ES2311698T3 - Cabezal pulverizador. - Google Patents
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Abstract
Disposición de cabezal pulverizador para la humidificación del aire de admisión de un motor de pistones, comprendiendo dicha disposición de cabezal pulverizador un cabezal pulverizador (1) que comprende por lo menos una boquilla (3) para suministrar un líquido que humidifica el aire de admisión en el conducto de admisión de aire o en un espacio que conduce al conducto de admisión de aire del motor, caracterizada porque el cabezal pulverizador (1) es móvil entre por lo menos dos posiciones, una primera posición, en la que el cabezal pulverizador está retraído, y una segunda posición en la que el cabezal pulverizador sobresale, con respecto al nivel de los bordes de un soporte (2) del cabezal pulverizador y/o la superficie interna del conducto de admisión de aire (5).
Description
Cabezal pulverizador.
La presente invención se refiere a una
disposición de cabezal pulverizador según se define en el preámbulo
de la reivindicación 1 para humidificar el aire de admisión con una
neblina acuosa.
Los gases de escape de los motores de pistones,
en particular de los motores diesel, contienen muchas clases de
productos de combustión nocivos. A las elevadas temperaturas de
combustión, el proceso de combustión en el cilindro de un motor de
pistones produce óxidos de nitrógeno (NOx), que se emiten
conjuntamente con los gases de escape a la atmósfera. A causa de
los efectos negativos sobre el medio ambiente de las emisiones de
los óxidos de nitrógeno, se emprenden esfuerzos para minimizar su
producción.
Como se sabe, la adición de agua al proceso de
combustión reduce la generación de óxidos de nitrógeno. Este
fenómeno está basado en el efecto refrigerante del agua. En la
práctica, la introducción de agua en el proceso de combustión en un
motor de pistones se implementa a menudo mediante la inyección de
agua en el aire de admisión. Estas disposiciones son ventajosas con
respecto al rendimiento de salida del motor. La cantidad máxima de
agua introducida en el espacio de combustión del motor puede ser la
cantidad que permanecerá en estado gaseoso en las condiciones de
presión y temperatura del aire de admisión.
Se ha establecido que la introducción de una
neblina acuosa en el aire de admisión es un método muy ventajoso y
efectivo de reducir las emisiones nocivas. Los cabezales
pulverizadores dados a conocer por la invención se emplean
especialmente en conexión con la humidificación del aire de admisión
de motores. Cuando el cabezal pulverizador está montado en su
posición de aplicación en el conducto de admisión de aire del motor,
por ejemplo, en conexión con un motor diesel con turbocompresor
delante y/o detrás del compresor de la turbina, delante y/o detrás
de un eventual refrigerador intermedio, está sometido a condiciones
muy exigentes. La velocidad del aire de admisión en el conducto de
admisión de aire es del orden de 80 m/s, por ejemplo. La temperatura
también puede ser bastante elevada, por ejemplo, superior a 100
grados C. Además, las boquillas no deben constituir una obstrucción
para el flujo del aire de admisión cuando no están en uso. Un
impedimento adicional puede ser el del atascamiento de las
boquillas, especialmente cuando el cabezal pulverizador no está en
uso. El documento GB-A-2241180 da a
conocer un cabezal pulverizador que está provisto de una boquilla
susceptible de moverse entre dos posiciones.
El objetivo de la invención es conseguir un tipo
totalmente nuevo de cabezal pulverizador que permita humidificar el
aire de admisión cuando sea preciso y que no constituya impedimento
alguno al flujo de aire de admisión cuando no está en uso. La
disposición de cabezal pulverizador de la invención está
caracterizada porque el cabezal pulverizador es móvil entre por lo
menos dos posiciones, una primera posición, en la cual el cabezal
pulverizador está retraído, y una segunda posición en la cual el
cabezal pulverizador sobresale, con respecto al nivel de los bordes
del soporte del cabezal pulverizador y/o la superficie interior del
conducto de admisión de aire. La disposición de cabezal
pulverizador de la invención está caracterizada además por lo
expuesto en las reivindicaciones 2 a 12.
La solución de la invención presenta numerosas
ventajas significativas. Al implementar el cabezal pulverizador de
manera que se asoma cuando está activado y está retraído cuando está
en un estado inactivo, se consigue una solución de cabezal
pulverizador que no constituye obstrucción alguna al flujo del aire
de admisión cuando no está en uso. Además, la solución dada a
conocer permite que las boquillas permanezcan limpias. Como el
soporte del cabezal pulverizador está provisto de un elemento de
guía y el cabezal pulverizador, preferentemente su vástago, de un
elemento complementario para la superficie de guía posibilita el
mantenimiento de una orientación direccional deseada de las
boquillas. Como el cabezal pulverizador está provisto de varias
boquillas, se consigue una humidificación muy efectiva del aire de
admisión. Al emplear el líquido destinado a pulverizarse como medio
de presión, se consigue una solución muy ventajosa y eficiente. Al
proporcionar un elemento elástico para devolver el cabezal
pulverizador a la posición retraída, se consigue una transición más
rápida y efectiva a la posición retraída.
A continuación, se describirá la invención con
mayor detalle con la ayuda de un ejemplo y haciendo referencia a
los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 presenta un cabezal pulverizador de
acuerdo con la invención;
la Figura 2a presenta una vista en sección de un
cabezal pulverizador de acuerdo con la invención en una posición
inactiva y montado en un conducto de admisión de aire;
la Figura 2b presenta una vista en sección de un
cabezal pulverizador de acuerdo con la invención en una posición
activa y montado en un conducto de admisión de aire;
la Figura 3a presenta una vista en sección de un
segundo cabezal pulverizador de acuerdo con la invención en una
posición inactiva;
la Figura 3b presenta una vista en sección de un
segundo cabezal pulverizador de acuerdo con la invención en una
posición activa;
la Figura 4 presenta una vista en sección de un
cabezal pulverizador de acuerdo con la invención.
Las Figuras 1, 2a y 2b presentan una forma de
realización del cabezal pulverizador de la invención. Un cabezal
pulverizador para humidificar el aire de admisión de un motor de
pistones, comprendiendo dicho cabezal pulverizador 1 por lo menos
una boquilla 3 para suministrar un líquido que humidifica el aire de
admisión en el conducto de admisión de aire 5 o en un espacio que
conduce al conducto de admisión de aire del motor. El cabezal
pulverizador es móvil entre por lo menos dos posiciones, una
primera posición, en la cual el cabezal pulverizador está retraído,
y una segunda posición en la cual el cabezal pulverizador 1
sobresale. En el estado inactivo, en la primera posición (Figuras
2a, 3a), el cabezal pulverizador está en una posición retraída,
mientras que en el estado activo, en la segunda posición (Figuras
2b, 3b), por lo menos una boquilla 3 del cabezal pulverizador se
extiende hasta una posición dentro del conducto de admisión de aire
con respecto al nivel de los bordes del soporte 2 del cabezal
pulverizador y/o la superficie interna del conducto de admisión de
aire 5.
El soporte 2 está provisto de por lo menos un
elemento de guía 13, y el cabezal pulverizador, preferentemente su
vástago 7, presenta por lo menos una superficie complementaria 14
que se corresponde con el elemento de guía para mantener el cabezal
pulverizador en la orientación deseada. El elemento de guía 13 es,
por ejemplo, una ranura en la cual está encajada una nervadura del
elemento de vástago alineada en la dirección de movimiento. El
elemento de guía puede consistir también, por ejemplo, en elementos
rodantes, tales como bolas o rodillos, estando un contraelemento 14
montado con susceptibilidad de movimiento entre éstos.
El cabezal pulverizador 1, preferentemente su
vástago 7, y el soporte 2 están dispuestos para funcionar como una
combinación de cilindro-pistón en la cual el cabezal
pulverizador, preferentemente su vástago 7, está provisto de una
parte a modo de pistón 6 y el soporte 2 comprende una cámara
cilíndrica 8, estando la parte a modo de pistón ajustada con
susceptibilidad de desplazamiento en la cámara. En la forma de
realización de la Figura 2a, se suministra un medio de presión
desde la entrada 9 a través de un tubo (no mostrado) en el espacio
de la cámara cilíndrica por debajo del pistón 6 desde el extremo
remoto 16 del soporte 2 con respecto al conducto de admisión de
aire 5. Mediante la acción del medio de presión, el pistón se
desplaza hacia arriba en la figura, con lo cual hace que el cabezal
pulverizador 1 montado en el vástago 7 se desplace a la segunda
posición mostrada en la Figura 2b. Con ello el medio de presión es
admitido de la cámara 8 a través del canal 11 previsto en el
vástago 7 a la boquilla 3, desde donde se inyecta en el conducto de
admisión de aire. El canal 11 está provisto, típicamente de un
elemento estrangulador 17. La parte a modo de pistón 6 está provista
de un elemento sellador 12 o su equivalente para proporcionar un
ajuste deslizante entre ella y la superficie interior de la cámara
cilíndrica 8.
Dispuesto en conexión con el cabezal
pulverizador se encuentra un medio para desplazar el cabezal
pulverizador 1 de la posición en resalte a la posición retraída.
Típicamente, el sistema comprende un elemento elástico 10 dispuesto
entre el cabezal pulverizador 1 y el soporte 2 para desplazar el
cabezal pulverizador de la posición en resalte a la posición
retraída. El elemento elástico está dispuesto preferentemente entre
el elemento a modo de pistón 6 y la pieza extrema del soporte 2
junto al conducto de admisión de aire 5. El resorte es un resorte
helicoidal, que se comprime cuando se desplaza el cabezal
pulverizador a la posición en resalte. Cuando la presión del medio
de presión que actúa sobre el pistón cae por debajo del valor
deseado, se desplaza el cabezal pulverizador a la posición retraída
por la acción de la fuerza del resorte y/o de una eventual presión
que actúa en el conducto de admisión de aire.
El cabezal pulverizador está fijado a la pared 5
del conducto de admisión de aire típicamente por una unión rígida,
empleando, por ejemplo, unos medios de sujeción 4, como tornillos o
pernos, en su pestaña 15. La pared 5 del conducto de admisión de
aire está provista de una abertura para el cabezal pulverizador. En
la forma de realización de la Figura 2a, el cabezal pulverizador,
por lo menos sus boquillas 3, según se observa en la dirección de
movimiento del cabezal pulverizador, permanece fuera de la
superficie imaginaria formada por los bordes interiores de la
abertura de la pared del conducto de admisión de aire, o sea, los
bordes del lado interior del conducto de admisión de aire. Si el
cabezal pulverizador presenta una forma substancialmente
cilíndrica, entonces las boquillas se abren típicamente en la
superficie cilíndrica. De modo similar, si el cabezal pulverizador
presenta una forma cónica, entonces las boquillas se abren en la
superficie cónica. Típicamente, las boquillas se abren en la
superficie lateral del cabezal pulverizador.
El cabezal pulverizador comprende por lo menos
un primer canal 11 para transportar un medio a por lo menos una
boquilla 3. El cabezal pulverizador comprende por lo menos un
segundo canal 21 para transportar un segundo medio a por lo menos
una boquilla 3. El cabezal pulverizador 1 comprende por lo menos dos
boquillas 3. El cabezal pulverizador 1 se emplea para pulverizar
una neblina de líquido, especialmente una neblina acuosa. El
cabezal pulverizador 1 se desplaza de la primera posición a la
segunda posición por la acción de un medio de presión.
Las Figuras 3a y 3b presentan otra forma de
realización del cabezal pulverizador de la invención, en la cual se
pueden suministrar dos medios a la boquilla 3. Un líquido,
típicamente agua, se suministra a través de la abertura de entrada
9 en la cámara 8, desde donde puede fluir a través del primer canal
11 a la boquilla 3. La presión del primer medio de presión fuerza
el cabezal pulverizador 1 de la primera posición (Figura 3a) a la
segunda posición (Figura 3b). Previsto en el vástago 7 del cabezal
pulverizador, se encuentra un segundo canal 21, en el cual se
suministra un segundo medio de presión, típicamente un gas, como el
aire, a través de la segunda abertura de entrada 20. En la forma de
realización presentada en las Figuras 3a y 3b el vástago se ha
hecho largo de manera que, en la primera posición inactiva, se
extiende hacia fuera, en la figura hacia abajo del extremo opuesto
al cabezal pulverizador 1, mientras que en la posición activa se
extiende aproximadamente hasta el nivel del extremo 16 del soporte.
En la solución de acuerdo con esta forma de realización, el cabezal
pulverizador se desplaza desde la segunda posición activa a la
primera posición por la acción de la presión en el conducto de
admisión de aire, ejerciendo dicha presión una fuerza sobre el
extremo del cabezal pulverizador 1 encarado hacia el conducto de
admisión de aire.
La Figura 4 presenta un cabezal pulverizador 1
de acuerdo con la invención, en sección en un plano perpendicular
al eje longitudinal del cabezal pulverizador.
El cabezal pulverizador comprende varias
boquillas 3, a las cuales se suministra un medio de presión a través
de varios canales 11. El cabezal pulverizador funciona, por
ejemplo, como sigue. En primer lugar, el cabezal pulverizador se
desplaza a la posición activa y se inicia la pulverización con una
de las primeras boquillas 3. A continuación, se puede continuar la
pulverización a través de dos boquillas, y finalmente a través de
las tres boquillas.
El cabezal pulverizador de la invención se
aplica muy bien a la pulverización de un medio a elevada presión.
La presión en la tubería es típicamente superior a 30 bar,
preferentemente superior a 50 bar, más preferentemente superior a
75 bar. Las boquillas del cabezal pulverizador están dispuestas
preferentemente en una superficie lateral del cabezal pulverizador,
quedando así protegidas contra su posible ensuciamiento en el estado
inactivo. La presión del líquido inyectado a través del cabezal
pulverizador puede estar comprendida típicamente en el rango de 10
a 300 bar. El líquido, especialmente un líquido acuoso inyectado en
el conducto de admisión de aire es una neblina fina. El 50% del
volumen de agua (Dv50) presenta la forma de gotitas que presentan
típicamente un tamaño de gotita inferior a los 200 micrómetros,
preferentemente inferior a los 100 micrómetros y más
preferentemente inferior a los 50 micrómetros. La forma del cabezal
pulverizador, el número de boquillas y su orientación pueden variar
en función de la aplicación. Es posible también suministrar
diferentes medios a la boquilla, tales como agua y gas. La figura
no muestra las boquillas con detalle, pero pueden ser
intercambiables en función de la aplicación. Las boquillas son, por
tanto, de un tipo tal que producen una pulverización de neblina
fina cuando se les suministra un líquido bajo una elevada presión.
Se conocen muchos tipos de boquilla de esta categoría, por ejemplo,
de la tecnología de extinción de fuegos que emplea la neblina de
agua. Por ejemplo, los documentos WO 92/20454 y WO
94/06567 dan a conocer boquillas que producen una neblina de agua a
una elevada presión. Naturalmente, otros tipos de boquillas pueden
emplearse también, por ejemplo, el documento WO 01/45799 da a
conocer todavía otra boquilla.
Resulta evidente para el experto en la materia
que la invención no está limitada a las formas de realización
descritas anteriormente, sino que puede ser variada dentro del
alcance de las reivindicaciones presentadas a continuación.
Claims (12)
1. Disposición de cabezal pulverizador para la
humidificación del aire de admisión de un motor de pistones,
comprendiendo dicha disposición de cabezal pulverizador un cabezal
pulverizador (1) que comprende por lo menos una boquilla (3) para
suministrar un líquido que humidifica el aire de admisión en el
conducto de admisión de aire o en un espacio que conduce al
conducto de admisión de aire del motor, caracterizada porque
el cabezal pulverizador (1) es móvil entre por lo menos dos
posiciones, una primera posición, en la que el cabezal pulverizador
está retraído, y una segunda posición en la que el cabezal
pulverizador sobresale, con respecto al nivel de los bordes de un
soporte (2) del cabezal pulverizador y/o la superficie interna del
conducto de admisión de aire (5).
2. Disposición de cabezal pulverizador según la
reivindicación 1, caracterizada porque en un estado inactivo,
el cabezal pulverizador está en la primera posición retraída,
mientras que en un estado activo, en la segunda posición, por lo
menos una de las boquillas (3) del cabezal pulverizador se extiende
hasta una posición dentro del conducto de admisión de aire.
3. Disposición de cabezal pulverizador según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el soporte (2)
está provisto de por lo menos un elemento de guía (13) y el cabezal
pulverizador está provisto de por lo menos una superficie de
acoplamiento de elemento de guía (14) para mantener el cabezal
pulverizador en una orientación deseada.
4. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada
porque el cabezal pulverizador (1), preferentemente su vástago (7),
y el soporte (2) están dispuestos para funcionar como una
combinación de cilindro-pistón en la que el cabezal
pulverizador, preferentemente su vástago (7), está provisto de una
parte a modo de pistón (6) y el soporte (2) comprende una cámara
cilíndrica (8), estando la parte a modo de pistón ajustada con
susceptibilidad de desplazamiento en ésta última.
5. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada
porque la disposición de cabezal pulverizador comprende unos medios
para desplazar el cabezal pulverizador (1) de la posición en
resalte a la posición retraída.
6. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada
porque un elemento elástico (10) está dispuesto entre el cabezal
pulverizador (1) y el soporte (2) para desplazar el cabezal
pulverizador de la posición en resalte a la posición retraída.
7. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada
porque el cabezal pulverizador comprende por lo menos un primer
canal (11) para transportar un medio de presión a por lo menos una
boquilla (3).
8. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada
porque el cabezal pulverizador comprende por lo menos un segundo
canal (21) para transportar un segundo medio de presión a por lo
menos una boquilla.
9. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada
porque el cabezal pulverizador (1) comprende por lo menos dos
boquillas (3).
10. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada
porque el cabezal pulverizador (1) comprende por lo menos un
segundo canal para transportar un medio a otra boquilla.
11. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada
porque el cabezal pulverizador pulveriza una neblina de líquido,
especialmente una neblina acuosa.
12. Disposición de cabezal pulverizador según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada
porque el cabezal pulverizador (1) es desplazado de la primera
posición a la segunda posición por la acción de un medio de
presión.
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