WO2018152605A1 - Sistema de depuração de gases e sequestro de material particulado, provenientes de motores a combustão interna, com conversão de desperdício em energia extra - Google Patents

Sistema de depuração de gases e sequestro de material particulado, provenientes de motores a combustão interna, com conversão de desperdício em energia extra Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • GLR TECH or simply GLR
  • this report encompasses significant innovations and strategic layout changes to enhance technology's ability to generate energy and increase the efficiency of pollutant and particulate gas scrubbing.
  • Such innovations and changes can be found in this report on pages 10 and 11 (paragraphs 0051 to 0054) and pages 18 and 19 (paragraphs 0105 to 0111), have been claimed, presented in the new drawings (figures 8 through 18) and mentioned, also , in the last paragraph of the GLR TECH summary.
  • the device (GLR TECH System) is configured and coupled with a method that reuses the waste of energy (heat exchange) generated by all Otto cycle and Diesel cycle engines.
  • the internal combustion engines are divided into: Otto cycle (gasoline, ethanol, CNG); Diesel Cycle (Diesel, biodiesel and heavy oils like GMP).
  • Otto cycle gasoline, ethanol, CNG
  • Diesel Cycle Diesel Cycle
  • the waste is around 55% of nominal and the main power loss occurs due to heat exchange (exhaustion) in stage 4 (loss of 36.6%), ranging from fuel to fuel.
  • Due to internal combustion the engines reach high temperatures. This results in unavoidable losses, the main ones being forced cooling, power supply, lubricating oil, piston cooling and cylinder cooling.
  • the engine has its capacity defined in terms of horsepower, HP (Horsepower) or CV (Horsepower).
  • HP or CV is an indication of how much work he can do in the unit of time.
  • 1 HP is the power required to raise the height of one foot in one second
  • GLR TECH Taking advantage of the exhaust gas acting forces, which correspond to a waste around 36% (thermal exchange) of the nominal power, we will drive a turbine that will start the whole process of operation of the invention called GLR TECH.
  • the system has mechanical and physicochemical principles, filters out particulate matter (black smoke), washes and purifies noxious gases into the atmosphere, eliminates excessive heat released by exhaust, drastically reduces vehicle noise in large cities and metropolitan areas, and in addition, generates electricity.
  • the GLR TECH system is mainly sustainable because it works by wasting heat exchange (expansion) around 180 ° C or so, which may vary according to environment, altitude, temperature, size and engine power.
  • the technology In addition to capturing harmful particles to human health, purifying gases, reducing noise and reducing the exhaust outlet temperature, the technology also has the function of simulating / anticipating acid rain and preventing it from happening in the atmosphere.
  • acid rain contaminates land, seas, oceans and forests and reducing this in the atmosphere through GLR TECH will be essential for a more sustainable and consequently healthy world.
  • Acid Rain Burning coal or oil releases gaseous waste (nitrogen oxides and sulfur oxides are some of them) and the reaction of these substances with water forms nitric acid and sulfuric acid, present in acid rain precipitation. Air pollutants are carried by the winds and travel thousands of kilometers. Thus, acid rain can fall over large distances from polluting sources, harming other countries.
  • Acid rain releases toxic metals that were in the soil. These metals can reach rivers and can be used by humans in the construction of buildings, houses and architectures, causing serious health problems. Acid rain also helps to erode materials already used in construction, even destroying dams and hydro turbines.
  • Lakes can be quickly damaged by the effect of acid rain as they can become totally acidic losing their entire life.
  • Deforestation Acid rain makes clearings, and in a forest with many trees, clearings can increase until they destroy forests.
  • phytoplankton manufactures the oxygen that is necessary for the survival of species on the planet. These unicellular beings absorb both carbon dioxide and terrestrial plants and thus help regulate our climate.
  • phytoplankton are CO2 sequestrants and the largest oxygen factory ever discovered by scientists. We have no equipment or scientific knowledge so far to sequester C02 in this way without a trace.
  • Scholars and scientists warn that if we lose 40 percent of the plankton on our planet, the catastrophe will be worse than the one with the extinction of the dinosaurs. Ocean pH, altered by acid rain, also impairs the evolution of zooplankton.
  • the threshold for considering precipitation as acidic is generally a pH below 4.5 (at 20 ° C), which corresponds to precipitation containing measurable concentrations of one or more strong acids. and that by its acidity causes proven negative effects on plants, aquatic living organisms and the built structures and equipment with which it comes in contact.
  • a truck supplies 800 kilograms of diesel oil and has a tracked trajectory of 4500 km with a consumption of 5.6 km per liter. of Oil. From point A to point B, it covered 4500 km. There will be a need to change the water in the GLR TECH tank and consequently supply the vehicle (cited here, a bus or truck for the amount of diesel consumption). This water will be deposited in underground silos without risk of groundwater contamination where a local cooperative will collect it. This where there are large agglomerations of small towns.
  • wastewater treatment plants In the case of large cities, where the stations have infrastructure and funding resources, treatment plants called wastewater treatment plants (widely used in chemical industries in general) can be created.
  • the treated and analyzed water will be returned to the soil or water system of the region without causing disturbances to nature, on the contrary, helping local irrigation avoiding droughts.
  • An economical and effective technology In many situations, the most efficient way to control SO2 emission is to remove it from the process gas before it is released into the atmosphere.
  • Almost all commercial treatment processes are based on SO2 removal via appropriate alkaline substance, eg limestone (calcium carbonate), lime (calcium oxide) and ammonia), generating a mixture of sulfite and sulfate salts.
  • Leakage Another relevant and environmentally impacting factor is the operating temperature of the engine's fuel burn process, which reaches approximately 800 ° C. As a result, the soot is incandescent at a temperature in the range of 400 ° C. This temperature is sufficient to promote the flame in the dry grass on highways and cause catastrophic fires, as well as overheating of cities worldwide regardless of the height or region in relation to sea level.
  • Some methods for purifying said exhaust gases and comprising the procedures for directing the exhaust gas flow through a conduit, including a convergent and divergent Venturi, and supplying water to the Venturi "throat” region, then separating the solid particulate and dissolved gas from the exhaust gases.
  • WO 99/56854 (PCT / DK99 / 00237) describes a method and device for separating solid particles from a hot exhaust gas stream from a diesel engine.
  • the exhaust flow has its relative humidity increased by water atomization, being cooled to a temperature close to its dew point and then accelerated by reducing the cross-sectional area of the duct or turbine, so that additional temperature reduction and water vapor condensation occur, causing the solid particles to be encapsulated in condensate droplets and may be separated from the exhaust flow by cyclone or gravity.
  • Patent application PI0502332-7 by the same inventor proposes a device for the same functional purpose and subjecting the exhaust gas flow to an initial mixed flow centrifugation step prior to humidification and cooling of said mixed flow, which is then subjected to subsequent diffusion, expansion, deflection and disintegration steps, overflowing the new cooling of the gases before their release into the atmosphere.
  • the purpose of the GLR TECH System is to provide a filtering and purifying device for such exhaust gases.
  • relatively simple and compact construction that can easily be fitted to vehicles or stationary power units and enables a high degree of retention of particulate matter and toxic gases from the exhaust flow of diesel engines to be achieved, besides generating energy simultaneously.
  • the exhaust gas filtering and purification device of internal combustion engines comprises:
  • pretreatment means for pre-humidifying and pre-cooling the flow of hot engine exhaust gases with atomized water
  • At least one treatment medium for providing water humidification of the homogenized exhaust gas stream a process called shearing of solid particles.
  • condensing means for receiving the exhaust gas flow from the exhaust medium, providing the condensation of the water vapor and its capture with the dragging of particulate material and toxic gases and releasing the flow of purified exhaust gas into the atmosphere.
  • Pretreatment, treatment and condenser means are fed with water from a water source, usually a tank, with water trapping, and particulate matter carrying condensate and toxic gas dissolving. , will be made in a collection reservoir.
  • the method of filtering and purifying the Exhaust gases from internal combustion engines, especially diesel engines comprise the steps of:
  • the exhaust of internal combustion engines especially diesel engines, mounted on vehicles or stationary, releases to the environment a flow of clean gases at low temperatures and substantially odorless, non-harmful to health and free from toxic gases and particulate matter, including inhalable substances.
  • Particulate Materials (MP) - 80% As can be seen from the exemplary results set forth above, the invention enables the achievement of high efficiency in terms of filtering / retaining particulate matter and purifying toxic gases from an exhaust stream of an internal combustion engine by burning a fuel. fossil derived from petroleum.
  • compressed gases and MP would have direct flow to the water tank (mini treatment and filtration station). It should be noted here that this equipment is composed of several full cone atomizing nozzles, responsible for cooling and condensation and that the condensed water follows flow to the gravity tank and a properly sized flow trap accessory. Thus, and returning to the "Y" piping concept, one pipeline branch goes to the boiler and the other to TGEF.
  • the Power Generating Turbine is powered by the sum of gas velocity, temperature and pressure.
  • the GLR TECH will already be generating electricity and filtering, as the core is composed of an internal generator and two gas scrubbers and particulate trap. After the gas flow passes the TGEF, the flow will follow directly to two more mini-condensers also connected to the water tank.
  • Figure 1 is a simple flow chart of the means involved in forming the device and performing the method of filtering and purifying the exhaust gases of an internal combustion engine;
  • Figure 2 represents, in a larger scale, a longitudinal diametrical view of the pretreatment means and exhaust gas homogenizer received from the engine by humidification and cooling;
  • Figure 3 represents, in an enlarged and somewhat simplified scale, an axial view of a pair of treatment means and exhaust means of the device in question to provide for the final humidification of the exhaust gas flow. shearing the solid particles contained in said stream and a compression of the latter and further pushing the exhaust gas flow from the treatment means to the condensing means;
  • Fig. 4 is a cross-sectional diametrical view of one of the treatment means, said section having been taken along line IV-IV in Figs. 1 and 3;
  • Figure 5 shows, in enlarged and somewhat simplified form, a longitudinal axial view of the condensing means and the collecting reservoir;
  • Fig. 6 is a somewhat simplified cross-sectional diametric view of the exhaust and condenser means, said section having been taken along line VI-VI in Fig. 1;
  • Figure 7 is an enlarged longitudinal view of the gas release means mounted downstream of the condenser medium.
  • Figure 8 is a simple view of the dynamic flow diagram with random views and demonstration of equipment operation and technological innovations including: innovation 1, innovation 2, innovation 3 (INI, IN2, IN3). It also presents the diffusers and condenser baffles after the fourth stage power turbine (called the Power Generating Turbine or simply TGEF);
  • Figure 9 is a sectional elevation view of the flow of gases and particulate matter from combustion and passing through TGEF;
  • Figure 10 is a side elevational view of the complete system.
  • Figure 11 is a cross-sectional view with operating details, including atomising nozzles, gas inlet and particulates in tangential geometry, sinks, diffuser tubes and baffle plates.
  • INI represents a longitudinal view of part of the technological innovations: disintegrating turbines, now working with centrifugal or centrifugal inlet with gas inlet and outlet and tangential MP (particulate matter) and new Internal Power Generator (GIE). ), producing CC and AC.
  • GIE Internal Power Generator
  • Figure 13 represents a longitudinal view of the new gas treatment process positioned after the TGEF. It is composed of: pre-condensers, diffusers, baffles and traps, stabilizing and increasing the efficiency of TGEF, curve entry and tangential outputs. IN2 works both vertically and horizontally (taking into account that there will be changes to the traps, atomizing nozzles and inlets if working vertically).
  • Figure 14 represents a more detailed view of the condenser diffuser I, presented in conjunction with the diffuser and condenser II in figure 13.
  • Figure 15 is a more detailed view of the condenser diffuser II shown together with the diffuser and condenser I in figure 13.
  • Figure 16 is a longitudinal view composed of a filtering system: atomizer nozzle feed pump, screened deflector, wastewater inlet and outlet, feed and discharge.
  • Figure 17 is a longitudinal view of the Power Generator Turbine: we can apply the TGEF near the distributor where we will have greater use of heat derived from combustion, the most suitable place for the "Y". Y is also possible at the fourth stage exhaust nozzle, where temperatures predominate around 200 ° C.
  • Figure 17 is made up of: rotor, U-shaped rotor housing for better frictional use, more power generation with flanges, flow rectifier outlet and inlet, bearing housing, conventional as-needed bearings or magnetic bearings, labyrinth preventing the leakage of gases subjected to high pressures, acrylic retainers or as needed and drive shaft coupled to the rotor generating power to feed the external generators and the new Internal Power Generator.
  • Figure 18 is a sectional side view of the compounds cited in FIG. 17
  • the exhaust gas and particulate matter filtering and scrubbing device simultaneously with co-generation of electricity, initially comprises a pretreatment means 10 for pre-humidifying and pre-cooling.
  • a pretreatment means 10 for pre-humidifying and pre-cooling.
  • Pretreatment means 10 comprises a tubular portion 11 having an inlet end 11a, connected to the engine discharge, an outlet end 11b and an atomizer means 12, internally mounted to the tubular portion 11a. arranged to atomize water in the exhaust gas stream received from the engine, with said atomization in the same direction as the exhaust gas stream.
  • the gas flow has the pre-humidified particulate material and all its pre-cooled mass as a function of water atomization, allowing not only the increase in density. particulate matter in the exhaust stream, as well as cooling the latter to a temperature of about 65 ° C to about 95 ° C lower than the receiving temperature of the gas stream in the device in question.
  • the water to be atomized in the exhaust gas stream is pumped from a water source 20 (see figure 4) which may take different forms as described below.
  • a water source 20 which may take different forms as described below.
  • One form is represented by a tank 21 mounted on the automotive vehicle in which the device in question is installed or on any support at the mounting site.
  • the pre-humidified and pre-cooled exhaust gas streams are then fed to a flow homogenizing medium 30 (cited in FIG. 4 and detail in FIG. 2) which is constructed to swirl the gas stream. exhaustion, causing its homogenization.
  • the flow homogenizing means 30 comprises an annular tubular body 31 (see Figure 2), defined by an outer tubular wall 32 and an inner tubular wall 33, which define; together with end walls 34a, 34b, an outer annular chamber CE, with ends closed by end walls 34a, 34b, and an inner cylindrical chamber Cl, with one end closed by one end wall 34a and the other end open and defining an outlet nozzle 30b of flow homogenizing means 30, whose inlet nozzle 30a is provided substantially radially through the outer tubular wall 32.
  • the inlet nozzle 30a of the flow homogenizer means 30 may take the form of a volute to facilitate the admission of exhaust gas flow within the outer ring chamber CE, filling and pressurizing the latter and then being divided into multiple radial gas streams which are passed through a plurality of radial tubes 35 disposed through the inner tubular wall 33 and open to the outer annular chamber CE and the inner cylindrical chamber Cl.
  • the construction of the flow homogenizer means 30 is designed to cause, within the inner cylindrical chamber Cl, of the annular tubular body 31, a strong swirling of the multiple exhaust gas streams passing through the plurality of radial tubes. 35, causing a high degree of homogenization of the mass of suspended particulate matter in the pre-humidified and pre-cooled exhaust gas stream.
  • the inner cylindrical chamber C1 of the annular tubular body 31 thus defines within it a region of swirling and homogenization of the exhaust gas flow, said inner cylindrical chamber Cl being opened to the outlet nozzle 30b of the flow homogenizing means. 30, which nozzle is opened to at least one expansion region 36, to which the already swirled and homogenized gas flow is directed.
  • the already pre-humidified, pre-cooled and homogenized exhaust gas flow is then conducted from the expansion region 36, generally in the form of a pipe extension of no less than that of the inner cylindrical chamber Cl, to at least one means of Treatment 40 (see Figure 4), which is designed to provide a final water humidification of the exhaust gas flow, shear of solid particles and their compression to a pressure of about 1.2 times the discharge pressure. of the engine.
  • two parallel treatment means 40 are provided, each receiving a respective portion of the exhaust gas stream released from the homogenizing means 30 through a respective expansion region 36.
  • Each treatment means 40 comprises at least one rotary compressor 41, with a rotor R having a horizontal axis 44 and multiple compression stages, concentric and maintained in radial fluid communication with one another and disposed within a tubular housing 42 provided a generally lower radial inlet 42a for the already homogenized exhaust gas flow received from the respective expansion region 36 of the flow homogenizing means 30 and a central axial outlet 42b (see Figure 3) to release the flow gases with the particles already sheared, humidified and cooled together with the gaseous mass.
  • each stage E of rotor R (see figure 4) of rotary compressor 41 is defined between two concentric cylindrical walls 45, said stages E taking the form of chambers. concentric rings having the ends of the cylindrical walls 45 respectively attached to the end walls 46 (see Figure 3) of rotor R, which close the ends of stages E.
  • Each treatment means 40 (see Figure 4) is constructed to provide humidification of the exhaust gas flow.
  • an atomizing means 43 for water generally an atomizing nozzle disposed in the upper region of the tubular housing 42, preferably within a radial tubular projection 42c of the latter, opposite to the latter.
  • radial inlet 42a of tubular housing 42 is provided within the tubular housing 42 of each compressor 41 within the tubular housing 42 of each compressor 41 .
  • each rotary compressor 41 carries, externally to the cylindrical wall 45, external to the first compression stage E, a plurality of small radial blades 47 arranged to guide when the rotary compressor 41 is rotated. , the humidifying water sprayed into the tubular housing 42 by the atomizer means 43 contained in the reservoir 43 into the first compression stage E through radial holes 45a provided in said outer cylindrical wall 45 of the first stage of compression.
  • compression E It should be noted that the fluid communication between the compression stages E between the last compression stage E and the central axial outlet 42b of the tubular casing 42 is defined by a plurality of radial holes 45a provided in the cylindrical sidewalls 45 which limit each other. compression stage E. Radial holes 45a are arranged offset each other every two stages of compression. before E.
  • each rotary compressor 41 has multiple stages in the form of annular, radially concentric annular tubular chambers, with their ends closed by the end walls 46 (see Figure 3) of rotor R.
  • each rotor R of The rotary compressor 41 further comprises, in at least part of the different compression stages E, a plurality of shear rods 48 (see figure 4) arranged axially, angularly spaced apart and with opposite ends fixed to the respective end walls 46 (see figure 3 ) of the rotor R, said shear rods 46 rotating together with the rotor R so as to collide with the solid particles contained in the exhaust gas stream.
  • the device in question further comprises a flow rectifier tube 49 disposed coaxially to the rotary compressor 41 and interconnecting its central axial outlet 42b to the radial exhaust means 50.
  • the two rotary compressors 41 are mounted in parallel and with their coaxial central axial outputs 42b and converging towards each other.
  • the flue gas flow received within the tubular casing 42 is swirled, intensely humidified by mixing with the atomized humidification water into the tubular casing and conducted through the different compression stages E when rotating.
  • the small radial blades 47 the gas flow being progressively compressed, passing to the first compression stage E, through the radial holes 45a provided in the outermost cylindrical sidewall 45 of the rotor R.
  • the exhaust gas flow is progressively being compressed and humidified from one radially internal stage E to the next, while the solid particles are progressively sheared by the shear rods 48 disposed within each compression stage E.
  • the flow of flue gases, already fully humidified and with their suspended solids already intensely sheared it is released through the central axial outlet 42b and directed to a radial exhaust means 50 generally arranged coaxially to the rotary compressors 41.
  • the radial exhaust means 50 (see Figure 6) comprises a cylindrical housing 52 with opposite ends coupled to a tubular housing 42 of a respective treatment means 40 and housing a RE rotor. mounted on the same axis 44 as the rotors R of the compressors 44 and having at each end a central axial inlet 52a (see Figure 3) for the exhaust gas flow from each treatment means 40 and a plurality of radial fins 55 ( see Figure 6), the cylindrical housing 52 being laterally open to a lateral volute 53 defining a lower outlet 54 for water and exhaust gases containing water vapor and suspended solid particles.
  • the exhaust stream containing water vapor and solid particle is then fed to a condensing means 60 comprising an elongated tubular-annular shaped CEN inlet chamber (see figure 1). , with closed ends, arranged horizontally and receiving, medially and tangentially, the exhaust gas flow released by the lower outlet 54 of the exhaust medium 50.
  • a condensing means 60 comprising an elongated tubular-annular shaped CEN inlet chamber (see figure 1). , with closed ends, arranged horizontally and receiving, medially and tangentially, the exhaust gas flow released by the lower outlet 54 of the exhaust medium 50.
  • the condenser means 60 Internally to the CEN inlet chamber, the condenser means 60 comprises a horizontally extending tubular annular CEX outer chamber disposed horizontally and defined between an outer tubular wall 62 separating it from the CEN inlet chamber and a tubular wall. internal 63, said external chamber CEX being closed by an extreme wall 64 at one of its ends.
  • the exhaust gas flow which, admitted to the inlet chamber CEN, pressurizes the interior of the latter and is passed into one of the extreme regions of the outer chamber CEX through a plurality of windows 65 provided in the outer tubular wall 62.
  • a CAT atomization annular chamber is formed (see figure 6), which is separated from the outer chamber CEX by an annular partition wall 66 / 66a which is passed through. by a plurality of eccentric axial tubes 67, communicating the CAT atomization annular chamber with the external chamber CEX.
  • atomizing nozzles 68 are mounted to atomize water from the tank 21 into the exhaust gas stream entering the CAT atomization annular chamber, the atomization being done axially. , facing eccentric axial tubes 67.
  • the inlet chamber CEN is provided inferiorly, in its region adjacent to the windows 65 of the CAT atomization annular chamber, of a lower outlet 65a which is connected by a conduit 65b to the withdrawal reservoir 70 for gravitational conduction. to the latter, water, condensate and particulate matter already radially and inferiorly released from the CAT atomization annular chamber.
  • the outer chamber is further provided by a plurality of annular partition walls 66a disposed parallel and spaced apart transversely to the longitudinal geometric axis of the outer chamber CEX.
  • the annular partition walls 66a define with each other CA annular chambers maintained in communication by a plurality of axial tubes 67 disposed through annular partition walls 66a and radially spaced from the inner 63 and outer 62 tubular walls of the outer chamber CEX. and having their ends open and projecting into the respective annular chambers CA, the axial tubes 67a of an annular partition wall 66a being axially offset from the axial tubes 67a of the two adjacent annular partition walls 66a.
  • the flow of gases, further containing water vapor and residual particulate material, is passed through the annular chambers CA, being progressively condensed and released through the open end of the outer chamber.
  • CEX for a drop device 80, provided with a lower outlet 81 connected to a tube 82 conducting the condensate, and particulate material suspended therein, to the collecting reservoir 70.
  • the remaining cooled and purified gas flow may be released to the atmosphere or preferably preferably conveyed through the inner chamber CIN to the exhaust medium 100.
  • the water to be atomized in the pretreatment means 10, the treatment means 40 and the condenser means 60 is pumped from the water source 20 which, in the illustrated example, is defined by the tank. 21. Pumping may be by any suitable pump 25 and through pipes 26.
  • the sump 70 may be constructed in different ways, whether or not including a means 71 for treating the water and condensate captured, for example by filtration, so that the water used in the process is reused in a closed loop, or that is, returned to tank 21.
  • This arrangement allows for great water savings to be used in the humidification method without requiring continuous water replacement in tank 21, increasing the device's autonomy, particularly when applied to automotive vehicles.
  • Exhaust means 100 where provided, is coupled to the outlet of the inner chamber CIN of condenser means 60 to receive the cooled and purified gas stream in the latter and subject it to further condensing operation for the purpose of The main purpose is to capture any remaining water, in the form of steam, in the exhaust stream.
  • the gas flow leaving the condenser means 60 is guided by a suitable pipe 69 (see Figure 1) to the exhaust means 100 which may take the form of a vertically disposed tubular body 101 having a lower end 101a connected to piping 69 and an upper end open to the atmosphere.
  • the tubular body 101 houses a plurality of horizontal and somewhat spaced annular trays 102 through which the upward flow of gases is passed, the peripheral regions of the annular trays 102 projecting and open to the end.
  • a collection chamber 103 surrounding the tubular body 101 and having an annular bottom wall 103a from which a drainage pipe 104 having a lower end open into the downstream pre-treatment means 10 is projected downstream.
  • connection of the drainage tube 104 with the tubular portion 11 of the pretreatment means 10 is such that the flow of the exhaust gases through the latter operates as a producing a pressure drop within the drainage pipe 104 and the consequent suctioning back of the device of any condensate trapped within the intake chamber 10 3, Preventing the loss of water used in the process of filtration and purification of exhaust gases.
  • the gas flow from the condenser means 60 is passed through the annular trays 102, in which the remaining water vapor is condensed, conducted radially to the collection chamber 103. and gravitationally and pressurously aspirated back into the pretreatment medium 10.
  • Filter stream 105 generally in the form of a cartridge to be periodically replaced, treats the remaining gases to be then released into the atmosphere.
  • the labyrinth-enclosed housing made up internally of retainers, prevents water from flowing into the Internal Power Generator (GIE) 132 engine, as shown in Figure 8.
  • the GIE It consists of a tangential inlet of gases and particles from the primary treatment phase of gases and particulate materials 129. Pretreatment 129 is performed by a device designed to cause compression and decompression, re-expansion 121 and couple measurements. 107 (instrumentation).
  • the flow rectifier was included before tangential inlet 130, the diffuser tubes with the aim of compressing gases and particles inside and throwing them into the baffle discs 111 (innovation), the diffuser tubes at the output of the most complete and efficient Condenser, Trap, Diffuser, Deflector (CPDD) 110, the heatsinks, the diffuser and deflector condenser core cooling 108, the condenser heatsink 112, the expansion chamber and the conical outlet 128.
  • CPDD Condenser
  • CPDD Deflector
  • the inlet flow rectifier on the Power Generating Turbine 109 the inlet from the diffuser condenser to the turbine / rotor 119, the outlet of gases and particulate matter. with flow to condenser distributor I and II 113, the distributor, feeding condenser I and II 135, the pipeline, feeding condenser I in its second stage 131, the tapered pipe, dimensioned with direct flow and curve to condenser II 120 , the flanged curve feeding the tangential inlet flow rectifier 1 114, the tangential inlet flow rectifier in capacitor I, called tangential inlet I 127, the tangential inlet flow rectifier in capacitor II, called tangential inlet II 134 .
  • the fourth stage manifold of temperature at approximately 800 ° C has also been developed, varying more or less the condenser / diffuser / deflector flow direction 106, the flow rectifier 136, the screened deflector direct wastewater flow and return of scrubbed gases to the atmosphere 146 and 146a.
  • Each item mentioned above is an important detail to increase the intensity of power generation and the treatment efficiency of each polluting gas and microparticles.

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Abstract

O Sistema GLR TECH (ou simplesmente GLR) é uma tecnologia desenvolvida para atuar junto ao 4° estágio de motores de combustão interna, ciclo otto e diesel, para depurar gases de exaustão e materiais particulados, reduzir a temperatura das emissões e, simultaneamente, gerar energia elétrica através do desperdício na troca térmica do motores. O volume, pressão, velocidade e temperatura dos gases alimentarão o sistema para gerar energia mecânica e posteriormente energia elétrica (CC e CA). A nova fonte energética, gerada pelo GLR TECH, poderá ser utilizada em parte da rota de veículos, bem como caminhões e ônibus híbridos a serem lançados, de modo a reduzir o consumo de combustível fóssil, gerando economia e significante preservação do meio ambiente. A energia extra poderá também ser armazenada em baterias diversas, ou utilizada como recuperação da potência perdida em motores de combustão interna. Sistema essencial também em motores marítimo, de locomotivas e ainda de geradores pequenos à termelétricas. A água residual, do processo de depuração de gases, poderá ser descarregada em estações de tratamentos em postos de gasolina ou em depósitos nos mesmos onde serão recolhidos, tratados e a água será devolvida a natureza sem prejudicar lençóis freáticos. A água poderá até mesmo ser utilizada para irrigação de campos agrícolas em regiões predominantemente secas. Após atualização em pesquisas, novas invenções para o GLR TECH e testes após a ultima patente depositada, as principais inovações e alterações estratégicas de layout são: sistema de pré- tratamento (129), antes da turbina geradora de força, para condensar e pré-tratar os gases e materiais particulados; retificador de fluxo antes da entrada tangencial (130); tubos difusores (112) com o objetivo de comprimir gases e materiais particulados em seu interior e lança-los nos discos defletores (111); tubos difusores na saída do denominado Condensador, Purgador, Difusor e Defletor (110); turbina geradora de força (118); gerador de energia, aproveitando o torque do rotor; Gerador de Energia Interna (117); retificador de fluxo na entrada tangencial I (127) e retificador de fluxo na entrada tangencial II (134); novo bico atomizador cone cheio para hidratar partículas e depurar gases (115); difusor no condensador I e II (133); disco defletor do condensador I e II (116); e outras inovações necessárias, mantendo processos anteriormente comprovados, para total eficiência do Sistema GLR TECH.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO
SISTEMA DE DEPURAÇÃO DE GASES E SEQUESTRO DE MATERIAL PARTICULADO, PROVENIENTES DE MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA, COM CONVERSÃO DE DESPERDÍCIO EM ENERGIA EXTRA.
[0001] A presente invenção, denominada GLR TECH (ou simplesmente GLR), diz respeito a geração energia, através do desperdício de motores de combustão interna, armazenamento de energia ou possibilidade de direcionamento para outros fins, um dispositivo e método para prover a filtragem e separação de partículas sólidas e inaláveis contidas no fluxo dos gases quentes de exaustão de motores de combustão interna, particularmente de motores a diesel, como também o resfriamento e depuração dos referidos gases de exaustão, de modo a reduzir drasticamente a liberação, para o meio ambiente, de compostos poluentes, tais como monóxido de carbono, óxido de nitrogénio e dióxido de enxofre, contendo substâncias carcinogênicas e capazes de penetrar nos pulmões quando inaladas.
Histórico da Propriedade Intelectual do Sistema GLR TECH:
[0002] E importante citar que esse relatório descritivo apresenta as inovações relevantes e aperfeiçoamentos do GLR TECH, porém mantém e atualiza parte relevante da patente anterior, com as tecnologias que até hoje são eficientes, sendo elas do conhecimento da técnica ou não. A título de informação, o pedido anterior foi o BR1020130098728. Entretanto, as inovações dos últimos anos e a grande parceira a ser iniciada para implementação no mercado, fez necessário o depósito desse novo pedido.
[0003] Além das invenções que anteriormente foram apresentadas como inventivas, esse relatório engloba inovações significativas e mudanças estratégicas de layout para intensificar a capacidade da tecnologia em gerar energia e aumentar a eficiênca na depuração de gases poluentes e micro partículas. Tais inovações e mudanças podem ser encontradas nesse relatório nas páginas 10 e 11 (parágrafo 0051 a 0054) e nas páginas 18 e 19 (parágrafo 0105 a 0111), foram reinvidicadas, apresentadas nos novos desenhos (figura 8 até 18) e mencionadas, também, no último parágrafo do resumo sobre o GLR TECH.
Antecedentes da invenção
[0004] E do conhecimento da técnica que motores a diesel produzem gases quentes de exaustão contendo material particulado poluidor, na forma de finas partículas que são de difícil remoção tanto por meio de filtragem como de separação mecânica em ciclones, mesmo quando submetidas a forças centrífugas.
[0005] O dispositivo (Sistema GLR TECH) é configurado e acoplado a um método que reaproveita o desperdício de energia (troca térmica) gerada por todos os motores ciclo Otto e ciclo Diesel. Quanto ao principio de funcionamento, os motores de combustão interna dividem-se em: Ciclo Otto (gasolina, etanol, GNV); Ciclo Diesel (Óleo diesel, biodiesel e óleos pesados como o BPF). Tanto no Ciclo Otto quanto Diesel, o desperdício fica em torno de 55% do nominal e a principal perda de potência ocorre devido a troca térmica (exaustão) no estágio 4 (perda de 36,6%), variando de combustível para combustível. Devido a combustão interna os motores atingem altas temperaturas. O que resulta em perdas inevitáveis, sendo as principais: refrigeração forçada, grupo de alimentação, óleo lubrificante, refrigeração do êmbolo e refrigeração dos cilindros.
Tese (Causa e Efeito)
[0006] Entretanto, descobrimos em nossa invenção que é possível converter essa perda de potência causada pela troca térmica em energia mecânica e posteriormente energia elétrica, alternada e contínua. Sendo contínua em baterias de ônibus, caminhões, navios e termelétricas. E alternada para residências, salas e ambientes refrigerados, câmaras frigoríficas, supermercados e outros equipamentos e unidades que necessitam de corrente alternada. E ainda, simultaneamente com a geração de energia mecânica, o depurador do Sistema GLR TECH sequestrará materiais particulados, depurará gases e até mesmo simulará chuva ácida enclausurada para posterior tratamento quando a acidificação se tornar crítica. No caso da água residual desse processo, a mesma poderá ser descarregada em estações de tratamentos em postos de gasolina ou em depósitos onde serão recolhidos, tratados e a água devolvida a natureza.
[0007] A energia gerada pelo Sistema GLR TECH, através do desperdício dos motores de combustão interna, irá alimentar as baterias convencionais e as futuras baterias de lítio (íon-lítio) e cilício, que por sua vez sendo elas corrente contínuas, poderão ser convertidas em corrente alternada. Poderemos utilizar também, outras baterias mais avançadas. A eficiência das baterias (peso e capacidade) ainda é uma barreira tecnológica, mas não em nosso caso porque a fonte geradora é continua, vinda do quarto estágio (denominado tecnologicamente de TEMPO QUATRO - ESCAPE). Nesse estágio os gases são expelidos (expansão) em alta pressão, calor, volume e com materiais particulados superaquecidos (expansão). Inicia-se aqui, nossa inovação tecnológica.
[0008] O motor tem sua capacidade definida em termos de potência, HP (Horse-power) ou CV (Cavalo Vapor). HP ou CV é a indicação da quantidade de trabalho que ele é capaz de realizar na unidade de tempo.
[0009] Por definição, 1 HP é a potência necessária para elevar a altura de um pé, em um segundo, uma carga de 550 libras e 1 CV é a potência necessária para elevar a altura de m metro, em um segundo, uma carga de 75 quilogramas. Ou seja: 1 HP 550 lb-ft/seg. e 1 CV ::: 75 Kgm/seg. Se a unidade de tempo utilizada for o minuto, multiplicamos 550 x 60 e temos 1 HP = 3.0 lb~ft/min. e 1 CV = 75 x 60 = 4.500 kgm/min,
[0010] Se desenvolvermos um diagrama de fluxo térmico de um motor diesel de grande cilindrada, com turbo compressor acionado pelos gases de escape e refrigeração forçada, teríamos:
[0011] Calor aduzido de 1508 Kcal/Cvh com PE = 8 kp/cm2 Nesse caso, 41,5% do calor transformaria em potência útil, 22,4% seria trocado com a água de refrigeração e 36, 1% sairiam com os gases de escape. Em nosso sistema, utilizaremos pressão, volume e gases superaquecidos contendo partículas para gerar eletricidade através de uma turbina. Independentemente de sua tecnologia geométrica, sistema operacional horário ou anti-horário e com ou sem vários estágios. A tecnologia será essencial para veículos terrestres, cada um com seu layout de carroceria, navios cargueiros, petroleiros e de pequeno, médio e grande porte, geradores, termelétricas e outros motores utilizando diesel.
[0012] Aproveitando as forças atuantes dos gases de escape, que correspondem a um desperdício em torno de 36% (troca térmica) da potência nominal, acionaremos uma turbina que dará início a todo o processo de funcionamento da invenção denominada GLR TECH. O sistema tem princípios mecânicos e físico-químicos, filtra materiais particulados (fumaça negra), lava e depura gases nocivos à atmosfera, elimina calor excessivo liberado pelos escapamentos, reduz drasticamente o ruído em veículos em grandes cidades e áreas metropolitanas e, além disso, gera eletricidade. O sistema GLR TECH é sustentável principalmente por funcionar através do desperdício da troca térmica (expansão) em torno de 180°C, aproximadamente, que pode variar de acordo com ambiente, altitude, temperatura, tamanho e potência de motor. Além de captar particulados nocivos a saúde humana, depurar gases, reduzir ruídos e amenizar a temperatura de saída dos escapes, a tecnologia tem ainda a função de simular/antecipar a chuva ácida e impedir que ela aconteça na atmosfera. Atualmente, a chuva ácida contamina a terra, mares, oceanos e florestas e a redução disso na atmosfera, através do GLR TECH, será essencial para um mundo mais sustentável e, consequente, saudável.
[0013] Continuando ainda um pouco mais sobre a chuva ácida, veremos algumas curiosidades antes de entrar no mérito da questão do funcionamento do s istema GLR TECH. Chuva ácida: As queimas de carvão ou de petróleo liberam resíduos gasosos (óxidos de nitrogénio e de enxofre são alguns deles) e a reação dessas substâncias com a água forma ácido nítrico e ácido sulfúrico, presentes nas precipitações da chuva acidificada. Os poluentes do ar são carregados pelos ventos e viajam milhares de quilómetros. Assim, as chuvas ácidas podem cair a grandes distâncias das fontes poluidoras, prejudicando outros países.
[0014] Com a acidificação, o solo se empobrece, a vegetação fica comprometida, e os organismos em rios, lagoas e oceanos são prejudicados, comprometendo a cadeia alimentar e a pesca. Até mesmo monumentos de mármore são corroídos, aos poucos, pela chuva ácida. Os milhares de navios cargueiros, ao redor do globo terrestre, correspondem em poluição o proporcional a frota de automóveis no mundo e é responsável por 70% do transporte mundial por águas marítimas e fluviais. Um navio de médio porte queima de três mil kg de óleo bruto a 5 mil kg por hora. Alguns invertem seus escapes para dentro do oceano (cruzeiros, para esconderem à fumaça negra) e os cargueiros utilizam concentradores eletrostáticos de modo que, quando chega a noite, eles liberam no oceano ou na atmosfera os gases.
Prejuízos para o homem
[0015] Saúde: A chuva ácida libera metais tóxicos que estavam no solo. Esses metais podem alcançar rios e serem utilizados pelo homem, na construção de prédios, casas e arquiteturas, causando sérios problemas de saúde. A chuva ácida também ajuda a corroer os materiais já usados nas construções, destruindo até mesmo represas e turbinas hidrelétricas.
Prejuízos para o meio ambiente: [0016] Lagos: O lagos podem ser rapidamente prejudicados com o efeito da chuva ácida, pois podem ficar totalmente acidificados perdendo toda a sua vida.
[0017] Desmatamentos: A chuva ácida faz clareiras e, em uma floresta com muitas árvores, as clareiras podem ir aumentando até destruir florestas.
[0018] Agricultura: A chuva ácida afeta as plantações quase do mesmo jeito que as florestas, só que é destruída mais rápido já que as culturas são similares, tendo assim mais áreas atingidas. O fitoplâncton (fito = planta, plâncton = vaguear) são plantas constituídas por uma única célula e que vivem nas águas oceânicas de superfície. A maior parte destas células vegetais encontra-se à deriva nas águas dos oceanos, mas algumas podem deslocar-se um pouco sozinhas. O fitoplâncton utiliza a luz solar, o dióxido de carbono (C02) e a água, para produzir a matéria que consome ou que serve para se autoconstruir: é a fotossíntese.
[0019] Através deste processo, o fitoplâncton fabrica o oxigénio que é necessário para a sobrevivência das espécies no planeta. Estes seres unicelulares absorvem tanto dióxido de carbono quanto as plantas terrestres e, assim, ajudam a regular o nosso clima. Cientificamente, pelo o que se sabe, fitoplânctons são sequestradores de C02 e a maior fábrica de oxigénio já descoberta pelos cientistas. Não temos equipamentos nem conhecimento científico até então para sequestrar o C02 dessa maneira, sem deixar vestígios. Existem duas formas comprovadamente eficiente: a citada acima ou plantas e florestas novas em desenvolvimento. Estudiosos e cientistas advertem: se perdermos 40% dos plânctons em nosso planeta, a catástrofe será pior que a ocorrida com a extinção dos dinossauros. O pH do oceano, alterado pela chuva ácida, prejudica também a evolução dos zooplânctons.
[0020] Portanto, se impedirmos a proliferação de chuvas ácidas manteremos as águas saudáveis e a produção de fitoplânctons será beneficiada. Caso contrário, quanto menos fitoplânctons, maior o risco de um cataclismo no planeta terra. A ionização referida anteriormente ocorre nas gotículas de água atmosférica (nuvens, nevoeiros e neblinas), na água existente na superfície de gelos ou cristais de neve e ainda no orvalho e na água absorvida em partículas sólidas em suspensão no ar. E devido a essa multiplicidade de vias de formação que o termo chuva ácida, apesar de muito difundido, deve ser preferencialmente substituído por deposição ácida. A acidificação da precipitação, com todas as consequências ambientais resultantes, pode ocorrer mesmo na ausência de chuva. É aqui que entra o sistema inventivo, pois dentro do depurador do GLR TECH há uma espécie de simulador interno de chuva ácida, que sequetra a acidificação, trata e devolve a água a natureza isento de acidéz.
[0021] Em resultado dessa acidez natural, o limite para se considerar a precipitação como ácida é em geral um pH inferior a 4,5 (a 20 °C), o que corresponde a precipitação que contém concentrações mensuráveis de um ou mais ácidos fortes e que pela sua acidez causa comprovados efeitos negativos sobre as plantas, os organismos vivos aquáticos e as estruturas construídas e equipamentos com os quais entre em contato.
[0022] Todo motor de combustão interna, independetemente se com combustível fóssil ou alternativo, estará saturado (alto nível de acidez) em um determinado momento. Forma de tratamento dos gases e material particulado retido pelo depósito do sistema:
[0023] Embora cada motor e sua manutenção possam variar, em geral a forma de tratamento funcionará da seguinte maneira: Um caminhão abastece com 800 kilos de óleo diesel e tem uma trajetória traçada para 4500 km com um consumo de 5,6 km por litro de óleo. Partindo do ponto A para o ponto B, percorreu 4500 km. Haverá a necessidade de se trocar a água do depósito do GLR TECH e consequentemente abastecer o veículo (citado aqui, um ônibus ou caminhão pelo quantidade de consumo diesel). Essa água será depositada em silos subterrâneos, sem perigo de contaminação de lençóis freáticos, onde uma cooperativa local fará a coleta. Isso onde existirem grandes aglomerações de pequenas cidades.
[0024] No caso de cidades de grande porte, onde os postos tem infra-estrutura e recursos para financiamentos, pode-se criar estações de tratamento denominadas estações de tratamento de águas residuais (muito utilizadas em indústrias químicas em geral). A água tratada e analisada será devolvida ao solo ou para o sistema hídrico da região sem causar transtornos a natureza, pelo contrário, ajudando a irrigação local evitando secas. Uma tecnologia económica e eficaz. Em muitas situações, a forma mais eficiente de se controlar a emissão de S02 é sua remoção do gás de processo antes desse ser liberado na atmosfera. Quase todos os processos comerciais de tratamento são baseados em remoção de S02 via substância alcalina apropriada, por exemplo: calcário (carbonato de cálcio), cal (óxido de cálcio) e amónia), gerando uma mistura de saís de sulfitos e sulfatos.
[0025] Vários processos tecnológicos de dessulfurização, de Gases (FGD), têm sido desenvolvidos e comercializados. Porém, os dois sistemas mais comuns, responsáveis por mais de 95% do total da capacidade instalada mundialmente, são: processo úmido, utilizando-se o calcário como reagente e processo semi-seco, utilizando-se o cal como reagente. Economicamente viável em postos de gasolina e diesel. No futuro próximo, poderia existir uma estação de tratamento em cada posto, garagens de ônibus e caminhões. Inclusive em navios, estações de tratamento e reutilização da água, uma vez que normalmente há espaço suficiente para tal.
[0026] A poluição tem sido um grande problema ambiental e a chuva ácida é um dos aspectos mais relavantes dela. Na realidade, a chuva é naturalmente ácida em função do gás carbónico atmosférico e das erupções vulcânicas que exalam óxidos de enxofre. Porém, existem chuvas excessivamente ácidas, resultado da queima de combustíveis fósseis na combustão interna de motores utilizados em caldeiras e geradores de indústrias, residências, veículos e, o mais grave, usinas termelétricas. Cada uma das usinas grandes, em média, poluem quase que a frota de automóveis de uma cidade com 400 mil habitantes. Os ambientes naturais demoram algum tempo para responder a agressões, como acidificação, pois a água e o solo possuem capacidade de neutralizar ácidos e bases e, apenas após esgotadas essas possibilidades, o ambiente sofre mudança acentuada. Com aumento da acidez, metais tóxicos como o alumínio, manganês e cádmio são solubilizados causando graves problemas aos ecossistemas. Quando as águas residuais são lançadas sem tratamento em rios, lagos e oceanos, causam poluição com graves consequências para o ecossistema. E preciso tratar essas águas antes de devolvê-las ao ambiente, o que é feito em Estações de Tratamento de Aguas residuais. As estações poderão utilizar vários recursos disponíveis na engenharia química, química, bio-química e até puramente biológica.
[0027] Em razão dos inconvenientes e deficiências das soluções até agora conhecidas para a redução de poluentes nos gases de exaustão de motores de combustão interna alimentados a diesel, é um objetivo que a presente invenção forneça um dispositivo de filtragem e depuração dos referidos gases de exaustão, de construção relativamente simples e compacta, passível de ser facilmente instalado em veículos ou em unidades motoras estacionárias e que permita a obtenção de um elevado grau de retenção de material particulado e de gases tóxicos do fluxo dos gases de exaustão dos motores a diesel. Com o intuito de solucionar tais inconvenientes, desenvolveu-se a presente invenção onde é possível comprovadamente despoluir e depurar gases gerando eletridade.
[0028] Escapam entos: Outro fator relevante e impactante ao meio ambiente é a temperatura de operação no processo de queima do combustível no motor, que chega a aproximadamente 800°C. Consequentemente, a fuligem sai incandescente com temperatura na faixa de 400 °C. Essa temperatura é suficiente para promover a chama no capim seco em rodovias e provocar incêndios de proporções catastróficas, além de super aquecimento das cidades no mundo todo independente da altura ou região em relação ao nível do mar.
[0029] Em relação à frota de ônibus e milhões de caminhões no Brasil (os caminhões são responsáveis pela maioria do transporte brasileiro), estes possuem a saída do escapamento direcionado para o lado direito, esquerdo, para baixo e raramente para cima. A saída da descarga para o lado direito propicia o inicio da queimada no lado direito da pista, quando o caminhão aproxima do acostamento, e a saída para a esquerda propicia a queimada no lado esquerdo da estrada quando o caminhão faz uma ultrapassagem. Imagina o calor que uma frota de ônibus pode causar em uma metrópole como São Paulo, com todos funcionando ao mesmo tempo. Gera o fenómeno denominado efeito estufa metropolitano, onde as edificações e o asfalto absorvem este calor, cria-se então uma camada baixa de calor insuportável com sensação térmica de até 50°c. A invenção GLR TECH irá reduzir essa temperatura aproximadamente à mesma do ambiente natural.
[0030] Medidas como controle de circulação de veículos, desenvolvimento de motores menos poluentes, instalação de filtros industriais e a busca constante no desenvolvimento de combustíveis alternativos, tem sido implementadas.
[0031] Entretanto, os catalisadores atuais, assim como os denominadores oxicatalisadores, desenvolvidos para reduzir a poluição derivada da combustão de diesel e de gasolina, deixam a desejar, uma vez que diminuem a potência dos motores e não alcançam a eficiência necessária. Se realmente a eficiência se comprovasse, não estariam sendo ainda despejados milhões de toneladas de vários gases nocivos à atmosfera.
[0032] São ainda conhecidos, alguns métodos visando depurar os referidos gases de exaustão e que compreendem os procedimentos de direcionar o fluxo dos gases de exaustão para passarem por um conduto, incluindo um Venturi convergente e divergente, e de suprir água à região da "garganta" do Venturi, para então separar, dos gases de exaustão, a água com as partículas sólidas e com os gases dissolvidos.
[0033] Apesar de propor a umidificação do material parti culado e dos gases contidos no fluxo de exaustão, visando aumentar o peso das partículas umedecidas e dissolver os gases poluentes, esse método não alcança resultados satisfatórios pelo fato de não permitir uma efetiva umidificação da massa parti culada, a qual permanece com sua área superficial original. Além disso, a atomização de água na região do Venturi, não produz uma adequada e homogénea mistura da água com os gases e com material particulado, reduzindo o grau de dissolução dos gases e o aumento da densidade do material particulado, com reflexos negativos na eficiência da separação das partículas sólidas e na lavagem dos gases tóxicos. Esse tipo de solução é tratado nos documentos de patente NO-B-162530 e GB 2.300.024.
[0034] O documento de patente WO 99/56854 (PCT/DK99/00237) descreve um método e um dispositivo para separar partículas sólidas de um fluxo de gases quentes de exaustão de um motor a diesel.
[0035] Nessa solução anterior, o fluxo de exaustão tem sua umidade relativa aumentada por atomização de água, sendo resfriado para uma temperatura próxima o seu ponto de orvalho e então acelerado por redução de área de seção transversal do conduto ou por turbina, para que ocorra redução adicional de temperatura e condensação do vapor d' água, fazendo com que as partículas sólidas fiquem encapsuladas em gotículas de condensado, podendo ser separadas do fluxo de exaustão por ciclone ou por gravidade.
[0036] A proposta apresentada no documento WO 99/56854, acima mencionado, sugere que o fluxo gasoso misto (contendo gases e material particulado) seja umedecido e resfriado simultaneamente e então acelerado para novo resfriamento suficiente para prover a condensação dos vapores d' água e o envolvimento das partículas sólidas por gotículas de condensado, permitindo a separação do material particulado e dos gases dissolvidos na fase líquida do referido fluxo misto.
[0037] Essa solução anterior também não sugere nenhum tratamento adicional do fluxo misto umidificado, visando homogeneizar sua umidificação e resfriamento, para alcançar um maior grau de retenção de material particulado e de gases tóxicos.
[0038] O pedido de patente PI0502332-7 do mesmo inventor propõe um dispositivo voltado ao mesmo objetivo funcional e que submete o fluxo dos gases de exaustão a uma etapa inicial de centrifugação do fluxo misto antes da umidificação e do resfriamento do dito fluxo misto, o qual é então submetido às etapas subsequentes de difusão, expansão, deflexão e desintegração, extravasando o novo resfriamento dos gases antes de sua liberação para a atmosfera.
[0039] Além de complexo e de difícil implementação em veículos automotores, o dispositivo proposto nesse pedido de patente brasileiro anterior não conduziu a uma eliminação praticamente total do material particulado e dos gases tóxicos do fluxo de exaustão liberado para a atmosfera.
Sumário da invenção [0040] Em razão dos inconvenientes e deficiências das soluções até agora conhecidas para a redução de poluentes nos gases de exaustão de motores de combustão interna alimentados a diesel, o objetivo do Sistema GLR TECH é prover um dispositivo de filtragem e depuração dos referidos gases de exaustão, de construção relativamente simples e compacta, passível de ser facilmente instalado em veículos ou em unidades motoras estacionárias e que permita a obtenção de um elevado grau de retenção de material particulado e de gases tóxicos do fluxo dos gases de exaustão dos motores a diesel, além de gerar energia de maneira simultânea.
[0041] E ainda um objetivo da presente invenção prover um dispositivo tal como acima definido e que permita que o fluxo dos gases de exaustão seja liberado para a atmosfera a uma temperatura que não seja superior a cerca de 30°C a 40°C acima da temperatura ambiente.
[0042] E ainda mais um objetivo da presente invenção prover um dispositivo tal como acima definido e que permita a coleta do material particulado e dos gases tóxicos dissolvidos em um sistema aquoso de lavagem em circuito fechado.
[0043] Tem ainda a invenção o objetivo de prover um método para a realização da filtragem e depuração dos gases de exaustão de um motor a diesel, de acordo com os propósitos acima definidos.
[0044] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, o dispositivo de filtragem e depuração dos gases de exaustão de motores de combustão interna, especialmente de motores a diesel, compreende:
- um meio de pré-tratamento para pré-umidificar e pré-resfriar, com água atomizada, o fluxo de gases quentes de exaustão do motor;
- um meio homogeneizado de fluxo, para turbilhonar o referido fluxo de gases de exaustão, e homogeneizá-lo;
- pelo menos um meio de tratamento para prover umidificação, com água, do fluxo de gases de exaustão homogeneizados, processo chamado cisalhamento das partículas sólidas. Haverá também a compressão de uma pressão de cerca de 8,0 Kg/cm2, podendo alcançar cerca de 1,2 vezes a pressão de descarga do motor;
- um meio exaustor, recebendo o fluxo de gases em pressão negativa do meio de tratamento e imprimindo, ao referido fluxo de gases, uma trajetória descendente, por uma saída inferior de liberação de água, e gases de exaustão, contendo vapor d' água e partículas sólidas;
- um meio condensador para receber o fluxo de gases de exaustão do meio exaustor, provendo a condensação do vapor d' água e sua captação com o arraste do material particulado e gases tóxicos e liberar o fluxo de gases de exaustão depurados para a atmosfera.
[0045] Os meios de pré-tratamento, de tratamento e condensador são alimentados com água a partir de uma fonte de água, geralmente um tanque, sendo que a captação da água, e condensado de arraste de material particulado e de dissolução de gases tóxicos, será feita em um reservatório de recolhimento.
[0046] De acordo com um segundo aspecto da invenção, o método de filtragem e depuração dos gases de exaustão de motores de combustão interna, especialmente de motores a diesel, compreende as etapas de:
- submeter o fluxo de gases de exaustão do motor a um pré-tratamento, para pré-umidificá-lo e pré- resfriá-lo com água;
- submeter o fluxo de gases de exaustão pré-tratado a um turbilhonamento para promover sua homogeneização;
- submeter o fluxo de gases de exaustão pré-tratado e homogeneizado a um tratamento para promover sua umidificação com água, fazer o cisalhamento das partículas sólidas contidas no fluxo de gases de exaustão e a compressão desse último até cerca de 8,0 Kg/cm2, podendo alcançar cerca de 1,2 vezes a pressão de descarga do motor, para liberar o referido fluxo de gases após sua compressão;
- aspirar, em pressão negativa, o fluxo de gases de exaustão liberado pelo meio de tratamento e imprimir ao referido fluxo de gases de exaustão uma trajetória descendente, por uma saída de liberação de água, partículas sólidas e gases de exaustão contendo vapor d' água e partículas sólidas.
[0047] Com o dispositivo e o processo, acima definidos em seus aspectos básicos, passa a ser técnica e economicamente viável o tratamento dos gases de exaustão de motores de combustão interna, particularmente de motores a diesel, com retenção praticamente total do material particulado e diluição dos gases tóxicos contidos no fluxo de gases quentes de exaustão, os quais são ainda liberados em baixas temperaturas, geralmente apenas ligeiramente superiores à temperatura ambiente, com grande redução dos usuais odores desses gases e do nível de ruído dos escapam entos.
[0048] Com a aplicação da presente invenção, o escapamento dos motores de combustão interna, principalmente os motores a diesel, montados em veículos ou estacionários, passa a liberar, para o meio ambiente, um fluxo de gases limpos, em baixas temperaturas e substancialmente inodoros, não prejudiciais à saúde e isentos de gases tóxicos e de materiais particulados, aí incluídos os inaláveis.
[0049] O equipamento em questão, operando de acordo com a metodologia aqui descrita e sendo aplicado na descarga dos gases de exaustão de um motor a diesel, 340 CV, ano de fabricação 1993, permitiu alcançar os índices de depuração de gases de exaustão e de retenção de material particulado, conforme definidos abaixo. Os gases de exaustão foram submetidos à análise em um equipamento analisador de gases modelo 350-XL, da Testo do Brasil. Os resultados verificados foram os seguintes, com o motor sendo alimentado com o diesel convencionalmente disponibilizado no Brasil:
(NOX) -77%
(NO) -78%
(N02) -49%
(CO) - 33%
(S02) .78%
Materiais particulados (MP) - 80% [0050] Conforme pode ser observado pelos resultados exemplificativos acima expostos, a invenção permite a obtenção de grande eficiência em termos de filtragem/retenção de material particulado e de depuração de gases tóxicos de um fluxo de exaustão de um motor de combustão interna queimando um combustível fóssil derivado de petróleo.
Melhorias tecnológicas: Inovações desde o depósito da última patente até os dias atuais.
[0051] A última patente apresenta todos os requisitos para um bom desempenho e funcionamento no que é proposto no memorial descritivo: depuração de gases e captação de material particulado provenientes da combustão interna do ciclo diesel e ainda a co-geração de energia elétrica simultânea (corrente continua e corrente alternada). Entretanto, através de pesquisas e experimentos ao longo dos anos, chegamos à conclusão que poderemos melhorar a eficiência de todo o equipamento, proporcionando melhor filtragem e depuração de gases e captação de material particulados com acréscimo de um equipamento e mudança de lay-out no fluxo.
[0052] Segue exemplo: O distribuidor atinge temperaturas elevadíssimas em sua saída para o quarto estágio, então surgiu a idéia de aproximar ao máximo da turbina geradora de força proveniente do quarto estágio , denominada Turbina Geradora de Força (TGEF), e em seguida uma tubulação em "Y" logo após a saída da denominada TGEF. Isso atende o equipamento denominado no memorial descritivo acima ou pode ser direcionado a uma caldeira, com aproximadamente 800°C, produzindo vapor suficiente para gerar eletri cidade e consequentemente, energia mecânica. Fases: O "Y" terá derivação para uma caldeira de alta pressão e gases super aquecidos ou seguirá em fluxo direto passando por um dispositivo denominado Difusor-Defletor-Condensador-Purgador (DDCP), com isso ocorreria um primeiro pré depurador de gases e captação de material particulados e condensação antes de passar pelo Gerador de Força. Citando ainda, no equipamento DDCP, os gases comprimidos e MP teriam fluxo direto para o depósito de água (mini estação de tratamento e filtragem). Salientando aqui que esse equipamento é compostos por vários bicos atomizadores cone cheio, responsáveis pelo resfriamento e condensação e que a água condensada segue fluxo para o depósito por gravidade e acessório tipo um purgador de vazão devidamente dimensionado. Assim sendo e retornando o conceito da tubulação "Y", uma derivação de tubulação segue para a caldeira e a outra para a TGEF.
[0053] A Turbina Geradora de Força é alimentada pela soma da velocidade dos gases, temperatura e pressão. Na saída da turbina o GLR TECH já estará gerando eletri cidade e filtrando, pois o núcleo é composto de um gerador interno e dois depuradores de gases e captador de partículas. Após o fluxo de gases passar pela TGEF, o fluxo seguirá direto a mais dois mini-condensadores ligados também ao depósito de água. Conclusão: haverá o mínimo de gases poluentes e material particulado na turbina, ocorrerá simultaneamente depuração de gases, captação de MP e co-geração de energia. E importante levar em consideração que o gerador interno de energia elétrica não terá contato com os dois equipamentos responsáveis por depurar gases e captar partículas. Portanto, nada impedirá que o gerador interno funcione no quarto estágio, no final do cano de descarga.
[0054] Aqui foi apresentado uma melhoria de relevância onde: será possível desviar os gases super aquecidos para uma caldeira ou passar os gases pelo equipamento DDCP antes de entrar no Gerador de Força; evitará a evaporação de água através da condensação; haverá uma pré depuração de gases e captação de partículas, aumentando significamente a função e força da TGEF assim como a eficiência na depuração dos gases.
Breve descrição dos desenhos
[0055] A invenção será descrita a seguir, fazendo-se referência aos desenhos anexos, dados a título de exemplo de uma das possíveis concretizações da solução proposta e nos quais:
[0056] A figura 1 representa um simples fluxograma dos meios envolvidos na constituição do dispositivo e na realização do método de filtragem e depuração dos gases de exaustão de um motor de combustão interna;
[0057] A figura 2 representa, escala ampliada, uma vista longitudinal diametral do meio de pré- tratamento e homogenizador dos gases de exaustão, recebidos do motor, por umidificação e resfriamento;
[0058] A figura 3 representa, em escala ampliada e de modo um tanto simplificada, uma vista axial de um par de meios de tratamento e do meio exaustor do dispositivo em questão, para prover a umidificação final do fluxo de gases de exaustão, o cisalhamento das partículas sólidas contidas no referido fluxo e uma compressão deste último e ainda a impulsão do fluxo de gases de exaustão, dos meios de tratamento, para o meio condensador;
[0059] A figura 4 representa uma vista transversal diametral de um dos meios de tratamento, dito corte tendo sido tomado segundo a linha IV-IV nas figuras 1 e 3;
[0060] A figura 5 representa, em escala ampliada e de modo um tanto simplificado, uma vista axial longitudinal do meio condensador e do reservatório de recolhimento;
[0061] A figura 6 representa uma vista transversal, diametral, um tanto simplificada, dos meios exaustor e condensador, dito corte tendo sido tomado segundo a linha VI- VI na figura 1;
[0062] A figura 7 representa uma vista longitudinal ampliada do meio de liberação de gases, montado a jusante do meio condensador.
Breve descrição dos novos desenhos: inovações ou fluxogramas com mudanças estratégicas no layout:
[0063] A figura 8 representa uma vista simples do fluxograma dinâmico, com vistas aleatórias e demonstração do funcionamento do equipamento e inovações tecnógicas, incluindo: inovação 1, inovação 2, inovação 3 (INI, IN2, IN3). Apresenta também os difusores e defletores condensadores após a turbina de força vinda do quarto estágio (denominada Turbina Geradora de Força ou simplesmente TGEF);
[0064] A figura 9 representa uma vista em elevação seccionada, do fluxo de gases e materiais particulados vindos da combustão e passando pela TGEF;
[0065] A figura 10 representa uma vista em elevação lateral do sistema completo.
[0066] A figura 11 representa uma vista em elevação transversal com detalhes de funcionamento, incluindo bicos atomizadores, entrada de gases e particulados em geometria tangencial, dissipadores, tubos difusores e placas defletoras.
[0067] A figura 12, INI, representa uma vista longitudinal de parte das inovações tecnológicas: turbinas desintegradoras, trabalhando agora com entrada centrípeta ou centrífuga com entrada e saída de gases e MP (material particulados) tangencial e novo Gerador Interno de Energia (GIE), produzindo CC e CA.
[0068] A figura 13, IN2, representa uma vista longitudinal do novo processo de tratamento de gases, posicionado após a TGEF. E composta por: pré-condensadores, difusores, defletores e purgadores, estabilizando e aumentando a eficiência da TGEF, entrada em curva e saídas tangenciais. A IN2 trabalha tanto na vertical como na horizontal (levando em consideração que haverá alteração nos purgadores, bicos atomisadores e entradas caso trabalhe na vertical).
[0069] A figura 14 representa uma vista mais detalhada do difusor condensador I, apresentado em conjunto com o difusor e condensador II na figura 13.
[0070] A figura 15 representa uma vista mais detalhada do difusor condensador II, apresentado em conjunto com o difusor e condensador I na figura 13.
[0071] A figura 16 representa uma vista longitudinal composta por sistema filtrante: bomba alimentadora dos bicos atomizadores, defletor telado, nível, entrada e saída de águas residuais, alimentação e descarga.
[[0072] A figura 17 representa uma vista longitudinal da Turbina Geradora de Força: podemos aplicar a TGEF próximo ao distribuidor onde teremos maior aproveitamento de calor derivado da combustão, local mais indicado para o "Y". E possível o Y também na ponteira do escape do quarto estágio, onde as temperaturas predominam em torno de 200°C. A figura 17 é constituída por: rotor, carcaça do rotor em "U" para melhor aproveitar o atrito, gerar mais força, com flanges, saída e entrada com retificador de fluxo, caixa de rolamentos, rolamentos convencionais conforme a necessidade ou rolamentos magnéticos, labirinto impedindo o vazamento dos gases submetidos a pressões altíssimas, retentores acrílicos ou de acordo com a necessidade e eixo acionador acoplado ao rotor gerando força para alimentar os geradores externos e o novo Gerador Interno de Energia.
[0073] A figura 18 representa uma vista lateral seccionada, dos compostos citados na FIG. 17.
Descrição da invenção
[0074] Conforme ilustrado nas figuras de desenho, o dispositivo de filtragem e depuração dos gases de exaustão e materiais particulados, simultâneo com co-geraçao de energia elétrica, compreende inicialmente um meio de pré-tratamento 10 para pré-umidificar e pré-resfriar o fluxo de gases quentes, liberado pelo motor de combustão interna em temperaturas que variam, geralmente, na faixa de cerca de 350°C a cerca de 650°C.
[0075] O meio de pré-tratamento 10 (ver figura 2) compreende uma porção tubular 11 tendo um extremo de entrada 11a, conectado à descarga do motor, um extremo de saída 11b e um meio atomizador 12, montado internamente à porção tubular l i e disposto de modo a atomizar água no fluxo de gases de exaustão recebido do motor, com a referida atomização feita no mesmo sentido do fluxo de gases de exaustão. [0076] Nessa primeira etapa do método de filtragem e depuração dos gases de exaustão, o fluxo de gases tem o material particulado pré-umidificado e toda a sua massa pré-resfriada em função da atomização de água, permitindo não só o aumento da densidade das partículas em suspensão no fluxo de exaustão, como também o resfriamento desse último para uma temperatura de cerca de 65°C a cerca de 95°C menor do que a temperatura de recebimento do fluxo gasoso no dispositivo em questão.
[0077] A água a ser atomizada no fluxo de gases de exaustão é bombeada a partir de uma fonte de água 20 (ver figura 4) que pode tomar diferentes formas, conforme descrito mais adiante. Uma das formas é representada por um tanque 21 montado no veículo automotivo no qual o dispositivo em questão é instalado ou em qualquer apoio no sítio de montagem.
[0078] O fluxo de gases de exaustão, já pré-umidificado e pré-resfriado, são então alimentados a um meio homogeneizador de fluxo 30 (citado na figura 4 e detalham ento na figura 2) que é construído para turbilhonar o fluxo de gases de exaustão, provocando sua homogeneização.
[0079] Na construção ilustrada, o meio homogeneizador de fluxo 30 compreende um corpo tubular anelar 31 (ver figura 2), definido por uma parede tubular externa 32 e por uma parede tubular interna 33, as quais definem; em conjunto com paredes extremas 34a, 34b, uma câmara anelar externa CE, com extremos fechados pelas paredes extremas 34a, 34b, e uma câmara cilíndrica interna Cl, com um extremo fechado por uma das paredes extremas 34a e com o outro extremo aberto e definindo um bocal de saída 30b do meio homogeneizador de fluxo 30, cujo bocal de entrada 30a é provido, de modo substancialmente radial, através da parede tubular externa 32.
[0080] O bocal de entrada 30a do meio homogeneizador de fluxo 30 pode tomar a forma de uma voluta, para facilitar a admissão do fluxo de gases de exaustão no interior da câmara anelar externa CE, preenchendo e pressurizando essa última e sendo então dividido em múltiplos fluxos radiais de gases, os quais são feitos passar por uma pluralidade de tubos radiais 35, dispostos através da parede tubular interna 33 e abertos para a câmara anelar externa CE e para a câmara cilíndrica interna Cl.
[0081] A construção do meio homogeneizador de fluxo 30 é feita de modo a provocar, no interior da câmara cilíndrica interna Cl, do corpo tubular anelar 31, um forte turbilhonamento dos múltiplos fluxos de gases de exaustão, passando através da pluralidade de tubos radiais 35, provocando um alto grau de homogeneização da massa de material particulado em suspensão no fluxo de gases de exaustão já pré-umidificado e pré-resfriado. A câmara cilíndrica interna Cl do corpo tubular anelar 31 define, assim, em seu interior, uma região de turbilhonamento e homogeneização do fluxo de gases de exaustão, sendo a referida câmara cilíndrica interna Cl aberta para o bocal de saída 30b do meio homogeneizador de fluxo 30, bocal esse que é aberto para pelo menos uma região de expansão 36, para o qual é direcionado o fluxo de gases já turbilhonado e homogeneizado.
[0082] O fluxo de gases de exaustão já pré-umidificado, pré-resfriado e homogeneizado é então conduzido, da região de expansão 36, geralmente em forma de uma extensão de tubo de seção transversal não inferior àquela da câmara cilíndrica interna Cl, para pelo menos um meio de tratamento 40 (ver figura 4), que é projetado para prover uma umidificação final, com água, do fluxo de gases de exaustão, o cisalhamento das partículas sólidas e ainda sua compressão até uma pressão de cerca de 1,2 vezes a pressão de descarga do motor.
[0083] Na construção ilustrada, são providos dois meios de tratamento 40, dispostos em paralelo, cada um recebendo uma respectiva parcela do fluxo de gases de exaustão liberada do meio homogeneizador 30, através de uma respectiva região de expansão 36.
[0084] Cada meio de tratamento 40 compreende pelo menos um compressor rotativo 41, com um rotor R tendo um eixo horizontal 44 e múltiplos estágios de compressão, concêntricos e mantidos em comunicação fluida radial entre si e dispostos no interior de uma carcaça tubular 42 provida de uma entrada radial 42a, geralmente inferior, para o fluxo de gases de exaustão, já homogeneizado, recebido da respectiva região de expansão 36 do meio homogeneizador de fluxo 30, e de uma saída axial central 42b (ver figura 3) para liberar o fluxo de gases com as partículas já cisalhadas, umidificadas e resfriadas, em conjunto com a massa gasosa.
[0085] Ainda de acordo com a construção exemplificativa ilustrada nos desenhos, cada estágio E do rotor R (ver figura 4) do compressor rotativo 41 é definido entre duas paredes cilíndricas 45, concêntricas, sendo que os referidos estágios E tomam a forma de câmaras anelares concêntricas, tendo os extremos das paredes cilíndricas 45 respectivamente fixados a paredes extremas 46 (ver figura 3) do rotor R, as quais fecham os extremos dos estágios E.
[0086] Cada meio de tratamento 40 (ver figura 4) é construído para prover uma umidificação do fluxo de gases de exaustão. Para tanto, no interior da carcaça tubular 42 de cada compressor 41 é provido um meio atomizador 43, para água, geralmente um bico atomizador disposto na região superior da carcaça tubular 42, preferivelmente no interior de uma projeção tubular radial 42c dessa última, oposta à entrada radial 42a da carcaça tubular 42.
[0087] De acordo com essa construção, cada compressor rotativo 41 carrega, externamente à parede cilíndrica 45, externa ao primeiro estágio de compressão E, uma pluralidade de pequenas pás radiais 47, dispostas de modo a conduzirem, quando do giro do compressor rotativo 41, a água de umidificação, pulverizada no interior da carcaça tubular 42, pelo meio atomizador 43, contida no reservatório 43, para o interior do primeiro estágio de compressão E, através de furos radiais 45a providos na referida parede cilíndrica externa 45 do primeiro estágio de compressão E. Deve ser observado que a comunicação fluida entre os estágios de compressão E entre o último estágio de compressão E a saída axial central 42b da carcaça tubular 42 é definida por uma pluralidade de furos radias 45a providos nas paredes laterais cilíndricas 45 que limitam cada estágio de compressão E. Os furos radiais 45a são dispostos defasados entre si a cada dois estágios de compressão adjacentes E.
[0088] Assim, cada compressor rotativo 41 apresenta os múltiplos estágios na forma de câmaras tubulares anelares, concêntricas e radialmente adjacentes entre si, tendo seus extremos fechados pelas paredes extremas 46 (ver figura 3) do rotor R.
[0089] Ainda de acordo com a construção sugerida nos desenhos anexos, cada rotor R de compressor rotativo 41 compreende ainda, em pelo menos parte dos diferentes estágios de compressão E, uma pluralidade de hastes de cisalhamento 48 (ver figura 4) dispostas axialmente, angularmente afastadas entre si e com extremos opostos fixados nas respectivas paredes extremas 46 (ver figura 3) do rotor R, ditas hastes de cisalhamento 46 girando em conjunto com o rotor R, de modo a entrarem em choque com as partículas sólidas contidas do fluxo de gases de exaustão.
[0090] O dispositivo em questão compreende ainda um tubo retificador de fluxo 49 disposto coaxialmente ao compressor rotativo 41 e interligando sua saída axial central 42b ao meio exaustor radial 50.
[0091] Com a disposição construtiva acima descrita para cada meio de tratamento 40, os dois compressores rotativos 41 são montados em paralelo e com suas saídas axiais centrais 42b coaxiais e convergindo uma em direção à outra. Nessa construção, o fluxo de gases de combustão, recebido no interior da carcaça tubular 42, é turbilhonado, umidificado intensamente pela mistura com a água de umidificação atomizada para o interior da carcaça tubular e conduzida através dos diferentes estágios de compressão E, quando do giro das pequenas pás radiais 47, sendo o fluxo gasoso progressivamente comprimido, passando para o primeiro estágio de compressão E, através dos furos radiais 45a providos na parede lateral cilíndrica 45 mais externas do rotor R. Assim, o fluxo de gases de exaustão vai sendo progressivamente comprimido e umidificado, de um estágio E para o seguinte, radialmente mais interno, enquanto as partículas sólidas vão sendo progressivamente cisalhadas pelas hastes de cisalhamento 48 dispostas no interior de cada estágio de compressão E. Ao final dos estágios de compressão E, o fluxo de gases de combustão, já totalmente umidificado e com suas partículas sólidas em suspensão já intensamente cisalhadas, é liberado através da saída axial central 42b e dirigido a um meio exaustor radial 50 disposto de modo geralmente coaxial aos compressores rotativos 41.
[0092] De acordo com a construção ilustrada, o meio exaustor radial 50 (ver figura 6) compreende uma carcaça cilíndrica 52 com extremos opostos acoplados, cada um, a uma carcaça tubular 42 de um respectivo meio de tratamento 40 e alojando um rotor RE montado no mesmo eixo 44 dos rotores R dos compressores 44 e tendo, em cada extremo, uma entrada axial central 52a (ver figura 3) para o fluxo de gases de exaustão proveniente de cada meio de tratamento 40 e uma pluralidade de aletas radiais 55 (ver figura 6), sendo a carcaça cilíndrica 52 lateralmente aberta para uma voluta lateral 53 que define uma saída inferior 54 para a água e gases de exaustão contendo vapor d'água e partículas sólidas em suspensão. Como pode ser observado pelas figuras 3 e 6, o fluxo de exaustão, contendo vapor d' água e partícula sólida é então alimentada a um meio condensador 60 que compreende uma câmara de entrada CEN (ver figura 1), de formato tubular-anelar alongado, com extremos fechados, disposta horizontalmente e que recebe, mediana e tangencialmente, o fluxo de gases de exaustão liberado pela saída inferior 54 do meio exaustor 50.
[0093] Internamente à câmara de entrada CEN, o meio condensador 60 compreende uma câmara externa CEX, também tubular-anelar alongada, disposta horizontalmente e definida entre uma parede tubular externa 62, separando-a da câmara de entrada CEN, e uma parede tubular interna 63, dita câmara externa CEX sendo fechada por uma parede extrema 64 em um de seus extremos.
[0094] O fluxo de gases de exaustão que, admitido na câmara de entrada CEN, pressuriza o interior dessa última e é feito passar para uma das regiões extremas da câmara externa CEX, através de uma pluralidade de janelas 65 providas na parede tubular externa 62. Na referida região extrema da câmara externa CEX, radialmente alinhada com as janelas 65, é formada uma câmara anelar de atomização CAT (ver figura 6), que é separada da câmara externa CEX por uma parede divisória anelar 66/66a a qual é transpassada por uma pluralidade de tubos axiais excêntricos 67, comunicando a câmara anelar de atomização CAT com a câmara externa CEX. Na parede extrema 64, comum às câmaras anelar de atomização CAT e externa CEX, são montadas bicos atomizadores 68, para atomizar água do tanque 21 no fluxo de gás de exaustão que penetra na câmara anelar de atomização CAT, sendo a atomização feita no sentido axial, voltado para os tubos axiais excêntricos 67.
[0095] A câmara de entrada CEN é inferiormente provida, em sua região adjacente às janelas 65 da câmara anelar de atomização CAT, de uma saída inferior 65a que é conectada, por um conduto 65b, ao reservatório de recolhimento 70, para conduzir, gravitacionalmente a esse último, a água, o condensado e o material parti culados já liberados radial e inferiormente da câmara anelar de atomização CAT.
[0096] A parede tubular interna 63 limita, em seu interior, uma câmara interna CIN, de formato tubular, tendo um extremo aberto para um adjacente extremo da câmara extrema CEX e com o extremo oposto projetando-se através da câmara anelar de atomização CAT, para fora do meio condensador 60, para ser aberto para a atmosfera ou ainda preferivelmente conectado a um meio de escapam ento 100.
[0097] A câmara externa é ainda provida por uma pluralidade de paredes divisórias anelares 66a, dispostas paralelas e distanciadas entre si, transversalmente ao eixo geométrico longitudinal da câmara externa CEX. As paredes divisórias anelares 66a definem, entre si, câmaras anelares CA, mantidas em comunicação por uma pluralidade de tubos axiais 67, dispostos através das paredes divisórias anelares 66a e que se mantêm radialmente distanciados das paredes tubulares interna 63 e externa 62 da câmara externa CEX e tendo seus extremos abertos e projetantes para dentro das respectivas câmaras anelares CA, sendo os tubos axiais 67a de uma parede divisória anelar 66a axialmente defasados em relação aos tubos axiais 67a das duas paredes divisórias anelares 66a adjacentes.
[0098] Com a construção sugerida para o meio condensador 60, o fluxo de gases, contendo ainda vapor d' água e material parti culado residual, é feito passar pelas câmaras anelares CA, sendo progressivamente condensado e liberado, pelo extremo aberto da câmara externa CEX, para um dispositivo quebra gotas 80, provido de uma saída inferior 81 conectada a um tubo 82 que conduz o condensado, e o material particulado nele suspenso, para o reservatório de recolhimento 70.
[0099] O fluxo gasoso remanescente, já resfriado e depurado, pode ser liberado para a atmosfera ou ainda preferivelmente conduzido, através da câmara interna CIN, para o meio de escapamento 100. [0100] Deve ser observado que a água a ser atomizada no meio de pré-tratamento 10, nos meios de tratamento 40 e no meio condensador 60 é bombeada, a partir da fonte de água 20 que, no exemplo ilustrado, é definida pelo tanque 21. O bombeamento pode ser feito por qualquer bomba 25 adequada e através de tubos 26.
[0101] O reservatório de recolhimento 70 pode ser construído de diferentes maneiras, incluindo ou não um meio 71 para tratar a água e o condensado captados, por exemplo, por filtragem, para que a água usada no processo seja reutilizada em circuito fechado, ou seja, retornada ao tanque 21. Essa disposição permite que haja uma grande economia da água a ser utilizada no método de umidificação, sem exigir a contínua reposição de água no tanque 21, aumentando a autonomia do dispositivo, particularmente quando aplicado em veículos automotivos.
[0102] O meio de escapam ento 100, quando provido, é acoplado à saída da câmara interna CIN do meio condensador 60, para receber o fluxo gasoso resfriado e depurado nesse último e submetê-lo a uma operação de condensação adicional, com o objetivo principal de captar qualquer água ainda remanescente, na forma de vapor, no fluxo de escapamento.
[0103] Na construção ilustrada, o fluxo de gases que deixa o meio condensador 60 é conduzido por uma tubulação 69 (ver figura 1) adequada, ao meio de escapamento 100 que pode tomar a forma de um corpo tubular 101, disposto verticalmente, tendo um extremo inferior 101a conectado à tubulação 69 e um extremo superior aberto para a atmosfera. Em sua região mediana, o corpo tubular 101 aloja uma pluralidade de bandejas anelares 102, horizontais e um tanto distanciadas entre si, através das quais é feito passar o fluxo ascendente de gases, sendo as regiões periféricas das bandejas anelares 102 projetantes e abertas para o interior da uma câmara de captação 103, envolvendo o corpo tubular 101 e tendo uma parede de fundo anelar 103a da qual se projeta para baixo um tubo de drenagem 104 tendo um extremo inferior aberto para o interior do meio de pré- tratamento 10, a jusante do meio atomizador 12 e a montante do meio homogeneizador de fluxo 30. A junção do tubo de drenagem 104 com a porção tubular 11 do meio pré-tratamento 10 é feito de modo que o fluxo dos gases de exaustão passantes por esse último opere como um ejetor, produzindo uma queda de pressão no interior do tubo de drenagem 104 e a consequente aspiração, de volta do dispositivo, de qualquer condensado captado no interior da câmara de captação 103, impedindo a perda de água utilizada no processo de filtragem e depuração dos gases de exaustão.
[0104] Com a construção proposta para o meio de escapamento 100, o fluxo de gases proveniente do meio condensador 60 é feito passar pelo interior das bandejas anelares 102, nas quais o vapor d' água remanescente é condensado, conduzido radialmente à câmara captadora 103 e gravitacional e pressurizadamente aspirado de volta ao meio de pré-tratamento 10. O fluxo de filtro 105, geralmente em forma de cartucho a ser periodicamente substituído, trata os gases remanescentes para ser então liberado para a atmosfera.
Detalhamento das inovações ou mudanças estratégicas no layout:
[0105] A caixa acoplada ao labirinto, constituída internamente por retentores, impede a passagem de água para o motor Gerador Interno de Energia (GIE) 132, como podemos ver na figura 8. O GIE é composto por uma entrada tangencial de gases e partículas proveninetes da fase primária de tratamento dos gases e materiais particulados 129. O Pré tratamento 129 é realizado por um dispositivo devidamente projetado com a finalidade de provocar uma compressão e descompressão, nova expansão 121 e acoplar medições 107 (instrumentação).
[0106] Ainda no pré-tratamento, foram inclusos o retificador de fluxo antes da entrada tangencial 130, os tubos difusores com o objetivo de comprimir gases e partículas em seu interior e lança-los nos discos defletores 111 (inovação), os tubos difusores na saída do, mais completo e eficiente, Condensador, Purgador, Difusor, Defletor (CPDD) 110, os dissipadores, o resfriamento do núcleo do condensador difusor e defletor 108, o dissipador do condensador 112, a câmara de expansão e saída cónica 128.
[0107] Ainda nas inúmeras melhorias ou inovações, foram acrescidos: o retificador de fluxo de entrada na Turbina Geradora de Força 109, a entrada de fluxo proveniente do condensador difusor para a turbina geradora/rotor 119, a saída de gases e material parti culado com fluxo para o distribuidor condensador I e II 113, o distribuidor, alimentando o condensador I e II 135, a tubulação, alimentando o condensador I em seu segundo estágio 131, a tubulação cónica, dimensionada com fluxo direto e curva para o condensador II 120, a curva com flange, alimentando o retificador de fluxo com entrada tangencial 1 114, o retificador de fluxo com entrada tangencial no condensador I, denominada entrada tangencial I 127, o retificador de fluxo da entrada tangencial no condensador II, denominada entrada tangencial II 134.
[0108] Evoluiu também o modelo do bico atomizador cone cheio, hidratando partículas e depurando gases 115, o formato do difusor condensador II 133, o disco defletor do condensador II 116, a tubulação e curva com fluxo em direção a Turbina Desintegradora e Depuradora de Gases, a Captação de Partículas e Co-Geração de Energia (TDGE), a entrada II 126, o caracol com entrada tangencial para o condensador I 125, a tubulação interligando o condensador à TDGE, entrada I 122, a tubulação interligando o condensador II à TDGE e a entrada II 145.
[0109] Outra sistema desenvolvida foi o gerador de energia de pequena, média e alta potência aproveitando o torque do rotor, co-geração interna de energia tipo anti magnética, neodímio ou convencional 117, o gerador magnético em série, de acordo com a potência do motor e rotor 124, os rolamentos convencionais ou magnéticos de primeira linha, evitando atritos, o fato de trabalhar ao máximo dentro da inércia 123, a carcaça/caixa de fechamento do rotor/turbina geradora de força 141, as pás do rotor na turbina geradora de força 118, o rotor intermediário entre as turbinas: com o objetivo de expulsar gases secos e depurados, isentos de partículas para atmosfera 142, a carcaça do rotor intermediário das turbinas, fechamento do 142, a tubulação I com o objetivo de drenar águas residuais, com turbina desintegradora para depósito de água 143, a tubulação II com o objetivo de drenar águas residuais, com turbina desintegradora para depósito de água 140.
[0110] E importante destacar também o labirinto flangeado, impedindo contato de gases e partículas entre as duas turbinas desintegradoras 144 (lado esquerdo), o labirinto flangeado impedindo contato de gases e partículas entre as duas turbinas desintegradoras 138 (lado direito), a flange e caixa retentora/vedação acrílica 132, a turbina desintegradora 137, composta de: cilindros, pistas, células de contato, hastes separadoras de gases e água residual, com a finalidade de deixar passar gases para o núcleo da turbina e águas residuais para depósito de água.
[0111] Adicionalmente, foi desenvolvido também, o distribuidor quarto estágio de temperatura a aproximadamente 800°C, podendo variar para mais ou para menos, o sentido de fluxo condensador/difusor/defletor 106, o retificador de fluxo 136, o defletor telado com fluxo direto da água residual e retorno de gases depurados para a atmosfera 146 e 146a. Cada item citado acima, é um importante detalhe para aumentar a intensidade da geração de energia e a eficiência de tratamento de cada gás poluente e micro particulados.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1) Dispositivo para geração de energia extra em motores de combustão interna, com sistema simultâneo de filtragem e depuração dos gases de exaustão e micro particulados, especialmente de motores a diesel, caracterizado pelo fato de compreender:
- um meio de pré tramento (129), com condensador, purgador, difusor e defletor para depuração e para atingir a temperatura, volume, pressão e condições essenciais antes da entrada na turbina geradora de força;
- um meio, cilíndrico, devidamente dimensionado e composto de difusores (111) e defletores (112), atuando como pré-resfriador e captador de materiais particulados provenientes da combustão, com tubos radiais fixados nas placas denominadas difusoras e defletoras, transpassados entre si;
- um meio pré-condensador (121), sessão radial, recebendo os gases do retificador de fluxo (130), composto por bicos atomizadores, de maneira a pulverizar e depurar os gases;
- um meio retificador de fluxo e concentrador de pressão (109);
- uma turbina geradora de força motriz (118) movida por uma carcaça denominada caracol tangencial (141), de maneira a aproveitar forças de atrito, proporcionar maior torque e evitar reversão de pressão no motor;
- um ou múltiplos meios geradores de eletricidade (124), alimentados pela turbina geradora de força;
- um amplificador senoidal e uma ponte retificadora devidamente dimensionados para o processo de geração de eletricidade;
- conjunto de baterias, proporcionando corrente contínua na saída e um transformador monofásico ou trifásico para corrente alternada;
- Duas entradas tangenciais (127, 134) direcionando os gases para o tratamento de gases poluentes;
- um meio duplo de tratamento composto por bicos atomizadores (115, 115b), placas defletoras e difusoras (133) e saída direcionando os gases para a parte superior da turbina desintegradora de materiais particulados (137);
- um reservatório de água com tratamento de resíduos para re-utilização da água no sistema em circuito fechado, com entrada composta por defletor telado para fluxo direto da água residual e retorno de gases depurados para a atmosfera (146, 146a).
2) Sistema de pré tratamento (129), caracterizado por um controlador de fluxo, por instrumentação, para acoplar medições (107); um meio retificador de fluxo (130), localizado antes da entrada tangencial; um dispositivo devidamente projetado com a finalidade de provocar uma compressão e descompressão e nova expansão (121).
3) Dispositivo, de acordo com reinvidicação 1, caracterizado por tubos difusores (112), com objetivo de comprimir gases e partículas em seu interior e lança-los nos discos defletores (111). Os tubos difusores devem ser localizados próximo a saída do Condensador, Purgador, Difusor e Defletor, CPDD (l lO).
4) Dispositivo CPDD (110) e retificador de fluxo (109), fixados antes da turbina geradora de força, caracterizado pelo fato de o meio gerador de força necessitar torque específico.
5) Dispositivo gerador de força, caracterizada por uma carcaça denominada caracol tangencial, de maneira a evitar reversão de pressão ao motor e entrada tangencial em carcaça com formato em U para aumentar a área de atrito com a turbina (161, 164), com saída (113) de gases e material particulado para o novo processo de tratamento.
6) Dispositivo gerador de energia, caracterizado pela turbina de geração interna de energia, GIE (117), trabalhando com magnetismo ou anti magnetismo, incluindo neodímio, tecnologia convencional ou outras soluções específicas pra cada dimensão de motor.
7) Dispostivo de desintegração de materiais particulados, caracterizado por uma turbina desintegradora (137), composta de cilindros, pistas, células de contato, hastes separadoras de gases e água residual, com a finalidade de deixar passar gases para o núcleo da turbina e águas residuais para depósito de água.
8) Dispostivo, devidamente dimensionado, caracterizado pela sua forma de labirinto, flangeado, impedindo contato de gases e partículas entre as duas turbinas desintegradoras, lado esquerdo (144), lado direito (138) e uma flange e caixa retentora com vedação acrílica (132).
9) Método distribuidor (135), caracterizado pelo meio de distribuição de fluxo para o condensador I e II, com tubulação, alimentando o condensador I em seu segundo estágio (131) e tubulação cónica, dimensionada com fluxo direto e curva, para o condensador II (120), além da curva com flange, alimentando o retificador de fluxo com entrada tangencial I (114).
10) Dispositivo secundário de hidratação de partículas e depuração de gases, caracterizado por bicos atomizadores cone cheio para atomizar a água no fluxo de gases de exaustão, direcioná-la para o processo difusor do condensador II (133) e para o disco defletor do condensador II (116).
11) Método, retificador de fluxo (127), caractetizado pela entrada tangencial no condensador I, denominada entrada tangencial I e método retificador de fluxo (134) com entrada tangencial no condensador II, denominada entrada tangencial II.
12) Sistema de tratamento de água e resíduos, caracterizado por uma tubulação I, composta pela drenagem de água e com turbina desintegradora para depósito de água (140, 143).
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