Instalación generadora de gas de escape, particularmente una embarcación, con una determinación del volumen del gas de escape.

Instalación generadora del gas de escape (1), particularmente una embarcación,

con un conducto de gas deescape (2), del cual sale gas de escape de la instalación (1) hacia un entorno (18) de la instalación (1), y con undispositivo (10) para la determinación de un volumen de gas de escape suministrado a través del conducto de gasde escape (2) al entorno (18), en donde el dispositivo (10) para la determinación del volumen del gas de escape,comprende

- una pluralidad de redes de Bragg (5) dispuestas de manera distribuida en posiciones predeterminadas,transversalmente en relación con el sentido del flujo (4) del gas de escape, en el final del conducto de gas de escape(2) y

- una estructura del guía-ondas óptico (6) en la que se conforman las redes de Bragg (5), en donde la estructura delguía-ondas óptico (6) está conformada por, al menos, un guía-ondas óptico (7),

caracterizada por,

- un dispositivo calentador (8) dispuesto de manera adyacente a las redes de Bragg (5), mediante el cual se puedesometer a las redes de Bragg (5) con calor, en donde una potencia térmica a liberar por el dispositivo calentador (8),se puede adaptar a la temperatura del gas de escape, o un dispositivo de enfriamiento dispuesto de maneraadyacente a las redes de Bragg (5), mediante el cual se pueden enfriar las redes de Bragg (5) a una temperaturainferior a la temperatura del gas de escape, en donde

- la estructura del guía-ondas óptico (6) y el dispositivo calentador (8) o el dispositivo de enfriamiento, se encuentrandispuestos en el interior del conducto de gas de escape (2), al final del conducto de gas de escape (2) con unadistancia (d) en relación con una salida (12) del gas de escape hacia el entorno (18) de la instalación (1), en dondepara la distancia (d) se aplica d >D/10, en donde d es la distancia (d) en relación con la salida (12), y D es eldiámetro de la salida (12).

Instalación generadora de gas de escape, particularmente una embarcación, con una determinación del volumen del gas de escape.

La presente invención hace referencia a una instalación generadora de gas de escape, particularmente una embarcación, con un conducto de gas de escape, del cual sale gas de escape de la instalación hacia un entorno de la instalación, y con un dispositivo para la determinación de un volumen de gas de escape suministrado a través del conducto de gas de escape al entorno, de acuerdo con la reivindicación 1.

Las instalaciones fijas y móviles de gran tamaño, como por ejemplo, centrales eléctricas de combustibles fósiles, instalaciones industriales o también embarcaciones, contribuyen esencialmente al cambio climático mediante la expulsión de la sustancia contaminante (por ejemplo, CO2) , hacia el medio ambiente. Por lo tanto, se espera que en un futuro cercano se determine el volumen del gas de escape de esta clase de instalaciones, para poder obtener un control de las emisiones mediante certificados de emisiones.

En este aspecto, se conoce previamente la detección del volumen del gas de escape de manera indirecta mediante los parámetros de funcionamiento una instalación, como por ejemplo, mediante el consumo de combustible, la composición del combustible, la temperatura de combustión, etc. Además, se toman como base convencionalmente los datos y las relaciones entre los parámetros del funcionamiento y el volumen del gas de escape, proporcionados por el fabricante o el usuario de un generador de gas de escape (por ejemplo, de un motor de combustión interna o de un motor de turbina de vapor) de la instalación. Sin embargo, no existe la posibilidad de verificar de una manera neutral e independiente, el volumen de gas de escape determinado.

La patente WO 2004/042326 A2 revela un elemento de medición para la determinación de una velocidad de flujo de un fluido que fluye por el elemento de medición, con un conductor para la conducción de una onda electromagnética a lo largo de su extensión longitudinal y, al menos, un elemento calentador eléctrico dispuesto de manera adyacente al conductor, mediante el cual se puede someter a calor al conductor. Además, se influye sobre la onda electromagnética acoplada al conductor, en correspondencia con la propia temperatura del conductor que va a depender de la velocidad de flujo del fluido.

En la bibliografía de Latka, l. y otros: "Monitorización de distribuciones de flujo no homogéneo mediante la utilización de redes de sensores de temperatura de redes de Bragg de fibra óptica", Procedimientos de SPIE, SociedadInternacional de Ingeniería Óptica, Sensores ópticos II, revela un dispositivo de medición con sensores de redes de Bragg de fibra, para la determinación de una distribución de la velocidad de flujo no homogénea de un gas que fluye.

La patente EP 1510656 A1 revela un método y un dispositivo para la identificación de un estado de funcionamiento durante el funcionamiento de una turbina, en el que fluye un gas de escape caliente a través de una carcasa de gas de escape, y la temperatura del gas de escape se detecta con una resolución de tiempo en la carcasa de gas de escape. Además, se detectan con una resolución espacial, una pluralidad de valores de medición de la temperatura del gas de escape.

La patente DE 19821956 A1 revela un método para el análisis cuantitativo de volúmenes de gas mediante la espectrometría de emisión o absorción en el rango espectral ultravioleta, visible e infrarrojo. Además, se establecen planos de observación definidos geométricamente y ajustables de manera que se puedan reproducir, que se encuentran orientados perpendicularmente al eje longitudinal de un flujo de gas de escape, y se realizan una serie de mediciones espectrales, en donde el eje óptico de un espectrómetro se encuentra siempre en un plano de observación.

A partir de dichos casos mencionados, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar una instalación mejorada que genera gases de escape, en la que el volumen del gas de escape se pueda determinar con una precisión elevada, en donde el dispositivo necesario para dicha determinación también se puede montar en instalaciones ya existentes sin la necesidad de realizar grandes trabajos y debe ser de fácil mantenimiento.

La solución de dicho objeto se logra mediante una instalación de acuerdo con la reivindicación 1. Los acondicionamientos ventajosos son objeto respectivamente de las reivindicaciones relacionadas 2 a 16.

Una instalación generadora de gas de escape, conforme a la presente invención, presenta un dispositivo para la determinación del volumen del gas de escape, que comprende una pluralidad de redes de Bragg dispuestas de forma distribuida en posiciones predeterminadas, transversalmente en relación con el sentido del flujo de un gas de escape, al final del conducto de gas de escape, que se conforman en una estructura del guía-ondas óptico conformada por, al menos, un guía-ondas óptico, en donde de manera adyacente a dichas redes de Bragg, se encuentra dispuesto ya sea un dispositivo calentador con el cual se pueden someter las redes de Bragg con calor, o un dispositivo de enfriamiento mediante el cual se pueden someter las redes de Bragg a frío.

Cuando se acopla luz en la estructura del guía-ondas óptico, dicha luz se retrodispersa en las redes de Bragg dispuestas en su interior, en el sentido contrario a su sentido de dispersión original. En este aspecto, el espectro de la luz retrodispersada depende de la constante de la red. Por otra parte, la constante de red depende de la temperatura de la red. En el caso que las redes de Bragg se calienten mediante el dispositivo calentador o bien, se enfríen mediante el dispositivo de enfriamiento, una parte de la potencia térmica o bien, de la potencia frigorífica se evacua mediante un gas de escape que fluye a través de las redes. La fracción evacuada resulta mayor en tanto mayor sea la velocidad de flujo del gas de escape. De esta manera, mediante el gas de escape que fluye en el conducto del gas de escape a través de las redes de Bragg, se influye sobre la temperatura de las redes de Bragg, es decir, se influye en mayor medida en tanto mayor sea la velocidad de flujo del gas de escape. Sin embargo, en relación con la temperatura de la red de Bragg, varía también la constante de la red. De esta manera, el espectro de la luz retrodispersada depende de la velocidad de flujo del gas de escape en la red de Bragg. Por otra parte, a partir de la velocidad de flujo del gas de escape y de la superficie por la que fluye el gas de escape, se puede deducir el volumen del gas de escape que fluye a través de las redes.

Sin embargo, se debe considerar además que en instalaciones industriales y móviles de gran tamaño, los conductos de gas de escape pueden presentar un área de sección transversal muy extensa de hasta varios metros cuadrados. De esta manera, ya no se puede presuponer la existencia de un flujo homogéneo del gas de escape a lo largo de la sección transversal completa. Por lo tanto, una medición puntual no resultaría suficiente. Por lo tanto, una pluralidad de redes de Bragg se encuentran dispuestas de manera distribuida en posiciones predeterminadas, transversalmente en relación con el sentido del flujo del gas de escape, es decir, en un área de sección transversal del conducto de gas de escape. De esta manera, se puede realizar una medición distribuida del flujo del gas de escape sobre el área de sección transversal completa del conducto de gas de escape, con lo cual se puede lograr una precisión elevada en la determinación del volumen del gas de escape, también en el caso de flujos no homogéneos del gas de escape. Dado que los guía-ondas ópticos presentan un diámetro muy reducido y, por lo tanto, una resistencia al flujo reducida, cuando se realiza una medición distribuida del flujo de esta clase, la estructura del guía-ondas óptico representa una resistencia al flujo despreciable para el flujo de gas de escape, de manera que mediante la determinación del volumen del gas de escape no se influye en el funcionamiento de la instalación. De esta manera, el volumen del gas de escape se puede determinar de una manera directa, independientemente de la información proporcionada por el fabricante o el usuario, y con una precisión elevada.

El, al menos un, guía-ondas óptico se conforma preferentemente mediante una fibra de vidrio, dado que dicha fibra se caracteriza por presentar una resistencia elevada ante las exigencias físicas y/o químicas, y presenta particularmente una resistencia térmica elevada. Sin embargo, según el caso de aplicación, el guía-ondas óptico también puede estar conformado por una fibra sintética.

1. Instalación generadora del gas de escape (1) , particularmente una embarcación, con un conducto de gas de escape (2) , del cual sale gas de escape de la instalación (1) hacia un entorno (18) de la instalación (1) , y con un dispositivo (10) para la determinación de un volumen de gas de escape suministrado a través del conducto de gas de escape (2) al entorno (18) , en donde el dispositivo (10) para la determinación del volumen del gas de escape, comprende

- una pluralidad de redes de Bragg (5) dispuestas de manera distribuida en posiciones predeterminadas, transversalmente en relación con el sentido del flujo (4) del gas de escape, en el final del conducto de gas de escape

(2) y

- una estructura del guía-ondas óptico (6) en la que se conforman las redes de Bragg (5) , en donde la estructura del guía-ondas óptico (6) está conformada por, al menos, un guía-ondas óptico (7) ,

caracterizada por,

- un dispositivo calentador (8) dispuesto de manera adyacente a las redes de Bragg (5) , mediante el cual se puede someter a las redes de Bragg (5) con calor, en donde una potencia térmica a liberar por el dispositivo calentador (8) , se puede adaptar a la temperatura del gas de escape, o un dispositivo de enfriamiento dispuesto de manera adyacente a las redes de Bragg (5) , mediante el cual se pueden enfriar las redes de Bragg (5) a una temperatura inferior a la temperatura del gas de escape, en donde

- la estructura del guía-ondas óptico (6) y el dispositivo calentador (8) o el dispositivo de enfriamiento, se encuentran dispuestos en el interior del conducto de gas de escape (2) , al final del conducto de gas de escape (2) con una distancia (d) en relación con una salida (12) del gas de escape hacia el entorno (18) de la instalación (1) , en donde para la distancia (d) se aplica d > D/10, en donde d es la distancia (d) en relación con la salida (12) , y D es el diámetro de la salida (12) .

2. Instalación (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque para la distancia (d) se aplica: D > d.

3. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las redes de Bragg

(5) presentan a lo largo de, al menos, un guía-ondas óptico (7) ciclos de redes diferentes entre sí, y mediante una fuente de luz (22) se puede emitir una luz de banda ancha espectral hacia dicho guía-ondas óptico (7) , o porque las redes de Bragg (5) presentan a lo largo de, al menos, un guía-ondas óptico (7) ciclos de redes iguales entre sí, y mediante una fuente de luz (22) se puede emitir una luz pulsada, monocromática, hacia dicho guía-ondas óptico (7) , y mediante un dispositivo de procesamiento de señales (23) se puede detectar y evaluar un tiempo de recorrido de la luz retrodispersada.

4. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la distancia (d) se encuentra establecida, al menos, parcialmente por un tubo de empalme de gas de escape (31) que se encuentra montado adicionalmente sobre el conducto de gas de escape (2) .

5. Instalación (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque el tubo de empalme de gas de escape

(31) es un componente del dispositivo (10) para la determinación del volumen del gas de escape.

6. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el, al menos un, guía-ondas óptico (7) se encuentra dispuesto en una cavidad (9) de un cuerpo de soporte rígido (8) , cuya forma determina el desarrollo del guía-ondas óptico (7) en el conducto de gas de escape (2) , en donde el cuerpo de soporte (8) conforma simultáneamente el dispositivo calentador (8) o el dispositivo de enfriamiento.

7. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la estructura del guía-ondas óptico (6) presenta secciones del guía-ondas óptico que se entrecruzan (7a) , mediante las cuales se conforma una red de guía-ondas óptico (17) , en donde la red del guía-ondas óptico (17) presenta mallas (13) con una abertura de malla W, en donde para la abertura de malla se aplica preferentemente: D*/3 > W > D*/10, en donde W es la abertura de malla, y D* el diámetro del conducto de gas de escape (2) o del tubo de empalme de gas de escape (31) en la zona de la red del guía-ondas óptico (17) .

8. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la estructura del guía-ondas óptico (6) y el dispositivo calentador (8) o el dispositivo de enfriamiento, se encuentran rodeados por un armazón (14) .

9. Instalación (1) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque el armazón (14) se encuentra fijado en el final o en el interior del conducto de gas de escape (2) , contra dicho conducto de gas de escape (2) .

10. Instalación (1) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque el armazón (14) se encuentra sujetado mediante un dispositivo fijador (16) en el interior del conducto de gas de escape (2) , en donde dicho dispositivo fijador (16) se encuentra fijado en el final del conducto de gas de escape (2) .

11. Instalación (1) de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque el armazón (14) se encuentra

conectado con un elemento de sujeción (32) a través de una unión articulada (33) , y dicho elemento se encuentra fijado contra el conducto de gas de escape (2) .

12. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por un dispositivo de limpieza (34) para la limpieza de una superficie exterior de la estructura del guía-ondas óptico (6) y/o del dispositivo calentador (8) o bien, del dispositivo de enfriamiento.

13. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por, al menos, una fuente de luz (22) para la emisión de luz hacia la estructura del guía-ondas óptico (6) y, al menos, un dispositivo de procesamiento de señales (23) que determina la velocidad de flujo del gas de escape a lo largo del trayecto en la estructura del guía-ondas óptico (6) , a partir de la luz retrodispersada desde las redes de Bragg (5) en la estructura del guía-ondas óptico (6) , en el sentido contrario a su sentido de dispersión original, y a partir dicha información se deduce el volumen del gas de escape que fluye a través del conducto del gas de escape (2) .

14. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo calentador (8) o bien, el dispositivo de enfriamiento, se puede desactivar para realizar una medición de la temperatura del gas de escape.

15. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por, al menos, un sensor

(30) para la medición de una concentración de una sustancia contaminante en el gas de escape, y una unidad de evaluación que está diseñada de manera que mediante, al menos, un valor de medición para una concentración de una sustancia contaminante en el gas de escape, y mediante un volumen del gas de escape determinado, determina la emisión de sustancia contaminante de la instalación.

16. Instalación (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque dicha instalación comprende un generador de gas de escape (40) con un dispositivo de control y/o de regulación (42) para dicho generador de gas de escape (40) , en donde el dispositivo de control y/o de regulación (42) se encuentran diseñados de manera que puedan controlar o bien, regular el funcionamiento del generador de gas de escape (40) en relación con un volumen del gas de escape determinado, una temperatura del gas de escape determinada y/o una emisión de sustancia contaminante determinada.