Combinación de intercambiador de calor y catalizador como componente de un sistema de escape de gases.

Componente (1) de un sistema de escape de gases (2) de un motor de combustión interna (3),

en el que elcomponente (1) presenta al menos una carcasa (4) con una entrada (5) y una salida (6) para un gas de escape (7)así como al menos una entrada (8) y una salida (9) para un medio (10), en el que el componente (1) presenta,además, un intercambiador de calor (11), que está rodeado por la circulación del gas de escape (7), con una primeramasa térmica (12) y un cuerpo de catalizador (13) que puede ser atravesado por la corriente del gas de escape (7)con una segunda masa térmica (14), en el que el intercambiador de calor (11) presenta al menos una primeratrayectoria de la circulación (15) para el medio (10) y en el que el intercambiador de calor (11) y el cuerpo decatalizador (13) están dispuestos en común en la carcasa (4), en el que la carcasa (4) presenta un eje medio (16) y alo largo del eje medio (16) un primer lado frontal (17) y un segundo lado frontal (18); en el que la entrada (5) estádispuesta en el primer lado frontal (17) y la salida (6) está dispuesta en el segundo lado frontal (18), en el que elcuerpo de catalizador (13) está dispuesto a lo largo del eje medio (16) y presenta una superficie circunferencialexterior (19) y una superficie circunferencial interior (20), que se extienden paralelas al eje medio (16), y en el que lasuperficie circunferencial interior (20) está conectada con la entada (5) directamente de acuerdo con la técnica de lacirculación, de manera que el cuerpo de catalizador (13) puede ser atravesado por la corriente del gas de escape (7)radialmente desde la superficie circunferencial interior (20) hacia la superficie circunferencial exterior (19), en el que,además, la al menos una primera trayectoria de la circulación (15) rodea, al menos parcialmente, el cuerpo decatalizador (13) en la superficie circunferencial exterior (19); en el que un canal anular (21) está previsto en unapared interior (22) de la carcasa (4), que está conectado de acuerdo con la técnica de la circulación con la superficiecircunferencial exterior (19) del cuerpo de catalizador (13) y directamente con la salida (6), y rodea, al menosparcialmente, el cuerpo de catalizador (13) y la al menos una primera trayectoria de la circulación (15).

Combinación de intercambiador de calor y catalizador como componente de un sistema de escape de gases

La presente invención se refiere a una combinación de un intercambiador de calor y de un catalizador en una carcasa común como componente de un sistema de escape de gases. Este componente sirve especialmente para la recuperación de energía a partir de la corriente de gases de escape y de una optimización del comportamiento de fundición del catalizador previsto en la carcasa.

Los gases de escape de un motor de combustión interna de un automóvil poseen energía térmica, que se puede convertir, por ejemplo, por medio de un generador termoeléctrico en energía eléctrica, para llenar, por ejemplo, una batería u otro acumulador de energía o para alimentar directamente la energía necesaria a consumidores eléctricos. Por lo tanto, para el funcionamiento del automóvil está disponible energía en una extensión mayor. Un generador termoeléctrico de este tipo presenta una pluralidad de elementos convertidores termoeléctricos. Los materiales termoeléctricos son de un tipo tal que pueden convertir esta energía efectivamente térmica en energía eléctrica (efecto Seebeck) y a la inversa (efecto Peltier) . El “efecto Seebeck” se basa en el fenómeno de la conversión de energía térmica en energía eléctrica y se utiliza para la generación de energía termoeléctrica. El “efecto Peltier” es el inverso del “efecto Seebeck” y es un fenómeno que se inicia con adsorción de calor y se provoca en relación con un flujo de corriente a través de diferentes materiales. El “efecto Peltier” ya ha sido propuesto para la refrigeración termoeléctrica.

Ya se ha intentado preparar generadores termoeléctricos correspondientes para la aplicación en automóviles. Pero éstos eran la mayoría de las veces muy caros en la fabricación y se caracterizan por un rendimiento relativamente reducido. Por lo tanto, no se ha podido conseguir todavía ninguna utilidad en serie. Otra característica distintiva es el tamaño de construcción de componentes para la recuperación de energía a partir del gas de escape. En este caso, con un tamaño de construcción lo más pequeño posible debe recuperarse una cantidad lo más grande posible de energía a partir de la corriente de gases de escape. Al mismo tiempo debe conseguirse que en todos los puntos de funcionamiento del motor de combustión interna se puedan llevar los componentes individuales del sistema de purificación de gases de escape lo más rápidamente posible a la temperatura de funcionamiento, para posibilitar una conversión amplia de las sustancias nocivas, que están contenidas en los gases de escape.

De acuerdo con ello, el cometido de la presente invención es solucionar, al menos parcialmente, los problemas descritos con relación al estado de la técnica. En particular, debe indicarse un componente de un sistema de escape de gases, que posibilite un rendimiento lo más alto posible con respecto a la conversión de energía térmica preparada a partir de gases de escape en energía térmica de un medio del intercambiador de calor y, además, incremente la efectividad de la purificación de los gases de escape del componente en todos los puntos de funcionamiento del motor de combustión interna. Al mismo tiempo debe conseguirse una forma de construcción lo más compacta posible.

Estos cometidos se solucionan con un dispositivo de acuerdo con las características de la reivindicación 1 de la patente. Las configuraciones ventajosas del componente de acuerdo con la invención se indican en las reivindicaciones de la patente formuladas de forma independiente. Hay que indicar que las características indicadas individualmente en las reivindicaciones de la patente se pueden combinar entre sí de manera discrecional, tecnológicamente conveniente, entre sí y muestran otras configuraciones de la invención. La descripción, especialmente con relación a las figuras, explica la invención en detalle e indica ejemplos de realización complementarios de la invención.

El componente de acuerdo con la invención de un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna presenta al menos una carcasa con una entrada y una salida para los gases de escape así como al menos una entrada y una salida para un medio. Además, el componente presenta un intercambiador de calor que puede ser rodeado por la corriente de gases de escape con una primera masa térmica y con un cuerpo catalizador que puede ser atravesado por la corriente de gases de escape con una segunda masa térmica, en el que el intercambiador de calor presenta al menos una primera trayectoria de la circulación para el medio y en el que el intercambiador de calor y el cuerpo de catalizador están dispuestos en común en la carcasa.

El medio utilizado en el intercambiador de calor es especialmente líquido y con preferencia es esencialmente agua, pudiendo emplearse especialmente también compuestos hidrocarburos de cadena larga, es decir, aceites o bien lubricantes. El componente se caracteriza porque el intercambiador de calor y el cuerpo de catalizador se presentan grupos de construcción independientes entre sí del componente, que presentan de manera correspondiente masas térmicas separadas entre sí o bien contenidos térmicos separados entre sí. En este contexto, el intercambiador se forma especialmente por sistemas de tubos, que son atravesados por una corriente del medio, de manera que el sistema de tubos forma una primera masa térmica y el cuerpo de catalizador se forma especialmente por laminas metálicas al menos parcialmente estructuradas, que están arrolladas, retorcidas o apiladas que definen, por su parte, una segunda masa térmica. El sistema de tubos del intercambiador de calor está constituido especialmente por una pluralidad de tubos unidos entre sí, que están dispuestos dentro de la carcasa del componente y que son

atravesados por la corriente de un medio a lo largo de una única trayectoria de la circulación o a lo largo de varias trayectorias de la circulación. El intercambiador de calor puede estar previsto también como elemento de una sola pieza, por ejemplo como un elemento de pared que puede ser atravesado por la corriente del medio, que presenta especialmente aberturas y, por lo tanto puede ser rodeado por los gases de escape. En este caso, el intercambiador de calor está atravesado por la corriente del medio a lo largo de una única trayectoria de la circulación.

A través de la disposición del cuerpo de catalizador y del intercambiador de calor en una carcasa se puede conseguir a través de la utilización del calor generado catalíticamente, por una parte, una efectividad muy alta de la transmisión de calor, de manera que se puede descargar una medida máxima de energía térmica a través del intercambiador de calor y, dado el caso, se puede convertir, fuera de la carcasa del componente a través de elementos convertidores termoeléctricos en energía eléctrica. Al mismo tiempo, a través de la disposición del intercambiador de calor y del cuerpo del catalizador en una carcasa se consigue que los gases de escape y/o el cuerpo de catalizador sean calentados a través del intercambiador de calor, de manera que el cuerpo de catalizador puede alcanzar o bien obtener de la manera más rápida posible y durante el mayor tiempo posible su temperatura de funcionamiento por encima de la temperatura de fundición. La temperatura de fundición del cuerpo de catalizador se define como la temperatura a partir de la cual se realiza la carga catalítica con las sustancias nocivas del gas de escape.

En el componente de acuerdo con la invención, la carcasa presenta un eje medio y a lo largo del eje medio un primer lado frontal y un segundo lado frontal, se manera que la entrada para el gas de escape se encuentra en el primer lado frontal y la salida se encuentra en el segundo lado frontal. En este caso, el cuerpo de catalizador está dispuesto a lo largo del eje medio y presenta una superficie circunferencial exterior y una superficie circunferencial interior, que se extienden paralelamente al eje medio, de manera que la superficie circunferencial interior está conectada directamente con la entrada de acuerdo con la técnica de la circulación, de manera que el cuerpo de catalizador puede ser atravesado por la corriente de gases de escape radialmente desde la superficie circunferencial interior hacia la superficie circunferencial exterior. La al menos una primera trayectoria de la circulación del intercambiador de calor rodea el cuerpo de catalizador, al menos parcialmente, en la superficie... [Seguir leyendo]

1. Componente (1) de un sistema de escape de gases (2) de un motor de combustión interna (3) , en el que el componente (1) presenta al menos una carcasa (4) con una entrada (5) y una salida (6) para un gas de escape (7) así como al menos una entrada (8) y una salida (9) para un medio (10) , en el que el componente (1) presenta, además, un intercambiador de calor (11) , que está rodeado por la circulación del gas de escape (7) , con una primera masa térmica (12) y un cuerpo de catalizador (13) que puede ser atravesado por la corriente del gas de escape (7) con una segunda masa térmica (14) , en el que el intercambiador de calor (11) presenta al menos una primera trayectoria de la circulación (15) para el medio (10) y en el que el intercambiador de calor (11) y el cuerpo de catalizador (13) están dispuestos en común en la carcasa (4) , en el que la carcasa (4) presenta un eje medio (16) y a lo largo del eje medio (16) un primer lado frontal (17) y un segundo lado frontal (18) ; en el que la entrada (5) está dispuesta en el primer lado frontal (17) y la salida (6) está dispuesta en el segundo lado frontal (18) , en el que el cuerpo de catalizador (13) está dispuesto a lo largo del eje medio (16) y presenta una superficie circunferencial exterior (19) y una superficie circunferencial interior (20) , que se extienden paralelas al eje medio (16) , y en el que la superficie circunferencial interior (20) está conectada con la entada (5) directamente de acuerdo con la técnica de la circulación, de manera que el cuerpo de catalizador (13) puede ser atravesado por la corriente del gas de escape (7) radialmente desde la superficie circunferencial interior (20) hacia la superficie circunferencial exterior (19) , en el que, además, la al menos una primera trayectoria de la circulación (15) rodea, al menos parcialmente, el cuerpo de catalizador (13) en la superficie circunferencial exterior (19) ; en el que un canal anular (21) está previsto en una pared interior (22) de la carcasa (4) , que está conectado de acuerdo con la técnica de la circulación con la superficie circunferencial exterior (19) del cuerpo de catalizador (13) y directamente con la salida (6) , y rodea, al menos parcialmente, el cuerpo de catalizador (13) y la al menos una primera trayectoria de la circulación (15) .

2. Componente (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que está prevista al menos una segunda trayectoria de la circulación (23) , que atraviesa, al menos parcialmente, el cuerpo de catalizador (13) .

3. Componente (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el intercambiador de calor (11) está realizado al menos de dos fases y la al menos una primera trayectoria de la circulación (15) , dispuesta fuera del cuerpo de catalizador (13) , está asociada a una primera fase (25) y la al menos una segunda trayectoria de la circulación (23) , que atraviesa el cuerpo de catalizador (13) , está asociada a una segunda fase (26) del intercambiador de calor (11) .

4. Componente (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que el cuerpo de catalizador (13) presenta frente a la al menos una segunda trayectoria de la circulación (23) del intercambiador de calor (11) unos primeros elementos de compensación (27) , que posibilita una dilatación del cuerpo de catalizador (13) en dirección radial (28) .

5. Componente (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo de catalizador (13) presenta segundos elementos de compensación (29) , que posibilitan una dilatación del cuerpo de catalizador (13) en dirección axial (30) .

6. Componente (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos la al menos una primera trayectoria de circulación (15) y/o la al menos una segunda trayectoria de circulación (23) presenta un recubrimiento catalíticamente activo.

7. Automóvil (31) , que presenta un componente (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

8. Procedimiento para el funcionamiento de un componente (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el intercambiador de calor (11) se emplea, al menos parcialmente, como elemento calefactor para el cuerpo de catalizador (13) .