Sistema de reducción de materiales en partículas en gases de escape.

Sistema de reducción de materiales en partículas en gases de escape,

que está conectado a un tubo de escape (140) de un motor (20) que quema un combustible a base de hidrocarburos suministrado desde un depósito de almacenamiento de combustible (10), y recoge y elimina materiales en partículas de los gases de escape, comprendiendo el sistema de reducción:

un reactor de plasma (150) que tiene una entrada (163) para gas y una salida (162); y

un colector de filtro de partículas diésel (30) que tiene un filtro (35),

en el que el tubo de escape (140) del motor (20) comunica con el colector de filtro de partículas diésel (30) y la salida (162) del reactor de plasma (150) comunica con el tubo de escape (140) que conecta el motor (20) y el colector de filtro de partículas diésel (30), y

el reactor de plasma (150) tiene una entrada de combustible (176) y la entrada de combustible está conectada al depósito de almacenamiento de combustible (10),

caracterizado por el hecho de que el combustible inyectado a través de la entrada de combustible (176) reacciona con plasma en una cámara de reacción (161) de manera que el combustible se quema para aumentar la temperatura de los gases de escape, y se transfiere al colector de filtro de partículas diésel (30).

Sistema de reducción de materiales en partículas en gases de escape.

Campo técnico 5

La presente invención se refiere a un sistema de tratamiento posterior de gases de escape de un vehículo, y más concretamente se refiere a un reactor de plasma y un sistema de reducción para materiales en partículas en gases de escape, en el que el reactor y el sistema pueden servir para oxidar y eliminar eficazmente los materiales en partículas calentando los gases de escape antes de un filtro en un colector de filtro de partículas diesel (DPF) para 10 eliminar materiales en partículas de gases de escape que salen de un motor.

Estado de la técnica

Del documento US 2003/0200742 A, por ejemplo, se conoce un aparato y un procedimiento para regenerar un filtro 15 de partículas de un sistema de escape de un motor de combustión interna.

Los materiales en partículas (PM) de los gases de escape de un vehículo salen principalmente de motores diesel, que generalmente controlan la potencia mediante una relación de mezcla de aire y combustible. Los motores diesel aumentan el suministro de combustible respecto a una cantidad de aire y queman el combustible cuando se requiere 20 una elevada potencia instantánea. Cuando esto ocurre, puede generarse una gran cantidad de contaminantes de escape de vehículos por la combustión incompleta del combustible debido a la escasez de aire. Además, durante la combustión en un motor diesel puede aparecer una cantidad localmente densa de PM ya que el tiempo de pulverización de combustible en una cámara de combustión es extremadamente rápido en comparación con un aumento resultante de la cantidad de aire de admisión y, por lo tanto, puede generarse una gran cantidad de 25 contaminantes de escape del vehículo. Generalmente, el PM tiene un diámetro mínimo e incluye una gran cantidad de materiales orgánicos solubles además de partículas de carbono. La investigación sobre los peligros para el cuerpo humano está avanzando en base a recientes informes dado que se trata de un factor de cáncer de pulmón.

Los colectores de DPF utilizan una tecnología de recogida y quema de PM que salen de los motores diesel, y 30 pueden reducir las PM en más de un 80%. Sin embargo, la tecnología presenta inconvenientes de un elevado coste y una incertidumbre de la durabilidad. La tecnología de colectores de DPF se clasifica principalmente como recogida de PM, y tecnología de regeneración y control.

Los procedimientos de colectores de DPF se clasifican como procedimientos de regeneración activa y 35 procedimientos de regeneración pasiva de acuerdo con el procedimiento de quemado de PM durante un proceso de regeneración. El procedimiento de regeneración activa aplica activamente calor para la regeneración utilizando un calentador eléctrico, un quemador, o un acelerador, y el procedimiento de regeneración pasiva regenera un filtro con aditivos o catalizadores de oxidación utilizando el calor de los gases de escape. Dado que un vehículo que principalmente circula por ciudad emite gases de escape de baja temperatura y, por lo tanto, no se puede obtener el 40 rendimiento deseado solamente con un procedimiento de regeneración pasiva, generalmente se adopta un procedimiento de combinación utilizando tanto regeneración activa como regeneración pasiva.

La tecnología de DPF del procedimiento de regeneración pasiva disminuye la temperatura de regeneración pasiva de PM de 650 ºC a 300 ºC utilizando catalizadores o aditivos. Sin embargo, el procedimiento de regeneración pasiva 45 es difícil de aplicar directamente a autobuses urbanos ya que los autobuses urbanos funcionan a baja velocidad y paran con frecuencia y, por lo tanto, la temperatura de los gases de escape es baja o normalmente por debajo de 250 ºC. El procedimiento también es difícil de aplicar a vehículos diesel de tamaño pequeño o medio en los que la temperatura de los gases de escape es baja en el intervalo entre 150 ºC y 200 ºC.

Si se aplica el procedimiento de regeneración activa utilizando un calentador eléctrico, el coste de la energía eléctrica requerida se vuelve excesivamente elevado. Si se aplica el procedimiento de regeneración activa utilizando un quemador que tiene una estructura simple, es difícil controlar el funcionamiento de acuerdo con el estado del oxígeno en los gases de escape, que varía dependiendo de las condiciones de funcionamiento puesto que el quemador utiliza el oxígeno que hay en los gases de escape. El procedimiento de estrangulamiento o inyección de 55 aditivos de combustible disminuye la temperatura de oxidación de las PM en el catalizador, pero el procedimiento necesita un dispositivo para el estrangulamiento en el tubo de admisión/escape y presenta la posibilidad de contaminación secundaria por los aditivos.

Descripción 60

Problema Técnico

La presente invención presenta un sistema de reducción de materiales en partículas en el que un reactor de plasma de funcionamiento rápido aplica calor a los gases de escape que avanzan hacia un filtro de un colector de DPF para 65

la eliminación de materiales en partículas en gases de escape de un motor y, por lo tanto, el filtro puede oxidarse y eliminar los materiales en partículas recogidos de una manera rápida y eficaz.

La presente invención también dispone un sistema de reducción de materiales en partículas en el cual se transfiere combustible líquido suministrado desde un depósito de almacenamiento de combustible a una sección de filtro 5 después de ser reformado a materiales de pre-oxidación que pueden oxidarse en el filtro previamente por un reactor de plasma, y provocando de este modo unas buenas condiciones para la oxidación de los materiales de partículas recogidos, de manera que la oxidación de los materiales en partículas puede facilitarse de manera eficaz.

La presente invención también dispone un sistema de reducción de materiales en partículas en el que una estructura 10 de un reactor de plasma se reforma para mejorar la miscibilidad del gas y líquido suministrado y, de este modo, se garantiza la fiabilidad de funcionamiento del sistema global.

La presente invención también dispone un sistema de reducción de materiales en partículas en el que un reactor de plasma guía de manera estable una llama creada por combustible líquido que es pulverizado y suministrado al 15 reactor de plasma y calienta gases de escape y, por lo tanto, los gases de escape calientes se suministran a un filtro de manera que los catalizadores de oxidación del filtro pueden oxidar y quemar materiales en partículas acumulados y pueden generar buenas condiciones para la regeneración del filtro.

La presente invención también dispone un sistema de reducción de materiales en partículas en el que el combustible 20 líquido se pulveriza y se suministra a una llama formada desde un reactor de plasma y, de este modo, el combustible evaporado se suministra inmediatamente y de manera continua a un filtro de modo que los catalizadores de oxidación del filtro pueden oxidarse y calentar el combustible evaporado y pueden generarse buenas condiciones para la regeneración de los materiales en partículas.

Solución técnica

De acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención, un sistema de reducción de materiales en partículas en gases de escape, que está conectado a un tubo de escape de un motor que quema un combustible a base de hidrocarburos suministrado desde un depósito de almacenamiento de combustible, y recoge y elimina 30 materiales en partículas de los gases de escape, puede incluir un reactor de plasma que tiene una entrada de gas y una salida, y un colector de DPF (filtro de partículas diesel) que tiene un filtro.

El tubo de escape del motor puede comunicarse con la entrada de gas del reactor de plasma, y la salida del reactor de plasma puede comunicarse con el colector de DPF. Los gases de escape emitidos desde el motor pueden ser 35 transferidos al colector de DPF después de ser calentados al pasar por el reactor de plasma.

El reactor de plasma puede incluir un cuerpo que incluya una cámara de reacción que presente la entrada de gas y la salida y una base formada en el extremo inferior de la cámara de reacción, incluyendo la base una cámara de mezcla que comunica con la entrada de gas y que comunica con la cámara de reacción a través de un orificio de 40 entrada, y un electrodo que sobresale dentro de la cámara de reacción a la vez que queda soportado por la base y queda separado de la superficie interior de la cámara de reacción.

Sobre la base del cuerpo puede estar formada una entrada de combustible y en el interior del electrodo puede estar formada una cámara de calentamiento, comunicando... [Seguir leyendo]

1. Sistema de reducción de materiales en partículas en gases de escape, que está conectado a un tubo de escape (140) de un motor (20) que quema un combustible a base de hidrocarburos suministrado desde un depósito de almacenamiento de combustible (10) , y recoge y elimina materiales en partículas de los gases de escape, comprendiendo el sistema de reducción: 5

un reactor de plasma (150) que tiene una entrada (163) para gas y una salida (162) ; y un colector de filtro de partículas diésel (30) que tiene un filtro (35) , en el que el tubo de escape (140) del motor (20) comunica con el colector de filtro de partículas diésel (30) y la salida (162) del reactor de plasma (150) comunica con el tubo de escape (140) que conecta el motor (20) y el colector de 10 filtro de partículas diésel (30) , y

el reactor de plasma (150) tiene una entrada de combustible (176) y la entrada de combustible está conectada al depósito de almacenamiento de combustible (10) , 15

caracterizado por el hecho de que el combustible inyectado a través de la entrada de combustible (176) reacciona con plasma en una cámara de reacción (161) de manera que el combustible se quema para aumentar la temperatura de los gases de escape, y se transfiere al colector de filtro de partículas diésel (30) .

2. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el reactor de plasma comprende: 20

un cuerpo (160) que incluye una cámara de reacción (161) que tiene la entrada de gas (163) y la salida (162) y una base (165) formada en el extremo inferior de la cámara de reacción (161) , incluyendo la base una cámara de mezcla (167) que comunica con la entrada de gas y comunica con la cámara de reacción (161) a través de un orificio de entrada (168) ; y 25

un electrodo (170) que sobresale hacia la cámara de reacción (161) mientras es soportado por la base (165) y queda separado de la superficie interior de la cámara de reacción (161) .

3. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la entrada de combustible (176) está formada 30 en la base (165) del cuerpo (160) y en el electrodo (170) hay formada una cámara de calentamiento (175) , comunicando la cámara de calentamiento con la cámara de mezcla (176) y estando conectada la entrada de combustible (176) a la cámara de calentamiento (175) .

4. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el tubo de escape (140) del motor se bifurca y 35 comunica con el colector de filtro de partículas diésel (30) y la entrada para gas del reactor de plasma (150) , respectivamente,

en el que parte de los gases de escape que salen del motor son transferidos al colector de filtro de partículas diésel (30) después de ser calentados al atravesar el reactor de plasma (150) , y 40

en el que el combustible inyectado a través de la entrada de combustible (176) reacciona con plasma en la cámara de reacción (161) junto con los gases de escape que fluyen a través de la entrada de gas.

5. Sistema de reducción de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la entrada de combustible (165) va 45 montado un conducto de suministro de combustible (181) fijado a la base (165) del cuerpo (160) , y en un lado del conducto de suministro de combustible (181) va montado un conducto de suministro de gas (182) mientras se comunican entre sí, pulverizando de ese modo el combustible suministrado a través del conducto de suministro de combustible hacia la cámara de calentamiento (175) con el gas suministrado a través del conducto de suministro de gas. 50

6. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el reactor de plasma (150) comprende, además,

un primer inyector de combustible (280) que está montado en una primera entrada de combustible (281) formada en 55 la base (265) del cuerpo (260) y que pulveriza combustible líquido hacia la cámara de mezcla (267) , y

un segundo inyector de combustible (290) que está montado en una segunda entrada de combustible (291) conectada a la cámara de reacción (261) y que pulveriza combustible líquido hacia la cámara de reacción (261) .

7. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 6, en el que en el electrodo (270) hay formada una cámara de calentamiento (275) , comunicando la cámara de calentamiento (275) con la cámara de mezcla (267) y estando conectada la primera entrada de combustible (281) a la cámara de calentamiento (275) , de manera que el primer inyector de combustible (280) pulveriza combustible líquido hacia la cámara de calentamiento (275) .

8. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el segundo inyector de combustible (290) está montado para inclinarse en un ángulo respecto a la superficie interior de la cámara de reacción (261) en el lado de la misma, y pulveriza y suministra combustible líquido por encima del electrodo dentro de la cámara de reacción (261) .

9. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el primer inyector de combustible (280) y el 5 segundo inyector de combustible (290) están conectados al depósito de almacenamiento de combustible.

10. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 6, en el que se dispone una placa de protección (447) adyacente a la salida del reactor de plasma (250) en el tubo de escape para bloquear viento cruzado de los gases de escape. 10

11. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la placa de protección (447) queda situada en un lado curso arriba de los gases de escape antes de la salida del reactor de plasma (250) .

12. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende, además, un tercer inyector de 15 combustible (480) montado en una tercera entrada de combustible (449) formada en el tubo de escape en una posición correspondiente al reactor de plasma (250) .

13. Sistema de reducción de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en el que el reactor de plasma (350) incluye un inyector de combustible montado en una entrada de combustible que está conectada a la cámara de calentamiento 20 del electrodo, el inyector de combustible pulverizando y suministrando combustible líquido a la cámara de calentamiento (375) , y

en el que el electrodo incluye una boquilla de pulverización (373) a través de la cual el interior de la cámara de reacción (361) comunica con la cámara de calentamiento (375) . 25

14. Sistema de reducción de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la boquilla de pulverización (373) del electrodo está formada para inclinarse en un ángulo respecto a una superficie exterior del electrodo (370) .

15. Sistema de reducción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 4, 6 y 13, en el que el orificio de 30 entrada (168) está formado en la superficie interior de la cámara de reacción (161) para inclinarse en un ángulo respecto a una línea normal de la superficie interior de la cámara de reacción, y en el que el combustible mezclado formado mezclando gas y combustible en la cámara de mezcla (167) fluye hacia la cámara de reacción a través del orificio de entrada (168) mientras se forma un flujo giratorio y circula alrededor de una circunferencia del electrodo (170) . 35

16. Sistema de reducción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 4, 6 y 13, en el que en un cuerpo de la pared de la cámara de reacción (161) hay formado un conducto intercambiador de calor (164) para comunicar la entrada de gas (163) con la cámara de mezcla (167) , presentando el conducto intercambiador de calor (164) forma de espiral a lo largo de una circunferencia de la cámara de reacción (161) . 40