DISPOSITIVO PARA LA ALIMENTACION DE AMONIACO A UN CATALIZADOR DE REDUCCION CONECTADO EN LA SECCION DE GAS DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA.

Dispositivo para la alimentación de amoniaco (NH3) en fase gaseosa en un catalizador de reducción conectado en la sección de gas de escape de una máquina motriz de combustión interna,

en particular de un motor diesel, que comprende un depósito unido en el lado de salida con la sección de gas de escape mediante un conducto de alimentación (12, 49) para almacenar un precursor de NH3 (3, 3'', 3''''; 39) disociable aportando calor, como por ejemplo carbamato amónico, así como comprende una instalación de calefacción (4, 42) para producir una disociación termolítica de NH3 del precursor de NH3 (3, 3'', 3''''; 39), caracterizado porque el dispositivo (1, 30, 38) comprende una instalación de calefacción eléctrica (4, 42) dispuesta en el depósito (2; 31, 31''; 33; 44) y conectada a una unidad de control, y porque la instalación de calefacción (4, 42) y el precursor de NH3 (3, 3'', 3''''; 39) están dispuestos la una con respecto al otro en el depósito (2, 44) de manera que se efectúa un calentamiento del precursor de NH3 (3, 3'', 3''''; 39) para la disociación termolítica de NH3 mediante una transmisión directa de calor desde al menos una superficie calentada (6) de la instalación de calefacción (4, 42) al precursor de NH3 (3, 3'', 3''''; 39)

Dispositivo para la alimentación de amoniaco a un catalizador de reducción conectado en la sección de gas de escape de un motor de combustión interna.

El invento se refiere a un dispositivo para la alimentación de amoniaco en fase gaseosa en un catalizador de reducción conectado en la sección de gas de escape de una máquina motriz de combustión interna, en particular de un motor diesel, que comprende un depósito unido en el lado de salida con la sección de gas de escape mediante un conducto de alimentación para almacenar un precursor de NH₃ disociable aportando calor, como por ejemplo carbamato amónico, así como comprende una instalación de calefacción para producir una disociación termolítica de NH₃ del precursor de NH₃.

Además de monóxido de carbono (CO), partículas e hidrocarburos (HC), especialmente los óxidos de nitrógeno (NO_x) pertenecen a las sustancias nocivas primarias directamente emitidas peligrosas para el medio ambiente que se producen durante el funcionamiento de motores de combustión interna, en particular motores diesel. Un empleo de catalizadores de tres vías, como se emplean en motores Otto y motores de gas, no es aplicable debido a un exceso de oxígeno en el gas de escape de los motores diesel. Por esta razón fue desarrollado para la reducción de la emisión de óxidos de nitrógeno un catalizador SCR (Selective Catalitic Reduction-Katalisator) que trabaja selectivamente, en el cual con un agente reductor alimentado, precisamente amoniaco (NH₃), los óxidos de nitrógeno expulsados son reducidos al N₂ propio del aire y H₂O.

Un dispositivo del género indicado para la alimentación de amoniaco en su fase gaseosa en la sección de gas de escape de un motor de combustión interna de un automóvil es conocido por el documento DE 197 20 209 C1. Este equipo desnitrogenador comprende un convertidor estanco al gas y a prueba de presión, en el cual se encuentra un material disociador termolíticamente de NH₃ o una mezcla de materiales disociadora termolíticamente de NH₃ - un denominado precursor de NH₃ -. Como material puede estar previsto por ejemplo carbamato amónico. El convertidor está unido mediante un conducto de alimentación con la sección de gas de escape de un motor diesel, desembocando el conducto de alimentación en la sección de gas de escape en la dirección de flujo del gas de escape delante del lado de entrada de un catalizador SCR. Como equipo dosificador está prevista una válvula pulsante, que está mandada mediante una unidad de control, de manera que con dependencia de determinados datos de características de funcionamiento del motor puede ser inyectada la cantidad necesaria de NH₃ en el flujo de gas de escape. El convertidor se compone en esencia de un depósito de reacción a prueba de presión, el cual está rodeado por una instalación de calefacción configurada como serpentín térmico. La instalación de calefacción está integrada mediante un conducto de admisión y un conducto de derivación en el circuito de agua de refrigeración del motor diesel.

Mediante calentamiento del por ejemplo carbamato amónico empleado como precursor de NH₃ éste se descompone en NH₃ y CO₂. Esta mezcla de gas se acumula en el depósito de reacción a prueba de presión hasta el establecimiento de una presión interna adecuada. Al alcanzar una determinada presión interna en el depósito de reacción se presenta un estado de equilibrio, de manera que no se descompone más carbamato amónico. Bajo condiciones de funcionamiento del motor, en el cual el agua de refrigeración que fluye a través de la instalación de calefacción presenta por regla general una temperatura entre 80 y 100ºC, existe en el depósito de reacción una presión correspondiente al estado de equilibrio, la cual para el carbamato amónico está situada en unos 3 - 4 bar. A fin de que pueda ser proporcionada una cantidad suficiente de NH₃ para la inyección en el flujo de gas de escape con un funcionamiento dinámico del motor diesel, el convertidor sirve asimismo como acumulador de gas de reacción, para almacenar una cantidad determinada de gas de reacción o el NH₃ contenido en él.

Este sistema previamente conocido trabaja por lo tanto según el principio de que en el convertidor es almacenada una cierta cantidad de NH₃ que está bajo una cierta presión, de la cual luego es retirada la dosis de NH₃ necesaria en cada caso para desnitrogenar de los gases de escape en la sección de gas de escape. Es ventajoso en este sistema previamente conocido frente a un acarreo de NH₃ en botellas a presión el que sólo exista una cantidad relativamente pequeña de NH₃ comparada con una acarreada en botellas a presión.

Son conocidos además semejantes dispositivos con los cuales se efectúa justo a tiempo una disociación de NH₃ de un precursor de NH₃ para la reducción de NO_x. Un dispositivo semejante es conocido por ejemplo por el documento DE 34 22 175 A1. La generación del NH₃ se realiza por calentamiento del precursor de NH₃, formándose en cada caso sólo una cantidad de NH₃ tal como éste se necesita, en correspondencia al respectivo estado de carga del motor. Según el documento DE 34 22 175 A1 se realiza una dosificación de la cantidad de NH₃ necesitada en cada caso mediante control de la potencia de calefacción. El precursor de NH₃ se almacena según este estado de la técnica en un depósito, al que está postconectada una cámara de descomposición calentable, en la cual se realiza la termolisis del precursor de NH₃. En el lado de salida esta cámara de descomposición está unida a través de un conducto de alimentación con la sección de gas de escape de la máquina motriz de combustión interna. Como instalaciones de calefacción han sido propuestos calentadores eléctricos por resistencia o radiadores de infrarrojos.

Sin duda la aplicación de este dispositivo previamente conocido es apropiada para instalaciones estacionarias, las cuales en general sólo están sometidas a pocos cambios de carga y aun entonces sólo a cambios de carga determinados de antemano. Para un uso en el campo móvil, como por ejemplo en vehículos industriales o coches de turismo, el empleo de esta tecnología previamente conocida es inadecuado, puesto que el tiempo de reacción del sistema es demasiado lento y por lo tanto el sistema es demasiado inerte para en el tráfico rodado poder satisfacer los cambios de carga del motor que se producen inesperadamente y en rápida sucesión con correspondientemente diferentes emisiones de NO_x. Si precisamente es registrado el estado de funcionamiento del motor en un momento determinado y de ello se calcula una determinada dosificación de NH₃, en primer lugar el material que disocia el NH₃ para al producción de la mezcla de gas de NH₃ debe ser alimentado a la cámara de descomposición y allí ser calentado. En el tráfico rodado, en particular en el tráfico urbano, un motor está sujeto sin embargo a continuos y sobre todo imprevistos cambios de carga, de manera que la cantidad de NH₃ alimentada últimamente no está adaptada a un estado de funcionamiento del motor modificado en intervalos de tiempo intermedios. Si es alimentado demasiado poco NH₃, también la reducción de NO_x posible con ello es realizable sólo limitadamente. Si el NH₃ alimentado está sobredosificado, no sale NH₃ oxidado del catalizador.

Partiendo del estado de la técnica expuesto sirve por eso de base al invento el problema de perfeccionar un dispositivo del género mencionado al principio de manera que con éste sea posible la preparación de una dosis de NH₃ requerida como fase gaseosa para alimentar en un catalizador de reducción conectado en la sección de gas de escape de una máquina motriz de combustión interna y que este dispositivo sea apropiado especialmente para un empleo en un funcionamiento dinámico de la máquina motriz de combustión interna.

Este problema es solucionado mediante un dispositivo del género indicado mencionado al principio, en el cual el dispositivo comprende una instalación de calefacción eléctrica dispuesta en el depósito y conectada a una unidad de control, y porque la instalación de calefacción y el precursor de NH₃ están dispuestos la una con respecto al otro en el depósito de manera que se efectúa un calentamiento del precursor de NH₃...

1. Dispositivo para la alimentación de amoniaco (NH₃) en fase gaseosa en un catalizador de reducción conectado en la sección de gas de escape de una máquina motriz de combustión interna, en particular de un motor diesel, que comprende un depósito unido en el lado de salida con la sección de gas de escape mediante un conducto de alimentación (12, 49) para almacenar un precursor de NH₃ (3, 3', 3''; 39) disociable aportando calor, como por ejemplo carbamato amónico, así como comprende una instalación de calefacción (4, 42) para producir una disociación termolítica de NH₃ del precursor de NH₃ (3, 3', 3''; 39), caracterizado porque el dispositivo (1, 30, 38) comprende una instalación de calefacción eléctrica (4, 42) dispuesta en el depósito (2; 31, 31'; 33; 44) y conectada a una unidad de control, y porque la instalación de calefacción (4, 42) y el precursor de NH₃ (3, 3', 3''; 39) están dispuestos la una con respecto al otro en el depósito (2, 44) de manera que se efectúa un calentamiento del precursor de NH₃ (3, 3', 3''; 39) para la disociación termolítica de NH₃ mediante una transmisión directa de calor desde al menos una superficie calentada (6) de la instalación de calefacción (4, 42) al precursor de NH₃ (3, 3', 3''; 39).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el precursor de NH₃ contenido en el depósito (2, 44) es un material sólido, en particular una pieza prensada en forma de barra (3, 3', 3''; 39).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el material sólido se apoya atacado por presión en la al menos una superficie calentada (6) de la instalación de calefacción (4, 42).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el depósito (2) está dividido mediante un émbolo en dos secciones (16, 17) del depósito separadas una con otra estancas al gas, estando dispuestos en una sección (16) del depósito el precursor de NH₃ (3, 3', 3'') y la instalación de calefacción (4) y en la otra sección (17) del depósito un mecanismo de apriete (18) que trabaja mecánicamente colocado sobre el precursor de NH₃ (3, 3', 3'').

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque para el accionamiento del mecanismo de apriete (18) un actuador, por ejemplo un motor eléctrico (23), está dispuesto por fuera del depósito (2) y conectado mediante un acoplamiento desacoplable (22) al mecanismo de apriete (18) que se encuentra dentro del depósito (2).

6. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el depósito (33, 34) está dividido mediante un émbolo en dos secciones (16, 17) del depósito separadas una de otra estancas al gas, estando dispuestos en una sección (16) del depósito el precursor de NH₃ (3, 3', 3''; 39) y la instalación de calefacción (4, 42) y estando la otra sección del depósito llena de un gas que está bajo presión, por ejemplo nitrógeno.

7. Dispositivo según las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el émbolo es un émbolo giratorio (15).

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la instalación de calefacción (4, 42) comprende una placa de calefacción (5; 46) dispuesta en la zona de la salida del depósito (2, 33, 44) que desemboca en el conducto de unión (12, 49), en una superficie (6) de la cual se apoya el precursor de NH₃ (3, 3', 3''; 39).

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque en el lado de la placa de calefacción (46) de la instalación de calefacción (42) dirigido hacia fuera del precursor de NH₃ (39) está dispuesta una calefacción eléctrica por radiación (43, 43', 43'').

10. Dispositivo según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque el lado de la placa de calefacción (46) dirigido hacia el precursor de NH₃ (39) presenta una estructuración superficial en forma de botones.

11. Dispositivo según la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque la placa de calefacción (46) se compone de un material vitrocerámico transparente o translúcido.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el depósito (2, 44) con su contenido es desmontable de los restantes componentes del dispositivo (1, 38) y la salida del depósito (2) está conectada por medio de un acoplamiento (13) al conducto de alimentación (12, 49).

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la instalación de calefacción comprende varios elementos de calefacción controlables independientemente unos de otros y porque a cada elemento de calefacción está asignada una reserva propia de precursor de NH₃.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el dispositivo (30) comprende varios depósitos (31, 31') con una instalación de calefacción en cada caso.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque en el conducto de alimentación (49) está conectada una válvula maniobrable (50).

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque la superficie de válvula móvil (54) de la válvula (50) que coopera con el asiento de válvula fijo (57) es la superficie intercambiadora de calor de un elemento Peltier (51).