ES2305765T3 - Procedimiento y dispositivo para disminuir electrostaticamente los particulados en gases de escape emitidos desde motores. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para disminuir los particulados en una corriente gaseosa que comprende los gases de escape de un motor térmico o de un sistema de calefacción, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas: a) generar cargas eléctricas negativas en un área a través de la cual circula dicha corriente gaseosa, b) pasar dicha corriente gaseosa cerca de una o más superficies mantenidas a un potencial capaz de atraer partículas con una carga eléctrica negativa; en el que dichas cargas eléctricas negativas forman un flujo de electrones generado por una rejilla a través de la cual circula dicha corriente gaseosa, caracterizado porque dicha rejilla comprende una pluralidad de aberturas obtenidas por punzonado, de manera que los rebordes (3) de dichas aberturas presentan micropuntos para facilitar la dispersión.

Description

Procedimiento y dispositivo para disminuir electrostáticamente los particulados en gases de escape emitidos desde motores.

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Campo técnico

Esta invención se refiere a un procedimiento para reducir contaminantes. Más específicamente, se refiere a un procedimiento para disminuir los particulados encontrados en los gases de escape emitidos de motores térmicos, especialmente motores de combustión interna de vehículos de motor, y de sistemas de calefacción.

La invención también se refiere a un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento.

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Técnica anterior

Las emisiones de los motores de los vehículos de motor y los sistemas de calefacción son una de las principales fuentes de contaminación del aire. Las partículas sólidas son particularmente problemáticas, especialmente aquellas con tamaño de partícula de hasta 10 \mum; desde un punto de vista de la salud, las partículas sólidas menores de 2,5 \mum son especialmente nocivas debido a su tendencia a acumularse en los pulmones y producir enfermedades. Por consiguiente, los límites de particulados legalmente admisibles se han reducido a lo largo de los años y se espera que se vuelvan incluso más restrictivos en el futuro. Hasta la fecha, no se ha inventado ningún sistema fácilmente aplicable a vehículos o sistemas de calefacción para lograr resultados satisfactorios en cuanto a minimización de los particulados finos - los únicos capaces de llegar a la membrana pulmonar. El problema se agrava por el hecho de que la disminución debe producirse durante un solo paso a través del sistema específico, ya que no es posible o adecuado adoptar soluciones como la recirculación parcial del gas tratado.

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Resumen de la invención

Un objeto de esta invención es proporcionar un procedimiento para disminuir los particulados en una corriente gaseosa que comprende los gases de escape de un motor térmico o un sistema de calefacción según la reivindicación 1 adjunta y un dispositivo según la reivindicación 6 adjunta.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, las superficies mantenidas a un potencial capaz de atraer cargas negativas están constituidas por un conjunto de placas metálicas. Estas placas se mantienen a un potencial positivo con respecto a tierra y, preferentemente, están enfrentadas a un conjunto de placas, que pueden ser de apariencia idéntica al otro conjunto de placas, mantenidas a un potencial negativo. De este modo, se formará un campo eléctrico entre dos placas situadas una enfrente de otra: este campo podrá desviar el recorrido de las partículas, que fueron cargadas negativamente con anterioridad en el área donde se generan las cargas negativas, encontradas en la corriente gaseosa hasta que son capturadas por las placas cargadas positivamente. Las realizaciones preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

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Dibujos

La figura 1 muestra una vista esquemática de un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con esta invención.

La figura 2 muestra una vista esquemática detallada de una rejilla dispersora.

La figura 3 muestra una vista esquemática detallada de una rejilla dispersora de acuerdo con una versión alternativa de la invención.

Las figuras 4 y 5 muestran una vista esquemática de dos versiones diferentes de la invención.

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Descripción detallada de la invención

Las siguientes páginas ilustran una versión particular de un procedimiento de acuerdo con esta invención.

La figura 1 muestra que la corriente de gases de escape que ha de ser tratada circula por el interior del dispositivo (flecha A) y entra en contacto con el medio (1) para generar las cargas eléctricas negativas. Este medio puede estar constituido por una rejilla mantenida a un potencial capaz de causar la dispersión de un flujo de electrones desde dicha rejilla. Idealmente, como ya se mencionó, dicha rejilla comprenderá varios puntos para sacar partido de la potencia dispersora conocida. Por ejemplo, la rejilla puede estar constituida por chapa metálica con varias aberturas; idealmente, dichas aberturas estarán hechas mediante punzonado, en lugar de corte, de manera que los bordes de las aberturas tengan pedazos levantados de chapa metálica, que comprendan rebordes con varios micropuntos causados por desgarro de la chapa metálica. Según una realización preferida de la invención, la rejilla (1) comprende varias aberturas cuadradas (véase la Figura 2). Estas pueden obtenerse haciendo incisiones en la chapa metálica con un punzón piramidal que presenta una sección cuadrada y, después, abriéndola, usando un punzón adecuado, de manera que los bordes (2) queden ligeramente levantados (véase la figura). Por ejemplo, estas aberturas pueden estar levantadas de manera que el paso a través del cual fluye el gas sea aproximadamente la mitad del tamaño del área cuadrada punzonada (véase la figura). Los bordes (2) comprenden los rebordes (3) obtenidos mediante desgarro, que presentan los micropuntos para facilitar la dispersión. Idealmente, los bordes deben estar doblados hacia el lado de aguas abajo con respecto a la corriente gaseosa para reducir la resistencia al flujo de la corriente gaseosa. El grosor y el material de la rejilla pueden escogerse dependiendo de la aplicación y la combinación requerida de solidez, resistencia al flujo de la corriente gaseosa, dispersión de electrones, etc. Por ejemplo, la rejilla puede estar hecha de acero inoxidable y tener un grosor incluido entre 0,1 y 0,5 mm. El tamaño y el número por unidad de superficie de las aberturas pueden escogerse según se necesite, teniendo en cuenta que una alta densidad superficial de aberturas aumenta la ionización de la corriente gaseosa. Las aberturas cuadradas, como las mostradas en la figura 2, pueden tener, por ejemplo, lados incluidos entre 0,5 y 1,5 cm (un tamaño adecuado es aproximadamente igual a 1 cm). El espacio entre un área punzonada y otra de la rejilla debe dar a la estructura la solidez adecuada, sin reducir excesivamente el pasaje del gas. Por ejemplo, el espacio en el tipo de rejilla mostrada en la figura 2 podría tener un tamaño comprendido entre 3 y 5 mm. Obviamente, también son posibles otras configuraciones: por ejemplo, las aberturas cuadradas podrían estar escalonadas. Por ejemplo, la figura 3 muestra una abertura con ocho bordes (2') -en lugar de los cuatro bordes de la realización descrita anteriormente- aumentando así la longitud total de los rebordes de dispersión. Una vez más, las aberturas son cuadradas pero también podrían ser octogonales, formando ocho bordes de igual forma y tamaño. Las aberturas también podrían ser hexagonales y tener seis bordes; claramente, también pueden usarse otras combinaciones con aberturas de forma regular -como las descritas anteriormente- o incluso irregular, dependiendo de necesidades funcionales o constructivas.

Obviamente, pueden usarse otros tipos de medios dispersores, dependiendo de las necesidades, en lugar de una rejilla.

La figura 1 muestra la corriente gaseosa que circula a través de la rejilla y dentro del área 4, donde las partículas sólidas se encuentran con las cargas eléctricas negativas producidas por la rejilla y se cargan negativamente. El área 4 separa la rejilla de las placas (6 y 7). Debe haber una cantidad adecuada de espacio entre la rejilla (1) y las placas para prevenir la descarga eléctrica. Después, la corriente gaseosa circula a través de varios conductos (5) formados entre las placas enfrentadas y apropiadamente distanciadas (6 y 7). De acuerdo con una realización preferida de la invención, el número de placas es adecuado para obtener más de uno de dichos conductos (5). Un tipo de placa (6), las denominadas placas colectoras, tiene un potencial positivo con respecto a tierra; mientras que el otro tipo de placa (7), las denominadas placas deflectoras, tiene un potencial negativo. De este modo, se crea un campo eléctrico uniforme entre dos placas enfrentadas que desviará el recorrido de las partículas cargadas hacia la placa con potencial positivo. De este modo, las partículas tenderán a descargarse sobre la placa con potencial positivo. Obsérvese que las partículas, una vez descargadas, tienden a pegarse a la placa permanentemente, sin riesgo de liberación de partículas, incluso cuando el dispositivo deja de funcionar. Dependiendo de la aplicación, las placas pueden dimensionarse de manera que tengan que sustituirse más o menos frecuentemente o, especialmente si el dispositivo está instalado en un vehículo, de manera que no tengan que sustituirse durante la vida útil del vehículo. Si debe tratarse el gas de escape de un vehículo equipado con un convertidor catalítico, puede ser ventajoso situar el dispositivo aguas abajo con respecto al convertidor catalítico para tratar también los particulados (por ejemplo, residuos del catalizador) procedentes del convertidor. Ventajosamente, pueden situarse capas (8) de material aislante entre la carcasa del dispositivo y las placas exteriores - para delimitar el conducto a través del cual circula la corriente gaseosa. Soportes aislantes pueden fijar las otras placas a la carcasa (9), o las placas pueden sujetarse entre sí por sus bordes laterales con estructuras aislantes para formar un "paquete" de placas fácilmente reemplazable; ventajosamente, la rejilla (1) también puede estar aislada adecuadamente con respecto a la carcasa. Las figuras muestran placas planas; sin embargo, también son posibles diferentes formas incluyendo, por ejemplo, varios tubos concéntricos mantenidos alternativamente a potencial positivo o negativo. También es posible aumentar la extensión de la rejilla (1) sin cambiar las dimensiones del conducto donde está alojada. Esto puede lograrse colocando la rejilla de manera diferente (por ejemplo, inclinada) o conformando la rejilla apropiadamente (por ejemplo, como se muestra en las figuras 4 y 5).

La distancia entre las diferentes placas y el número de placas pueden escogerse apropiadamente para obtener una disminución óptima, basada en el potencial al que se mantienen las placas. No obstante, es necesario prevenir la descarga eléctrica entre las placas; esto también requiere tener en cuenta la rigidez dieléctrica de los gases tratados, que puede considerarse provisionalmente similar a la del aire húmedo. Pueden aplicarse capas apropiadas de material, como pintura aislante, a las placas para funcionar con campo eléctrico más intenso. Además, las placas deben tener preferentemente esquinas redondeadas.

Tal como se mencionó previamente, la longitud de las placas puede escogerse para obtener una disminución óptima. También puede ser necesario considerar cuestiones constructivas, especialmente si el dispositivo ha de instalarse en un vehículo de motor. Pueden preverse varias fases de disminución en serie para mejorar la eficiencia sin aumentar excesivamente la longitud y/o anchura de las placas (por lo tanto, el tamaño y peso del dispositivo).

De acuerdo con una realización preferida de la invención, cada fase de disminución (que está constituida por el flujo de gas a través de un conjunto de placas acumuladoras) tiene su propia fase de ionización. En la práctica, puede situarse una rejilla delante de cada conjunto de placas colectoras. Como las partículas con una menor masa son desviadas generalmente más rápido, por las placas mantenidas a un potencial como se especificó anteriormente, puede usarse una primera fase con tiempo de permanencia. Esto puede obtenerse usando placas más cortas o reduciendo la sección a través de la cual circula el gas para disminuir o disminuir parcialmente los particulados más finos. Después, a esta fase le puede seguir una fase con tiempo de permanencia más prolongado para completar la disminución de partículas más grandes.

Los valores de voltaje que han de aplicarse a las diferentes partes del dispositivo deben escogerse evitando, como ya se mencionó anteriormente, la descarga entre las placas. Por ejemplo, las placas colectoras pueden mantenerse entre +2000 y +4000 V; mientras que las placas deflectoras pueden mantenerse al potencial opuesto.

La rejilla de ionización debe dispersar una carga adecuada. Por ejemplo, pueden aplicarse valores de potencial (negativo) entre 3000 y 7000 V (por ejemplo, aproximadamente 5000 V). Los valores de potencial para las placas y las rejillas se ofrecen como ejemplos; pueden usarse diferentes valores, por ejemplo, para dimensionar de diferente manera el dispositivo, manteniendo igual eficiencia o, en general, para otras necesidades funcionales o constructivas.

Por ejemplo, para llevar a cabo el procedimiento de esta invención en un coche, el dispositivo (de una sola fase) puede dimensionarse para obtener una velocidad media del gas de escape de aproximadamente 2 m/s entre el deflector plano de 35 cm de longitud y las placas colectoras colocadas enfrentadas entre sí a una distancia de 22 mm. Con valores de potencial de placas iguales a + y - 3000 V y un voltaje aplicado de la rejilla de ionización de -5000 V, es posible obtener una reducción de aproximadamente el 80% de particulado de 0,3 a 3 \mum.

De acuerdo con una posible versión de la invención, las placas, preferentemente planas, están situadas verticalmente para permitir que corra el posible líquido condensado. Esto es importante porque las acumulaciones de líquido podrían causar descarga entre las placas. La carcasa del dispositivo puede estar inclinada hacia la salida para permitir que cualquier líquido del fondo circule hacia fuera o sea expulsado por la corriente gaseosa. El dispositivo puede estar colocado de manera que la corriente gaseosa circule verticalmente. Algunas aberturas de dimensión apropiada pueden estar situadas en el fondo de la carcasa para evacuar el líquido. Sin embargo, por necesidades de instalación del dispositivo, las placas también pueden estar situadas ventajosamente en horizontal o incluso sólo en un leve ángulo. Por ejemplo, un coche tiene generalmente limitaciones dimensionales verticales; si bien lo más probable es que mayores dimensiones horizontales del dispositivo serían toleradas.

El dispositivo requerido para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención tiene la ventaja de requerir poco mantenimiento. En el caso de algunos tipos de vehículos, puede dimensionarse para que no requiera ningún trabajo de mantenimiento durante la vida útil del vehículo. Además, el dispositivo apenas afecta a la resistencia al flujo, ya que no causa resistencia significativa al flujo del gas tratado. Como ya se mencionó, las partículas tienden a pegarse permanentemente a la placa colectora; de ese modo, no son liberadas después. Además, en el caso de vehículos de motor, no hay fases al arrancar o apagar el motor en las que el dispositivo es inefectivo, como ocurre, por ejemplo, con los convertidores catalíticos; esto es porque basta que se suministre corriente a las placas y la rejilla para que funcionen a plena eficiencia.

Con referencia a las figuras, un dispositivo para disminuir los particulados en los gases de escape de motores térmicos o sistemas de calefacción también es parte de la invención. Este dispositivo comprende lo siguiente: una entrada (10) para los gases de escape, una estructura dispersora (1), un conjunto de superficies metálicas paralelas (6, 7) situadas aguas abajo de dicha entrada (10) de dicha estructura (1), medios para generar voltaje negativo en dicha estructura dispersora y medios para generar voltaje positivo en al menos parte de dichas superficies metálicas (6, 7), estando situadas verticalmente dichas superficies metálicas (6, 7) (en las figuras el dispositivo se muestra en vista en planta).

Claims (6)

1. Procedimiento para disminuir los particulados en una corriente gaseosa que comprende los gases de escape de un motor térmico o de un sistema de calefacción, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

a)

generar cargas eléctricas negativas en un área a través de la cual circula dicha corriente gaseosa,

b)

pasar dicha corriente gaseosa cerca de una o más superficies mantenidas a un potencial capaz de atraer partículas con una carga eléctrica negativa; en el que dichas cargas eléctricas negativas forman un flujo de electrones generado por una rejilla a través de la cual circula dicha corriente gaseosa, caracterizado porque dicha rejilla comprende una pluralidad de aberturas obtenidas por punzonado, de manera que los rebordes (3) de dichas aberturas presentan micropuntos para facilitar la dispersión.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que las superficies mantenidas a un potencial capaz de atraer cargas eléctricas negativas son un conjunto de placas colectoras metálicas mantenidas a un potencial positivo con respecto a tierra.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que dichas placas colectoras están enfrentadas a un conjunto de placas deflectoras mantenidas a un potencial negativo con respecto a tierra.

4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que se repiten las etapas a) y b).

5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que dichas placas colectoras están colocadas verticalmente.

6. Un dispositivo para disminuir los particulados en los gases de escape de motores térmicos o sistemas de calefacción que comprende: una entrada (10) para los gases de escape, una estructura dispersora (1), un conjunto de superficies metálicas paralelas (6, 7) situadas aguas abajo con respecto a dicha entrada (10) de dicha estructura (1), medios para generar voltaje negativo en dicha estructura dispersora, medios para generar voltaje positivo en al menos parte de dichas superficies metálicas (6, 7) y más de un conducto (5), obtenido cada uno entre un par de dichas superficies metálicas (6, 7) enfrentadas entre sí, en el que dicha estructura dispersora es una rejilla a través de la cual puede circular una corriente gaseosa, caracterizado porque dicha rejilla comprende una pluralidad de aberturas obtenidas por punzonado, de manera que los rebordes (3) de dichas aberturas presentan micropuntos para facilitar la dispersión.