BRPI0610861B1

BRPI0610861B1 - Método e bocal para atomização de fluido e sistema para mistura de uréia líquida ou fluido

Info

Publication number: BRPI0610861B1
Application number: BRPI0610861-0A
Authority: BR
Inventors: Christian Boe
Original assignee: Grundfos Nonox A/S
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2019-06-18
Also published as: BRPI0610861A2; US8313717B2; RU2007145990A; WO2006122561A1; JP5188961B2; CN101189069B; KR20080011220A; ES2372412T3; ATE521414T1; EP1888249A1; RU2375121C2; JP2008540106A; PL1888249T3; US20080311010A1; EP1888249B1; DK1888249T3; CN101189069A

Abstract

a presente invenção refere-se a um método para atomização de um ou mais fluidos. várias concretizações da invenção têm svdo descritas, em que uma ou mais correntes fluidas escoam de modo que a colisão da(s) corrente(s) fluida(s) ocorre, cuja colisão proporciona atomização do fluido. vários dispositivos e métodos para prover a atomização foram descritos, onde pelo menos alguns destes fornecem uma grande dimensão entre a quantidade máxima e mínima de fluido sendo atomizada. as correntes fluidas podem ter, por exemplo, uma seção transversal de ordem de 0,1 mm, antes da colisão, e as gotículas resultantes, após colisão, pode ter uma seção transversal da ordem de 0,01 mm.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E BOCAL PARA ATOMIZAÇÃO DE FLUIDO E SISTEMA PARA MISTURA DE URÉIA LÍQUIDA OU FLUIDO.

A presente invenção refere-se à atomização de fluidos e, em 5 particular, à atomização de fluidos descarregados de um bocal.

Antecedentes da Invenção

A atomização de fluidos é conduzida, por exemplo, por mistura de um fluido a ser atomizado com um gás. O uso de um gás para atomização leva inevitavelmente à introdução desse gás na corrente de fluido atomi10 zado, e, em muitas implementações práticas, tal como uma mistura de fluidos, é altamente indesejável. Com relação a um dos aspectos, a presente invenção refere-se à atomização de uréia, atomização previamente conduzida por uso de ar pressurizado. Com relação a isso, verificou-se que a presença de ar vai iniciar o crescimento de cristais, que tendem a bloquear as passagens de 15 escoamento. Uma outra desvantagem é o grande consumo de ar.

Sumário da Invenção

Um objetivo da presente invenção é atomizar um ou mais fluidos, de preferência, líquidos, estando na forma de uma ou mais correntes fluidas. Esse objetivo foi satisfeito por vários aspectos e concretizações pre20 feridas da invenção, por meio dos quais uma ou mais correntes fluidas escoam de modo que a colisão da uma ou mais correntes fluidas ocorre, cuja colisão proporciona atomização do fluido. Por atomização, quer-se mencionar que as correntes fluidas são decompostas em unidades menores, tais ___como gotfculas. As correntes fluidas podem ter, por exemplo, uma seção 25 transversal da ordem de 0,1 mm, antes da colisão, e as gotículas resultantes, após colisão entre as correntes fluidas, pode ter uma seção transversal da ordem de 0,01 mm. No entanto, ambos os valores menor e maior das dimensões descritas são possíveis dentro do âmbito da invenção.

Por fluido, quer-se mencionar um líquido ou um gás. No entanto, 30 as concretizações de acordo com a presente invenção também podem ser usadas para decompor as partículas sólidas em partículas menores. Para essas concretizações, corrente fluida deve ser entendida como incluindo o significado de uma corrente de partículas sólidas, que vão ser decompostas em unidades menores.

A presente invenção se refere, em um primeiro aspecto, a um método para atomização de um ou mais fluidos, o método compreendendo 5 conduzir o um ou mais fluidos pressurizados por uma ou mais saídas, cada uma delas tendo uma orientação de modo que as correntes fluidas, descarregadas de uma ou mais saídas, colidam entre si a uma distância da uma ou mais saídas, de modo a proporcionar uma atomização do fluido. Deve-se notar que esse termo também cobre uma saída gerando uma corrente fluida, 10 que é cônica e se afunila na direção a jusante, de modo que a corrente de fluido escoando pela saída colida.

De preferência, a uma ou mais saídas são conectadas a um sistema de escoamento, compreendendo uma ou mais válvulas de passagem.

O fluido é preferivelmente levado por uma ou mais saídas inter15 mitentemente, de uma maneira pulsante, de modo contínuo ou em uma combinação deles. Isso tem a vantagem de que a quantidade de fluido atomizado pode ser facilmente controlada.

Em uma concretização preferida, a condução de fluido intermitente e/ou pulsante pela uma ou mais saídas é propiciada por abertura e fe20 chamento da uma ou mais válvulas de passagem.

O fluido é, de preferência, levado pela uma ou mais saídas de uma maneira sincronizada, pois isso pode garantir colisão e, desse modo, atomização.

De preferência, as correntes fluidas colidindo entre si têm subs25 tancialmente a mesma energia cinética, pois isso pode garantir uma aspersão de fluído atomizado que não fica assimétrico. Adicionalmente ou em combinação com isso, as correntes fluidas colidindo entre si têm, de preferência, substancialmente as mesmas vazão mássica e velocidade.

Nas concretizações preferidas da invenção, pelo menos duas 30 correntes fluidas saindo de uma ou mais saídas escoam em um plano. Isso pode proporcionar uma atomização eficaz, na medida em que as correntes fluidas podem colidir entre si centralmente.

O método de acordo com a presente invenção pode compreender, de preferência, a condução de fluido pressurizado por algumas ou todas as saídas de uma pluralidade de saídas, tais como quatro, cinco, seis, sete, oito, nove, dez ou mais saídas, de uma maneira tal que a quantidade de flui5 do atomizado é variada por condução do fluido por algumas ou todas as saídas. Desse modo, o controle da quantidade de fluido atomizado pode ser controlada.

A uma ou mais saídas são dispostas, de preferência, de modo que pelo menos duas aspersões atomizadas são proporcionadas. As pelo 10 menos duas aspersões são preferivelmente proporcionadas pela orientação das saídas, de modo que se desloquem em direções sendo paralelas ou cruzadas.

Em uma concretização preferida particular da invenção, a atomização é conduzida em um sistema de descarga de um motor a combustão, 15 sendo, de preferência, um motor a combustão a diesel ou uma turbina a gás e, nesse caso, o fluido a ser atomizado é preferivelmente uréia.

A atomização da uréia resulta em uma melhor mistura da uréia com o gás de descarga do que quando a uréia é fornecida em outras formas, tal como em uma corrente ou como gotículas maiores. A atomização indica 20 que a reação química entre a uréia e os gases de NO_X pode ser aperfeiçoada, e a descarga dos gases de NO_X para o meio ambiente pode ser assim minimizada.

O primeiro aspecto da invenção é conduzido vantajosamente por üm õu mais bocais de acordo com o segundo aspecto da invenção.

A presente invenção se refere, em um segundo aspecto, a um bocal para atomização de uma ou mais correntes fluidas, o dito bocal compreendendo uma entrada e uma ou mais saídas, a dita uma ou mais saídas sendo dispostas de modo que uma ou mais correntes fluidas, descarregadas de uma ou mais saídas, colidam. Deve-se notar que esse termo também 30 cobre uma saída gerando uma corrente fluida, que é cônica e afunilada na direção a jusante, de modo que as correntes de fluido escoando pelas saídas colidam. As correntes fluidas podem ser fornecidas de uma ou mais li nhas de fluido, e um ou mais dos fluidos podem ser pressurizados. Pode ser uma finalidade adicional da colisão entre as correntes fluidas que elas possam ser misturadas, durante ou após a atomização.

De acordo com as concretizações preferidas, o bocal pode com5 preender pelo menos^uas-saídasT^qu^^sSÕ^drspostas de modo que as correntes fluidas, descarregadas de uma ou mais saídas, colidam com correntes fluidas, descarregadas de outra das saídas. Alternativamente, o bocal pode compreender pelo menos três, tal como pelo menos quatro, tal como pelo menos cinco saídas, tal como pelo menos seis saídas.

Todas as saídas são preferivelmente conectadas à entrada por canais de escoamento intermediários, que dividem e conduzem o fluido entrando no bocal para a saída. De preferência, os canais de escoamento intermediários conduzem e dividem o fluido para as saídas de uma maneira substancialmente uniforme.

*15 As seções transversais dos canais de escoamento podem ter qualquer forma, tal como circular ou quadrada. Além do mais, a seção transversal pode ser igual ao longo de todo a rota de escoamento, ou pode variar em forma e/ou tamanho. A seção transversal dos canais de escoamento pode ser projetada para estabelecer um acúmulo de pressão no fluido, por ter a 20 área da seção transversal dos canais de escoamento total maior na entrada do bocal do que na extremidade do bocal.

entanto, todos os ângulos que garantem colisão das correntes fluidas são possíveis dentro do âmbito da invenção. Os ângulos podem ser iguais para todos os canais de escoamento de saída de um bocal, mas os canais de escoamento de saída também podem ser dispostos de modo que algumas correntes fluidas colidam a um ângulo e outras colidam a pelo menos mais um ângulo. Além do mais, os ângulos podem ser fixos ou variáveis, com um ângulo variável sendo, por exemplo, estabelecido por fazer com que o bocal compreenda meios de fechamento, pelos quais alguns dos canais de esco

amento de saída possam ser bloqueados.

A uma ou mais saídas são preferivelmente definidas pela termiv nação de um furo definindo um canal de escoamento de saída em comunicação fluida com a entrada. Esses canais de escoamento podem ser, de 5 preferência, conectados à entrada pelos canais de escoamento intermediá* ..... ............. - ....... ........-............

rios, ou a uma cavidade do bocal, a cavidade estando em comunicação fluida com o canal de entrada.

De preferência, a área da seção transversal das correntes fluidas descarregadas das saídas é na faixa de 0,005 a 0,05 mm², tal como na 10 faixa de 0,01 a 0,03 mm², de preferência, 0,02 mm².

Em uma concretização preferida, o bocal compreende pelo menos quatro saídas, em que duas das saídas são dispostas de modo que o fluido descarregado delas colida a um primeiro ângulo, e em que duas outras saídas sejam dispostas de modo que o fluido descarregado delas colida a w 15 um segundo ângulo, os primeiro e segundo ângulos sendo diferentes entre si. No entanto, o bocal pode compreender qualquer número de canais de escoamento, de modo que as correntes fluidas, descarregadas dele, colidam em forma de pares, ou em grupos de três ou mais, a qualquer número de ângulos.

Em outra concretização preferida, a uma ou mais saídas compreendem uma ranhura disposta de modo que o fluido, saindo do bocal, saia em uma corrente fluida tendo uma forma cônica se afunilando na direção da corrente. A ranhura pode ser proporcionada como um furo cônico e um elemento cônico correspondente disposto dentro do furo. O elemento cônico 25 pode ser disposto ajustavelmente de modo que a posição longitudinal do elemento possa ser ajustada, com o que o tamanho da ranhura pode ser ajustado. Isso propicia a possibilidade de ajuste da quantidade de fluxo saindo do bocal. O elemento pode compreender ainda canais de escoamento de saída adicionais.

De preferência, o bocal de acordo com a presente invenção pode compreender meios de filtração e/ou aquecimento. Esses meios podem ser usados para filtrar e/ou aquecer um ou mais fluidos sendo conduzidos pelo bocal.

O bocal de acordo com a presente invenção pode compreender ainda um ou mais meios de válvulas. Esses meios de válvulas podem ser adaptados para interromper o fluxo por uma ou mais saídas, de modo a con5 trolar a quantidade de fluido sendo atomizada e/ou interromper completamente o escoamento de fluido pelo bocal. Desse modo, um escoamento pulsante e/ou intermitente pelo bocal pode ser proporcionado.

De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, um sistema para mistura de uréia líquida com os gases de descarga, de um mo10 tor a combustão ou uma turbina a gás, é proporcionado. Nas concretizações de acordo com esse aspecto, a uréia é adicionada e atomizada dentro dos gases de descarga, por uso de um bocal como descrito acima.

Em uma concretização da invenção, o bocal pode ser disposto no centro de um tubo de um sistema de descarga de um motor a combustão 15 ou uma turbina a gás. Em outra concretização, uma pluralidade de bocais pode ser distribuída circunferencialmente ao longo da parede de um tubo de um sistema de descarga de um motor a combustão. O um ou mais bocais podem ser dispostos de modo a transferir fluido atomizado, em uma forma de corrente ou em qualquer outra direção dos gases de descarga, tal como 20 perpendicular à direção em forma de forma de corrente. O um ou mais bocais podem ser colocados em qualquer posição com relação ao tubo de um sistema de descarga dentro do âmbito da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

A seguir, as concretizações preferidas da presente invenção vão ser descritas em detalhes, em conjunto com as figuras em anexo, em que:

a figura 1 mostra esquematicamente o princípio geral da atomização de um fluido por deixar que duas correntes de fluido colidam entre si;

a figura 2 mostra esquematicamente uma concretização da presente invenção na qual duas correntes colidentes de fluido entre si são pro30 porcionadas por dois bocais separados;

a figura 3 mostra esquematicamente uma vista em seção transversal de uma concretização da presente invenção, na qual duas correntes

colidentes de fluido entre si são proporcionadas por um único bocal;

as figuras 4a e 4b mostram esquematicamente duas correntes colidentes de fluido entre si, durante condições de escoamento intermitente;

a figura 5 mostra esquematicamente outra concretização da in5 venção, na qual o fluido escoa por mais de dois canais;

a figura 6 mostra diferentes posições possíveis das saídas dos canais de escoamento, na extremidade de saída do bocal; a vista é na direção da extremidade de saída dos bocais, de acordo com diferentes concretizações da invenção;

a figura 7 mostra esquematicamente uma concretização da invenção, na qual as correntes fluidas colidem entre si a diferentes distâncias da superfície da extremidade de saída do bocal;

a figura 8 mostra esquematicamente uma concretização da invenção, na qual a saída é proporcionada como uma ranhura anular; e a figura 9 mostra esquematicamente uma possível aplicação da invenção, que é usada para atomização de uréia adicionada ao gás de descarga de um motor a combustão ou uma turbina a gás.

Descrição Detalhada das Concretizações Preferidas

A figura 1 mostra esquematicamente o princípio geral da atomi20 zação de um fluido por deixar que duas correntes de fluido colidam entre si.

De acordo com o princípio geral, o fluido é dividido em várias correntes - no exemplo mostrado na figura 1 em duas correntes - cada uma delas tendo uma determinada energia cinética. A quantidade de energia cinética propiciacfã às correntes é tal que quando as correntes colidem entre si em condi25 ções nas quais existem componentes de velocidade dirigidos substancialmente opostos das correntes, as correntes vão ser quebradas em uma aspersão tendo um pequeno tamanho de gotícula, mostrado como pontos nas figuras. Isso é, no presente contexto, referido como atomização. É essencial que o processo de atomização de cada corrente de fluido toque no outro 30 centralmente, por exemplo, no exemplo da figura 1 que as duas correntes de fluido estão dentro do plano, se há desejo de proporcionar a melhor atomização possível. Além do mais, um equilíbrio entre a vazão e a velocidade das correntes deve haver, para proporcionar uma aspersão que não seja assimétrica.

A grandeza dos componentes de velocidade dirigidos opostos depende, entre outros fatores, no ângulo entre as correntes fluídas. Se o ân5 guio for pequeno, por exemplo, 60°, a atomização da corrente fluida é menor e a aspersão resultante vai ter uma velocidade substancial na direção da soma do vetor das velocidades das correntes fluidas. Se o ângulo for grande, por exemplo, 120^e, pequenas goticulas são arremessadas a montante, na direção da corrente fluida - isso é indicado na figura 1. No caso das cor10 rentes fluidas serem proporcionadas por um bocal, o retorno do que é arremessado pode resultar na deposição de fluido no bocal, como filme fluido e/ou goticulas.

A figura 2 mostra esquematicamente o cenário descrito em conjunto com a figura 1, em que duas correntes fluidas são proporcionadas por 15 dois bocais separados, mas similares, tais como idênticos, 1. Os dois bocais são supridos com fluido de uma fonte pressurizada (não mostrada), em que é mais fácil garantir que os dois bocais 1 proporcionam correntes fluidas tendo vazões mássicas similares, tais como iguais, com velocidades similares, tais como iguais.

A figura 3 mostra esquematicamente o princípio geral de atomização de um fluido por condução do escoamento de fluido pelos dois canais, dispostos de modo que as correntes fluidas de saída colidam entre si, com o que o fluido é atomizado. O fluido é ilustrado como sendo fornecido de uma linha delluido, que é, tipicamente, pressurizada. No entanto, a invenção 25 também pode ser usada para atomizar e, ao mesmo tempo, misturar dois ou mais diferentes fluidos conduzidos para o bocal de diferentes suprimentos de fluido.

Com referência à figura 3, o bocal 1 compreende um canal de entrada 2, pelo qual o fluido a ser atomizado é alimentado ao bocal 1. O ca30 nal de entrada 2 se bifurca na posição a na figura 3 para dois canais de escoamento intermediários 3a e 3b, conduzindo o fluido para dois distintos canais de escoamento de saída 4a e 4b. Os canais 2, 3 e 4 constituem os ca-

nais de escoamento definindo uma rota de escoamento, da entrada 5 do bocal 1 para as saídas 6a e 6b do bocal. Como mostrado na figura 3, os canais v de escoamento de saída 4a e 4b são continuações dos canais de escoamento intermediários 3a e 3b. Os canais de escoamento de saída 4a e 4b são de acordo com a presente invenção, em geral, definidos como canais de escoamento proporcionando as correntes de direções do fluido, de modo a fazer com que colidam entre si.

Como discutido acima, um equilíbrio entre as duas correntes fluidas deve existir para proporcionar uma aspersão não sendo assimétrica.

Para garantir que nas concretizações, como aquela descrita na figura 3, a resistência ao escoamento, entre o ponto de bifurcação a e as saídas 6a e 6b, e as suas dimensões, respectivamente, sejam feitas igualmente grandes para as duas rotas de escoamento. Desse modo, as velocidade e vazão mássica para as duas correntes fluidas vão ficar similares, tais como iguais.

«15 O fluido deixando as saídas 6a e 6b é indicado na figura 3 com linhas finas e é indicado que o fluido colide a uma distância do bocal, cuja colisão resulta em uma atomização, como indicado por uma nuvem pontilhada em forma de leque estendendo-se basicamente na direção a jusante.

As seções transversais dos canais de escoamento dentro do bocal podem ter qualquer forma, que pode ser relacionada com o processo de produção eficaz usado para produzir o bocal. A seção transversal é preferivelmente circular e as dimensões mencionadas a seguir se referem então ao diâmetro da seção transversal. Para outras formas, as dimensões se referem a uma medida característica, tal como o comprimento lateral de uma seção transversal quadrada.

As dimensões dos canais de escoamento 2, 3 e 4 são selecionadas de acordo com o uso eficaz do bocal e, desse modo, da quantidade de fluido a ser atomizado. Em uma concretização típica, as seções transversais dos canais são circulares com um diâmetro da ordem de 0,1 mm. No 30 entanto, a quantidade de fluido deixando o bocal vai ser, em grande parte, determinada pelo tamanho das saídas 6a e 6b e pela diferença de pressão pelas saídas 6a e 6b. Considera-se, portanto, que os canais 2, 3 e 4 podem

ter uma seção transversal maior do que a saída e proporcionar uma quantidade de fluido a ser atomizada sendo determinada pela diferença de pressão pelas saídas 6a e 6b e sua área da seção transversal.

As correntes fluidas colidentes entre si devem ter, como discuti5 do acima, uma energia cinética suficiente para que sejam atomizadas. Em algumas aplicações da presente invenção, a vazão mássica sendo atomizada vai tipicamente variar pelo menos uma ordem de grandeza, de modo que o fluxo de massa mínimo pode ser tão baixo quanto 1% do fluxo de massa máximo. Em uma vazão mássica baixa, a energia cinética pode ser tão pe10 quena que não vai ter, ou vai ocorrer muito pouca, atomização. Em particular, no caso de uma vazão mássica de 1% da máxima for suprida continuamente ao bocal, a quantidade de energia por unidade de massa, presente nas canais de escoamento, vai ser inferior a 0,01% da quantidade de energia, presente nas correntes fluidas a uma vazão mássica máxima. Essa pe15 quena quantidade de energia vai ser insuficiente para atomizar o fluido. O problema foi resolvido pela presente invenção por proporcionar correntes fluidas sincrônicas com alta velocidade de escoamento apenas intermitentemente (vide a figura 4). Nesse casos, pode não ser suficiente que a resistência ao escoamento, entre o ponto de bifurcação a e as saídas 6a e 6b, e 20 as suas dimensões, respectivamente, sejam feitas igualmente grandes para as duas rotas de escoamento. Para evitar a formação de grandes gotículas no início e na interrupção de um pulso de corrente fluida, pode-se, além do mais, buscar garantir que as massas das suas correntes fluidas seja confinada, por exemplo, entre o ponto de bifurcação a e as saídas 6a e 6b (con25 sultar a figura 3), sejam similares, tais como idênticas. Se não, uma das correntes fluidas pode ser acelerada e desaceierada mais rápido do que a ou as outras, e uma situação, como a mostrada na figura 4b, na qual uma extremidade de uma corrente fluida não é tocada por outra corrente fluida pode ocorrer,

Em algumas concretizações, um ou mais bocais de acordo com a presente invenção são conectados a uma fonte de fluido pressurizada, por meio de uma válvula, tipicamente, uma válvula magnética. Alternativamente, a válvula é incluída no bocal. A rota de escoamento entre a fonte e as saídas do ou dos bocais é, em geral, não idealmente rígida, devido à elasticidade nos tubos, conexões, vedações, etc., e pequenas bolhas de gás presentes na rota de escoamento. Se a elasticidade for muito grande, por exemplo, devido a conexões flexíveis e maiores bolhas de gás, a pressão na rota de escoamento vão diminuir muito lentamente, na interrupção do escoamento de fluido, e o fluido vai continuar a escoar, mas com uma energia cinética tão pequena que não proporciona atomização, o que vai resultar na geração de gotículas na superfície do bocal, próximo às saídas do bocal. Se a elastici10 dade for maior, o escoamento vai parar rapidamente e uma subpressão vai ser criada por desaceleração, que vai ser capaz de sugar o fluido acumulado fora do bocal, de volta para o bocal, de modo que a formação de gotículas é evitada.

Alternativamente à concretização mostrada na figura 1, o canal de entrada 2 pode, em vez de compreender o ponto de bifurcação, ser constituído de uma cavidade dentro do bocal, estando em comunicação fluida com a entrada 5, por meio de um canal de entrada, similar àquele mostrado na figura 3. Um exemplo dessa cavidade 2a é ilustrado na figura 8. A cavidade fica também em comunicação fluida com os canais de escoamento de 20 saída, similares àqueles mostrados na figura 3.

Em uma concretização da invenção, os canais de escoamento são proporcionados em um bloco sólido de material. Em outra concretização, os canais de escoamento são estabelecidos por união de dois ou mais elementos, dõs quais um ou mais contém sulcos, que constituem os canais.

O bocal pode ser feito, por exemplo, de aço, alumínio, plástico ou cerâmica, dependendo do uso eficaz, e qualquer tipo de material é possível dentro do âmbito da invenção. A seleção do material vai depender de vários parâmetros, incluindo a temperatura de operação do bocal, tecnologia de produção usada para produção do bocal, resistência química contra o 30 fluido e vazão e, desse modo, a taxa de desgaste resultante.

O ponto no qual as correntes fluidas colidem entre si é pelo menos determinado por dois fatores, isto é, a distância entre as saídas 6a e 6b

na figura 3 e o ângulo α na figura 3. Quando os canais de escoamento de saída são de forma cilíndrica, esse ângulo vai corresponder tipicamente aos ângulos entre os eixos de simetria dos respectivos canais de escoamento de saída. No entanto, os canais de escoamento de saída também podem ter seções transversais variáveis ao longo da rota de escoamento, tal como sendo cônicos, com aumento ou diminuição da área da seção transversal na direção da corrente. Quando a seção transversal de um canal de escoamento de saída é circular, o seu diâmetro vai corresponder ao diâmetro de uma corrente fluida sendo descarregada dele. No entanto, quando um canal de 10 escoamento é cônico, o diâmetro na extremidade do canal de escoamento de saída vai diferir de uma corrente fluida sendo descarregada dele.

Na figura 3, o ângulo a, entre os canais de escoamento de saída 4, é ilustrado como sendo aproximadamente 90°, mas outros ângulos, tais como 30°, 60° ou 120°, também podem ser usados. Os ângulos podem ser 15 agudos ou obtusos. Além do mais, os ângulos podem ser fixos ou variáveis.

Os ângulos variáveis podem ser, por exemplo, obtidos por fazer com que o bocal 1 compreenda canais de escoamento de saída 4 com diferentes ângulos e, além do mais, compreender, meios de fechamento (não mostrados), que podem ser usados para bloquear alguns dos canais.

O bocal 1 pode compreender adicionalmente outros meios (não mostrados), tais como meios de filtração e/ou meios de aquecimento para aquecimento do fluido. A finalidade desse aquecimento pode ser para aperfeiçoar a atomização, mas pode ser também relacionada a um uso eficaz do fluido. Pode ser, por exemplo, desejado aquecer o fluido, se isso aperfeiçoar 25 um processo químico entre o fluido e outro componente, tal como um gás ou um líquido.

Além do mais, o bocal 1 pode compreender uma ou mais válvulas - ou o fluido alimentado ao bocal sendo alimentado por uma ou mais válvulas - adaptadas para interromper o escoamento por uma ou mais das saí30 das 6. Na concretização mostrada na figura 7, compreendendo um primeiro conjunto de saídas, adaptado para atomizar o fluido a uma primeira distância do bocal, e um segundo conjunto de saídas, adaptado para interromper o

escoamento por um dos conjuntos de saídas, independentemente do escoamento pelo outro conjunto de saídas. Desse modo, a quantidade de fluido sendo atomizada pode ser facilmente controlada.

A quantidade de fluido sendo atomizada pode ser também conI trolada por operação da ou das válvulas, para proporcionar um escoamento pulsante do fluido, e/ou por alimentação do fluido intermitentemente pelo bocal. Isso pode ser feito por abertura e fechamento sucessivos da ou das válvula, de modo a sucessivamente permitir e impedir o fluido de escoar pelo bocal. A pulsação vai em muitos casos requerer que a ou as válvulas não 10 fiquem inteiramente fechadas. Esse controle é particularmente útil, quando pequenas quantidades de fluido vão ser atomizadas, tal como uma pulsação, que vão gerar correntes fluidas de resistência mecânica suficiente, de modo que a colisão entre elas não vai resultar em atomização (vide também a discussão prévia desse aspecto acima). Isso pode ser explorado vantajosamen15 te nos casos nos quais o bocal está operando em condições nas quais a demanda para fluido atomizado não é constante, e nesses casos grandes quantidades de fluido atomizado podem ser proporcionadas por manutenção da ou das válvulas abertas, e pequenas quantidades de fluido atomizado podem ser proporcionadas por abertura e fechamento sucessivos da ou das 20 válvulas.

Como discutido acima, quando uma condição de escoamento intermitente é usada, deve-se garantir que os fluidos de diferentes canais de escoamento 4 ainda colidam entre si. Se os canais de escoamento 3, 4, pelos quais os fluidos vão colidir entre si, passarem a ter as mesmas dimen25 sões da seção transversal, a colisão pode ser, por exemplo, garantida porque esses canais de escoamento 3, 4 têm os mesmos comprimentos. No entanto, pode-se desejar ter diferentes comprimentos dos canais de escoamento 3, 4, pelos quais os fluidos que vão colidir entre si são levados. A colisão pode ser então garantida por seleção das dimensões adequadas da se30 ção transversal. Diferentes comprimentos dos canais de escoamento 3, 4 podem ser, por exemplo, desejados, quando dois diferentes fluidos vão colidir entre si, dos quais um dos fluidos vai ser aquecido enquanto passando pelo canal de escoamento.

A figura 5 ilustra esquematicamente uma concretização da invenção, que compreende quatro canais de escoamento 3. No entanto, qualquer número de canais de escoamento é possível dentro do âmbito da in5 venção. Na concretização mostrada na figura 5, as correntes fluidas colidem entre si na forma de pares, mas as correntes de três ou mais canais de escoamento de saída 4 também podem colidir entre si. É também possível terse algumas das correntes colidindo entre si na forma de pares e outras colidindo entre si em grupos de três ou mais. Em uma concretização da inven10 ção, todas as correntes fluidas, exceto uma, colidem com essa corrente fluida. O bocal 1, compreendendo os canais de escoamento 3, 4, pode ser projetado de modo que as saídas 6 dos canais são posicionadas para permitir que a atomização ocorra por uma área maior do que quando há apenas dois canais de saída. Dois possíveis desenhos e quantidades de canais de esco15 amento de saída são ilustrados esquematicamente na figura 6, que mostra a superfície da extremidade do bocal. Isso pode ser vantajoso para aplicações nas quais apenas um fluido vai ser atomizado, mas a concretização também pode ser usada para atomizar dois ou mais fluidos, antes ou ao mesmo tempo em que são misturados.

O bocal pode ser projetado de modo que todas as correntes fluidas colidam com uma ou mais outras correntes fluidas, na mesma distância da superfície da extremidade 7 do bocal 1, como mostrado na figura 5. No entanto, pode ser também projetado para garantir que as correntes fluidas colidam entre si a diferentes distâncias da superfície da extremidade 7 do 25 bocal, como ilustrado esquematicamente na figura 7. Isso pode ser obtido tanto por ter-se diferentes ângulos ou diferentes distâncias entre os canais de escoamento de saída 4, dos quais as correntes fluidas colidem entre si, como ilustrado esquematicamente na figura 7. Desse modo, pode ser possível aperfeiçoar a atomização e/ou a mistura das correntes fluidas.

Em vez de usar duas ou mais saídas distintas 6, as saídas podem ser constituídas por uma ranhura anular/circular 8, como mostrado esquematicamente na figura 8. A ranhura 8 pode ser proporcionada como um

furo cônico 9 e um elemento cônico correspondente 10, disposto dentro do furo. Nessa concretização, o fluido deixando a ranhura 8 vai sair do bocal 1 em uma forma cônica afunilada. O elemento cônico 10 pode ser disposto ajustavelmente de modo que a posição longitudinal do elemento possa ser 5 ajustada, com o que o tamanho da ranhura 8 pode ser ajustado. Isso proporciona a possibilidade de ajuste da quantidade de fluido deixando o bocal 1.

Em uma outra concretização, não mostrada, o bocal é feito de um material flexível. O uso de material flexível vai proporcionar o efeito de que a área da seção transversal das saídas vai depender da pressão dentro 10 do bocal. O resultado é que uma pressão relativamente alta vai proporcionar uma alta área da seção transversal, permitindo que uma quantidade relativamente grande de fluido escoe das saídas. Uma pressão relativamente menor dentro do bocal vai proporcionar uma área da seção transversal menor, permitindo que uma quantidade relativamente menor escoe dos bocais.

Esse bocal pode ser, de preferência, feito de um material termicamente resistente, tal como silicone.

Em uma concretização preferida, não mostrada, os canais de escoamento de saída são constituídos por tubos canelados. Esses tubos canelados são embutidos em, por exemplo, um material plástico, ou são sol20 dados ou colados em peças metálicas e conectados a um sistema de canais de alimentação, que alimenta fluido a ser atomizado aos tubos canelados.

A aplicação de bocais de acordo com a presente invenção pode ser feita de vários modos. Em particular, mais de um bocal pode ser usado para preencher um determinado requisito, como o fluido a ser atomizado e a 25 distribuição dele. Por exemplo, dois bocais podem dispostos de modo que o fluido atomizado de cada bocal escoe de um para o outro. Além do mais, dois ou mais bocais podem ser usados para controlar a quantidade de fluido a ser atomizada, por utilização de todos os bocais na capacidade máxima e fechando os mesmos, quando necessário que se diminua o fluido atomizado, 30 e abrindo os mesmos, quando se necessita aumentar o fluido atomizado.

Nesse caso, os bocais podem ser diferentes no sentido de que a quantidade de fluido atomizado que cada bocal é capaz de proporcionar pode ser dife rente de bocal para bocal envolvidos - embora, os bocais também possam ser idênticos.

A utilização de vários bocais pode aumentar a confiabilidade para atomizar o fluido, por exemplo, no caso de um bocal ficar obstruído. Nes5 se caso, a pressão vai aumentar nos bocais remanescentes (os bocais são considerados sendo conectados à mesma fonte de fluido), resultando no fato de que os bocais remanescentes vão transferir uma maior quantidade de fluido atomizado.

A presente invenção pode encontrar uso em várias aplicações, 10 nas quais a atomização de um fluido é desejada. Uma dessas aplicações é a adição de uréia aos gases de descarga de um motor a combustão, tal como um motor a diesel, como ilustrado esquematicamente na figura 9. A figura mostra um sistema compreendendo um motor a combustão 11, trabalhando, de preferência, de acordo com o princípio de Diesel, um tanque 12 para reter 15 uma solução líquido de uréia (por exemplo, como conhecida com o nome comercial AdBlue) e um sistema catalítico 13. A descarga do motor 11 é conectada ao sistema catalítico 13 por um tubo de descarga 14, tendo, tipicamente, um diâmetro de 120 mm, que é conectado ao tanque 12, que retém a solução líquida de uréia. O sistema compreende ainda uma unidade de do20 sagem 15, para alimentar a uréia ao sistema de descarga, de modo que possa reagir com os gases de descarga, para minimização da descarga de gases de NO_X para o meio ambiente. Quando um bocal 1 de acordo com a presente invenção é usado para atomizar a uréia, antes que ela seja adicionada aos gases de descarga, o bocal pode ser compreendido de uma uni25 dade separada (não mostrada), montada após a unidade de dosagem 15, em qualquer posição ao longo do tubo 16, tendo, tipicamente, um diâmetro de 4 mm, que conduz a uréia para o gás de descarga. Alternativamente, pode ser integrado com a unidade de dosagem 15.

A unidade é preferivelmente colocada de modo que a uréia ato30 mizada é misturada com o gás de descarga, diretamente após deixar o bocal 1, e o bocal é tipicamente disposto de modo que o fluido saindo dele é aspergido na corrente de gases de descarga, de um modo em corrente ou em qualquer outra direção dos gases de descarga, cuja direção não é necessariamente paralela com a direção em forma de corrente do gás de descarga, tal como perpendicular à direção em forma de corrente. O bocal pode ser disposto no centro de um tubo de um sistema de descarga de um motor a combustão ou uma turbina a gás, e/ou na parede da tubulação do sistema de descarga. Uma pluralidade de bocais pode ser distribuída circunferencialmente ao longo da parede de um tubo de um sistema de descarga de um motor a combustão. O um ou mais bocais podem ser colocados em qualquer posição, com relação ao tubo de um sistema de descarga dentro do âmbito da invenção.

O bocal 1 é tipicamente disposto dentro do sistema de descarga, de tal modo que uma distribuição uniforme de gás atomizado nos gases de descarga é proporcionada, para garantir que o fluido atomizado seja distribuído uniformemente dentro do sistema catalítico 13. O bocal pode ser conseqüentemente disposto no centro da tubulação 14 da figura 9, com as suas saídas voltadas para a direção em forma de corrente do (mas não necessariamente paralelas com o) gás de descarga.

Para melhorar a distribuição uniforme de fluido atomizado, uma pluralidade de bocais pode ser disposta no sistema de descarga. Essa pluralidade de bocais vai ser preferivelmente disposta circunferencialmente, e, em alguns casos, distribuída uniformemente. No entanto, os bocais podem ser também distribuídos ao longo da direção em forma de corrente dos gases de descarga. As saídas desses bocais são preferivelmente dispostas com as saídas voltadas na direção em forma de corrente do (mas não necessariamente paralelas com o) gás de descarga.

Deve-se notar que uma combinação de bocais, disposta circunferencialmente, na direção em forma de corrente, e/ou mais bocais, dispostos no centro da tubulação, está dentro do âmbito da presente invenção.

A descrição acima focalizou atomização de uréia. No entanto, a invenção é aplicável à atomização de outros fluidos também, e, no caso de atomização de uréia no sistema de descarga, qualquer fluido, que possa reagir de uma maneira similar que a uréia com o NO_X, para proporcionar uma redução catalítica seletiva, pode ser usado.

A invenção pode ser ajustada ou reajustada em motores a diesel HD ou motores a gasolina já existentes em caminhões, ônibus, trens, equipamento de mineração, equipamento de construção, navios e aeronaves.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para atomização de fluido, o método compreendendo a etapa de conduzir fluido pressurizado por uma ou mais saídas (6) de um bocal, cada saída tendo uma orientação de modo que a(s) corrente(s) fluida(s), descarregada(s) de uma ou mais saídas (6), colidam com si própria ou uma com a outra a uma distância de uma ou mais saídas (6), de modo a proporcionar uma atomização de fluido, em que a atomização é efetuada em um sistema de descarga de um motor a combustão (11) ou turbina a gás, preferivelmente sendo um motor a combustão a diesel (11), em que a atomização é um resultado de colisão de corrente(s) de um fluido, e caracterizado pelo fato de que a área da seção transversal das correntes fluidas, descarregadas da uma ou mais saídas (6), está na faixa de 0,005 a 0,05 mm².
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bocal (1) compreende pelo menos duas saídas (6) sendo dispostas de modo que correntes fluidas descarregadas de uma das saídas (6) colidem com correntes fluidas descarregadas de outra das saídas (6).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma ou mais saídas (6) são conectadas a um sistema de escoamento que compreende uma ou mais válvulas de passagem.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o fluido é conduzido, intermitentemente, por uma ou mais saídas (6).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o fluido é conduzido, em uma maneira pulsante, por uma ou mais saídas (6).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o fluido é conduzido, em uma maneira contínua, por uma ou mais saídas (6).
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o fluido é conduzido por uma ou mais saídas (6), em uma combinação de alimentação intermitente, alimentação

Petição 870180136206, de 01/10/2018, pág. 6/15 pulsante e/ou alimentação contínua do fluido para as saídas (6).
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4, 5 ou 7 quando dependente da reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a condução intermitente e/ou pulsante de fluido, por uma ou mais saídas (6), é proporcionada por abertura e fechamento de uma ou mais válvulas de passagem.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o fluido é conduzido por uma ou mais saídas (6), de uma maneira sincronizada.
10. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou qualquer uma das reivindicações 3 a 9 quando dependente da reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as correntes fluidas colidindo entre si têm substancialmente a mesma energia cinética.
11. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou qualquer uma das reivindicações 3 a 10 quando dependente da reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as correntes fluidas colidindo entre si têm substancialmente a mesma vazão de massa e velocidade.
12. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou qualquer uma das reivindicações 3 a 11 quando dependente da reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas correntes fluidas, deixando uma ou mais saídas (6), escoam em um plano.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

12, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de conduzir fluido pressurizado seletivamente por algumas ou todas as saídas (6) de uma pluralidade de saídas (6), tais como quatro, cinco, seis, sete, oito, nove, dez ou mais saídas (6), de uma maneira tal que a quantidade de fluido atomizada é variada por condução do fluido por algumas ou todas as saídas (6).
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

13, caracterizado pelo fato de que duas ou mais saídas (6) são dispostas de modo que pelo menos duas aspersões atomizadas são proporcionadas.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas aspersões são proporcionadas pela oriPetição 870180136206, de 01/10/2018, pág. 7/15

3 entação das saídas (6), de modo que se deslocam em direções sendo paralelas ou transversais.
16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

15, caracterizado pelo fato de que o fluido é uréia ou um fluido que pode reagir de maneira similar à uréia com NOx para proporcionar uma redução catalítica seletiva.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

16, caracterizado pelo fato de que uma ou mais saídas (6) são proporcionadas em um bocal (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 30.
18. Bocal (1) para atomização de fluido compreendendo uma entrada (5) e uma ou mais saídas (6), uma ou mais saídas (6) sendo dispostas em um sistema de descarga de um motor a combustão (11) ou turbina a gás, preferivelmente sendo um motor a combustão a diesel (11), de modo que a(s) corrente(s) fluida(s) descarregada(s) de uma ou mais saídas (6) colidam com si ou uma com a outra a uma distância de uma ou mais saídas (6), em que a atomização é resultado de colisão de corrente(s) de um fluido, e caracterizado pelo fato de que a área da seção transversal das correntes fluidas, descarregadas da uma ou mais saídas (6), está na faixa de 0,005 a 0,05 mm².
19. Bocal (1), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o bocal (1) compreende pelo menos duas saídas (6), que são dispostas de modo que as correntes fluidas, descarregadas de uma das saídas (6), colidam com as correntes fluidas, descarregadas de outra das saídas.
20. Bocal (1), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos três, tais como pelo menos quatro, tais como pelo menos cinco, tais como pelo menos seis saídas (6).
21. Bocal (1), de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que todas as saídas (6) são conectadas à entrada (5) por intermédio de canais de escoamento (3), que dividem e conduzem o fluiPetição 870180136206, de 01/10/2018, pág. 8/15 do entrando no bocal (1) para a saída (6), de preferência, de uma maneira substancialmente uniforme.
22. Bocal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo fato de que as saídas (6) são dispostas de modo que as correntes fluidas, descarregadas de pelo menos duas saídas (6), colidam entre si em um ângulo (a) entre 30°e 100°
23. Bocal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizado pelo fato de que uma ou mais saídas (6) são definidas pela terminação de um furo, que define um canal de escoamento de saída (4), que está em comunicação fluida com o canal de entrada (2).
24. Bocal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 23, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos quatro saídas (6), em que duas das saídas (6) são dispostas de modo que as correntes fluidas, descarregadas delas, colidam entre si em um primeiro ângulo, e em que duas outras saídas (6) são dispostas de modo que as correntes fluidas descarregadas delas colidam entre si em um segundo ângulo, os primeiro e segundo ângulos sendo diferentes um do outro.
25. Bocal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 24, caracterizado pelo fato de que uma ou mais saídas (6) compreendem um sulco (8), disposto de modo que as correntes fluidas, deixando o bocal (1), vão sair em uma corrente fluida tendo uma forma cônica se afunilando na direção em forma de corrente.
26. Bocal (1), de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o sulco (8) é proporcionado por um furo cônico (9) e um elemento cônico (10) disposto dentro do furo cônico (9), em que o elemento cônico (10) é, de preferência, deslocável na direção longitudinal, de modo a mudar a área da seção transversal do sulco (8).
27. Bocal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 26, o bocal (1) caracterizado pelo fato de que compreende ainda meios de filtração e/ou aquecimento.
28. Bocal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 27, o bocal (1) caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma

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5 ou mais válvulas, dispostas para controlar o escoamento pelo bocal (1), tal como fechar o bocal e/ou proporcionar um escoamento pulsante e/ou intermitente de fluido pelo bocal (1).
29. Bocal (1), de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que uma ou mais válvulas são dispostas para controlar o escoamento por uma ou mais saídas (6), independentemente do escoamento por uma ou mais outras saídas (6).
30. Bocal (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 29, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma região do bocal (1), incluindo uma ou mais saídas (6), é feita de um material flexível, tal como silicone.
31. Sistema para mistura de uréia líquida ou fluido que pode reagir de uma maneira similar como uréia com NOx para proporcionar uma redução catalítica seletiva com os gases de descarga de um motor a combustão (11) ou uma turbina a gás, em que a uréia ou fluido que pode reagir de uma maneira similar como uréia com NOx para proporcionar uma redução catalítica seletiva é adicionada e atomizada dentro dos gases de descarga, por uso de um ou mais bocais (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 30, caracterizado pelo fato de que a atomização é resultado de colisão de corrente(s) de um fluido.
32. Sistema, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que um bocal (1) é disposto no centro de um tubo (14) de um sistema de descarga de um motor a combustão (11).
33. Sistema, de acordo com a reivindicação 31 ou 32, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de bocais (1) é distribuída circunferencialmente, ao longo da parede de um tubo de um sistema de descarga de um motor a combustão (11).
34. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 31 a 33, caracterizado pelo fato de que um ou mais bocais (1) são dispostos de modo a transferir fluido atomizado, na direção em forma de corrente dos gases de descarga ou em uma outra direção que não é paralela à direção em forma de corrente, tal como sendo perpendicular à direção em forma de

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