Procedimiento de tratamiento de un flujo de aire de combustión en un proceso de combustión.

Un procedimiento para el tratamiento de un flujo de aire de combustión (A) en un proceso de combustión,

en el que al menos una parte de dicho flujo de aire de combustión (A) está sometido a ionización, obteniendo un flujo de aire ionizado (A*), y dicho flujo de aire ionizado se proporciona a dicho proceso de combustión; estando la ionización del aire controlada para limitar la generación de iones positivos, obteniendo una proporción predeterminada entre los iones positivos y los negativos; comprendiendo el procedimiento una atenuación o reducción del componente positivo de la tensión de ionización, para obtener dicha limitación de la generación de iones positivos, caracterizado porque dicho aire se ioniza con al menos un dispositivo de ionización que comprende dos electrodos (101, 102) separados por un cuerpo de material dieléctrico (100), estando uno de dichos dos electrodos (102) conectado a tierra y estando el otro electrodo (101) alimentado con una tensión V(t) que tiene un valor alternante en el tiempo con respecto a una tensión nula, en el que el valor RMS (Vef, -) asociado con las semi-ondas negativas de dicha tensión V(t) es superior al valor RMS (Vef,+) asociado con las semi-ondas positivas, estando dicho electrodo bajo tensión (101) conectado al arrollamiento secundario (121) de un transformador de rejilla de alta tensión, y estando las semi-ondas positivas de la señal de tensión proporcionadas a dicho electrodo atenuadas por medio de una o más resistencias (122-124) y al menos un diodo (125), obteniendo una nivelación de los valores de pico de las semi-ondas positivas.

Procedimiento de tratamiento de un flujo de aire de combustión en un proceso de combustión Campo de la invención La invención se refiere al campo de la combustión. En particular, la invención se refiere a un procedimiento para reducir la emisión y, por lo tanto, el impacto ambiental de un proceso de combustión. En más detalle, la invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de un flujo de aire de combustión en un proceso de combustión.

Los documentos JP 2004 028070, US 3.878.469, JP 2006 161 760 y JP 01232 (56 desvelan diversos procedimientos para tratar un flujo de aire de combustión.

Técnica anterior

Se sabe bien que la combustión de un combustible fósil produce una serie de contaminantes, incluyendo óxidos de nitrógeno NOx, óxidos de azufre SOx, monóxido de carbono, compuestos orgánicos volátiles (COV) , hidrocarburos residuales (HC) y partículas. Estos contaminantes tienen una serie de efectos negativos tanto sobre el medio ambiente como directamente sobre el hombre. La combustión también produce dióxido de carbono (CO2) , que no es un contaminante como tal, ya que se obtiene a partir de la oxidación total del carbono, pero se ha demostrado que es el responsable del ya conocido efecto "invernadero" con fuertes repercusiones medioambientales.

La formación de los contaminantes que se han mencionado anteriormente se obtiene tanto a partir de impurezas en el combustible, por ejemplo, en el caso de la formación de óxido de azufre a partir del azufre contenido en el gas o el carbón, como a partir de las reacciones implicadas en el proceso de combustión, que es muy complejo. Por ejemplo, los hidrocarburos residuales y las partículas proceden de la combustión incompleta del carbono, mientras que los óxidos de nitrógeno se forman a través de complejas reacciones químicas que implican nitrógeno, inevitablemente presente en el aire de combustión.

Existen una serie de remedios y disposiciones para intentar reducir el impacto ambiental de un proceso de combustión, que generalmente se basan en el principio del tratamiento de los gases con el fin de eliminar un contaminante determinado, o bien de modificar los parámetros de la combustión, por ejemplo, reduciendo la temperatura con el reciclaje de los gases de escape, con el fin de impedir su formación. Sin embargo, algunas de estas disposiciones, por ejemplo la desulfurización y la desnitrificación de los gases, son costosas y complicadas y sólo se pueden aplicar a grandes instalaciones. Sin embargo, se sabe que muchos de los contaminantes provienen de calderas de incluso mediano o pequeño tamaño (por ejemplo para calefacción) , así como de de los motores de los vehículos.

El tratamiento previo del combustible (por ejemplo, la eliminación de azufre, impurezas, etc.) puede aplicarse exclusivamente a los sistemas de de gran tamaño, y aún no resuelve completamente los problemas que se han indicado anteriormente. El tratamiento del aire de combustión, en la técnica anterior, comprende el precalentamiento del aire, que se hace para mejorar el rendimiento, y/o la posible dilución con una parte de los gases de escape, lo que puede reducir los picos de temperatura y reducir la formación de algunos contaminantes, en particular NOx.

Haciendo referencia en más detalle a motores de combustión interna para vehículos (tanto ligeros como pesados) , en los últimos años se ha intentado abordar su impacto ambiental, adoptando el tratamiento catalítico de los gases, que se hace necesario por las regulaciones cada vez más estrictas. Además, los motores diesel son responsables de las emisiones sustanciales de partículas, lo que se intenta reducir con una combustión posterior de los gases en los denominados filtros de partículas. Sin embargo, estos filtros son costosos y no siempre pueden emplearse en los vehículos existentes.

Las partículas contenidas en los gases de escape de un motor guardan relación con el coeficiente de opacidad (k) que se correlaciona con la relación entre la intensidad de una luz incidente y la intensidad que pasa a través de los gases, para una trayectoria lineal definida. Por ejemplo, se describe un procedimiento para medir el coeficiente de opacidad en la Norma Internacional ISO 11614:1999.

En general, la adopción de normas de emisiones cada vez más duras trae una serie de problemas económicos, incluyendo: el aumento del coste de los nuevos automóviles, pérdida de valor de los automóviles de segunda mano, y la imposibilidad de acceder a centros históricos con vehículos que no cumplan con las normas más recientes.

Se encuentran problemas similares en el campo de la generación de calor. Por ejemplo, se sabe que una contribución igualmente notable a la contaminación atmosférica proviene de calderas y de sistemas de calefacción.

Resumen de la invención El problema que forma la base de la invención es proporcionar un sistema simple, eficaz y de bajo coste para reducir el impacto ambiental de los procesos de combustión. En particular, la invención propone proporcionar un sistema que puede aplicarse tanto en instalaciones fijas, por ejemplo, calderas, como en motores de automóviles.

La idea que forma la base de la presente invención consiste en un tratamiento de ionización anticipado del aire de combustión, o al menos de una parte del aire de combustión. Por lo tanto, un primer aspecto de la invención consiste en un procedimiento para el tratamiento de un flujo de aire de combustión en un proceso de combustión, caracterizado porque al menos una parte de dicho flujo de aire de combustión está sometido a ionización, obteniendo un flujo de aire ionizado, y dicho flujo de aire ionizado se proporciona a dicho proceso de combustión.

Por el término aire de combustión, para los fines de la presente invención, se incluye aire atmosférico o bien aire enriquecido con oxígeno y/o posiblemente mezclado con otros gases, por ejemplo, mezclado con gases de escape reciclados. El término "someter dicho flujo de aire de combustión a ionización", tiene como objeto que el flujo de aire de combustión, o al menos una parte del mismo, se someta a un proceso de ionización antes de mezclarse y/o entrar en contacto con el combustible y, preferiblemente, antes de entrar en la cámara de combustión.

Dicho proceso de ionización se obtiene haciendo que al menos una parte del flujo de aire de combustión pase a través de un campo eléctrico de la intensidad adecuada. Por ejemplo, el flujo de aire se extiende al menos a un ionizador que produce un campo eléctrico y provoca la ionización del aire. El proceso de ionización y, en particular la ionización del aire, se conoce y, por lo tanto, no se describe aquí en detalle. Las moléculas eléctricamente neutras (principalmente O2, N2) de aire se separan en dos o más partes (iones) con cargas eléctricas positivas o negativas. La disociación tiene lugar mediante la adición de energía. Preferiblemente, de acuerdo con la invención, la ionización es causada a través de la generación de un campo eléctrico adecuado.

En algunas realizaciones de la invención, el flujo de aire de combustión, o al menos una parte del mismo, cruza un campo eléctrico alternante que tiene una tensión alta continua o alterna, con un valor nominal de algunos miles de voltios, preferiblemente entre 2 y 5 kV, y más preferiblemente entre 2 y 3 kV. Sin embargo, en otras realizaciones es posible adoptar valores mayores, por ejemplo 9 kV. Si la tensión de ionización es alternante, la frecuencia de oscilación es preferiblemente aproximadamente 50 kHz; por ejemplo, está entre 40 y 60 kHz, y más preferiblemente entre 45 y 50 kHz. En particular, en la aplicación a motores de combustión interna de ciclo diesel, para su uso en automóviles, se han obtenido resultados óptimos con un ionizador de tubo, que funciona con una tensión nominal de aproximadamente 2500 V y una frecuencia de aproximadamente 50 kHz. El ionizador se dispone para interceptar el flujo de aire tomado por el motor, preferiblemente corriente arriba del anemómetro (detector de velocidad del flujo de aire) .

Un aspecto de la invención consiste en un control del proceso de ionización del aire con el efecto de limitar la generación de iones positivos, para obtener iones positivos y negativos en una proporción adecuada para la aplicación específica, como por ejemplo una caldera o un motor. Un aspecto particular de la invención consiste en controlar la ionización del aire para obtener un flujo de aire de combustión ionizado que contiene iones positivos y negativos en una proporción predeterminada. El Solicitante ha descubierto que en los procesos de ionización conocidos, la producción de iones positivos es sustancialmente superior que la producción... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para el tratamiento de un flujo de aire de combustión (A) en un proceso de combustión, en el que al menos una parte de dicho flujo de aire de combustión (A) está sometido a ionización, obteniendo un flujo de aire ionizado (A*) , y dicho flujo de aire ionizado se proporciona a dicho proceso de combustión; estando la ionización del aire controlada para limitar la generación de iones positivos, obteniendo una proporción predeterminada entre los iones positivos y los negativos; comprendiendo el procedimiento una atenuación o reducción del componente positivo de la tensión de ionización, para obtener dicha limitación de la generación de iones positivos, caracterizado porque dicho aire se ioniza con al menos un dispositivo de ionización que comprende dos electrodos (101, 102) separados por un cuerpo de material dieléctrico (100) , estando uno de dichos dos electrodos (102) conectado a tierra y estando el otro electrodo (101) alimentado con una tensión V (t) que tiene un valor alternante en el tiempo con respecto a una tensión nula, en el que el valor RMS (Vef, -) asociado con las semi-ondas negativas de dicha tensión V (t) es superior al valor RMS (Vef, +) asociado con las semi-ondas positivas, estando dicho electrodo bajo tensión (101) conectado al arrollamiento secundario (121) de un transformador de rejilla de alta tensión, y estando las semi-ondas positivas de la señal de tensión proporcionadas a dicho electrodo atenuadas por medio de una o más resistencias (122-124) y al menos un diodo (125) , obteniendo una nivelación de los valores de pico de las semi-ondas positivas.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, siendo dicha proporción entre iones positivos y negativos preferiblemente aproximadamente 1:4, es decir, 2/10 de iones positivos y 8/10 de iones negativos.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, teniendo la tensión del campo eléctrico que provoca la ionización del aire un valor nominal entre 2 y 5 kV, y más preferiblemente entre 2 y 3 kV.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, teniendo dicho campo eléctrico una frecuencia de oscilación entre 20 y 60 kHz, y más preferiblemente entre 45 y 50 kHz.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, estando sometida dicha al menos una parte del flujo de aire de combustión (A) a ionización corriente arriba de la entrada a una cámara de combustión (C) , obteniendo dicho flujo de aire ionizado (A*) .

6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo dicho dispositivo de ionización del tipo tubo, que comprende un tubo dieléctrico y dos electrodos respectivamente dentro y fuera de dicho tubo.

7. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

- dicho proceso de combustión es el proceso de combustión en un motor de combustión interna de ciclo diesel;

- la ionización del aire de combustión tiene lugar con un ionizador de tubo (12) , que funciona con una tensión nominal de aproximadamente 2500 V y una frecuencia de aproximadamente 50 kHz.

8. Un procedimiento para modificar un motor de combustión interna de un automóvil, caracterizado porque:

- se proporciona al menos un ionizador (12) en la trayectoria del aire (A) para alimentar dicho motor, de manera que dicho ionizador sea alcanzado por al menos una parte del aire tomado por el motor,

- se proporciona un circuito de control (106) de dicho ionizador, adaptado para controlar dicho ionizador a fin de poner en marcha un tratamiento de ionización de al menos una parte del aire tomado por el motor, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

9. Un kit para modificar el sistema de alimentación de un motor de combustión interna de un automóvil, que comprende al menos un ionizador adaptado para su instalación en la trayectoria del aire de alimentación de dicho motor, y un circuito de control de dicho ionizador, para poner en marcha un tratamiento de ionización de al menos una parte del aire tomado por el motor, siendo dicho tratamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

10. Un automóvil que comprende un motor de combustión interna y al menos un ionizador instalado en la trayectoria del aire de alimentación de dicho motor, y un circuito de control de dicho ionizador, para poner en marcha un tratamiento de ionización de al menos una parte del aire tomado por el motor, siendo dicho tratamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.