ES2239627T3 - Aparato para tratar una corriente de gas. - Google Patents

Abstract

Aparato para tratar una corriente de gas, comprendiendo el aparato una pluralidad de compartimentos dentro de los cuales se van a llevar a cabo uno o más tratamientos en una corriente de gas que atraviesa los compartimientos de manera sucesiva, caracterizado porque: a. al menos dos de los mencionados compartimentos comprenden cada uno un cuerpo tubular (1, 1¿) que contiene o transporta un elemento de tratamiento (2, 2¿) al cual se le impide el movimiento axial con relación al cuerpo (1, 1¿); y b. los cuerpos tubulares (1, 1¿) de los compartimentos adyacentes están provistos de unos rebordes extremos (4, 4¿) que se extienden radialmente hacia dentro y/o hacia fuera, constituyendo al menos algunos de dichos rebordes (4, 4¿) un resalto en el que se apoya la parte extrema opuesta del compartimiento adyacente para formar una estructura que se extienden axialmente y que comprende al menos dos compartimentos en relación axial o coaxial entre sí; y c. unos medios de sujeción (20, 21, 62, 63, 64) que se extienden axialmente y sustancialmente por toda la longitud de dicha estructura y aplican una fuerza axial en la estructura axial para inmovilizar conjuntamente los dos compartimentos adyacentes de manera hermética mediante un efecto de sujeción axial.

Description

Aparato para tratar una corriente de gas.

Campo y antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un aparato, en particular a una cámara de tratamiento de gases para tratar los gases de escape de un motor de combustión interna para automóviles y otras aplicaciones.

Los gases de escape de un motor diesel contienen varios gases nocivos, por ejemplo óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre y óxidos de carbono, además de hidrocarburos incombustos, carbono y otras partículas. La cantidad de óxidos de azufre en los gases de escape depende primeramente del azufre que hay en el combustible y se controla mediante la calidad del crudo inicial y de las técnicas de refinado utilizadas para preparar el combustible. Sin embargo, los otros materiales pueden tratarse para hacer que sean menos nocivos.

Es por tanto una practica común hacer que los gases de escape pasen a través de un conjunto silenciador con una o más cámaras de tratamiento que contienen un catalizador en el que los óxidos de nitrógeno más bajos se transforman en NO_{2}. Las partículas de carbono y las gotas de hidrocarburos incombustos, a partir de ahora denominadas normalmente compuestos de partículas por motivos de conveniencia, se eliminan de la corriente de gas de escape con la ayuda de una gasa metálica o malla metálica o un filtro cerámico. El NO_{2} y el oxígeno que hay en la corriente de gas reaccionan con los compuestos de partículas que están atrapados en el filtro para formar dióxidos de carbono y agua que se descargan después con los otros gases de escape.

Si se desea, los gases filtrados se pueden someter a una reducción de los óxidos de nitrógeno restantes a nitrógeno inyectando urea en la corriente gaseosa después de que sale del filtro aunque antes de que salga del conjunto silenciador. La corriente gaseosa tratada pasa después por un catalizador de oxidación para transformar el amoniaco residual de urea en nitrógeno y agua, que son emisiones de escape aceptables. El resultado final es una reducción típica de más del 90% de componentes nocivos de gases de escape.

Los conjuntos de silenciador que contienen tales cámaras de tratamiento se construyen siguiendo una base modular como una serie de módulos normalmente cilíndricos u ovalados en sección transversal, que contiene cada uno un elemento, el elemento de tratamiento, necesario para obtener uno de los tratamientos deseados de la corriente de gases de escape. Normalmente, cada módulo comprende el elemento de tratamiento como un cuerpo cilíndrico rodeado por un manguito amortiguador de material cerámico, situado mediante nervios o rebordes anulares circunferenciales internos dentro de un cuerpo tubular de metal, normalmente de acero inoxidable. De este modo, un módulo puede contener el catalizador incluido en una cerámica foraminosa u otro soporte, por ejemplo una chapa metálica ondulada y enrollada con una hoja intermedia de una chapa metálica plana entre cada capa de la chapa ondulada para formar una pluralidad de conductos axiales de sección triangular u otra sección sobre un soporte cilíndrico o anular; o como una tela de metal noble que atraviesan los gases de escape. Un segundo módulo puede contener el filtro poroso fundido o de frita de cerámica que atrapa el material en partículas y en el cual esas partículas se queman en presencia del NO_{2} que se ha formado dentro del módulo catalizador. Si se desea, el soporte catalizador puede llevar a cabo también parte de o toda la función de filtrado de la corriente gaseosa. Se pueden utilizar otros módulos para otros tratamientos, por ejemplo la inyección de urea. Además, los módulos también sirven para atenuar el ruido que emite el motor que acciona los módulos.

El uso de una construcción modular, además de permitir al diseñador una gran flexibilidad a la hora de diseñar las cámaras de tratamiento para conseguir un tratamiento óptimo de los gases de escape, permite al operario retirar uno o más de los módulos para llevar a cabo servicios de limpieza, reparación o repuesto. Por ejemplo, se ha encontrado que el funcionamiento del módulo de filtrado se puede prolongar si el módulo que está en el conjunto silenciador se retira y se invierte su orientación, cambiando así el sentido de circulación de los gases de escape a través del filtro.

Tales módulos se aseguran preferiblemente entre sí como una serie axial de componentes con la ayuda de mecanismos de unión liberables en los que se aseguran unos rebordes que se extienden radialmente hacia fuera en extremos opuestos de módulos adyacentes junto con una junta compresible que forma un cierre hermético entre las caras opuestas de los rebordes. El método que se acepta para asegurar los rebordes entre sí, haciendo al mismo tiempo que resulte fácil deshacer la unión, consiste en formar los rebordes como resaltos opuestos que se dirigen radialmente hacia fuera y que están axialmente inclinados, y en aplicar una correa en V con una abrazadera que actúa circunferencialmente en los resaltos de dos módulos adyacentes. Al tensar las abrazaderas, las correas se contraen radialmente por la inclinación de los resaltos y por tanto unen los módulos entre sí y aseguran los resaltos axialmente en una junta entre ambos para formar una junta hermética entre los módulos. Los solicitantes comercializan silenciadores que incorporan cámaras de tratamiento con este tipo de construcción modular con la marca registrada Greencat.

Por razones de conveniencia, a partir de ahora el término silenciador se usa para indicar en general cámaras para tratar gases de escape con el fin de eliminar materiales nocivos de la corriente gaseosa y que por su diseño o coincidencia pueden atenuar el ruido procedente de un motor de combustión interna.

Sin embargo, tal construcción que usa una pluralidad de módulos puede dar como resultado un conjunto silenciador excesivamente largo. Por otro lado, se presentan problemas cuando se desea encajar módulos entre sí para reducir la longitud axial del silenciador. Es necesario desmontar completamente el conjunto encajado para tener acceso a un módulo que esté encajado en otro, con el fin de poder retirar las correas circunferenciales que aseguran ese módulo en el módulo adyacente, lo que supone una pérdida de tiempo.

El estado de la técnica más reciente se muestra en el documento EP-A-0153157 (D1), que describe un catalizador para un motor de combustión interna, en donde unos filtros primero y segundo S1 y S2 y un portador de catalizador están montados en serie en una cubierta. El conducto 1 de la cubierta catalítica se forma con una primera muesca anular 10 cerca de su parte frontal, extendiéndose dicha primera muesca anular 10 alrededor de la circunferencia del conducto para formar dos resaltos de retención 11 y 12, y además también con una segunda muesca anular 13 en una parte intermedia de su longitud, extendiéndose dicha segunda muesca anular 13 alrededor de la circunferencia del conducto para formar otros dos resaltos de retención 14 y 15 en la superficie circunferencial interna del conducto (figura 1).

Nosotros hemos inventado una forma de conjunto de silenciador más económico y compacto, que además mantiene la construcción modular, es fácil de fabricar y permite un montaje de los módulos muy flexible.

Breve descripción de la invención

Por tanto, la presente invención proporciona un aparato para tratar una corriente de gas, comprendiendo el aparato una pluralidad de compartimentos dentro de los cuales se llevan a cabo uno o más tratamientos en una corriente de gas que atraviesa los compartimientos, y en donde la corriente gaseosa atraviesa los compartimentos de manera sucesiva, caracterizado porque:

a. Al menos dos de los mencionados compartimentos comprenden cada uno un cuerpo tubular que contiene o transporta un elemento de tratamiento al cual se le impide el movimiento axial en relación con el cuerpo.

b. Los cuerpos tubulares de los compartimentos adyacentes están provistos de unos rebordes extremos que se extienden radialmente hacia dentro y/o hacia fuera, constituyendo al menos algunos de dichos rebordes un resalto en el que se apoya la parte extrema opuesta del compartimiento adyacente para formar una estructura que se extienden axialmente y que comprende al menos dos compartimentos en relación axial o coaxial entre sí.

c. Uno o más medios de sujeción se extienden axialmente y sustancialmente por toda la longitud de dicha estructura y aplican una fuerza axial en ella para inmovilizar conjuntamente los dos compartimentos adyacentes de manera hermética mediante un efecto de sujeción axial.

Al formar el silenciador u otra estructura como una serie de compartimentos, se mantienen los beneficios del diseño modular de la estructura, incluida la posibilidad de incluir una selección de elementos de tratamiento diferentes intercambiables en cuerpos tubulares con un tamaño común, y la facilidad de reparar y sustituir módulos individuales. Al aplicar una sujeción axial en vez de una sujeción circunferencial, se puede encajar una serie de módulos entre sí y asegurarlos en esa posición con la ayuda de un único sistema de sujeción axial externo que simplifica el desmontaje de la estructura. Además, el reborde que se extiende radialmente por la parte extrema del elemento tubular tiene dos funciones. Primeramente, se puede usar para formar un reborde que asegure el elemento de tratamiento dentro o encima del elemento tubular haciendo frente al movimiento axial de ese elemento tubular sin tener que proporcionar los rebordes internos anulares o nervios que hasta ahora se han considerado necesarios para obtener esta función.

En segundo lugar, hemos descubierto que donde la parte extrema se deforma radialmente para formar el reborde radial, el reborde es de manera inesperada eficaz para formar un cierre hermético con un componente adyacente del conjunto silenciador, por ejemplo un elemento tubular adyacente o tapa del conjunto. Creemos que esto se debe a que la deformación de la parte extrema del elemento tubular no produce una superficie radial plana como se hubiera esperado y es lo que un diseñador de este campo hubiera dicho que es lo deseable. Hemos descubierto también que la deformación hace que se forme una pequeña curvatura en la superficie radial que queda axialmente expuesta de la parte deformada del elemento tubular. Esta curvatura proporciona un área de presión localizada cuando un elemento tubular se asegura axialmente en otro componente del conjunto silenciador. Además, se puede llevar a cabo la deformación para doblar las partes extremas de los cuerpos tubulares formando ángulos desde menos de 90º a más de 90º. Cuando la deformación es menor de 90º, los rebordes radiales opuestos se pueden deformar más durante la sujeción axial del conjunto para proporcionar una elasticidad dentro de la estructura axial para acomodar la expansión diferencial del medio de sujeción axial y el conjunto durante el uso. Cuando la deformación es mayor de 90º, la deformación proporciona rebordes internos o externos que pueden apoyarse sobre la parte extrema de un elemento de tratamiento que se encuentra dentro o sobre el cuerpo tubular y colocar por tanto el elemento de tratamiento axialmente sobre el cuerpo tubular.

La sujeción axial se puede aplicar en estructuras que tengan una amplia variedad de formas transversales. Esto debe compararse con el uso de abrazaderas circunferenciales que tienen un uso limitado a sustancialmente estructuras circulares en sección transversal.

La invención proporciona así un diseño simple y eficaz para un recipiente de tratamiento de gases pluricompartimentado y axialmente compacto que tiene de manera inesperada una hermeticidad eficaz entre componentes adyacentes y una amplia variedad de formas transversales.

Como se ha indicado antes, la invención se puede aplicar en el tratamiento de una amplia gama de corrientes gaseosas procedentes de diferentes fuentes, por ejemplo en el tratamiento de gases de escape de un horno de combustión de carbón o de emisiones de un proceso químico. Sin embargo, la invención tiene una aplicación especial, el tratamiento de los gases de escape de motores de combustión interna, en particular motores diesel o de encendido por chispa. Con tales corrientes gaseosas de escape, se puede llevar a cabo una serie de tratamientos usando la naturaleza de los contaminantes presentes en los gases de escape para formar reactivos en la corriente gaseosa que se pueden usar para eliminar o reducir otros contaminantes en un tratamiento posterior. El motor puede ser un motor fijo, por ejemplo que accione un generador eléctrico o una unidad de compresión de fluido hidráulico, o un motor marino. Sin embargo, la invención se usa especialmente para el tratamiento de los gases de escape de un motor diesel en un conjunto silenciador modular de un automóvil, con el fin de atenuar el ruido del motor y reducir las emisiones nocivas del motor como se ha descrito antes. Por razones de conveniencia, la invención se va a describir refiriéndonos a tal uso preferido.

En el conjunto silenciador de la invención, se proporcionan compartimentos de tratamiento individuales con los rebordes que se extienden radialmente dispuestos en o al lado del extremo de cada cuerpo tubular. Estos rebordes se pueden proporcionar usando componentes interfaciales separados retenidos entre bordes circunferenciales extremos de cuerpos tubulares adyacentes. De este modo, el elemento interfacial puede adquirir la forma de un elemento anular con una muesca anular en cada cara, en las que se acoplan axialmente los bordes extremos de los elementos tubulares. Si se desea, el elemento interfacial se puede extender axialmente bien hasta el interior y/o sobre la cara externa de los elementos tubulares para ayudar a colocar y retener las partes extremas del elemento tubular. De este modo, el elemento interfacial puede tener forma de collarín o manguito que se extiende axialmente y que tiene un nervio que se dirige radialmente hacia el interior con lo cual el elemento interfacial tiene normalmente forma de T en sección transversal, con la parte vertical de la T situada entre los bordes de los cuerpos tubulares adyacentes. Si se desea, se puede proporcionar material de junta en el elemento interfacial o entre el elemento interfacial y los extremos de los elementos tubulares.

Sin embargo, es preferible proporcionar los rebordes radiales en el cuerpo tubular deformando las partes extremas de una carcasa normalmente tubular que contiene o incluye el elemento de tratamiento adecuado. Tales carcasas pueden tener forma cilíndrica o anular, u otra sección transversal, por ejemplo ovalada o poligonal. Por razones de conveniencia, a partir de ahora la invención se describe refiriéndonos a cuerpos tubulares normalmente cilíndricos.

De manera preferible, los rebordes extremos se forman en o al lado de cada extremo del cuerpo tubular, con lo cual cada compartimiento del silenciador se puede asegurar en un compartimiento o compartimentos adyacentes usando un sistema de unión de la invención. Al formar los rebordes radiales plegando hacia dentro la pared del elemento tubular, los rebordes se rebajan hasta las dimensiones radiales de los cuerpos, con lo cual las juntas que aseguran los compartimentos entre sí no se proyectan radialmente de manera significativa, eliminando uno de los problemas de la presente forma de los sistemas de unión de silenciador. Además, la ausencia de salientes radiales permite que los módulos se puedan encajar entre sí sin que se formen huecos anulares entre ellos, ayudando esto a la formación de una estructura hermética.

Sin embargo, está dentro del objeto de la presente invención formar los rebordes como rebordes que se extienden radialmente hacia fuera. Estos rebordes también sirven como asiento para colocar un cuerpo tubular adyacente. Además, o de manera alternativa, los rebordes que se extienden radialmente hacia fuera pueden proporcionar un resalto radial que impide que un elemento de tratamiento anular articulado en la parte externa del cuerpo tubular pueda moverse axialmente por el cuerpo. Por razones de conveniencia, a partir de ahora la invención se describe refiriéndonos a un elemento tubular que incluye el elemento de tratamiento situado dentro de la superficie interior del elemento tubular.

Normalmente, tales cuerpos tubulares contienen un núcleo central cilíndrico del elemento de tratamiento adecuado al tratamiento a realizar en ese módulo del conjunto silenciador. De este modo, un cuerpo normalmente contiene un núcleo central cilíndrico de un portador de cerámica poroso o perforado (que puede actuar también como filtro) que contiene el catalizador revestido por inmersión o depositado en fase de vapor dentro de los conductos de circulación de gas del mismo; y otro contiene un núcleo central filtrante con una pluralidad de superficies internas cerradas en extremos alternos para proporcionar así una vía tortuosa a través del filtro. El diseño y la fabricación de tales superficies internas pueden ser convencionales. Las superficies internas están normalmente rodeadas por un material amortiguador, por ejemplo un material que comprenda gránulos de vermiculita en una pieza de unión reforzada con fibras metálicas embebidas que se vende con la marca registrada
Interam.

El cuerpo tubular se hace normalmente comprimiendo un cilindro de metal partido axialmente, por ejemplo de acero inoxidable, alrededor de un manguito del material amortiguador que encierra el elemento de tratamiento para formar el cuerpo cilíndrico alrededor de los componentes internos y asegurando entre sí los bordes axiales de unión a tope. Tales técnicas se pueden realizar usando cualquier tecnología adecuada y producir un cuerpo tubular que contenga un elemento de tratamiento asegurado radialmente dentro del cuerpo tubular.

Por razones de conveniencia, a partir de ahora la invención se describe refiriéndonos a un módulo que comprende un cuerpo tubular de acero normalmente cilíndrico formado alrededor de un elemento de tratamiento cilíndrico y una capa o varias capas interfaciales de un material amortiguador entre la carcasa anular y el elemento de tratamiento.

El elemento de tratamiento se asegura con cualquier medio adecuado para que no se pueda mover axialmente dentro del cuerpo tubular. En algunos casos, la compresión radial de la interfaz amortiguadora entre el interior del elemento tubular y la cara externa del elemento de tratamiento proporcionan fuerzas de rozamiento suficientes para retener el elemento de tratamiento en su posición en condiciones de uso normal. De manera alternativa, se pueden proporcionar uno o más salientes radialmente internos para formar topes contra los que se apoyan las caras extremas axialmente expuestas del elemento de tratamiento. Por ejemplo, se puede formar un saliente circunferencialmente radial que se proyecta hacia dentro dentando con rodillos la pared del elemento tubular; o uno o más rebordes internos circunferencialmente continuos o intermitentes se pueden soldar o asegurar dentro de la superficie interna del cuerpo tubular.

Sin embargo, se prefiere normalmente que la deformación extrema del cuerpo tubular proporcione un reborde anular que se dirige radialmente hacia dentro contra el que se apoye la cara transversal axialmente expuesta del elemento de tratamiento o una parte del mismo. Si se desea, la parte extrema del cuerpo tubular puede proporcionarse con una pluralidad de cortes axiales separados circunferencialmente, con lo cual las partes de la parte extrema se pueden plegar hacia dentro para proporcionar los rebordes contra los que se apoya el elemento de tratamiento interno y otras partes se pueden plegar hacia fuera para proporcionar rebordes parciales que se dirigen radialmente hacia fuera. Por razones de conveniencia, a partir de ahora la invención se describe refiriéndonos a un cuerpo tubular en el que toda la circunferencia de la parte extrema se deforma hacia dentro para proporcionar un reborde que se dirige hacia dentro.

El reborde que se dirige radialmente hacia dentro de la invención que está en uno o ambos extremos de la carcasa tubular puede apoyarse directamente sobre la cara extrema expuesta del elemento de tratamiento. Si se desea, se puede incorporar una junta de malla de metal o de otro material termoestable deformable como interfaz compresible entre la cara extrema axialmente expuesta del elemento de tratamiento y el reborde plegado hacia dentro de la invención.

El reborde plegado hacia dentro de la invención se extiende de manera preferible radialmente hacia dentro para proporcionar un freno satisfactorio al elemento de tratamiento sin impedir en exceso la circulación de gas a través del elemento tubular. Hemos descubierto que un reborde plegado hacia dentro que tiene una dimensión radial de entre 1 y 2,5 cm, es satisfactorio para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, la medida radial óptima del reborde puede determinarse fácilmente con métodos de tanteo.

El reborde plegado hacia dentro se forma de manera ventajosa aplicando una fuerza o presión que se dirige radialmente hacia dentro en la parte extrema de la carcasa tubular para plegar así la pared de la carcasa hacia el interior. De manera preferible, la presión se aplica sobre una pluralidad de puntos alrededor de la circunferencia de la carcasa tubular mediante una pluralidad de elementos formadores que se empujan radialmente hacia dentro con uno o más arietes hidráulicos o equivalentes. En especial, se prefiere sostener la carcasa tubular que incluye el elemento o elementos de tratamiento sobre una placa de base, con lo cual el borde expuesto de la carcasa tubular adopta una relación axial conocida con una serie de elementos empujadores que actúan radialmente y que se encuentran en el elemento de base. También puede ser deseable hacer girar la carcasa tubular alrededor de su eje longitudinal durante el accionamiento de los elementos empujadores, con lo cual se produce una deformación radial por enrollamiento del extremo del elemento tubular. De manera alternativa, la parte extrema del elemento tubular se puede forzar contra un asiento inclinado para plegar el extremo hacia el interior contra el asiento estático. Se pueden usar otros métodos, por ejemplo formación hidráulica o el uso de interfaces deformables, por ejemplo cauchos, para aplicar presión radial sobre el elemento tubular cuando la interfaz se somete a presión axial, con el fin de deformar las partes extremas del cuerpo tubular.

De manera sorprendente, hemos descubierto que tales técnicas para formar el reborde plegado hacia el interior en el extremo de la carcasa tubular permiten formar el reborde con un alto grado de precisión axial al colocar el reborde plegado hacia dentro contra el elemento de tratamiento dentro de la carcasa tubular. Si se desea, la pared de la carcasa tubular se puede rayar o cortar circunferencialmente para ayudar a formar una curva pronunciada en la pared del elemento. Sin embargo, hemos descubierto que esto no es normalmente necesario.

Si se desea, en particular cuando se usan métodos de deformación tales como por ejemplo enrollar o embutir el cuerpo tubular, el elemento tubular deformado se puede formar aproximadamente con las dimensiones y la forma de reborde deseadas en una fase inicial y se puede completar la deformación en una segunda fase en la que el elemento tubular deformado parcialmente se comprime axialmente para conseguir la longitud axial y la forma de reborde axial deseadas. Tales dimensiones axiales finales se pueden obtener terminando la plegadura de la pared del cuerpo tubular para formar el reborde radial y/o parcialmente comprimiendo de manera axial la pared del elemento tubular donde la plegadura del elemento tubular no puede admitir la reducción de dimensión axial necesaria.

El grado del ángulo de deformación de la parte extrema del elemento tubular, en correspondencia con el eje longitudinal del elemento tubular, es de aproximadamente 90º, con lo cual el reborde radial resultante forma un resalto radial en el que se acopla el elemento de tratamiento o en el que se acopla axialmente la parte extrema de un cuerpo tubular adyacente. Sin embargo, si se desea, la deformación puede sobrepasar los 90º, por ejemplo llegar hasta los 100º, con lo cual el reborde se acopla y comprime un engrane anular u otra junta compresible contra la parte extrema expuesta del elemento de tratamiento. El reborde sujeta así el elemento de tratamiento axialmente dentro de la superficie interna del cuerpo tubular o en la superficie externa en el caso de un elemento de tratamiento anular, aceptando la junta las tolerancias de fabricación durante la fabricación de los elementos de tratamiento. El método produce por tanto módulos cuya longitud axial se controla de manera precisa cuando se forma el reborde en cada extremo de los mismos, ayudando así al montaje y a la sujeción de todo el conjunto silenciador.

Como ya se ha indicado, la deformación del elemento tubular no forma un reborde completamente plano. El reborde se curva ligeramente de manera axial en dirección opuesta al resto del elemento tubular y esto proporciona una carga anular concentrada durante la sujeción entre sí de dos rebordes opuestos, ayudando esto a la formación de una junta hermética entre las caras de los rebordes cuando un elemento tubular se monta sobre otro elemento tubular o sobre otro componente, por ejemplo la tapa del conjunto silenciador.

Si se desea, se puede dar una forma más compleja al reborde que la de un simple reborde radial. Por ejemplo, el reborde se puede formar con reducción radial en el diámetro de la parte extrema del cuerpo tubular para proporcionar no sólo un resalto radial sino una espiga que se extienda axialmente y con un diámetro menor y que se puede usar para ayudar a colocar axial y lateralmente y asegurar cuerpos tubulares adyacentes uno sobre otro.

En uso, el conjunto silenciador se construye colocando los módulos deseados unidos por sus extremos para formar la configuración de silenciador deseada, de manera opcional con una junta adecuada entre los rebordes opuestos de los módulos. No todos los módulos tienen que tener la misma longitud axial y se puede usar más de un módulo que lleve a cabo el mismo tratamiento en la corriente de gas que lo atraviese. Es normal proporcionar una tapa en cada extremo del conjunto para las entradas y salidas en el conjunto, o para invertir la corriente de gas de un conjunto que comprenda módulos cilíndricos encajados en módulos anulares.

Para ayudar a colocar un módulo sobre otro y proporcionar soporte lateral, se prefiere proporcionar un collarín circunferencial u otra pieza de unión alrededor de la junta entre dos módulos. Esta pieza de unión puede extenderse circunferencialmente alrededor de la junta entre dos cuerpos y extenderse también axialmente sobre la parte extrema de cada cuerpo. Como alternativa, las piezas de unión pueden ser bandas que se extienden axialmente o salientes situados con separaciones de entre 45º y 120º alrededor de la circunferencia del extremo del cuerpo y proporcionan extremos almenados o equivalentes en cuyo extremo se acopla la parte extrema del cuerpo tubular adyacente. Si se desea, ambos cuerpos pueden incluir tales extremos almenados que se acoplan para restringir la rotación de los cuerpos tubulares entre sí y/o para conseguir una orientación específica de un elemento con respecto a otro. Por razones de conveniencia, la invención se describe refiriéndonos a un collarín anular como pieza de unión.

El collarín puede ser una prolongación axial de una parte de la pared del elemento tubular o un componente separado que se ajusta mediante empuje, atornillado u otro tipo de ajuste en las partes opuestas de los componentes que se unen. De manera preferible, tal collarín es un ajuste hermético sin huelgo en los módulos y componentes que se unen y se puede asegurar in situ mediante soldadura u otros medios. Por ejemplo, el collarín se puede asegurar in situ formando una muesca circunferencial en esa parte del collarín que recubre la parte extrema del cuerpo. Esta muesca se acopla o forma una muesca correspondiente en la pared del cuerpo tubular subyacente y evita por tanto que el collarín y el cuerpo se muevan axialmente. La muesca también forma un nervio que se dirige hacia el interior en la superficie interna de la pared del elemento tubular que puede actuar como reborde para colocar el elemento de tratamiento dentro del cuerpo tubular. La formación de la muesca en el collarín y en el cuerpo tubular subyacente también hace que el conjunto silenciador se contraiga axialmente. Si se desea, la parte extrema del cuerpo tubular se puede ranurar radialmente para acomodar el collarín dentro de las dimensiones radiales del cuerpo tubular.

Si se desea, el collarín se puede formar con un reborde que se dirige radialmente hacia dentro formado a partir de o que incluye un material de junta atrapado entre las caras opuestas de los rebordes radiales extremos que incluyen los extremos opuestos de los cuerpos adyacentes.

Los módulos montados se aseguran entre sí aplicando sobre ellos una fuerza de sujeción axial. Esta fuerza de sujeción se puede conseguir de diferentes maneras usando mecanismos de sujeción que se extiendan axial y sustancialmente por toda la longitud de los módulos montados, con lo cual sustancialmente la misma fuerza de compresión actúa sobre cada junta entre módulos adyacentes. Tal mecanismo de sujeción se diferencia de los mecanismos de sujeción discretos convencionales entre módulos individuales en que los mecanismos de unión discretos no se extienden axialmente sobrepasando la junta que se hace. Además, como cada junta que usa los mecanismos de unión discretos se hace individualmente, la fuerza de compresión entre módulos adyacentes puede variar con frecuencia de manera considerable, creando diferencias en el comportamiento de cada junta cuando están bajo presión.

La fuerza de sujeción axial se puede conseguir mediante uno o más mecanismos de tornillo que atraviesan longitudinalmente de extremo a extremo el conjunto silenciador y actúan axialmente sobre las tapas expuestos del conjunto. Sin embargo, esto impone limitaciones en el diseño de los módulos, ya que cada módulo debe proporcionar uno o más conductos axiales a través del mismo para los tornillos y tales conductos deben normalmente incorporar medios de estanqueidad para evitar escapes de gas entre un módulo y otro a través de los conductos para tornillos. Se prefiere por tanto proporcionar medios de sujeción axial tales como medios externos que actúen sustancialmente de manera simétrica sobre el conjunto silenciador.

Se puede apreciar que algunos de los cuerpos pueden asegurarse entre sí mediante soldadura, pero esto reduce la naturaleza modular de la construcción del conjunto silenciador y normalmente es deseable que cada cuerpo tubular del conjunto sea un acoplamiento hermético a tope con los cuerpos adyacentes para que el conjunto silenciador se pueda desarmar fácilmente para llevar a cabo trabajos de reparación y mantenimiento. Como ya se ha indicado, la formación de una muesca circunferencial en los collarines a la altura de la junta entre cuerpos adyacentes hace que los cuerpos se contraigan axialmente un poco, lo que puede ser suficiente para conseguir la junta estanca hermética deseada entre los componentes del conjunto silenciador.

Una forma particularmente preferida de tal mecanismo de sujeción externo consiste en una serie de dispositivos tensores que se extienden axialmente y están separados circunferencialmente, por ejemplo correas metálicas separadas a intervalos de entre 60º y 120º alrededor del cuerpo del silenciador. Se aseguran con un gancho extremo u otro medio en un labio o arista periféricos en cada extremo del silenciador montado. Tal labio o arista se puede formar como parte integral de las tapas del silenciador. De manera alternativa, el labio o arista se puede proporcionar como un componente separado que se apoya axialmente sobre la tapa cuando se aplica la fuerza de sujeción axial. Por ejemplo, los labios se pueden proporcionar mediante los extremos de uno o más brazos radiales que se extienden radialmente a través de la cara extrema del conjunto silenciador y cuyos extremos libres proporcionan puntos de anclaje para los dispositivos tensores axiales.

Los dispositivos tensores axiales se pueden tensar para asegurar el conjunto en su configuración axial con la ayuda de cualquier medio adecuado. Por ejemplo, se puede aplicar tensión mediante tornillos, tuercas o pernos que aseguran los extremos de las correas en los brazos radiales; entrelazando correas adyacentes; aplicando una fuerza transversal a las correas, por ejemplo tirando de ellas lateralmente para acoplar los ganchos en la pared expuesta del conjunto silenciador de modo similar al que se usa para tensar la piel de un tambor; mediante cuñas u otros medios. Como alternativa, las correas pueden tensarse con un dispositivo tensor de enganche central, usando muelles tensores durante el montaje y/o asegurando las correas, o aplicando las correas calientes y dejando que se enfríen y contraigan in situ.

Las correas pueden adoptar la forma de correas planas simples, barras o alambres o cables trenzados. Sin embargo, en particular, se prefiere incorporar un grado de extensibilidad en las correas o en el medio con el que se aseguran para que el mecanismo de sujeción axial pueda ajustar la diferencia de expansión entre el conjunto silenciador y el mecanismo de sujeción axial para que los componentes del mecanismo de sujeción no se estiren sobrepasando su punto de elasticidad durante el uso del conjunto silenciador. Tal extensibilidad, se puede conseguir formando las correas metálicas con un perfil en zigzag, lo que puede conseguirse durante la tensión de las correas para reducir la longitud axial de las correas; o proporcionando un mecanismo de suelta accionado por muelle en cualquier dispositivo tensor de enganche central. Como alternativa, las correas pueden formarse en dos o más partes que se tensan y después se aseguran entre sí mediante conectores frangibles que se rompen o se estiran cuando se aplica en las correas un exceso de carga con un valor dado. Cuando se usa un conjunto de brazos radiales único o múltiple para colocar y asegurar los extremos de las correas, los brazos pueden extenderse sobrepasando la periferia de la tapa sobre la que está colocada la pieza con brazos radiales para proporcionar un grado de voladizo a los extremos de los brazos que absorben después las fuerzas resultantes de cualquier diferencia de expansión. De manera alternativa o además de lo anterior, los ganchos y otros medios con los que se aseguran las correas tensoras pueden incorporar un mecanismo de resorte o una parte de resorte.

Una forma particularmente preferida de mecanismo tensor, que también proporciona un grado de extensibilidad al asegurar las correas, comprende una pluralidad de correas que incluyen un gancho u otro medio de sujeción en cada extremo de las mismas que se va a acoplar con una anilla tensora situada sobre la tapa del conjunto silenciador, por ejemplo mediante un borde periférico continuo o discontinuo que sobresale hacia la tapa o una extensión axial de la pared cilíndrica del cuerpo tubular del conjunto silenciador. A la anilla tensora se le da forma ondulada, sinusoidal, almenada, en zigzag u otra forma ondulada que proporcione partes axialmente elevadas localizadas de la anilla con las que se van a acoplar los ganchos de las correas, partes axialmente inferiores que se apoyan sobre la tapa del conjunto silenciador y partes de unión intermedias. De manera preferible, las partes de unión están inclinadas, por ejemplo entre 30º y 60º con respecto al plano de la anilla para proporcionar así un efecto sesgado de torsión y/o de resorte a la conexión de las partes elevadas con las partes inferiores. Las partes de unión pueden dirigirse radialmente hacia el exterior para que las partes elevadas se aparten radialmente de las partes inferiores que se dirigen radialmente hacia el interior y se pueden extender radialmente hacia el exterior de la circunferencia del extremo del conjunto silenciador. Cuando se conecta una correa con una parte elevada y se tensa, las partes de unión proporcionan una fuerza de torsión y/o de resorte opuesta que resiste el movimiento axial de la parte elevada de la anilla. Si se selecciona de manera adecuada el material de construcción de la anilla, se pueden mantener las fuerzas de torsión y/o de resorte en las partes de unión de la anilla durante las condiciones de funcionamiento esperadas del silenciador, con lo cual las partes elevadas de la anilla no se aplastan axialmente. Tal anilla ajusta por tanto la diferencia de expansión entre la correa y el cuerpo del silenciador.

La tensión de las correas se puede conseguir apalancando el extremos del gancho de la correa sobre la parte elevada de la anilla con una palanca o equivalente. La primera correa se puede tensar fácilmente colocando el extremo ganchudo de la correa en una parte elevada de la anilla mientras que la anilla gira alrededor de las partes inferiores adyacentes a esa parte elevada para adoptar una posición perpendicular al plano de la tapa del conjunto silenciador. En esta posición, la parte elevada se mueve axialmente hacia el otro extremo del conjunto silenciador y la correa se puede enganchar fácilmente en la parte elevada de la anilla. Sin embargo, cuando la anilla gira para quedar situada sobre el extremo del conjunto silenciador, la parte elevada se mueve axialmente en dirección opuesta al otro extremo del conjunto silenciador y tensa intrínsecamente la correa.

Si se desea, una parte del vehículo o de otra estructura en la que se va a montar el conjunto silenciador puede proporcionar parte del mecanismo de sujeción. Por ejemplo, un extremo del conjunto silenciador se puede asentar en una parte del chasis del vehículo y el medio de sujeción axial se puede conectar al chasis en vez de a una pieza con brazos radiales u otro medio de ese extremo del conjunto silenciador.

La invención se ha descrito refiriéndonos a un conjunto axial simple de módulos del silenciador. Sin embargo, la invención se puede aplicar a módulos encajados en los que uno o más módulos cilíndricos se colocan dentro de módulos anulares. En esta forma de conjunto silenciador, la ausencia de salientes radiales de los cuerpos tubulares en las juntas entre ellos y entre otros cuerpos tubulares, supone un beneficio importante ya que reduce la formación de conductos de gas anulares dentro del conjunto silenciador. Sin embargo, como se ha indicado antes, los rebordes radiales que se forman deformando los extremos de los cuerpos tubulares pueden dirigirse radialmente hacia el exterior con lo cual sirven de resaltos sobre los que se puede apoyar la parte extrema de un elemento de tratamiento anular que está articulado en un elemento tubular y proporcionan un reborde para formar un cierre hermético entre cuerpos tubulares adyacentes. La capacidad de formar tales conjuntos permite al diseñador obtener un conjunto silenciador en el que el gas que circula en un sentido por el interior de los módulos cilíndricos, es recogido por una tapa adecuado y dirigido en sentido opuesto a través de módulos anulares externos o viceversa. Tal montaje permite obtener un conjunto silenciador axialmente compacto. Como alternativa, se puede inyectar urea o cualquier otro material en la corriente de gas parcialmente tratada que está en la tapa que conecta los módulos cilíndricos con los módulos anulares, con lo cual se pueden conseguir diferentes condiciones en diferentes partes del conjunto silenciador.

La invención se ha descrito refiriéndonos a un silenciador para usar en un motor diesel. Sin embargo, la invención también se puede aplicar donde se desee para formar una unidad modular para tratar una corriente gaseosa, por ejemplo en el tratamiento de gases de escape procedentes de un horno de combustión de carbón o de las emisiones de un motor accionado por LPG (gas de petróleo licuado).

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describe una forma preferida del conjunto de la invención a modo de ilustración de un silenciador, que se muestra en los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1, es una sección axial a través de un silenciador.

La figura 2, muestra una forma alternativa del silenciador mostrado en la figura 1.

La figura 3, es una representación esquemática de una anilla tensora y de sujeción de correas para usar con los silenciadores de las figuras 1 ó 2.

La figura 4, muestra un cuerpo tubular con rebordes que se dirigen radialmente hacia el exterior.

Descripción de la realización preferida

El silenciador comprende dos o más módulos, cada uno con un cuerpo tubular 1 que contiene un elemento de tratamiento cilíndrico 2 rodeado por un manguito 3 del material amortiguador que se vende con la marca registrada Interam. Por ejemplo, un cuerpo tubular contiene un núcleo central de frita de cerámica foraminosa que contiene un catalizador de Rodio/Platino depositado en las superficies expuestas que están dentro del núcleo central. Otro cuerpo tubular contiene un filtro de cerámica fundida que contiene una pluralidad de conductos axiales abiertos alternativamente hacia cada extremo del cuerpo y son de cerámica porosa con lo cual la vía de circulación para gas a través del filtro es tortuosa.

Cada extremo del cuerpo tubular 1 está formado con un reborde 4 plegado hacia el interior, el cual proporciona un resalto interno anular en la superficie interna del cuerpo tubular 1 en la cual se acopla la parte extrema del elemento de tratamiento 2. El reborde puede ser circunferencialmente continuo o intermitente. Normalmente, es deseable proporcionar una anilla anular 5 de malla metálica o material compresible similar entre el elemento de tratamiento 2 y el resalto o reborde 4 para acomodar las fuerzas compresivas axiales cuando el reborde 4 está plegado hacia el interior contra el elemento de tratamiento. También es normalmente deseable que el reborde se pliegue hacia el interior más de 90º, por ejemplo entre 92º y 105º, para que comprima la anilla 5 contra la cara extrema expuesta del elemento de tratamiento 2.

La formación del resalto anular que proporciona el reborde 4 plegado hacia el interior, evita tener que proporcionar rebordes anulares internos separados dentro del elemento tubular para retener los elementos de tratamiento que hasta ahora se han considerado necesarios.

Los módulos del conjunto silenciador se aseguran entre sí aplicando un collarín 10 alrededor de la junta a tope entre módulos adyacentes. Si se desea, se puede colocar una junta anular entre los rebordes 4 opuestos o las caras opuestas de los rebordes 4 pueden incluir una capa o revestimiento elástico que proporciona la junta. Sin embargo, en algunos casos hemos encontrado que la pequeña curva formada en el reborde 4 proporciona una permeabilidad adecuada entre rebordes opuestos de módulos adyacentes en ausencia de una junta.

Una tapa 11, 12 con la entrada 13 y la salida 14 adecuadas, está colocada en los extremos de tal conjunto. Las tapas incorporan normalmente un borde o saliente axial periférico vertical 15, 16.

El conjunto silenciador se asegura después aplicando sobre el mismo unas correas axiales 20. Las correas 20 incluyen un gancho 21 en cada extremo, que se apalanca hacia los bordes 15, 16 de las tapas 11, 12.

Como se muestra en la figura 2, el conjunto silenciador comprende preferiblemente una serie de módulos cilíndricos 30 situados dentro de una serie externa de módulos anulares 31. Si se desea, unos separadores 32 pueden sustituir a algunos elementos de tratamiento, con lo cual las correas internas y externas de los módulos se extienden una distancia axial determinada.

Si se desea, un módulo puede incluir varios elementos de tratamiento que tengan juntas compresibles 33 entre medias para acomodar las variaciones de longitud axial de los mismos. Si se aplica una sujeción axial externa en las tapas 34, 35 de tal conjunto, se aplica a su vez una fuerza de sujeción axial tanto en los módulos anulares externos como en los módulos cilíndricos internos para conseguir así un conjunto hermético sin tener que sujetar por separado los módulos internos.

Con tal conjunto no sólo no sólo se consigue una reducción axial del conjunto silenciador sino que también se permite que se pueda inyectar un material de tratamiento, por ejemplo urea, en la tapa donde se invierte el sentido de la corriente de gas, con lo cual se pueden conseguir más condiciones y tratamientos diferentes en los módulos anulares que en los módulos cilíndricos. La posición relativa de la entrada 36 y la salida 37 puede cambiarse fácilmente girando los componentes de la tapa 34.

La figura 3 ilustra una forma preferida de sujeción de las correas en el conjunto silenciador. Una o las dos tapas 34, 35 del conjunto que se muestra en la figura 2 está provisto de un borde vertical axialmente periférico 40. Dentro del borde vertical 40 hay una anilla de metal o de otro material 42 que tiene unas partes elevadas 43 y otras más bajas 44 unidas mediante unas partes intermedias inclinadas 45 con lo cual la anilla tiene una configuración normalmente ondulada o sinusoidal. Los ganchos extremos 46 de las correas axiales 47 se apalancan en las partes elevadas 43 de la anillas 42 y sujetan axialmente el conjunto silenciador. La primera correa se asegura en la anilla 42 haciendo girar la anilla 42 para adoptar una orientación perpendicular al plano de la tapa como se muestra con la línea de puntos. Esto hace que se mueva una parte elevada 43a axialmente hacia el otro extremo de conjunto con lo cual el gancho puede acoplarse fácilmente con esa parte elevada. La anilla 42 gira después para quedar apoyada sobre la tapa como se muestra en la figura 3, tensando así la correa.

Como se muestra en la figura 4, el extremo del cuerpo tubular interno 50 se puede deformar hacia fuera para formar un reborde que se dirige hacia fuera 51. Un elemento de tratamiento anular 52 articulado en el cuerpo tubular 52 se puede asegurar axialmente contra el reborde 51 como se ha descrito antes para el elemento de tratamiento que está situado dentro del cuerpo tubular 50. Normalmente, las fuerzas de rozamiento entre el cuerpo 50 y un elemento de tratamiento cilíndrico 53 que está situado dentro del cuerpo 50, mantienen el emplazamiento axial del elemento de tratamiento 53. Sin embargo, si se desea, se pueden formar dos nervios circunferenciales 54 orientados hacia el interior en la pared del elemento tubular 50 mediante una técnica de enrollamiento adecuada en emplazamientos apropiados, para proporcionar unos topes internos en el cuerpo 50 con el fin de retener el elemento 53 en el emplazamiento axial deseado dentro del cuerpo 50. Las caras expuestas axialmente de los rebordes 51 también sirven como rebordes de contacto con un material adecuado de junta que está entre medias cuando dos cuerpos tubulares 50 y 60 que incluyen unos rebordes que se dirigen hacia fuera 51 y 61 están situados axialmente uno sobre otro. En el conjunto que se muestra en la figura 4, el elemento 60 es el tubo de entrada del silenciador.

Tal estructura proporciona tanto elementos de tratamiento internos como elementos de tratamiento externos 52 y 53 que se encuentran en un elemento tubular común 50. Dos o más de tales estructuras se pueden insertar en un recipiente externo 62 y en las tapas 63 y 64 que están asegurados en el mismo mediante unas correas en V circunferenciales 65 y 66 que se acoplan en unos rebordes radiales oblicuos 67 y 68 del recipiente 62 y las tapas 63 y 64. Al apretar las correas 65 y 66, éstas se reducen radialmente aplicando así una fuerza axial sobre las tapas y el recipiente. Esta fuerza axial hace que los componentes internos se sujeten axialmente para formar una estructura hermética. En este caso, el recipiente 62 forma el componente del mecanismo de sujeción axial que se extiende axial y sustancialmente por toda la longitud de los componentes internos del conjunto silenciador.

Claims (11)

1. Aparato para tratar una corriente de gas, comprendiendo el aparato una pluralidad de compartimentos dentro de los cuales se van a llevar a cabo uno o más tratamientos en una corriente de gas que atraviesa los compartimientos de manera sucesiva, caracterizado porque:

a. al menos dos de los mencionados compartimentos comprenden cada uno un cuerpo tubular (1, 1') que contiene o transporta un elemento de tratamiento (2, 2') al cual se le impide el movimiento axial con relación al cuerpo (1, 1'); y

b. los cuerpos tubulares (1, 1') de los compartimentos adyacentes están provistos de unos rebordes extremos (4, 4') que se extienden radialmente hacia dentro y/o hacia fuera, constituyendo al menos algunos de dichos rebordes (4, 4') un resalto en el que se apoya la parte extrema opuesta del compartimiento adyacente para formar una estructura que se extienden axialmente y que comprende al menos dos compartimentos en relación axial o coaxial entre sí; y

c. unos medios de sujeción (20, 21, 62, 63, 64) que se extienden axialmente y sustancialmente por toda la longitud de dicha estructura y aplican una fuerza axial en la estructura axial para inmovilizar conjuntamente los dos compartimentos adyacentes de manera hermética mediante un efecto de sujeción axial.

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sujeción (62, 63, 64) comprenden un recipiente externo (62) y dos tapas (63, 64) aseguradas en dicho recipiente externo (62).

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que las tapas (63, 64) se aseguran en el recipiente externo (62) con la ayuda de unas correas circunferenciales en V (65, 66) que pasan por unos rebordes radiales oblicuos (67, 68) que forman el recipiente (62) y las tapas (63, 64).

4. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque la sección transversal de los cuerpos tubulares (1, 1') es poligonal.

5. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos algunas de las cámaras de tratamientos están encajadas dentro de otras en una disposición normalmente concéntrica.

6. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque los rebordes extremos (4, 4') de dos cuerpos tubulares adyacentes presentan superficies curvadas axialmente hacia fuera una con respecto a la otra para crear una presión obturante localizada cuando los cuerpos tubulares (1, 1') están sujetos axialmente.

7. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los cuerpos tubulares (1, 1') contiene un elemento de tratamiento (2, 2') para someter los gases de escape procedentes de un motor de combustión interna a filtración para eliminar al menos una parte del material en partículas procedente de la corriente de gas y al menos otro cuerpo tubular (1, 1') contiene un elemento de tratamiento (2, 2') para someter a tratamiento catalítico componentes de la corriente de gas.

8. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque los rebordes extremos (4, 4') de los cuerpos tubulares (1, 1') están plegados hacia el interior formando un ángulo de 90º o más.

9. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sujeción axial (20, 21) consisten en unas correas metálicas axiales (20) situadas a intervalos circunferenciales alrededor de los elementos tubulares.

10. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de sujeción axial están provistos de un medio de resorte (43) para mantener una tensión dentro de los medios de sujeción axiales durante el uso del aparato.

11. Motor de combustión interna provisto de un silenciador que comprende un aparato como el que se reivindica en la reivindicación 1.