MXPA03008492A

MXPA03008492A - Dispositivo de humidifacion del aire de admision de un motor de combustion interna, que esta equipado con un turbocargador, que involucra el precalentamiento efectuado mediante un circuito de agua.

Info

Publication number: MXPA03008492A
Application number: MXPA03008492A
Authority: MX
Inventors: Bulang Siegfried
Original assignee: Munters Euroform Gmbh Carl
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2005-03-07
Also published as: WO2002075141A1; NO20034178D0; NO20034178L; CA2441614A1; EP1370760B1; NZ528969A; JP2004525292A; ATE375445T1; DE50211044D1; US6817348B2; CA2441614C; AU2002257537B2; DK1370760T3; EP1370760A1; US20040149240A1; DE10291086D2; DE10211167A1; JP4136664B2

Abstract

La invencion describe un dispositivo de humidificacion del aire de admision de motores de combustion interna que estan equipados con un turbocargador; el dispositivo comprende una unidad de humidificacion (14, 16) a traves de la cual el aire de admision y el liquido de humidificacion fluyen y entran en contacto uno con otro; la unidad de humidificacion se dispone corrientes arriba del compresor (6) del turbocargador en la direccion del flujo del aire de admision; un intercambiador de calor (13, 15), que sirve para precalentar el aire de admision y a traves del cual el aire de admision atmosferico fluye, se ubica corrientes arriba de la unidad de humidificacion en la trayectoria de flujo del aire de admision; el intercambiador de calor se conecta a un circuito de liquido (11, 21) con el cual el aire de admision humidificado, que es comprimido mediante el compresor y suministrado al motor de combustion interna, es enfriado mediante otro intercambiador de calor (9).

Description

DISPOSITIVO PARA HUMIDIFICAR EL AIRE DE ADMISION DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA, QUE ESTA EQUIPADO CON UN TURBOCARGADOR, QUE INVOLUCRA EL PRE-CALENTAMIENTO EFECTUADO POR UN CIRCUITO DE AGUA MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención está dirigida a un dispositivo para humidificar el aire de admisión de un motor de combustión interna, el cual está equipado con un turbocargador. Es conocido el humidificar el aire de admisión de los motores Diesel, los cuales están equipados con turbocargadores, con el fin de reducir la porción de NOx en el gas de escape de esta manera. Tal método con el dispositivo asociado es descrito en el documento W095/23.286. De acuerdo con esta publicación se utiliza un medio de humidificación que es pasado por el aire de admisión y el agua, en donde el aire de admisión, antes de la humidificación, es comprimido por el compresor del turbocargador y la energía que reside en el agua de enfriamiento o en los gases de escape del motor de combustión interna, es utilizada para pre-calentar el agua antes de que la misma sea introducida al medio de humidificación. En consecuencia, el aire comprimido es humidificado. A partir de la Patente Europea EP-1 ,076,169 A2 es conocido un dispositivo para humidificar el aire de admisión de los motores de combustión interna, que están equipados con un turbocargador, que comprende un medio de humidificación a través del cual fluye el aire de admisión y el líquido de humidificación y hacen contacto uno con el otro, y que está localizado corriente arriba del compresor del turbocargador en la dirección de flujo del aire de admisión, y un intercambiador de calor aire/aire localizado corriente arriba del medio de humidificación en la trayectoria de flujo del aire de admisión, y que sirve para pre-calentar el aire de admisión; dicho intercambiador de calor aire/aire es pasado por el aire de admisión atmosférico y el aire de admisión humidificado y comprimido desde el compresor. En consecuencia, debido a esta solución, el aire de admisión es humidificado en una condición no comprimida. El pre-calentamiento del aire de admisión es realizado por medio de un intercambiador de calor aire/aire, el cual es pasado por el aire de admisión comprimido. Un objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo del tipo indicado, con el cual el aire de admisión pueda ser pre-calentado de una manera especialmente efectiva y práctica para la humidificación. De acuerdo a la invención, este objetivo es obtenido con un dispositivo del tipo citado por la característica de que el dispositivo incluye un intercambiador de calor, que sirve para pre-calentar el aire de admisión, el cual se hace circular de lado a lado por el aire de admisión atmosférico, y el cual está localizado en un circuito de líquido (circuito de agua) con el cual el aire de admisión humidificado comprimido por el compresor, que es alimentado al motor de combustión interna, es enfriado por medio de un intercambiador de calor adicional. En consecuencia, debido a la invención, no se utiliza ningún ¡ntercambiador de calor aire/aire como con la técnica anterior previamente citada, sino más bien un intercambiador de calor aire/líquido el cual está localizado en un circuito de líquido (circuito de agua) el cual incluye un intercambiador de calor adicional. Este intercambiador de calor adicional es también un intercambiador de calor aire/líquido el cual se hace circular de lado a lado por el aire de admisión comprimido y humidificado que viene del compresor. En este intercambiador de calor adicional, el aire de admisión comprimido y humidificado para el motor de combustión interna, es enfriado, es decir, distribuye una parte de su energía calorífica al circuito de líquido con el cual esta energía calorífica es transferida al aire de admisión en el ¡ntercambiador de calor que sirve para pre-calentar el aire de admisión que es precalentado de esta manera para la siguiente humidificación. El circuito de líquido es preferentemente un circuito de agua. La solución de la invención tiene un número de ventajas. Primeramente, los medios que están ya presentes pueden ser utilizados para llevar a cabo el precalenta miento del aire de admisión para la humidificación en muchos casos, especialmente con los motores de combustión interna que tienen ya un enfriador de aire de carga. En estos casos, el enfriador de aire de carga que está ya presente puede ser rediseñado con el fin de servir como el intercambiador de calor adicional en el circuito de líquido para la invención.

Incluso si tal enfriador de aire de carga no se utiliza, en vez del mismo, el ¡ntercambiador de calor adicional puede ser colocado de modo que se reduce el espacio necesario para la solución de la invención. En segundo lugar, pueden ser incorporados medios adicionales, por ejemplo ¡ntercambiadores de calor del gas de escape, ¡ntercambiadores de calor del aceite (enfriadores de aceite), dentro del circuito de líquido si las condiciones de operación del motor de combustión interna hacen esto deseable. En consecuencia, el ¡ntercambiador de calor adicional en el circuito de líquido es un enfriador de aire de carga (interenfriador) especialmente un enfriador de aire de carga que está ya presente, y el cual es rediseñado correspondientemente. Así pues, preferentemente el enfriador de aire de carga existente del motor de combustión interna de un barco es utilizado como el ¡ntercambiador de calor adicional en donde el circuito de agua de mar del enfriador de aire de carga, es utilizado como el circuito de líquido dentro del cual se incorpora el intercambiador de calor (con el circuito de agua de mar correspondientemente modificado). De acuerdo con la invención, el aire de admisión comprimido y humidificado que viene del compresor es enfriado en el intercambiador de calor adicional (enfriador de aire de carga). Tal enfriamiento es deseado en donde, no obstante, tiene que ser evitada una condensación del aire comprimido y humidificado. De acuerdo con la invención, esto es logrado preferentemente de una manera tal que el circuito de líquido incluye una válvula de desviación y una línea de desviación que hacen posible la recirculación del líquido que viene del íntercambiador de calor hacia el intercambiador de calor, sin fluir a través del íntercambiador de calor adicional. Por ejemplo, si un sensor determina que el enfriamiento adicional del aire de admisión comprimido y humidificado pudiera dar como resultado una condensación, la válvula de desviación será abierta y el líquido que viene del intercambiador de calor será parcialmente recircuiado hacia el íntercambiador de calor, sin pasar por el intercambiador de calor adicional. En consecuencia, el circuito de líquido es parcialmente sometido a corto circuito, lo cual tiene el resultado de que el aire de admisión humidificado y comprimido es menos enfriado en el íntercambiador de calor adicional (enfriador de aire de carga). Al cerrar la válvula de desviación el circuito de líquido puede ser nuevamente operado en su ciclo de operación normal. En consecuencia, el enfriamiento del aire de admisión humidificado y comprimido puede ser regulado con la válvula de desviación. La solución de la invención está caracterizada por un diseño especialmente simple, ya que es relativamente no complicado el instalar dos diferentes, pero en principio idénticos, intercambiadores de calor en una condición espaciada, y conectar los mismos por medio de un circuito de líquido (circuito de agua). Para esto, únicamente es necesario un sistema de tubo líquido con una bomba. Preferentemente, un separador de gotitas está localizado detrás del intercambiador de calor adicional.

Los componentes restantes del dispositivo para humidificar el aire de admisión del motor de combustión interna pueden ser sustancialmente diseñados de una manera tal como se describe en la Patente Europea EP- 1 ,076,169 A2 anteriormente citada. Así pues, especialmente corriente arriba del intercambiador de calor mencionado localizado en el circuito de líquido, pueden ser proporcionadas etapas de humidificación adicionales con los medios de calentamiento de aire colocados corriente arriba. Los medios de calentamiento de aire pueden ser ¡ntercambiadores de calor los cuales son, por ejemplo, circulados al través por el agua de enfriamiento del motor de combustión interna. Los detalles de estos componentes adicionales ya no son mencionados más aquí. Se señala más bien a la descripción de Patente Europea EP-1 ,076,169 A2. En lo subsiguiente la invención es descrita con detalle por medio de dos ejemplos en conexión con los dibujos. De los dibujos: La Figura 1 muestra una representación esquemática de una primera modalidad de un dispositivo de humidificación con un motor Diesel; y La Figura 2 muestra una representación esquemática de una modalidad adicional de un dispositivo de humidificación con un motor Diesel. El motor Diesel 1 mostrado en la Figura 1 es un motor de barco que tiene cuatro cilindros 2. El gas de escape del motor 1 es descargado en 4 e impulsa una turbina 3 que forma una parte de un turbocargador. Además, el turbocargador comprende un compresor 6 que es impulsado por la turbina 3 por medio de un eje 5. El compresor 6 sirve para comprimir el aire de admisión del motor Diesel que es alimentado a los cilindros 2 respectivos a través de una trayectoria de flujo mostrada en 17. El aire de admisión atmosférico fluye a lo largo de la trayectoria de flujo 17 a través de un filtro de aire 12 hacia el compresor 6. En la trayectoria de flujo del aire de admisión están localizados los siguientes componentes en este orden desde el filtro de aire 12 hasta el compresor 6: un intercambiador de calor 13 de aire/agua, un segundo medio de humidificación 14, un intercambiador de calor 15 de aire/agua, un primer medio de humidificación 16 y un separador 30 de gotas. El aire de admisión fluye a través del intercambiador de calor 13 de aire/agua y es precalentado en el mismo. En el siguiente medio de humidificación 14, el agua pre-calentada es humidificada, con lo cual éste es enfriado. En el siguiente intercambiador de calor 15 de aire/agua, el aire es nuevamente calentado y en el siguiente medio de humidificación 16 adicionalmente humidificado antes de que éste entre al compresor 6 después de haber pasado el separador 30 de gotas. El aire comprimido y humidificado descargado por el compresor 6 fluye a través de la trayectoria de flujo 17 hacia un intercambiador de calor 9 de aire/agua, adicional, el cual es formado como el enfriador de aire de carga modificado. Este fluye a través del intercambiador de calor 9 y es enfriado por el mismo sin condensación. Después de haber pasado por otro separador 20 de gotas, éste es alimentado a los cilindros 2 del motor Diesel 1. El motor de barco mostrado aquí tiene un circuito de agua de mar (circuito de agua salina) 7 que sirve para enfriar el motor. A partir de este circuito 7 el agua salada es ramificada a través de una línea de ramificación 8, y el agua salada es alimentada a los dos medios de humidificación 14 y 6. Los medios de humidificación son formados como humidificadores de irrigación superficial (humidificadores de inmersión) que fluyen al través desde arriba hacia abajo por el agua salada, en donde el agua salada es rociada sobre el medio de humidificación de irrigación superficial, apropiado, sobre un lecho empaquetado. El humidificador de irrigación superficial se hace circular de lado a lado por el aire de admisión en la dirección transversal, en donde el aire de admisión recoge humedad de una manera adiabática. Corriente abajo del medio de humidificación, puede estar localizado un dispositivo para separar las partículas de sal arrastradas, con el fin de prevenir el arrastre de las partículas de sal hacia los cilindros del motor de combustión interna. Un intercambiador de calor 10 de agua/agua está localizado en el circuito de agua de enfriamiento del motor Diesel. Este intercambiador de calor 10 sirve para la transferencia de la energía calorífica que reside en el agua de enfriamiento hacia un circuito de agua 1 1. Este circuito de agua 1 contiene el intercambiador de calor 13 de aire/agua, anteriormente mencionado, para el pre-calentamiento del aire de admisión. El agua caliente que fluye a través del circuito 11 fluye a través de los serpentines tubulares del intercambiador de calor 13, y calienta el aire de admisión que fluye alrededor de los serpentines tubulares.

El gas de escape del motor Diesel puede también servir para pre-calentar el aire de admisión. El intercambiador de calor 13 puede también ser un intercambiador de calor aire/aire. El intercambiador de calor 13 y el siguiente medio de humidificación 14 son opcionales. Los componentes sustanciales del dispositivo son el intercambiador de calor 15 y el medio de humidificación 16. El intercambiador de calor 15 es un intercambiador de calor de aire/agua, el cual tiene un serpentín tubular por el cual circula agua. Esta agua es circulada por una bomba 22 en un circuito de agua 21 , en el cual está localizado el intercambiador de calor 9 anteriormente mencionado (enfriador de aire de carga humidificado). Este intercambiador de calor 9 tiene un serpentín tubular por el cual circula el agua del circuito de agua 21. El serpentín tubular es inundado por el aire de admisión comprimido y humidificado. Una línea de desviación 23 provista con una válvula de desviación (no mostrada) conecta la línea de suministro y la línea de descarga. Si la válvula de desviación es abierta, el agua que viene del intercambiador de calor 15 fluye a través de la línea de desviación 23 hacia la línea de descarga del circuito de agua y desde allí nuevamente hacia el intercambiador de calor 15. En consecuencia, éste no fluye a través del intercambiador de calor 9. De esta manera, se evita que el aire que fluye a través del intercambiador de calor 9 sea adicionalmente enfriado (evitando condensación). Al cerrar la válvula de desviación, el circuito de agua puede tomar su operación normal nuevamente. t En la modalidad mostrada aquí, el intercambiador de calor 9 es un enfriador de aire de carga modificado (interenfriador) con separador 20 de gotas localizado después de éste. El enfriamiento original por agua de mar de este enfriador de aire de carga se cierra, y el circuito de agua instalado se utiliza aquí como parte del circuito de agua 21 , posiblemente con otro componente de circuito interno. De esta manera, se pueden utilizar medios existentes que pueden ser utilizados para los propósitos de la invención con poco gasto. La Figura 2 muestra otra modalidad más de un dispositivo de humidificación con un motor Diesel que difiere de la modalidad de la Figura 1 sustancialmente sólo por la característica de que dos etapas están localizadas corriente arriba del dispositivo de humidificación 15 los cuales, respectivamente, contienen un medio de humidificación 14 y un intercambiador de calor 3 pre-colocado. Los mismos números de referencia designan las mismas partes que en la Figura . El aire de admisión para el motor Diesel 1 fluye a lo largo de una trayectoria de tubo 17 a través de un filtro de aire 12 y a través de un intercambiador de calor 13 de aire/agua y un dispositivo de humidificación 14 localizado después de éste. Este fluye luego a través de un intercambiador de calor 13 de aire/agua y otro medio de humidificación 14 hacia el intercambiador de calor 15 de aire/agua, el cual está localizado en el circuito de agua 21 , el cual tiene otro intercambiador de calor 9 que es un enfriador de aire de carga modificado (interenfriador), como con la modalidad de la Figura 1. Después de haber pasado el intercambiador de calor 15 el aire de admisión fluye hacia el medio de humidificación 16. Este es luego pre-calentado y humidificado y es comprimido en el compresor 6 a partir del cual éste es alimentado al intercambiador de calor 9 adicional, en el cual éste es enfriado. Luego, fluye hacia el motor de combustión interna 1 en una condición enfriada. En el circuito de agua 21, el agua se hace circular por medio de una bomba, la cual no se muestra. Esta agua recoge calor en el intercambiador de calor 9 proveniente del aire alimentado al motor de combustión interna, y transfiere este calor en el intercambiador de calor 15 al aire de admisión que va a ser pre-calentado. Se tiene que mencionar todavía que el intercambiador de calor 15 y el medio de humidificación 16 en general pueden ser divididos en varias etapas independientes. Esto es también cierto para los intercambiadores de calor opcionalmente colocados, y los medios de humidificación.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo para humidificar el aire de admisión de los motores de combustión interna, que están equipados con un turbocargador, el dispositivo comprende un medio de humidificación (16) a través del cual el aire de admisión y el líquido de humidificación fluye y hacen contacto uno con el otro, y que está localizado corriente arriba del compresor (6) del turbocargador en la dirección de flujo del aire de admisión, y un intercambiador de calor (15) que sirve para pre-calentar el aire de admisión y localizado corriente arriba del medio de humidificación (16) en la dirección de flujo del aire de admisión, el intercambiador de calor (15) es circulado de lado a lado por el aire de admisión atmosférico y está localizado en un circuito de líquido (21) por medio del cual el aire de admisión humidificado, comprimido por el compresor (6) y alimentado al motor de combustión interna (1 ) es enfriado por medio de un intercambiador de calor (9) adicional.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el intercambiador de calor adicional (9) es un enfriador de aire de carga (interenfriador).

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque un separador de gotas (20) está localizado corriente abajo del intercambiador de calor (9) adicional.

4. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el intercambiador de calor (9) es un enfriador de aire de carga existente (interenfriador) de un motor de combustión interna de un barco, cuyo circuito de agua de mar se utiliza como el circuito de agua (21 ) en el cual está localizado el intercambiador de calor (15).

5. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el circuito de agua (21) incluye una válvula de desviación y una línea de desviación (23), que hace posible una recirculación del agua que viene del intercambiador de calor (15), hacia el mismo sin pasar por el intercambiador de calor (9) adicional.

6. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el otro medio de humidificación (14) está localizado corriente arriba del intercambiador de calor (15), en la dirección de flujo del aire de admisión, el otro medio de humidificación (14) tiene pre-colocado un dispositivo de calentamiento para el aire de admisión.

7. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque otro medio de calentamiento está localizado corriente abajo del medio de humidificación (16) y corriente arriba del compresor (6) en la dirección de flujo del aire de admisión, el otro medio de humidificación tiene pre-colocado un dispositivo de calentamiento para el aire de admisión.

8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6 ó 7, caracterizado además porque el dispositivo de calentamiento es un intercambiador de calor (13) aire/agua para descargar la energía calorífica del agua de enfriamiento del motor de combustión interna (1).

9. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque un tercer medio de humidificación está localizado en la trayectoria de flujo del aire de admisión comprimido y humidificado entre el intercambiador de calor (15) y el motor de combustión interna (1 ).

10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el tercer medio de humidificación está asociado con un intercambiador de calor para calentar el agente de humidificación.

11. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque un filtro de aire está localizado corriente abajo del medio de humidificación en la trayectoria de flujo del aire de admisión.

12. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el motor de combustión interna (1) tiene un intercambiador de calor (10) para enfriar el agua de enfriamiento.

13. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque ei intercambiador de calor es parte de un circuito de agua de mar (circuito de agua salina).

14. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el intercambiador de calor (9) adicional es controlado en respuesta a la presión del turbocargador.

15. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque éste incluye un separador de partículas.