cada uno de la pluralidad de aparatos de tratamiento de fluidos comprende una cámara de reactor definida por una pared perimetral; una entrada de fluido adaptada para proporcionar comunicación fluida desde un suministro externo de una sustancia fluida a tratar a dicha cámara del reactor mediante la cual dicha sustancia fluida pasa dentro y a través de dicha cámara del reactor; una salida de fluido adaptada para proporcionar una comunicación fluida desde dicha cámara del reactor mediante la cual dicha sustancia fluida pasa desde dicha cámara del reactor; al menos una guía de ondas de radiación electromagnética (EMR), que tiene un puerto de entrada de guía de ondas y un puerto de salida de guía de ondas, acoplada operativamente dentro de dicha cámara de reactor y adaptada para acoplar radiación electromagnética de al menos una longitud de onda predeterminada a una sustancia fluida que pasa a través de dicha cámara de reactor, en donde dicha pared perimetral de dicha cámara del reactor está adaptada para forzar dicha sustancia fluida recibida desde dicha entrada de fluido y que pasa a través de dicha cámara del reactor en un flujo giratorio continuo hacia dicha salida de fluido. El sistema de escape en una realización comprende además una carcasa, que tiene al menos un puerto de entrada de escape y al menos un puerto de salida de escape, adaptado para recibir y encerrar operativamente dicha matriz de una pluralidad de aparatos de tratamiento de fluidos acoplados operativamente, y al menos un dispositivo hermético a los fluidos. miembro de sellado, adaptado para acoplarse con al menos una superficie exterior de dicha matriz de una pluralidad de aparatos de tratamiento de fluidos acoplados operativamente, para proporcionar un sello hermético a los fluidos entre una superficie interior de dicha carcasa y dicha al menos una superficie exterior de dicha matriz de una pluralidad de aparatos de tratamiento de fluidos acoplados operativamente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato para tratamiento de fluido para un sistema de escape y método del mismo

La presente invención se refiere, en general, al campo del tratamiento de corrientes de fluido y a un aparato y método para el control de niveles de sustancias de componentes particulares de los mismos. La presente invención se refiere además a la reducción de niveles de sustancias de componentes dañinas en los productos de fluido de procesos físicos y químicos y, en particular, a los productos de combustión de procesos de combustión. De manera específica, la presente invención se refiere a un sistema de escape para la reducción mejorada de niveles de emisiones indeseables de los gases de escape de procesos de combustión y a un método para el tratamiento de una sustancia fluida mediante el uso de dicho sistema de escape.

Introducción

Existe un amplio rango de procesos industriales físicos y químicos que producen una salida de fluido ya sea como producto principal o secundario que incluye sustancias de componentes que son indeseables, ya sea como potencialmente perjudiciales para el producto principal o como potencialmente perjudiciales para la salud humana o el medio ambiente. En particular, existe una conciencia creciente de la naturaleza indeseable de la liberación de fluidos derivados al medio ambiente que aún contienen altos niveles de sustancias indeseables potencialmente dañinas para la salud o la biosfera.

En particular, es, en general, deseable reducir los niveles de dichas sustancias de componentes dañinas en una corriente de gas derivada como, por ejemplo, una corriente de gas de combustión, que se venteará a la atmósfera. Dichas sustancias de componentes dañinas se denominan, con frecuencia, “emisiones”. Se comprenderá que, en este y otros contextos, las referencias en la presente memoria a una corriente de gas incluyen referencias a una corriente que es principalmente gaseosa pero puede incluir gotitas de vapor, particulados, etc., arrastrados y llevados allí. Las referencias en la presente memoria a “emisiones” en una corriente de gas pueden incluir componentes de fase gaseosa de la corriente de gas así como dichas gotitas de vapor, particulados, etc., fluidamente arrastrados.

La invención se refiere, en particular, a la reducción de “emisiones” y con la “limpieza” de gases de combustión de escape del aparato de combustión como, por ejemplo, generadores térmicos, motores de combustión interna y similares. El mundo industrializado ha evolucionado principalmente alrededor del motor de combustión, que puede proveer energía mecánica para funcionar en una vasta variedad de circunstancias. Sin embrago, aunque el empleo de motores de combustión ha aumentado de manera significativa la producción industrial, ello no es en verdad a ningún coste. Por ejemplo, los motores de combustión funcionan, en su mayor parte, con combustibles fósiles como, por ejemplo, combustible de gasolina y diésel (a saber, hidrocarburos), que son principalmente derivados del refinamiento de petróleo crudo y que proveen un depósito de energía fácilmente transportable para los motores móviles (automóvil, barcos, aviones, etc.). Sin embargo, el quemado de combustible en dichos motores nunca es completamente eficiente y, como consecuencia, los motores que emplean combustible de gas y diésel convencional sufren el consumo de combustible en exceso y la baja eficiencia del motor. Además, emisiones potencialmente dañinas en los gases de combustión de escape pueden contribuir a los contaminantes y gases de efecto invernadero como, por ejemplo, NOx (óxidos de nitrógeno), HC (hidrocarburos) no quemados, CO (monóxido de carbono), NO<2>(dióxido de nitrógeno), NO (óxido nítrico) a la atmósfera. Por lo tanto, cualquier aparato o método que pueda reducir estas emisiones será muy deseable. Un aparato de reacción química se conoce a partir del documento EP2781258A1.

Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proveer un aparato y un método para “limpiar” gases de combustión de escape y reducir las “emisiones”.

Compendio de la invención

Las realizaciones preferidas de la invención buscan superar una o más de las desventajas de más arriba de la técnica anterior.

Según una primera realización de la invención, se provee un sistema de escape según las reivindicaciones anexas.

El aparato provee la ventaja de que el “acoplamiento” de la radiación electromagnética de la longitud de onda predeterminada de la radiación electromagnética a lo largo del volumen de reactor puede proveer una fuente de energía para el tratamiento de una corriente de fluido que pasa a través de este. Con sujeción a la selección apropiada de longitud de onda de radiación electromagnética y dimensiones y configuraciones de la cámara de reactor y, en particular, con respecto a ello, la posición del primer puerto de entrada de guía de ondas y primer puerto de salida de guía de ondas, la energía puede impartirse a componentes de la sustancia fluida que pasa a través de una zona de reacción definida en la cámara de reactor de manera tal para controlar, modificar y, cuando sea deseable, reducir los niveles de sustancias de componentes dañinas. Aunque este aspecto de la invención se refiere a un aparato y no está limitado a una teoría física, se considera que la selección apropiada de condiciones implica que el “acoplamiento” de radiación electromagnética puede combinarse con la requerida para disociar y eliminar materiales de componentes de la corriente de fluido.

Ventajas particulares se conciben en la aplicación del aparato en una corriente de gas de escape para la reducción mejorada de niveles de emisiones indeseables de los gases de escape de procesos de combustión para minimizar cualquier potencial combustión en forma de escape de emisiones. El aparato de la presente invención puede utilizarse en motores de combustión existentes, por ejemplo, dentro de un sistema de escape existente como un componente o modificación de aquel para reducir sus emisiones de escape.

La cámara de reactor se define por una pared perimetral y dicho primer puerto de entrada de guía de ondas y primer puerto de salida de guía de ondas se acoplan, de manera utilizable, a ubicaciones espaciadas en dicha pared perimetral como, por ejemplo, para acoplarse, de manera utilizable, entre sí a lo largo de un volumen de reactor definido dentro de dicha cámara de reactor. La cámara de reactor se configura para forzar dicha sustancia fluida que pasa a través de dicha cámara de reactor hacia un flujo turbulento continuo de dicha entrada de fluido hacia dicha salida de fluido. La pared perimetral de dicha cámara de reactor se adapta para forzar dicha sustancia fluida recibida de dicha entrada de fluido y que pasa a través de dicha cámara de reactor hacia un flujo turbulento continuo hacia dicha salida de fluido. Esto provee la ventaja de que la sustancia fluida se mantiene dentro de la cámara de reactor durante un período prolongado y, por consiguiente, permite que más energía se acople de la EMR a la sustancia fluida.

En esta realización, la primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR, por sus siglas en inglés) comprende primera y segunda partes espaciadas a lo largo de un volumen de reactor definido dentro de dicha cámara de reactor, una primera parte incluyendo dicho primer puerto de entrada de guía de ondas y una segunda parte incluyendo dicho primer puerto de salida de guía de ondas. Por ejemplo, dicha primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR) comprende primer y segundo acopladores EMR respectivamente provistos en ubicaciones espaciadas en dicha pared perimetral como, por ejemplo, para acoplarse, de manera utilizable, a lo largo de un volumen de reactor definido dentro de dicha cámara de reactor.

Según la invención reivindicada, dicho primer puerto de entrada de guía de ondas y un primer puerto de salida de guía de ondas se proveen acoplados a ubicaciones diametralmente opuestas en dicha pared perimetral como, por ejemplo, para acoplarse, de manera utilizable, a lo largo de un ancho total del volumen de reactor definido dentro de dicha cámara de reactor. Por consiguiente, dicho primer y segundo acopladores EMR se ubican en ubicaciones diametralmente opuestas en dicha pared perimetral.

De manera ventajosa, la al menos una primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR) comprende una interfaz óptica adaptada para acoplar radiación electromagnética de dicha primera longitud de onda predeterminada a dicha cámara de reactor.

De manera ventajosa, la interfaz óptica comprende un primer miembro de interfaz acoplado, de manera utilizable, a dicho puerto de entrada de guía de ondas y un segundo miembro de interfaz acoplado, de manera utilizable, a dicho puerto de salida de guía de ondas.

De manera ventajosa, la cámara de reactor se define por una pared perimetral y el primer miembro de interfaz y el segundo miembro de interfaz comprenden porciones de la pared adaptadas para ser al menos parcialmente transparentes a la radiación electromagnética de una primera longitud de onda predeterminada.

Cada uno del primer miembro de interfaz y segundo miembro de interfaz, por ejemplo, comprende porciones con abertura de la pared que tienen un tapón de cierre fabricado con un material al menos parcialmente transparente a la radiación electromagnética de una primera longitud de onda predeterminada. Por ejemplo, cada miembro de interfaz comprende una porción con abertura de la pared provista de un tapón de cierre de vidrio.

De manera ventajosa, la primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR) comprende un primer acoplador EMR acoplado, de manera utilizable, a dicho primer puerto de entrada de guía de ondas y a dicho primer miembro de interfaz y un segundo acoplador EMR acoplado, de manera utilizable, a dicho primer puerto de salida de guía de ondas y a dicho segundo miembro de interfaz.

Con sujeción a la selección apropiada de parámetros que incluyen la longitud de onda de radiación electromagnética y configuración de cámara de reactor, la radiación electromagnética puede acoplarse durante el uso a componentes de la sustancia fluida que pasa a través de una zona de reacción definida en la cámara de reactor de manera tal para controlar, modificar y, cuando sea deseable, reducir los niveles de sustancias de componentes dañinas.

En un caso preferido, el aparato se configura y la primera longitud de onda de radiación electromagnética predeterminada se selecciona para generar una onda estacionaria a lo largo de la cámara de reactor, por ejemplo, a lo largo de una zona de reacción definida entre respectivas ubicaciones de acoplamiento del primer puerto de entrada de guía de ondas y el primer puerto de salida de guía de ondas.

Por ejemplo, la cámara de reactor se configura, el primer puerto de entrada de guía de ondas y el primer puerto de salida de guía de ondas se posicionan, y la primera longitud de onda de radiación electromagnética predeterminada se selecciona de modo tal que, durante el uso, una onda estacionaria se genera a lo largo de una zona de reacción así definida.

Preferiblemente, la primera longitud de onda predeterminada es de entre 1 mm y 1 metro en un respectivo espectro de frecuencia de 300 GHz a 300 MHz (microonda). Más preferiblemente, la primera longitud de onda predeterminada es de entre 3 mm y 0,6 metros en un respectivo espectro de frecuencia de 100 GHz a 500 MHz.

Durante el uso, una sustancia fluida a tratarse se provee a la entrada de fluido.

De manera más completa, el aparato comprende una fuente de suministro de sustancia fluida acoplada, de manera fluida, a la entrada de fluido para permitir el suministro de una sustancia fluida a tratarse a dicha cámara de reactor.

El aparato puede además comprender un conducto de descarga de sustancia fluida acoplado, de manera fluida, a la salida de fluido para permitir que una sustancia fluida pase desde y se transporte lejos de dicha cámara de reactor.

En una aplicación preferida de la invención para el tratamiento de una corriente de escape de combustión, la fuente de suministro de sustancia fluida puede ser un conducto de gas de combustión, y el conducto de descarga de sustancia fluida puede ser un escape de gas de combustión, la cámara de reactor disponiéndose, por consiguiente, dentro del flujo de gas de combustión como un componente o modificación del mismo para modificar o controlar niveles de una o más sustancias de componentes.

Por ejemplo, en una aplicación particularmente preferida de la invención para el tratamiento de gases de escape de un motor de combustión para reducir las emisiones, la cámara de reactor puede disponerse dentro del sistema de escape de un motor de combustión como un componente o modificación del mismo para reducir sus emisiones de escape. La inclusión de una cámara de reactor que realiza los principios de la invención en un diseño existente de un sistema de escape de un motor de combustión puede proveer la ventaja de emisiones reducidas y puede permitir que otros componentes se modifiquen o se prescinda de ellos y, de esta manera, ofrecer complejidad y/o coste potencialmente reducidos.

De manera ventajosa, la sustancia fluida a tratarse puede estar a una temperatura elevada. La sustancia fluida puede ser el producto de un proceso de combustión que, de esta manera, ya se encuentra a una temperatura elevada. De manera adicional o alternativa, puede proveerse un aparato de calefacción.

En este caso, un sistema de escape de la invención puede además comprender:

una fuente de suministro de sustancia fluida acoplada, de manera fluida, a la entrada de fluido para permitir el suministro de una sustancia fluida a tratarse a dicha cámara de reactor;

un conjunto de calentador, acoplado, de manera fluida, entre la fuente de suministro de sustancia fluida y dicha cámara de reactor, y adaptado para transferir energía a la sustancia fluida, para suministrar la sustancia fluida a una temperatura predeterminada a la cámara de reactor.

De manera ventajosa, dicha temperatura predeterminada puede ser mayor que 300 grados centígrados. Incluso más preferiblemente, dicha temperatura predeterminada puede ser mayor que 500 grados centígrados. Incluso más preferiblemente, dicha temperatura predeterminada puede ser mayor que 600 grados centígrados.

De manera ventajosa, la al menos una primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR) puede estar hecha de un material con baja resistividad a granel. De manera ventajosa, la al menos una primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR) puede estar hecha de un material metálico. Preferiblemente, el material metálico puede seleccionarse de aluminio, cobre, plata y oro y aleaciones de ellos con otros elementos metálicos. Un material posible es latón.

De manera ventajosa, el aparato de tratamiento de fluido además comprende un generador de radiación electromagnética (EMR) para generar radiación electromagnética (EMR) de una primera longitud de onda predeterminada acoplada, de manera utilizable, a dicho puerto de entrada de guía de ondas.

De manera ventajosa, el generador EMR puede además comprender una línea de transmisión de entrada acoplable, de manera utilizable, a un primer puerto de entrada de guía de ondas de la primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR), y una línea de transmisión de salida acoplable, de manera utilizable, a un primer puerto de salida de guía de ondas de la primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR), en donde dicho generador de microondas, dicha línea de transmisión de entrada y dicha línea de transmisión de salida se adaptan para formar un circuito EMR de bucle cerrado con dicha primera guía de ondas de radiación electromagnética (EMR). Cualquiera del primer puerto de entrada y salida de guía de ondas puede ser.

De manera ventajosa, el generador EMR puede ser un generador de microondas y la radiación electromagnética generada tiene una longitud de onda de entre 1 mm y 1 metros en un respectivo espectro de frecuencia de 300 GHz a 300 MHz (microondas), y, más preferiblemente, la radiación electromagnética generada tiene una longitud de onda de entre 3 mm y 0,6 metros en un respectivo espectro de frecuencia de 100 GHz a 500 MHz.

Preferiblemente, el generador de microondas puede ser cualquiera de un klistrón, un girotrón, un magnetrón y una fuente electrónica en estado sólido.

De manera ventajosa, dicho generador de radiación electromagnética (EMR) puede adaptarse para optimizar el acoplamiento entre dicha radiación electromagnética (EMR) y dicha sustancia fluida. Preferiblemente, dicho acoplamiento entre dicha radiación electromagnética (EMR) y dicha sustancia fluida puede optimizarse automáticamente mediante el uso de un algoritmo de control predeterminado. De manera ventajosa, dicha entrada de fluido puede adaptarse para cambiar una presión de fluido inicial de dicha sustancia fluida a una primera presión de fluido predeterminada cuando pasa a través de dicha entrada de fluido. Preferiblemente, dicha primera presión de fluido puede ser mayor que dicha presión de fluido inicial.

De manera ventajosa, dicha salida de fluido puede adaptarse para cambiar una presión de fluido de cámara de dicha sustancia fluida a una segunda presión de fluido predeterminada cuando pasa a través de dicha salida de fluido. Preferiblemente, dicha segunda presión de fluido predeterminada puede ser mayor que dicha presión de fluido de cámara. Incluso más preferiblemente, dicha primera presión de fluido predeterminada puede ser mayor que dicha segunda presión predeterminada.

Por lo tanto, la entrada que es un puerto reducido crea un flujo presurizado y la salida que es un puerto reducido ayuda a mantener la presión y efecto de rotación cerca del campo de microondas que ayuda con el efecto Joule-Thomson de efecto de expansión del gas. La presión y rotación de los fluidos dentro de la cámara de reactor son más cruciales. Además, la resistencia de campo puede sostenerse y medirse considerando flujo, volumen, presión y temperatura, cada parámetro jugando un papel en el logro del efecto ARCS deseado.

Las realizaciones preferidas de la invención buscan superar una o más de las desventajas de más arriba de la técnica anterior.

Según una realización adicional de la invención, se provee un método para el tratamiento de una sustancia fluida según las reivindicaciones anexas.

El método, por consiguiente, acopla la radiación EMR a lo largo de una zona de reacción definida en la cámara de reactor a medida que la sustancia fluida a tratarse pasa a través de ella. Según se describe en relación con el aparato, esto puede proveer una fuente de energía para el tratamiento de una corriente de fluido que pasa a través de esta. Con sujeción a la selección apropiada de la longitud de onda de radiación electromagnética y dimensiones y configuraciones de cámara de reactor, la energía puede impartirse a componentes de la sustancia fluida que pasan a través de una zona de reacción definida en la cámara de reactor para controlar, modificar y, cuando sea deseable, reducir los niveles de sustancias de componentes dañinas.

La sustancia fluida, por ejemplo, tiene múltiples sustancias de componentes para controlar los niveles de una o más sustancias de componentes particulares. Ventajas particulares se conciben en la aplicación del método a una corriente de gas de escape para la reducción mejorada de niveles de emisiones indeseables de los gases de escape de procesos de combustión para minimizar cualquier potencial combustión en forma de escape de emisiones. El método puede utilizarse en motores de combustión existentes, por ejemplo, dentro de un sistema de escape existente para reducir las emisiones de escape.

El método es un método para el funcionamiento de un aparato que realiza los principios de la primera realización de la invención y etapas preferidas del método se comprenderán por analogía.

En particular, el método puede comprender acoplar, de manera utilizable, un primer puerto de entrada de guía de ondas y un primer puerto de salida de guía de ondas dentro de dicha cámara de reactor acoplando, de manera utilizable, dicho primer puerto de entrada de guía de ondas y primer puerto de salida de guía de ondas a ubicaciones espaciadas en una pared perimetral de dicha cámara de reactor como, por ejemplo, para acoplarse, de manera utilizable, entre sí a lo largo de un volumen de reactor definido dentro de dicha cámara de reactor.

En particular, el método comprende acoplar, de manera utilizable, un primer puerto de entrada de guía de ondas y un primer puerto de salida de guía de ondas dentro de dicha cámara de reactor por medio de una interfaz óptica, por ejemplo en donde el primer miembro de interfaz y el segundo miembro de interfaz comprenden porciones de la pared adaptadas para ser al menos parcialmente transparentes a la radiación electromagnética de una primera longitud de onda predeterminada.

Preferiblemente, el método comprende generar una onda estacionaria a lo largo de la cámara de reactor.

Preferiblemente, la primera longitud de onda predeterminada es de entre 1 mm y 1 metro en un respectivo espectro de frecuencia de 300 GHz a 300 MHz (microonda).

Breve descripción de los dibujos

Ejemplos ilustrativos de los principios de una única cámara de reactor que puede usarse en realizaciones de la presente invención, y realizaciones de la presente invención se describirán ahora, a modo de ejemplo solamente y no en sentido restrictivo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

La Figura 1 muestra en sección transversal un aparato de cámara de reactor única a modo de ejemplo adecuado para su uso en un sistema de escape de un motor de combustión interna;

la Figura 2 muestra una vista esquemática de un sistema de prueba para probar los principios del ejemplo cuando se aplican para controlar las emisiones de escape de un vehículo;

las Figuras 3 a 10 presentan gráficamente los resultados de dicha prueba;

la Figura 11 es una ilustración de una puesta en marcha de la prueba de rendimiento de microondas dentro de un escape;

la Figura 12 es una ilustración de distribución de campo de energía en un escape que comprende (a) una guía de ondas (diámetro de 15 mm) y (b) el dispositivo ARCS de la presente invención (diámetro de guía de ondas de 15 mm);

la Figura 13 muestra diferentes vistas (a), (b) y (c) de un escape a modo de ejemplo;

la Figura 14 es una ilustración de un ejemplo de un dispositivo ARCS modular, donde discos de mica se usan para acoplar la cámara de reactor ARCS a respectivas guías de onda, (a) vista frontal, (b) vista lateral y (c) vista en perspectiva semitransparente;

la Figura 15 es una ilustración de una cámara de reactor de dispositivo ARCS acoplada, de manera utilizable, a una guía de ondas instalada en un miembro de bloque adecuado para instalarse dentro de un escape, (a) vista superior semitransparente, (b) vista lateral semitransparente y (c) vista en perspectiva semitransparente; la Figura 16 es una ilustración en perspectiva de un escape a modo de ejemplo que comprende el miembro de bloque que se muestra en la Figura 15;

la Figura 17 es una ilustración de un conjunto de cámara de módulo ARCS, que comprende diez módulos ARCS acoplables, de manera utilizable, dos placas de extremo y una varilla central;

la Figura 18 es una ilustración de un módulo ARCS desmontado y dos placas de extremo del conjunto de cámara de módulo ARCS que se muestra en la Figura 17;

la Figura 19 es una ilustración de una realización alternativa del módulo ARCS que se muestra en la Figura 17, que se fabrica con un único bloque de material;

la Figura 20 es una ilustración del módulo ARCS de la Figura 19, vista del despiece, que además muestra un tapón a modo de ejemplo y un disco de mica a modo de ejemplo, así como una varilla central;

la Figura 21 es una ilustración de una realización alternativa de la presente invención (sin puerto de salida de guía de ondas) donde un reborde se suelda a la porción media de un escape, (a) vista en perspectiva seccionada, (b) vista superior y (c) vista del despiece;

la Figura 22 muestra una ilustración de la distribución de campo eléctrico dentro de un escape con alimentación en forma de T directa durante el uso;

la Figura 23 es una ilustración esquemática simplificada de la cámara de reactor de un escape a modo de ejemplo que incluye una realización de ARCS, que muestra el flujo fluido entre los puertos de entrada y salida;

la Figura 24 muestra una realización a modo de ejemplo y sus dimensiones específicas del aparato de tratamiento de fluido que es adecuado para incorporarse a un sistema de escape;

la Figura 25 muestra un bloque ARCS a modo de ejemplo con once cámaras;

la Figura 26 muestra una ilustración esquemática e imagen de un segmento modular a modo de ejemplo adecuado para el montaje en una matriz de longitud predeterminada;

la Figura 27 muestra imágenes de dos matrices ARCS diferentes, un único bloque que incluye diez cámaras, y un bloque montado a partir de diez segmentos modulares;

la Figura 28 muestra la guía de ondas (también denominada lanzador extendido) provista en un sistema de escape (el bloque ARCS no se muestra);

la Figura 29 muestra una ilustración de un disco de mica;

la Figura 30 muestra una imagen de una realización a modo de ejemplo del generador de microondas;

las Figuras 31 a 44 muestran imágenes de etapas individuales durante el montaje del sistema de escape que incorpora el bloque ARCS, y

las Figuras 45 a 51 muestran esquemas de realizaciones a modo de ejemplo específicas de las partes individuales requeridas para el montaje del diseño del bloque ARCS.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Los principios de la invención se aplican a la “limpieza” de productos de combustión de escape, por ejemplo, en la corriente de escape de un motor de combustión.

El aparato de la invención reivindicada comprende un sistema de escape que tiene una matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados, de manera utilizable, para el tratamiento de una sustancia fluida, cada uno de los múltiples aparatos de tratamiento de fluido comprendiendo una cámara de reactor según se reivindica. Ejemplos ilustrativos de los principios de una única cámara de reactor que puede usarse en realizaciones de la invención reivindicada, no siendo en sí mismas realizaciones de la invención reivindicada, se describen con referencia a las Figuras 1 a 11. Un aparato de cámara única a modo de ejemplo ilustrativo de algunos principios de la invención se describe con referencia a las Figuras 12 a 16. Las realizaciones de la invención reivindicada que comprenden una matriz de cámaras de reactor se describen con referencia a las Figuras 17 a 51.

La Figura 1 muestra, en sección transversal, una cámara de reactor única a modo de ejemplo adecuada para su uso en un sistema de escape de un motor de combustión interna. El ejemplo tiene una única cámara de reactor y, por consiguiente, no es una realización de la invención reivindicada, pero provee información ilustrativa relevante para el funcionamiento de las múltiples cámaras de reactor de la invención.

Los gases de combustión de escape pueden “limpiarse” (a saber, reducción de escape dañino como, por ejemplo, NOX, CO, etc.) al proveer el aparato 100 dentro del trayecto de salida de escape. Por ejemplo, el aparato 100 puede proveerse en el escape de un motor de combustión (p. ej., diésel o gasolina) de un vehículo para reducir o incluso eliminar componentes dañinos del gas de escape.

El aparato 100 incluye un cuerpo principal en la forma de un tubo 102 alargado con una porción 103 central convexa que define una cámara 104 de reactor abierta. Los dos extremos del tubo respectivamente definen una entrada y una salida que, en la aplicación preferida, estarán en comunicación fluida con y, por ejemplo, se incorporarán a un tubo de escape (no se muestra) de un motor de combustión. Un flujo de gases de escape que se tratará puede, de esta manera, mantenerse durante el uso continuamente hacia y a través de la cámara 104 de reactor. En general, es deseable para el funcionamiento efectivo de la invención que los gases de escape se encuentren a una temperatura elevada y, por consiguiente, el extremo de entrada se ubica, preferiblemente, corriente abajo, de manera cercana, del colector de escape. De manera adicional o alternativa, un calentador (no se muestra) puede proveerse corriente arriba de la entrada.

Un sistema de onda de guías EMR se provee para acoplar la radiación electromagnética de microondas de una longitud de onda predeterminada a lo largo de la cámara 104 de reactor. Esto incluye primer y segundo acopladores 120, 122 EMR respectivamente ubicados en lados diametralmente opuestos de la parte más ancha de la pared 103 convexa que define la cámara 104 de reactor. El primer y segundo acopladores 120, 122 EMR respectivamente definen un puerto de entrada de guía de ondas y un puerto de salida de guía de ondas que se acoplan con un generador de microondas (p. ej., entrada de 0 a 100W, 2,45Ghz) y una fuente de alimentación mediante una línea de transmisión de entrada y una línea de transmisión de salida que se muestran, en general, asociadas juntas de manera compacta como el conjunto 110 de generador circundante. El primer y segundo acopladores 120, 122 EMR se acoplan a respectivas primera y segunda interfaces 124, 126 ópticas en la forma de tapones de vidrio hacia y que herméticamente sellan aberturas en la pared 103 convexa.

La disposición, por consiguiente, forma un circuito EMR de bucle cerrado con el generador de microondas conectado mediante la línea de transmisión de entrada y la línea de transmisión de salida a los respectivos acopladores 120, 122 EMR que definen una guía de ondas EMR y acoplan, de manera utilizable, la radiación EMR a lo largo de la cavidad en la cámara 104 de reactor y, por consiguiente, acoplan la radiación EMR a gases de escape que pasan a través de la cámara de reactor. Una onda estacionaria W puede generarse dentro de la cámara 104 de reactor entre la primera y segunda interfaces ópticas.

Durante el uso, se posible, por consiguiente, acoplar la radiación EMR a lo largo de una zona de reacción definida en la cámara 104 de reactor a medida que el escape a tratarse pasa a través de ella. Puede impartirse energía a componentes de la corriente de gas de escape que pasa a través de la zona de reacción de tal manera que reduce los niveles de emisión.

Después de la “limpieza” por el aparato 100, el gas de escape puede contener un porcentaje más alto de oxígeno, de modo que la “limpieza” puede reciclarse hacia el motor de combustión para mejorar la eficiencia energética del motor. De manera alternativa, puede emitirse a la atmósfera de manera convencional.

Se han llevado a cabo pruebas de un dispositivo prototipo, al que se hace referencia más abajo mediante el acrónimo ARCS, como un dispositivo para la reducción de emisiones de vehículo.

La prueba, en resumen, implica pasar el gas de escape de un vehículo a diésel totalmente calentado a lo largo del dispositivo ARCS y registrar datos durante el estado inactivo del motor usando un analizador de emisiones de escape de gas de taller 5 patentado. Los registros de datos con el dispositivo ARCS activo y pasivo se han adquirido. El dispositivo ARCS tiene un rango de potencia de entrada ajustable de entre 1 y 100W. Para el estudio actual, la potencia de entrada se ha limitado a 45W.

Las emisiones de gas de escape se han analizado usando un analizador de emisiones de escape de gas Sykes Pickavant 5. Los 5 gases analizados son monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), oxígeno (O2), hidrocarburos (HC) y monóxido de nitrógeno (NO).

Los gases de escape de los escapes de vehículo duales se han conducido a través de dos mangueras de escape flexibles de aproximadamente 3,3 m de longitud después de lo cual se han combinado en una sola manguera usando una pieza Y de plástico. Una manguera adicional de aproximadamente 1,8 m ha conectado la pieza Y al dispositivo ARCS. Dado que el hardware ARCS se había diseñado principalmente para su uso en una aplicación de reformador de combustible, se ha requerido que una cantidad de adaptadores combinen las mangueras de escape con el dispositivo ARCS. Después de pasar a través del dispositivo ARCS, los gases de escape han salido hacia un tubo de bajada de aguas pluviales plástico transparente verticalmente montado de aproximadamente 0,88 m de longitud hacia el cual se ha insertado la sonda de analizador de escape. La sonda de analizador se ha conectado al analizador con aproximadamente 5 m de manguera transparente. Un dibujo esquemático de las mangueras hasta el dispositivo ARCS se incluye en la Figura 2.

Al inicio de la secuencia de prueba, el vehículo se ha insertado y dejado en reposo para permitir que el motor y el escape después del sistema de tratamiento se calienten hasta alcanzar temperaturas de funcionamiento normales. Tanto las pruebas ARCS encendido como ARCS apagado se han llevado a cabo secuencialmente durante un estado de reposo del vehículo continuo.

Se han llevado a cabo dos pruebas; una con el dispositivo ARCS activo y una con el dispositivo ARCS pasivo. Antes de cada una de las pruebas, se ha llevado a cabo el procedimiento de verificación de analizador de gas de escape cero. Este procedimiento implica retirar la sonda de la instalación de prueba y muestrear aire fresco fuera del entorno del taller. Después del muestreo de aire fresco durante 60 s, las lecturas de CO, HC, CO2 & NO se encontraban a cero y la lectura de oxígeno se establece en 20,9 %.

Durante la configuración de ARCS en la prueba, el escape de vehículo se ha desconectado y conducido fuera del taller, el vehículo ha permanecido en reposo. Al inicio de la prueba, el registro de datos del analizador ha comenzado y el escape se ha reconectado. Después de un retardo adecuado para permitir al analizador registrar las emisiones de gas de escape, el dispositivo ARCS se ha encendido. Hacia el final de la prueba, el dispositivo ARCS se ha apagado y los cambios en las emisiones de gas de escape se han registrado. Para la prueba ARCS apagado, la sonda de muestra de escape del analizador se ha colocado en el conducto de escape después de la pieza Y y el gas de escape se ha conducido fuera del taller. Todos los datos de emisiones se han adquirido a una velocidad de muestra de 1 s. Los resultados para la prueba ARCS apagado se resumen en las siguientes figuras:

Figura 3: emisiones CO2 ARCS apagado

Figura 4: emisiones O2 ARCS apagado

Figura 5: emisiones CO ARCS apagado

Figura 6: emisiones NO ARCS apagado

El analizador se ha introducido en el escape en la muestra 3. Al permitir un retardo de respuesta del analizador de 20 s, un valor medio para cada uno de los constituyentes de las emisiones puede calcularse entre la muestra 23 y la muestra 418. Estos se establecen en la Tabla 1.

Media de constituyentes (muestra 23-418):

CO2 % 1,72

O2 % 18,26

CO % 0,018

NO ppm 126,53

Tabla 1: media de emisiones ARCS apagado

Los resultados para la prueba ARCS encendido se resumen en las siguientes figuras:

Figura 7: emisiones CO2 ARCS encendido

Figura 8: emisiones O2 ARCS encendido

Figura 9: emisiones CO ARCS encendido

Figura 10: emisiones NO ARCS encendido

El dispositivo ARCS se ha encendido en la muestra 65 y apagado en la muestra 311. Al permitir un retardo de respuesta del analizador de 20 s, un valor medio para cada uno de los constituyentes de las emisiones puede calcularse entre la muestra 85 y la muestra 310. Estos se establecen en la Tabla 2.

Media de constituyentes (muestra 85-310)

CO2 % 0,65

O2 % 18,35

CO % 0,040

NO ppm 124,15

Tabla 2: media de emisiones ARCS encendido

La comparación de la media de emisiones ARCS apagado y ARCS encendido muestra que con ARCS encendido las emisiones CO2 se reducen y las emisiones CO aumentan. La reducción de las emisiones CO2 es aproximadamente del 62 % y el aumento de las emisiones CO es aproximadamente del 222 %. Las emisiones de O2 y NO son similares entre las pruebas ARCS apagado y ARCS encendido.

La inspección de las emisiones CO2 se muestra en la Figura 4: emisiones CO2 ARCS apagado y Figura 8: las emisiones CO2 ARCS encendido muestran que con ARCS encendido la reducción en la media de emisiones se asocia a un aumento de la variabilidad.

La inspección de las emisiones CO se muestra en la Figura 6: emisiones CO ARCS apagado y Figura 10: las emisiones CO ARCS encendido muestran que con ARCS encendido el aumento en la media de emisiones se asocia a un aumento de la variabilidad.

Las pruebas han demostrado que el dispositivo ARCS, cuando está funcionando a un nivel de potencia modesto de 45W, tiene la capacidad de alterar la composición de emisiones de escape del vehículo según lo detectado por un analizador de emisiones de escape de gas del taller 5 patentado. Se han observado una reducción del 62 % en emisiones CO2 y un aumento del 222 % en CO. Para colocar el aumento de emisiones CO en contexto, los vehículos de motor de gasolina están sujetos a prueba de emisiones CO en reposo durante una prueba UK MOT. En el estado de reposo normal, las emisiones CO deben estar por debajo de 0,3 %. Dado que el trabajo de las pruebas se ha llevado a cabo en un vehículo con motor diésel con emisiones CO inactivas inherentemente bajas incluso con las emisiones CO aumentadas, las cifras aún se encuentran muy por debajo de los límites de gasolina.

En otro ejemplo, un conjunto de matriz de un aparato que realiza los principios del aparato 100 puede proveerse en la chimenea de gases de combustión de una central eléctrica para “limpiar” los gases de combustión. En particular, el conjunto de matriz puede estar conformado por múltiples unidades de reactor del aparato 100 de la presente invención dispuestas para formar un conjunto adaptado para encajar en la chimenea de la chimenea de gases de combustión, en donde las múltiples unidades de reactor paralelamente dispuestas se acoplan, de manera utilizable, a una única fuente EMR, o a múltiples fuentes EMR, para activar el aparato 100.

Ejemplo(s) de implementaciones de ARCS en el diseño de escape:

Cuando se usa el aparato 100 del ejemplo, es importante que la densidad de potencia, la resistencia de campo, la expansión de gas, la presión de recirculación del gas (efecto rotación), y la temperatura se mantengan según especificaciones predeterminadas (adecuadas para la sustancia fluida que pasa a través de la cámara 104 de reactor ARCS, así como la energía de microondas acoplada a la sustancia fluida. Asimismo, la cámara 104 de reactor del aparato 100 tiene que diseñarse para proveer el flujo y la presión de fluido requeridos. La pared interior de la cámara de reactor, así como el puerto de entrada de fluido y el puerto de salida de fluido tienen formas de modo tal que la sustancia fluida que entra a través del puerto de entrada de fluido se ve forzada hacia una rotación o bucle continuo (flujo de rotación) cuando pasa a través de la cámara 104 de reactor y, por lo tanto, maximiza el tiempo de la sustancia fluida dentro del campo de energía, antes de que la sustancia fluida abandone la cámara 104 de reactor a través del puerto de salida de fluido. Ambos, el puerto de entrada de fluido y el puerto de salida de fluido, se adaptan para aumentar la presión del fluido cuando la sustancia fluida pasa a través, en donde la presión del fluido impartida por el puerto de entrada es mayor que la presión del fluido impartida por el puerto de salida y, por lo tanto, se mantiene un flujo de gas positivo del puerto de entrada de fluido al puerto de salida de fluido. Además, cuando la sustancia fluida presurizada entra en la cámara 104 de reactor, una expansión repentina del fluido puede hacer que la sustancia fluida se enfríe (efecto Joule-Thompson).

Un ejemplo de la cámara de reactor se muestra en la Figura 23. Aquí, el flujo de fluido posible se indica por las flechas en círculo (rotación) alrededor de la guía de ondas (a saber, lanzador). Sin embargo, la persona con experiencia en la técnica comprenderá que cualquier otra cámara de reactor (a saber, diseño de la pared interior) adecuada para forzar el fluido entrante hacia un giro o flujo de rotación antes de abandonar la cámara, puede usarse.

En un uso a modo de ejemplo, el aparato 100 de la presente invención se implementa, de manera utilizable, dentro de un escape 200. Para poder demostrar las ventajas provistas por el aparato 100, un escape se prueba primero en sí mismo para mostrar cómo la humedad puede afectar el rendimiento de la microonda. En la prueba de ejemplo que se muestra en la Figura 11, no se han observado cambios de lectura de medición de gas. La potencia entregada ha sido de 100W.

Con referencia ahora a la Figura 12, se compara la distribución del campo de energía en (a) la guía 202 de ondas de escape (15 mm) y (b) la guía de ondas ARCS. En el ejemplo ilustrado, la relación potencia/volumen de guía de ondas ARCS 50 a 100 veces mayor se compara con el escape.

(i) Conjunto ARCS modular:

En caso de que se use un diseño modular del aparato 300, los tapones 302 de mica se convierten en tapones de interconexión y también permiten que una guía 304 de ondas se use y conecte todos los módulos. Esto puede ayudar a reducir los costes de fabricación y también mantiene una unidad de bajo consumo de energía. Un ejemplo de dicha unidad 300 modular se muestra en la Figura 14.

La Figura 15 muestra un ejemplo donde un único aparato 300 modular (unidad de cámara de reactor solamente) se acopla, de manera utilizable, a una guía 304 de ondas que se instala dentro de un bloque 306 adecuado para encajar dentro de un escape 200. El conjunto dentro de un escape 200 se muestra en la Figura 16.

Un conjunto 400 de diez aparatos 402 modulares interconectados se muestra en la Figura 17. Dos placas 404 de extremo se proveen en los respectivos extremos del conjunto 400. Una guía 406 de ondas adecuada se provee para insertarse a través de respectivos agujeros de los aparatos 402 modulares interconectados. Respectivos tapones 408 se usan para actuar como puertos de entrada de fluido y de salida de fluido. La Figura 18 muestra una realización a modo de ejemplo de una única unidad de un aparato 402 modular interconectable y cada placa 404 de extremo. Durante el uso, el conjunto 400 se provee dentro de un bloque 306 que se instala entonces dentro del escape 200.

(ii) Módulo ARCS de pieza única:

Las Figuras 19 y 20 muestran una realización a modo de ejemplo de la invención que comprende un módulo 500 que comprende múltiples aparatos 502. El módulo está hecho de una única pieza de material (p. ej., metal), para mejorar la resistencia y facilidad de uso del conjunto general. Como se muestra en la Figura 20, los discos 504 de mica se introducen a través de respectivas ranuras 506 mecanizadas hacia el módulo 500. Respectivos tapones 508 se atornillan a la entrada de fluido y salida de fluido de cada cámara de reactor, y una guía 510 de ondas central pasa a través de toda la longitud del módulo 500.

En incluso otra realización, la guía de ondas puede proveerse mediante una alimentación en forma de T (es preciso ver la Figura 22) que se provee por una porción 600 de reborde adecuada (es preciso ver la Figura 21). La porción 600 de reborde puede soldarse al escape 200. Una distribución típica del campo de energía provista por una alimentación en forma de T hacia el escape 200 se muestra en la Figura 22.

(iii) Ejemplo específico de conjunto y ajuste para un sistema de escape (p. ej., escape de automóvil):

Un generador de microondas 2,45GHz se establece entre 10W y 100W para las pruebas. Configuraciones comunes usadas durante las pruebas pueden ser de entre 25W a 45W, pero también puede ser 100W. Un cable coaxial de microondas de 50 Ohm conecta el generador de microondas a la unidad ARCS dentro de la carcasa exterior del escape. Cierta energía (p. ej., 1,3 dB) puede perderse dentro del cable de microondas. Esto se espera y representa en la prueba.

Durante el montaje y las pruebas, el cable de microondas tiene que encaminarse cuidadosamente para evitar cualquier daño o flexión o retorcimiento excesivo del cable. Estos cables están especificados con un radio de flexión mínimo. En caso de que el cable no se maneje de manera adecuada, puede ocurrir una discordancia a lo largo de la longitud del cable, lo cual resultará en que la energía se disipe hacia el cable en un punto local. Esto puede resultar en daño en el cable, entrega de potencia reducida a la unidad ARCS, lo cual afectará o detendrá el funcionamiento correcto de la unidad ARCS.

El daño del cable puede determinarse usando el valor de la potencia de microondas reflejado que se muestra en el generador. Una potencia reflejada baja (p. ej., <10W) muestra que la energía se dirige hacia la unidad ARCS correctamente. Una potencia reflejada alta significa que el cable puede estar dañado.

Como se ha descrito previamente, la unidad ARCS puede consistir en múltiples cámaras ARCS. Dimensiones específicas de la cámara ARCS para esta implementación de la invención se proveen más abajo. Asimismo, se proveen el tamaño y la forma del lanzador extendido (guía de ondas) y del disco de mica. El propósito del disco de mica es evitar que los fluidos pasen entre cámaras ARCS adyacentes dentro de una unidad ARCS. El lanzador extendido (a saber, guía de ondas) se describe en la invención como el medio para introducir energía de microondas en la cámara ARCS.

Dimensiones específicas de la cámara ARCS se muestran en la Figura 24, a saber:

• El radio de cámara es de 5 mm

• La longitud de cámara es de 30 mm

• El radio de entrada y salida de gas es de 0,5 mm

La entrada y salida de gas son los medios por los cuales los gases pueden entrar en y salir de cada cámara ARCS. La relación preferida radio de cámara/radio de entrada/salida puede ser 10:1.

La Figura 25 muestra una realización a modo de ejemplo del bloque ARCS, que consiste en once cámaras ARCS. En esta realización a modo de ejemplo, el bloque ARCS se mecaniza a partir de un solo bloque de metal.

Como ya se ha descrito, otra realización del bloque ARCS puede construirse con segmentos entrelazado separados que, cuando se montan, proveen la misma forma y función generales que el diseño de bloque único mecanizado. Uno de estos segmentos entrelazados se muestra en la Figura 26. Un segmento 700 se presenta en una vista de estructura para mostrar su estructura interna y una vista en perspectiva externa. Se proveen aberturas 706 superior e inferior. Las tapas de extremo de diseño diferente pueden atornillarse en la parte superior e inferior. Una abertura lateral define una inserción para sostener el disco 702 de mica. El flujo de gas es en la dirección de la flecha hacia abajo a través de la parte superior de las dos aberturas 706 y la dirección CAV de microondas se muestra por la flecha lateral. Se proveen ranuras 704 para fijar módulos adyacentes.

La Figura 27 muestra una comparación directa entre el conjunto de segmento (en la parte superior) y el diseño de bloque sólido (parte inferior).

La Figura 28 muestra la guía de ondas (a saber, lanzador extendido) implementada en un escape (sin la unidad ARCS). El propósito del lanzador extendido es entregar energía de microondas a una sola cámara ARCS o a cada una de las múltiples cámaras ARCS (a saber, diseño de bloque ARCS).

La Figura 29 muestra un ejemplo de un disco de mica. El propósito del disco de mica es evitar que el fluido pase entre cámaras ARCS interconectadas adyacentes. El disco de mica, por lo tanto, provee una barrera física al fluido o líquido, pero sus propiedades materiales son tales que el disco de mica es relativamente “invisible” (a saber, no reactivo) al campo de microondas. Entonces, una fuente única de microondas y el lanzador extendido pueden alimentar la energía de microondas hacia múltiples cámaras ARCS.

La Figura 30 muestra una realización a modo de ejemplo del generador de microondas. El generador de microondas se configura normalmente antes de la prueba, para garantizar que la entrega de energía de microondas a la unidad ARCS sea adecuada. La configuración incluye una potencia inicial ejecutada durante pocos minutos para permitir que el generador se caliente. El generador se establece en el nivel de potencia requerido y luego la potencia se activa con el conmutador INICIAR/DETENER. La visualización mostrará si la potencia reflejada es baja, lo cual indica que la entrega de energía de microondas del sistema a la unidad ARCS es correcta y dentro de los parámetros operativos. Sin embargo, si la potencia reflejada es alta, se requieren una inspección y la eliminación de posibles errores. Causas principales típicas de una potencia reflejada alta son un cable coaxial de microondas dañado o que el conjunto de la unidad ARCS es defectuoso.

Durante el funcionamiento normal, el generador de microondas entregará potencia a la unidad ARCS a una velocidad constante y con fluctuaciones o cambios significativos en la potencia reflejada.

En una realización de la presente invención, el generador de microondas de grado de laboratorio que se muestra en la Figura 30 puede reemplazarse por una versión de coste más bajo y de diseño personalizado que sea adecuado para el producto del consumidor final.

Con referencia ahora a las Figuras 31 a 44, se describen las etapas individuales del montaje.

Etapa 1 - Preparación de componentes (Figura 31)

Comenzando con el bloque, mantener superficies limpias dado que no se quiere grasa de aceite o suciedad o cualquier otra sustancia que pueda interferir con el campo de microondas generador a partir del lanzador, cualquier cosa polar (sustancia que absorberá la energía de microondas) hará que la unidad ARCS deje de funcionar.

Etapa 2 - Añadir el disco de mica (Figura 32)

El disco de mica debe colocarse en el contenedor de disco de mica primero, luego los contenedores se deslizan hacia la posición. Se desea un ajuste apropiado, dado que el disco de mica se convierte no solo en una superficie reflectante sino también en un sello.

Etapa 3 - Insertar el lanzador extendido (Figura 33)

Una vez que todos los contenedores de disco de mica están en su lugar, el lanzador extendido (guía de ondas) puede empujarse a través del agujero central de los discos de mica. Este debe ser un ajuste apretado. Se puede observar el lanzador mientras se empuja hacia el lugar y pasa a través de los discos de mica. También se puede observar la alineación dado que no se desea la desfiguración del disco de mica ya que esto puede evitar que ARCS funcione de manera efectiva. Asimismo, el lanzador extendido (guía de ondas) debe sentarse de manera perfectamente central e incluso a lo largo del bloque.

Etapa 4 - Añadir las tapas de extremo (Figuras 34, 35)

El tapón de módulo ARCS (tapas de extremo) puede ahora ajustarse en el lugar, entrada y salida. Se ha descubierto que apretar a mano es suficiente para mantener los niveles parejos y seguros. Verificar que los agujeros de 1 mm en el centro están libres de obstrucciones o bloqueos. Cualquier bloqueo hará que ARCS deje de funcionar de manera efectiva cuando se restringen los gases de escape.

Una simple verificación visual de cada tapa de extremo se lleva a cabo para garantizar que el agujero de 1 mm no esté bloqueado.

Etapa 5 - Añadir los conectores de microondas (Figura 36)

Los conectores pueden ahora colocarse en lugar en ambos extremos, y el lanzador extendido (guía de ondas) se coloca entre los conectores. Esto ayuda a quitar el aislamiento en los conectores y dejar solo 1 mm expuesto en la unidad en ambos extremos, lo cual detiene el acortamiento (que puede evitar que la unidad ARCS funcione correctamente). La Figura 36 (b) muestra cómo el lanzador (guía de ondas) se sienta en la unidad sin el bloque fijado. Esto ayuda en la configuración y optimización de la unidad ARCS. En particular, preferiblemente, no debe haber más de 0,5 mm de espacio de aire. El espacio de aire es el espacio entre el cuerpo de la unidad ARCS y el bloque.

Etapa 6 - Recortar el aislamiento del conector de microondas (Figura 37)

Cuando se coloca el lanzador entre los conectores, es fácil recortar el aislamiento blanco a solo 1 mm más allá del cuerpo. Esto también provee un pequeño espacio de aire como se muestra en la Figura 37 (flecha blanca).

Etapa 7 - Añadir el sello de gas del bloque al cuerpo (Figura 38)

La siguiente etapa es crear un sello ajustado en el bloque y el cuerpo. En la realización, esto se lleva a cabo envolviendo cinta PTFE en un patrón de doble extremo (es preciso ver la Figura 38). Esto tiene la doble función de crear un sello hermético al gas y añadir un método adicional para asegurar los contenedores de mica en posición. El lanzador hace que los contenedores no puedan salir, pero este método mantiene los contenedores en la posición central con respecto al bloque. Sin embargo, la persona con experiencia en la técnica comprenderá que pueden usarse cualquier otro sello y medios de fijación adecuados. Por ejemplo, un sello hermético al fluido puede en su lugar llevarse a cabo entre el bloque y el cuerpo en el cual se aloja el bloque mediante el uso de una junta de estanqueidad compresible.

Etapa 8 - Eliminar los conectores de microondas

Eliminar los conectores de microondas.

Etapa 9 - Colocar el bloque ARCS en el cuerpo de la unidad (Figura 39)

Después de eliminar los conectores de microondas, la próxima etapa es empujar el bloque hacia la posición. Este debe ser un ajuste adecuado con ligera presión deslizando el bloque hacia la posición. Es posible usar la posición del lanzador para alinear el bloque con los agujeros para los conectores, y luego con cuidado llevar el bloque hacia la posición. Cuando se mira a través del agujero para ver el conector, es posible ver el lanzador. El lanzador está centralizado por la vista y, de esta manera, crea un espacio igual en ambos extremos. El lanzador puede moverse (empujarse) con un pequeño destornillador.

Etapa 10 - Confirmar la posición del lanzador extendido con respecto al cuerpo de la unidad (Figura 40)

Es posible ver el lanzador a través del agujero y, por consiguiente, determinar dónde se sienta el lanzador en relación con el cuerpo ARCS. Al verificar ambos extremos, el lanzador se posiciona centralmente usando un pequeño destornillador para empujar el lanzador y, de esta manera, crear un espacio de aire igual (es preciso ver la Figura 40, flecha blanca).

Etapa 11 - Añadir los conectores de microondas por última vez (Figura 41)

Al empujar ambos conectores hacia la posición primero antes de atornillar los conectores en posición, puede mantenerse un espacio igual en ambos extremos para el lanzador. En caso de una reducción de emisión reducida, esto puede ser hasta la colocación del lanzador. Esta es la mejor manera de ajustar el sistema ARCS para una reducción óptima.

También se ha descubierto que el uso de lanzadores con longitudes ligeramente diferentes, p. ej., de 218 mm a 220 mm que varían en un 0,1 de un mm, ayuda a ajustar el sistema (aunque dependiendo de los vehículos probados). Esto puede, por lo tanto, usarse como un método adicional para la puesta a punto. Se ha descubierto que, si el lanzador es demasiado corto, no se encenderá.

Además, ajustar ambos conectores, de manera lenta y simultánea, para mantener la posición central de los lanzadores. Esto se lleva a cabo mejor por sensaciones y cuando se instalan los conectores al mismo tiempo, es posible sentir los pasadores de los conectores entrando en el lanzador. Sin embargo, debe tenerse cuidado para no empujar el lanzador desde un extremo para proveer un entorno no equilibrado, y, de esta manera, potencialmente reducir la eficiencia.

Etapa 12 - Verificar el sello de gas (Figura 42)

La Figura 42 muestra un ajuste adecuado del bloque (a saber, la cinta PTFE es perfecta para un sello seguro). Asimismo, una vez que la tapa se haya atornillado, presiona sobre el bloque y completa un sello muy hermético y sostiene el bloque de manera segura en posición.

Etapa 13 - Verificación de continuidad y verificación de cortocircuito (Figura 43)

Verificar la continuidad entre los pasadores centrales de cada conector de microondas para asegurar que se ha logrado una conexión eléctrica mediante el lanzador extendido. Asimismo, verificar cualquier cortocircuito para garantizar que el cuerpo de la unidad no se haya acortado al lanzador extendido. Llevar a cabo esta etapa antes de encajar la tapa de inspección.

Etapa 14 - Añadir la tapa de inspección (Figura 44)

Cerrar la tapa del sistema de escape. Esta es la última etapa en el montaje de la unidad ARCS.

(iv) Realizaciones (y dimensiones) específicas de partes de la unidad ARCS (bloque):

Las Figuras 45 a 51 son dibujos de ingeniería de una realización a modo de ejemplo de un diseño de bloque sólido adecuado para encajar dentro de un sistema de escape. Un diseño segmentado puede usarse para diferentes tamaños de cuerpo, a saber, crear la flexibilidad para lograr el equivalente de un bloque sólido y solo requerir que el lanzador extendido (guía de ondas) tenga un tamaño en relación con el nuevo tamaño del cuerpo.

El disco de mica (que puede también ser un disco de cerámica o cualquier material que se reflectante de microondas, este material puede seleccionarse en aras de la producción en serie).

La dimensión interna del disco de mica debe siempre ser del mismo tamaño que el lanzador extendido (guía de ondas). En la realización descrita, esta se ha reducido a 4,8 mm de agujero central y 15 mm de diámetro exterior.

Las personas con experiencia en la técnica apreciarán que la realización de más arriba se ha descrito a modo de ejemplo solamente y no en un sentido restrictivo, y que varias alteraciones y modificaciones son posibles sin apartarse del alcance de la invención según se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (200) de escape que comprende:

una matriz de múltiples aparatos (100) de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable para el tratamiento de una sustancia fluida, cada uno de los múltiples aparatos (100) de tratamiento de fluido comprende:

una cámara (104) de reactor definida por una pared (103) perimetral;

una entrada de fluido que tiene un puerto de entrada adaptado para proveer una comunicación fluida de un suministro externo de una sustancia fluida a tratarse a dicha cámara de reactor por medio de lo cual dicha sustancia fluida pasa hacia y a través de dicha cámara (104) de reactor;

una salida de fluido que tiene un puerto de salida adaptado para proveer una comunicación fluida desde dicha cámara de reactor por medio de la cual dicha sustancia fluida pasa desde dicha cámara (104) de reactor;

al menos una guía (120, 122) de ondas de radiación electromagnética (EMR), que tiene una interfaz óptica que comprende un primer miembro (124) de interfaz acoplado, de manera utilizable, a un puerto de entrada de guía de ondas y un segundo miembro (126) de interfaz acoplado, de manera utilizable, a un puerto de salida de guía de ondas, dicho puerto de entrada de guía de ondas y dicho puerto de salida de guía de ondas acoplados, de manera utilizable, a ubicaciones espaciadas diametralmente opuestas en dicha pared perimetral de dicha cámara de reactor como, por ejemplo, para acoplarse, de manera utilizable, a lo largo de todo el ancho (W, por sus siglas en inglés) de un volumen de reactor definido dentro de dicha cámara de reactor y adaptado para acoplar radiación electromagnética de al menos una longitud de onda predeterminada a una sustancia fluida que pasa a través de dicha cámara de reactor,

en donde dicha pared (103) perimetral de dicha cámara (104) de reactor, dicha entrada de fluido y dicha salida de fluido tienen formas de modo tal que dicha sustancia fluida recibida de dicha entrada de fluido se ve forzada hacia un flujo en remolino continuo cuando pasa a través de dicha cámara de reactor hacia dicha salida de fluido, y en donde dicho puerto de entrada se adapta para cambiar una presión de fluido inicial de dicha sustancia fluida a una primera presión de fluido predeterminada cuando pasa a través de dicho puerto de entrada de fluido hacia dicha cámara de reactor, y en donde dicho puerto de salida se adapta para cambiar una presión de fluido de cámara de dicha sustancia fluida a una segunda presión de fluido predeterminada cuando pasa a través de dicho puerto de salida de fluido hacia dicha salida de fluido;

y que además comprende:

una carcasa, que tiene al menos un puerto de entrada de escape y al menos un puerto de salida de escape, adaptada para recibir y abarcar, de manera utilizable, dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable, y

al menos un miembro de sello hermético al fluido hecho de un polímero, adaptado para conectarse con al menos una superficie exterior de dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados, de manera utilizable, para proveer un sello hermético al fluido entre una superficie interior de dicha carcasa y dicha al menos una superficie exterior de dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable.

2. Un sistema de escape según la reivindicación 1, en donde dicha guía de ondas de radiación electromagnética (EMR) comprende primer (120) y segundo (122) acopladores EMR provistos en un respectivo puerto de entrada de guía de ondas y en un puerto de salida de guía de ondas como, por ejemplo, para acoplarse, de manera utilizable, a lo largo de todo el ancho (W) de un volumen de reactor definido dentro de dicha cámara (104) de reactor.

3. Un sistema de escape según la reivindicación 2, en donde dicho primer miembro (124) de interfaz y dicho segundo miembro (126) de interfaz comprenden porciones con abertura de la pared (103) provistas de un tapón de cierre de vidrio fabricado con un material al menos parcialmente transparente a la radiación electromagnética de una longitud de onda predeterminada y, de esta manera, adaptadas para ser al menos parcialmente transparentes a la radiación electromagnética de una longitud de onda predeterminada.

4. Un sistema de escape según la reivindicación 3, en donde dicha al menos una guía de onda de radiación electromagnética (EMR) comprende un primer acoplador (120) EMR acoplado, de manera utilizable, a dicho puerto de entrada de guía de ondas y a dicho primer miembro (124) de interfaz y un segundo acoplador (122) EMR acoplado, de manera utilizable, a dicho puerto de salida de guía de ondas y a dicho segundo miembro (126) de interfaz.

5. Un sistema de escape según cualquier reivindicación precedente, en donde la cámara de reactor se configura y la longitud de onda predeterminada se selecciona de modo tal que, durante el uso, se genera una onda estacionaria.

6. Un sistema de escape según cualquier reivindicación precedente, en donde la longitud de onda predeterminada es de entre 1 mm y 1 m en un respectivo espectro de frecuencia de 300 GHz a 300 MHz (microondas).

7. Un sistema de escape según cualquier reivindicación precedente, que además comprende una fuente de suministro de sustancia fluida acoplada, de manera fluida, a la entrada de fluido para permitir el suministro de una sustancia fluida a tratarse a dicha cámara (104) de reactor, un conducto de descarga de sustancia fluida acoplado, de manera fluida, a la salida de fluido para permitir que una sustancia fluida pase desde y se transmita desde dicha cámara de reactor, y un conjunto de calentador, acoplado, de manera fluida, entre la fuente de suministro de sustancia fluida y la cámara de reactor, y adaptado para transferir energía a la sustancia fluida, para suministrar la sustancia fluida a una temperatura predeterminada hacia la cámara (104) de reactor.

8. Un sistema de escape según cualquier reivindicación precedente, que además comprende un generador de radiación electromagnética (EMR) para generar radiación electromagnética (EMR) de una longitud de onda predeterminada, acoplado, de manera utilizable, a dicho puerto de entrada de guía de ondas, en donde el generador EMR además comprende una línea de transmisión de entrada, acoplable, de manera utilizable, a dicho puerto de entrada de guía de ondas de dicha al menos una guía de ondas de radiación electromagnética (EMR), y una línea de transmisión de salida, acoplable, de manera utilizable, a dicho puerto de salida de guía de ondas de dicha al menos una guía de ondas de radiación electromagnética (EMR), en donde dicho generador de microondas, dicha línea de transmisión de entrada y dicha línea de transmisión de salida se adaptan para formar un circuito EMR de bucle cerrado con dicha al menos una guía de ondas de radiación electromagnética (EMR), y en donde el generador EMR es un generador de microondas y la radiación electromagnética generada tiene una longitud de onda de entre 1 mm y 1 m en un espectro de frecuencia respectivo de 300 GHz a 300 MHz.

9. Un sistema de escape según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicha primera presión de fluido predeterminada es mayor que dicha presión de fluido inicial.

10. Un sistema de escape según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicha segunda presión de fluido predeterminada es mayor que dicha presión de fluido de cámara.

11. Un sistema de escape según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicha primera presión de fluido predeterminada es mayor que dicha segunda presión predeterminada.

12. Un sistema de escape según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados, de manera utilizable, se forma a partir de una única pieza; o en donde dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados, de manera utilizable, se forma a partir de múltiples aparatos de tratamiento de fluido modulares interconectables.

13. Un método para el tratamiento de una sustancia fluida, que comprende:

proveer un sistema (200) de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende una matriz de múltiples aparatos (100) de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable;

cada uno de dichos múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable provee una cámara (104) de reactor configurada de modo tal que un suministro de dicha sustancia fluida pasa hacia y a través de dicha cámara de reactor;

proveer al menos una guía (120, 122) de ondas de radiación electromagnética (EMR), que tiene un puerto de entrada de guía de ondas y un puerto de salida de guía de ondas, acoplados, de manera utilizable, dentro de dicha cámara de reactor de dichos múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable y adaptados para acoplar radiación electromagnética de una longitud de onda predeterminada a una sustancia fluida que pasa a través de dicha cámara (104) de reactor de cualquiera de dichos múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados, de manera utilizable;

que además provee una carcasa, que tiene al menos un puerto de entrada de escape y al menos un puerto de salida de escape, adaptada para recibir y abarcar, de manera utilizable, dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable, y

al menos un miembro de sello hermético al fluido hecho de un polímero, adaptado para conectarse con al menos una superficie exterior de dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados, de manera utilizable, para proveer un sello hermético al fluido entre una superficie interior de dicha carcasa y dicha al menos una superficie exterior de dicha matriz de múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable;

y, de esta manera, hacer que una sustancia fluida pase hacia y a través de dicha cámara de reactor de cualquiera de dichos múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable;

y, de esta manera, hacer que la radiación electromagnética pase mediante la al menos una guía de ondas de radiación electromagnética (EMR) y, por consiguiente, se acople a lo largo de la cámara de reactor de cualquiera de dichos múltiples aparatos de tratamiento de fluido acoplados de manera utilizable.

14. El método de la reivindicación 13, en donde la longitud de onda predeterminada es de entre 1 mm y 1 m en un respectivo espectro de frecuencia de 300 GHz a 300 MHz.