ES2304005T3 - Acondicionamiento de aire/combustible. - Google Patents
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Abstract
Aparato para el acondicionamiento de aire y combustible suministrados a un combustor, que comprende: medios (5) para cargar electrostáticamente aire suministrado a un combustor, con una primera polaridad, extendiéndose los medios en un primer conducto (2, 3, 4) a través del cual, durante el funcionamiento, fluye aire hacia el combustor; medios (12) para cargar electrostáticamente combustible suministrado a dicho combustor, con una polaridad opuesta a dicha primera polaridad, extendiéndose los medios en un segundo conducto (9, 10, 11) a través del cual, durante el funcionamiento, fluye combustible hacia el combustor; y medios (15, 19; 20) para precalentar dicho combustible; caracterizado porque comprende además un electrodo conectado a tierra (7; 14) dentro del primer conducto y/o del segundo conducto.
Description
Acondicionamiento de aire/combustible.
La presente invención se refiere a un aparato y
un método para el acondicionamiento de aire y combustible
suministrados a un combustor.
La invención trata particularmente sobre el
acondicionamiento de aire y combustible suministrados a motores de
combustión interna para automoción u otras aplicaciones y se puede
aplicar de la forma más útil cuando el combustible y el aire se
inyectan o introducen por separado en la(s) cámara(s)
de combustión, como en el caso de los motores diésel, la GDI
(inyección directa de gasolina) y ciertos motores de gas.
No obstante, la invención puede resultar útil de
forma más general para favorecer la combustión, aumentar la
eficiencia y/o reducir emisiones nocivas de máquinas motrices,
quemadores, hornos u otros tipos de combustor.
Se han propuesto varios sistemas los cuales se
supone que mejoran el rendimiento y/o reducen las emisiones de
motores de combustión interna mediante la carga eléctrica o
ionización del aire y/o combustible suministrados, por ejemplo, tal
como se sabe a partir de US 4071004, US 4183337, US 4308844, US
5010869 y US 6463917.
Además, el documento WO 03/072925 describe un
aparato de acondicionamiento de aire/combustible según el preámbulo
de la reivindicación.
La presente invención pretende proporcionar un
aparato y un método con los cuales se puedan lograr más fácilmente
dichos objetivos.
Por consiguiente, en uno de sus aspectos, la
invención se basa en un aparato para el acondicionamiento de aire y
combustible suministrados a un combustor, que comprende:
- medios para cargar electrostáticamente aire suministrado a un combustor, a una primera polaridad, prolongándose los medios en un primer conducto a través del cual, durante el funcionamiento, fluye aire al combustor;
- medios para cargar electrostáticamente combustible suministrado a dicho combustor, con una polaridad opuesta a dicha primera polaridad, prolongándose los medios en un segundo conducto a través del cual, durante el funcionamiento, fluye combustible al combustor; y
- medios para precalentar dicho combustible;
- en el que el aparato comprende además un electrodo conectado a tierra dentro de un conducto seleccionado de entre el primer conducto y el segundo conducto.
Preferentemente, el aparato está adaptado para
cargar aire con una polaridad negativa y para cargar combustible
con una polaridad positiva.
Los medios de carga pueden comprender en cada
uno de los casos uno o más electrodos en punta adaptados para
conectarse a unos medios de alimentación de energía eléctrica y que
se prolongan en el primer conducto y/o el segundo conducto.
El electrodo conectado a tierra dentro del
primer conducto y/o el segundo conducto se puede proporcionar aguas
arriba del (de los) electrodo(s) en punta según el sentido
del flujo de aire o combustible a través del conducto.
El combustible se puede precalentar mediante
intercambio de calor con fluido calentado por el combustor.
Adicionalmente, o de forma alternativa, el combustible se puede
precalentar a través de unos medios alimentados eléctricamente.
Cuando se proporcionan ambos elementos, el aparato puede comprender
además medios de control adaptados para hacer funcionar los medios
de calentamiento alimentados eléctricamente cuando los medios de
intercambio de calor por fluido resulten ineficaces para precalentar
el combustible a una temperatura especificada (por ejemplo, cuando
el combustor no haya alcanzado todavía su temperatura de trabajo
normal).
La invención se basa también en un combustor
equipado con un aparato de acondicionamiento de aire y combustible
según se ha definido anteriormente.
La invención se basa también en un método de
acondicionamiento de aire y combustible suministrados a un
combustor, que comprende las etapas en las que:
- se carga electrostáticamente dicho aire con una primera polaridad en un primer conducto a través del cual, durante el funcionamiento, fluye aire hacia el combustor;
\newpage
- se carga electrostáticamente dicho combustible con una polaridad opuesta a dicha primera polaridad en un segundo conducto a través del cual, durante el funcionamiento, fluye combustible hacia el combustor; y
- se precalienta dicho combustible;
- caracterizado porque proporciona un electrodo conectado a tierra dentro de un conducto y/o un segundo conducto.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describirán más
particularmente estas y otras características de la presente
invención, por medio de ejemplos, haciendo referencia a los dibujos
esquemáticos adjuntos en los cuales:
la Figura 1 es una sección a través de la unidad
de acondicionamiento de aire en una de las realizaciones del
aparato según la invención; y
la Figura 2 es una vista en sección a través de
la unidad de acondicionamiento de combustible del aparato.
Los dibujos ilustran ejemplos de unidades de
acondicionamiento de aire y combustible las cuales se pueden usar
típicamente de forma conjunta con un motor diésel u otro motor de
combustión interna.
La unidad 1 ilustrada en la Figura 1 está
destinada a insertarse en el sistema de admisión de aire del motor,
aguas arriba de un filtro, y lo más cerca posible de las entradas de
aire a las cámaras de combustión del motor.
La misma comprende un conducto que tiene una
sección de entrada 2 y una sección de salida 3, ambas de material
dieléctrico, a través de las cuales pasa el aire en la dirección de
la flecha "A" en su camino hacia el motor. Entre las secciones
2 y 3 existe una sección de conducto metálico 4 en la que se ha
formado una pluralidad de electrodos en punta 5 que se prolongan
hacia el interior del conducto.
Un cable 6 conecta la sección de conducto 4 con
una fuente de alimentación (no mostrada) la cual aplica a cada
electrodo 5 un voltaje DC elevado de baja corriente o por impulsos
(típicamente de entre varios kV y 1 MV) de polaridad negativa.
El campo eléctrico superficial consecuente
concentrado en la punta de cada uno de los electrodos da como
resultado unas descargas de efecto corona y la generación de
partículas cargadas negativamente (iones) en el aire que fluye a
través del conducto. Este efecto se potencia mediante la presencia
de un electrodo conectado a tierra, tal como el electrodo anular
indicado con la referencia 7, dentro del conducto adyacente a los
electrodos 5 en la dirección aguas arriba, alejándose con respecto a
esta toma de tierra la dirección natural del flujo de los iones
generados.
La unidad 8 ilustrada en la Figura 2 está
destinada a insertarse en la conducción del combustible hacia el
motor, preferentemente aguas abajo de la bomba de combustible, y lo
más cerca posible de los inyectores de combustible a las cámaras de
combustión del motor.
La misma comprende un conducto que tiene una
sección de entrada 9 y una sección de salida 10, ambas de material
dieléctrico, a través de las cuales pasa el combustible en la
dirección de la flecha "F" en su camino hacia el motor. Entre
las secciones 9 y 10 existe una sección de conducto metálico 11 en
la que se ha formado una pluralidad de electrodos en punta 12 que
se prolongan hacia el interior del conducto.
Un cable 13 conecta la sección de conducto 11
con una fuente de alimentación (no mostrada) la cual aplica un
voltaje DC elevado de baja corriente o por impulsos (típicamente de
entre varios kV y 1 MV) de polaridad positiva a cada electrodo
12.
El campo eléctrico superficial consecuente
concentrado en la punta de cada uno de los electrodos da como
resultado unas descargas de efecto corona y la generación de
partículas cargadas positivamente (iones) en el combustible que
fluye a través del conducto. Este efecto se puede potenciar mediante
la presencia de un electrodo conectado a tierra, tal como el
electrodo anular indicado con la referencia 14, dentro del conducto
adyacente a los electrodos 12 en la dirección aguas arriba,
alejándose con respecto a esta toma de tierra la dirección natural
del flujo de los iones generados.
Además del acondicionamiento del fuel mediante
ionización, en este aparato el fuel también se precalienta, y con
este fin en la Figura 2 se ilustran dos medios independientes.
Los primeros comprenden una camisa de agua 15 a
través de la cual se hace circular agua caliente del sistema de
refrigeración del motor, con una entrada 16 y una salida 17. El
combustible fluye desde una entrada 18 a través de una vía
serpenteante 19 dentro de la camisa 15, absorbiendo calor del agua
antes de pasar a través del conducto 9, 11, 10.
No obstante, esta opción no resultará eficaz
para calentar el combustible hasta que el motor haya alcanzado su
temperatura de trabajo normal, de manera que para hacer frente a la
condición de arranque en frío se proporciona también un calentador
de combustible alimentado eléctricamente. Este se ilustra
esquemáticamente en la Figura 2 en forma de un elemento de
calentamiento eléctrico 20 dentro de la sección de conducto 9,
controlado por un termostato 21 en respuesta a un sensor de
temperatura de combustible 22.
La disposición de calentamiento de combustible
mostrada en la Figura 2 se puede configurar de tal manera que
cuando se arranque en frío el motor, el calentador eléctrico 20 esté
inicialmente operativo, y se desactive bajo control termostático
cuando el motor se haya acabado de calentar y se comience a
entregar, desde el calentador de agua 15, combustible precalentado
por encima de una temperatura especificada.
No obstante, en otras realizaciones, se puede
prescindir del calentador de agua y el precalentamiento del
combustible se logra simplemente mediante uno o más calentadores
eléctricos. En el caso, por ejemplo, del combustible diésel, se
cree que un precalentamiento a una temperatura en la zona de los
200ºC puede resultar beneficioso, lo cual no se puede lograr
fácilmente usando como fuente de calor el refrigerante del
motor.
En otra variante, el electrodo independiente
conectado a tierra 14 en la unidad de acondicionamiento del
combustible se puede sustituir funcionalmente por la cubierta de un
calentador eléctrico tal como en la referencia 20.
Aunque en la actualidad no se han acabado de
interpretar todos los efectos del acondicionamiento de aire y
combustible en un aparato como el ejemplificado anteriormente, se
cree que la aplicación de cargas eléctricas de la misma polaridad
al combustible facilita la subsiguiente atomización y dispersión del
combustible en gotitas más pequeñas dentro del motor.
Se cree que el precalentamiento del combustible
facilita el proceso de ionización y potencia la descomposición en
partículas. Además, cargando el aire destinado a la combustión con
la polaridad opuesta a la del combustible, la entremezcla
subsiguiente del combustible y el aire debería resultar más rápida y
más completa. Las consecuencias son que la combustión se puede
iniciar de forma más fiable y la mezcla se puede quemar de forma más
completa, derivando a su vez en una mejor economización del
combustible, una mayor potencia de salida y/o una reducción en las
cantidades de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y
emisiones de partículas.
También se pueden conseguir unas temperaturas de
escape menores y una menor formación de óxidos de nitrógeno.
Claims (15)
1. Aparato para el acondicionamiento de aire y
combustible suministrados a un combustor, que comprende:
medios (5) para cargar electrostáticamente aire
suministrado a un combustor, con una primera polaridad,
extendiéndose los medios en un primer conducto (2, 3, 4) a través
del cual, durante el funcionamiento, fluye aire hacia el
combustor;
medios (12) para cargar electrostáticamente
combustible suministrado a dicho combustor, con una polaridad
opuesta a dicha primera polaridad, extendiéndose los medios en un
segundo conducto (9, 10, 11) a través del cual, durante el
funcionamiento, fluye combustible hacia el combustor; y
medios (15, 19; 20) para precalentar dicho
combustible;
caracterizado porque comprende además un
electrodo conectado a tierra (7; 14) dentro del primer conducto y/o
del segundo conducto.
2. Aparato según la reivindicación 1,
caracterizado porque está adaptado para cargar aire con una
polaridad negativa y para cargar combustible con una polaridad
positiva.
3. Aparato según la reivindicación 1 ó la
reivindicación 2, caracterizado porque dichos medios para
cargar electrostáticamente aire comprenden uno o más electrodos en
punta (5) adaptados para conectarse a medios de alimentación de
energía eléctrica y que se extienden en el primer conducto (2, 3,
4).
4. Aparato según la reivindicación 3,
caracterizado porque el primer electrodo conectado a tierra
(7) dentro del primer conducto (2, 3, 4) se encuentra aguas arriba
de dicho(s) electrodo(s) en punta (5) según el sentido
del flujo de aire a través del primer conducto.
5. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos
medios para cargar electrostáticamente combustible comprenden uno o
más electrodos en punta (12) adaptados para conectarse a medios de
alimentación de energía eléctrica y que se extienden en el segundo
conducto (9, 10, 11).
6. Aparato según la reivindicación 5,
caracterizado porque el segundo electrodo conectado a tierra
(14) dentro del segundo conducto (9, 10, 11) se encuentra aguas
arriba de dicho(s) electrodo(s) en punta (12) según el
sentido del flujo de combustible a través de dicho conducto.
7. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos
medios de precalentamiento (15, 19; 20) están situados aguas arriba
de dichos medios (12) para cargar electrostáticamente combustible
según el sentido del flujo del combustible hacia el combustor.
8. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos
medios de precalentamiento comprenden medios (15, 19) para
precalentar dicho combustible mediante intercambio de calor con
fluido calentado por el combustor.
9. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque dichos
medios de precalentamiento comprenden medios de calentamiento
alimentados eléctricamente (20).
10. Aparato según la reivindicación 9,
caracterizado porque dichos medios de calentamiento
alimentados eléctricamente comprenden un elemento (20) dispuesto
dentro del conducto (9, 10, 11) a través del cual, durante el
funcionamiento, fluye combustible hacia el combustor el cual actúa
también como dicho electrodo conectado a tierra (14).
11. Aparato según las reivindicaciones 8, 9 ó
10, caracterizado porque comprende además medios de control
(21, 22) adaptados para hacer funcionar dichos medios de
calentamiento alimentados eléctricamente (20) cuando dichos medios
de intercambio de calor por fluido (15, 19) resulten ineficaces para
precalentar dicho combustible a una temperatura especificada.
12. Combustor caracterizado porque está
equipado con un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores para el acondicionamiento de aire y combustible
suministrados al mismo.
13. Combustor según la reivindicación 12,
caracterizado porque es un motor de combustión interna.
14. Método de acondicionamiento de aire y
combustible suministrados a un combustor, que comprende las etapas
en las que:
se carga electrostáticamente dicho aire con una
primera polaridad dentro de un primer conducto (2, 3, 4) a través
del cual, durante el funcionamiento, fluye aire hacia el
combustor;
se carga electrostáticamente dicho combustible
con una polaridad opuesta a dicha primera polaridad dentro de un
segundo conducto (9, 10, 11) a través del cual, durante el
funcionamiento, fluye combustible hacia el combustor; y
se precalienta dicho combustible;
caracterizado porque proporciona un
electrodo conectado a tierra (7; 14) dentro de un conducto
seleccionado de entre el primer conducto y el segundo conducto.
15. Método según la reivindicación 14,
caracterizado porque se realiza por medio de un aparato según
una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12.
Applications Claiming Priority (2)
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