Método y sistema para la purificación del gas de escape de motores diesel.

Sistema para la purificación de un gas de escape de un motor de combustión,

comprendiendo el sistema en serie:

- un intercambiador de calor (10);

- medios para la adición de combustible (3);

- un catalizador de oxidación diesel (2);

- un filtro de partículas diesel (5);

- medios para la adición del agente reductor (7) y

- un catalizador de reducción selectiva (8);

y en el que el intercambiador de calor (10) tiene:

- un primer lado que comunica con el lado de entrada del catalizador de oxidación diesel (2) y que está equipado con una derivación (14) a través del primer lado del intercambiador de calor (10);

- un segundo lado que comunica con el lado de salida del catalizador de reducción selectiva (8) y que está equipado con una derivación (16) a través del segundo lado del intercambiador de calor;

- al menos un deflector (15) instalado en la derivación (14) a través del primer lado del intercambiador de calor (10) adaptado para controlar la cantidad de gas de escape que fluye a través del primer lado del intercambiador de calor (10); y

- al menos un deflector (17) instalado en la derivación (16) a través del segundo lado del intercambiador de calor (10) adaptado para controlar la cantidad de gas de escape que fluye a través del segundo lado del intercambiador de calor (10).

Método y sistema para la purificación del gas de escape de motores diesel.

Campo de la Invención

La invención se refiere a la purificación eficiente del gas de escape.

La invención se refiere específicamente a un método y a un sistema para la eliminación de óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, hollín y restos de hidrocarburos del gas de escape de motores diesel.

La invención es especialmente útil para los vehículos impulsados por motores diesel, que frecuentemente arrancan con el motor frío, o en lugares donde varios motores diesel fríos arrancan durante un día.

Descripción de la técnica relacionada

Métodos para la purificación del gas de escape son conocidos en la técnica, también métodos que incluyen dispositivos que tienen en cuenta el calor necesario y creado.

La solicitud de patente norteamericana n° 2006/0096282 describe la purificación del gas de escape en un aparato con canales paralelos, en el que el gas de escape que entra fluye en cada segundo canal y el saliente en los otros canales. La corriente de gas entra en una cámara, donde es añadido calor mediante un quemador. El gas de escape es limpiado mediante catalizadores colocados en la última parte de los canales aguas arriba de la cámara y colocados en la primera parte de los canales aguas abajo de la cámara. En la parte vacia de los canales el calor es transferido entre el gas de escape sucio y el gas de escape purificado. De esta forma el rendimiento del aparato es ajustado por el quemador que consume combustible en su punto medio.

También la memoria de la patente US 20070059227 describe una purificación de gas de escape, en la que el gas de escape es pasado a través de un filtro de partículas diesel, un catalizador de oxidación y, posteriormente, a través de purificación de NOx. El gas que entra en la purificación de NOx intercambia calor con el gas que sale de la purificación de NOx, donde es desarrollado calor por combustión. De esta manera, algo de energía es guardada para la obtención de una temperatura correcta de la última de las tres etapas de la purificación.

El gas de escape del motor es purificado en un sistema que comprende un calentador, masa térmica y un intercambiador de calor enfriado por fluido, además de los catalizadores de purificación en el procedimiento de la patente norteamericana n° 6.347.511. Aguas arriba del sistema, el gas de escape pasa en parte o en su totalidad a través de un ¡ntercamblador de calor, donde el gas es enfriado o calentado, en este último caso debe aportarse energía al sistema.

Un filtro de partículas diesel purifica los gases de escape mediante un procedimiento descrito en el documento JP 2005299474. Parte del gas que abandona el filtro pasa a través de un espacio anular en torno a parte de la tubería de entrada al filtro. Por tanto, toda la corriente de entrada es calentada por la cantidad de calor que puede ser transferida a través de esa parte de la tubería de entrada.

Otro sistema de filtro de gas de escape está descrito en el documento US 2005/0098042. Esta corriente de gas de escape del motor puede ser total o parcialmente pasada a través de un ¡ntercambiador de calor aguas arriba de un filtro. El ¡ntercamblador de calor es típicamente un ¡ntercambiador de calor de aire/gas, con el gas en tubos Implicando que la transferencia de calor depende del aire ambiente.

Algunos de los procesos de la técnica anterior necesitan suministro de energía adicional para obtener las temperaturas del catalizador o de la combustión de hollín correctas, algunos de los procesos recuperan el calor en cierto grado mediante transferencia a través de superficies de área limitada, y algunos procesos recuperan calor en ¡ntercambladores, que crean una pérdida de presión del gas de escape relativamente alta.

La presente invención se refiere a un método de purificación y a un sistema que poseen alto grado de purificación del gas de escape y un alto grado de recuperación de calor durante todos los modos de operación del motor y simultáneamente la creación de sólo un mínimo de pérdida de presión en el gas de escape.

Sumario de la invención

La invención proporciona un método y un sistema para la purificación de un gas de escape de un motor de combustión que contiene monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos parcialmente quemados y hollín,

y comprende las etapas de oxidar el monóxldo de carbono en el gas de escape en presencia de un catalizador de oxidación que retiene el hollín y las cantidades que quedan de hidrocarburos en el gas de escape oxidado en un filtro, la adición controlada de un agente reductor al gas desde el filtro y la reducción del óxido de nitrógeno y del dióxido de nitrógeno a nitrógeno en presencia de un catalizador de reducción selectiva, y la obtención de un gas de escape purificado. La invención comprende además las etapas de controlar una temperatura en el catalizador de oxidación dejando pasar al menos una parte del gas desde el motor a través de un primer lado de un intercambiador de calor y dejando pasar al menos una parte del gas de escape purificado a través de un segundo lado del intercambiador de calor y conducir la cantidad restante del gas desde el motor por medio de una derivación a través del primer lado del intercambiador de calor y conducir la cantidad restante del gas de escape purificado mediante una derivación a través del segundo lado del intercambiador de calor.

El intercambiador de calor comprende una carcasa, un cierto número de placas rectangulares instaladas en paralelo en la carcasa y una pluralidad de alambres entre las placas, estando los alambres firmemente apretados entre las placas, de modo que dos alambres adyacentes y las placas circundantes forman canales. Los alambres en cada segundo espacio entre las placas son colocados esencialmente en paralelo entre sí y en una forma de S, de modo que los canales conducen una corriente de gas desde una esquina de las placas a una esquina dlametralmente opuesta. Los alambres en los espacios que quedan entre las placas están colocados de modo que los canales formen una configuración que sea una imagen especular de la configuración de los otros canales y las entradas de ambas corrientes estén posicionadas en el mismo lado de la carcasa, obteniéndose así un flujo de gas esencialmente en contra-corriente a través de los canales en los espacios adyacentes entre las placas.

La invención puede comprender la adición controlada de combustible al gas de escape efluente desde el primer lado del intercambiador de calor y/o la derivación a través del primer lado del intercambiador de calor y luego oxidar el combustible en la etapa de oxidación posterior.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un dibujo esquemático que muestra los procesos químicos del sistema de la invención.

La figura 2 es un dibujo esquemático que muestra el sistema de la invención.

La figura 3 es un diagrama que muestra el sistema de acuerdo con una realización de la invención y los principios de control de esta realización.

La figura 4 es un diagrama que muestra el sistema de acuerdo con otra realización de la invención y los principios de control de esta realización.

La figura 5 es un dibujo que muestra una vista tridimensional de un intercambiador de calor de la invención.

La figura 6 es un dibujo que muestra una sección transversal de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención.

La figura 7 es un dibujo que muestra otra sección transversal de un intercambiador de calor de la invención.

La figura 8 es un dibujo que muestra una vista tridimensional de derivaciones de la invención.

La figura 9 es un dibujo que muestra una sección transversal de derivaciones de la invención.

La figura 10 es un dibujo que muestra una vista tridimensional de las derivaciones instaladas en el intercambiador de calor de la invención.

Descripción detallada de la invención

Los motores diesel operan con un exceso de aire y sus gases de escape comprenden óxidos de nitrógeno, NOx, monóxido de carbono, CO, hollín e hidrocarburos parcialmente quemados, todos los cuales implican riesgo para la salud.

Estas impurezas tienen que ser eliminadas, y en la presente invención se ha elegido oxidar el CO posteriormente para atrapar el hollín y los hidrocarburos parcialmente quemados en un filtro, y, finalmente, reducir catalíticamente los óxidos de nitrógeno a nitrógeno libre. Estas reacciones tienen lugar de forma óptima, cuando el gas de escape y el sistema son calentados hasta 300-400° C.

La Invención proporciona un método y un aparato que acortan el tiempo desde el arranque... [Seguir leyendo]

1. Sistema para la purificación de un gas de escape de un motor de combustión, comprendiendo el sistema en serie:

- un intercambiador de calor (10);

- medios para la adición de combustible (3);

- un catalizador de oxidación diesel (2);

- un filtro de partículas diesel (5);

- medios para la adición del agente reductor (7) y

- un catalizador de reducción selectiva (8);

y en el que el intercambiador de calor (10) tiene:

- un primer lado que comunica con el lado de entrada del catalizador de oxidación diesel (2) y que está equipado con una derivación (14) a través del primer lado del intercambiador de calor (10);

- un segundo lado que comunica con el lado de salida del catalizador de reducción selectiva (8) y que está equipado con una derivación (16) a través del segundo lado del intercambiador de calor;

- al menos un deflector (15) instalado en la derivación (14) a través del primer lado del intercambiador de calor (10) adaptado para controlar la cantidad de gas de escape que fluye a través del primer lado del intercambiador de calor

(10); y

- al menos un deflector (17) instalado en la derivación (16) a través del segundo lado del intercambiador de calor (10) adaptado para controlar la cantidad de gas de escape que fluye a través del segundo lado del intercambiador de calor (10).

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que la temperatura en el catalizador de oxidación (2) es controlada por medio del deflector (15) en la derivación a través del primer lado del intercambiador de calor (10) que deja pasar al menos una parte del gas proveniente del motor a través del primer lado del intercambiador de calor (10), y por medio del deflector (17) en la derivación a través del segundo lado del intercambiador de calor (10) que deja pasar al menos una parte del gas de escape purificado a través del segundo lado del intercambiador de calor (10).

3. Sistema según la reivindicación 1, en el que los medios para la adición del agente de reducción (7) y el catalizador de reducción selectiva (8) están instalados entre el catalizador de oxidación diesel (2) y el filtro de partículas diesel (5).

4. Sistema según la reivindicación 1, en el que al menos parte de la superficie del primer lado del intercambiador de calor (10) está recubierta con el catalizador de oxidación diesel.

5. Sistema según la reivindicación 1, en el que al menos parte de la superficie del filtro (5) está recubierta con un catalizador de oxidación.

6. Sistema según la reivindicación 1, en el que al menos parte de la superficie del filtro (5) está recubierta con un catalizador de reducción selectiva.

7. Sistema según la reivindicación 1, en el que el intercambiador de calor (10) comprende además:

- una carcasa (21);

- un cierto número de placas rectangulares (20) instaladas en paralelo en la carcasa (21);

- una pluralidad de alambres (25) entre las placas (20), estando los alambres (25) firmemente apretados entre las placas (20), de modo que dos alambres adyacentes y las placas circundantes forman canales (26);

- los alambres (25) en cada segundo espacio entre las placas (20) están colocados esencialmente en paralelo entre sí y en forma de S, de modo que los canales (26) conducen una corriente de gas desde una esquina de las placas (20) a una esquina diametralmente opuesta;

- los alambres (25) en los espacios que quedan entre las placas (20) están colocados de modo que los canales (26) forman una configuración que es una imagen especular de la configuración de los otros canales (26); y

- las entradas de ambas corrientes son posicionadas en el mismo lado de la carcasa (21), obteniéndose así un flujo de gas esencialmente contra-corriente a través de los canales (26) en los espacios adyacentes entre las placas (20).

8. Sistema según la reivindicación 7, en el que la carcasa (21) tiene forma de caja (28).

9. Sistema según las reivindicaciones anteriores, en el que:

- cada derivación (14, 16) forma un canal;

- los dos canales forman una caja (28);

- las entradas para las dos corrientes de derivación están dispuestas en un lado común;

- las salidas para las dos corrientes de derivación están dispuestas en un lado común; y

- cada una de las dos corrientes entra por un lado de la caja y la abandona por el lado opuesto de la caja (28).

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que:

- la caja (28) es alargada;

- las entradas y salidas están colocadas en dos lados largos opuestos;

- los canales en la caja (28) están separados entre si por una placa que se extiende desde un lado pequeño al otro lado pequeño opuesto; y

- la placa está girada 180° en torno a un eje en paralelo con el lado largo.

11. Sistema según las reivindicaciones anteriores, en el que

- la caja (28) con los canales de derivación está colocada en la carcasa (21) del intercambiador de calor;

- las entradas para la misma corriente del intercambiador de calor (10) y de la caja (28) de canales de derivación están dispuestas adyacentes entre si; y

- las salidas para la misma corriente del intercambiador de calor (10) y de la caja (28) de canales de derivación están dispuestas adyacentes entre si.