ES2373607T3

ES2373607T3 - Una disposición de boquilla.

Info

Publication number: ES2373607T3
Application number: ES08857917T
Authority: ES
Inventors: Peter Rosenbeck Mortensen; Niels Torp Madsen; Andreas Aabroe Gamborg
Original assignee: Grundfos Nonox AS; Emitec Denmark AS
Current assignee: Emitec Denmark AS
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2012-02-07
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: PL2235338T3; EP2235338B1; PL2235338T5; CN101981285A; WO2009071088A1; ES2373607T5; US20110095105A1; EP2235338B2; US9249708B2; EP2235338A1; DK2235338T4; ATE524643T1; CN101981285B; DK2235338T3

Abstract

Un sistema que es, preferiblemente, un sistema de escape o una parte de un sistema de escape tal como una parte de un sistema de escape para un motor de combustión, de tal modo que el sistema o la parte del sistema comprende: - un conducto (1) a través del cual fluye un fluido, tal como gases de escape, - una boquilla (3) configurada para atomizar un líquido, el cual se ha dispuesto para cristalizar como resultado del contacto con el fluido que fluye a través del conducto (1), y configurada para introducir el líquido a través de una o más aberturas de salida, en el interior del conducto (1), de tal manera que en dicho sistema la boquilla (3) está dispuesta de modo que - la región que recibe el líquido atomizado por la acción de rociamiento de la boquilla (3), y/o - una región de mezcla, que es la región en la que el líquido atomizado no se ha evaporado aún completamente para constituir un gas, y/o en la que el líquido atomizado no tiene aún la misma velocidad y dirección que el fluido que fluye a través del conducto (1), de tal manera que en dicha región de mezcla se produce una mezcla entre el líquido que es atomizado por la boquilla (3) y el fluido que fluye por el conducto (1), es / son lavadas por la circulación del fluido que fluye a través del conducto, de tal modo que el líquido atomizado es transportado en alejamiento de la región en cuestión por el fluido que fluye por el interior del conducto (1), caracterizado por que, en el sistema, el conducto (1) comprende un resalte o elevación (9) con forma de protuberancia que se extiende dentro del conducto (1), y la boquilla (3) está dispuesta en la elevación (9).

Description

Una disposici6n de boquilla.

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invenci6n se refiere al suministro de un fluido al seno de un fluido que fluye y, en particular, al suministro 5 de un agente reductor al interior de un sistema de escape de un motor de combusti6n.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Con el fin eliminar los 6xidos de nitr6geno de los gases de escape de los motores de combusti6n, se introduce a menudo un agente reductor, tal como, por ejemplo, urea licuada, en los sistemas de escape. Esto se lleva a cabo, tfpicamente, mediante el uso de una boquilla que garantiza la atomizaci6n del agente reductor. Sin embargo, la

10 introducci6n de agentes reductores a menudo da lugar a dep6sitos en forma de cristales o estructuras amorfas que se acumulan, por ejemplo, en las boquillas que se emplean para suministrar el agente reductor o en los tubos de escape y/o sobre las superficies del sistema de escape. Estos dep6sitos crecen en tamafo a lo largo del tiempo y, con ello, tienen como resultado una atomizaci6n mas pobre y un control mas deficiente de la cantidad suministrada. Deben ser, por tanto, eliminados de tiempo en tiempo, lo que requiere el desmontaje de partes del sistema.

15 El documento DE 10 2006 003 786 divulga un sistema de gases de escape que tiene un conducto o tubo de gases de escape que suministra una corriente de gases de escape, asf como una boquilla de inyecci6n dispuesta en el tubo para la inyecci6n de un agente reductor en el seno de la corriente de gases. Se ha dispuesto en el tubo, aguas arriba de la boquilla de inyecci6n, un cilindro cicl6nico o de turbulencia destinado a arremolinar la corriente de gases en una zona de inyecci6n del agente reductor.

20 De acuerdo con la presente invenci6n, se ha constatado que la formaci6n de dep6sitos se produce a menudo en regiones del sistema de escape en las que estan presentes regiones de recirculaci6n. La formaci6n de dep6sitos puede tener lugar tambien donde se encuentran los denominados puntos de iniciaci6n, siendo estos puntos de iniciaci6n regiones de una pared hacia las que fluye, y en las cuales contacta, el agente reductor, y donde se inicia la deposici6n y el crecimiento a partir de esta. Los puntos de iniciaci6n son a menudo rebabas, levas, salientes,

25 protuberancias, puntos elevados o elementos similares.

Serfa ventajoso, en consecuencia, un sistema y un metodo mejorados para la eliminaci6n de los 6xidos de nitr6geno de los gases de escape sin acumulaci6n de dep6sitos.

PROPOSITO DE LA INVENCION

Es un prop6sito de la presente invenci6n mitigar al menos algunas de las desventajas asociadas a los dep6sitos 30 resultantes del suministro de un fluido al seno de una corriente de fluido.

Constituye un prop6sito adicional de la presente invenci6n proporcionar una alternativa a la tecnica anterior.

SUMARIO DE LA INVENCION

Asf, en un primer aspecto de la invenci6n, se pretende alcanzar el prop6sito anteriormente descrito asf como varios otros prop6sitos al proporcionar un sistema que, preferiblemente, es un sistema de escape o una parte de un

35 sistema tal como una parte de un sistema de escape para un motor de combusti6n, de tal manera que el sistema o la parte del sistema comprende:

un conducto a traves del cual fluye un fluido, tal como gases de escape,

una boquilla configurada para atomizar un lfquido, el cual se ha dispuesto para cristalizar como resultado del contacto con el fluido que fluye a traves del conducto, y configurada para introducir el lfquido a traves de 40 una o mas aberturas de salida, en el interior del conducto, de tal manera que en dicho sistema la boquilla

esta dispuesta de modo que

la regi6n que recibe el lfquido atomizado por la acci6n de rociamiento de la boquilla, y/o

una regi6n de mezcla, que es la regi6n en la que el lfquido atomizado no se ha evaporado aun completamente para constituir un gas, y/o en la que el lfquido atomizado no tiene aun la misma velocidad y 45 direcci6n que el fluido que fluye a traves del conducto, de tal manera que en dicha regi6n de mezcla se

produce una mezcla entre el lfquido que es atomizado por la boquilla y el fluido que fluye por el conducto,

es / son lavadas por la circulaci6n del fluido que fluye a traves del conducto, de tal modo que el lfquido atomizado es transportado en alejamiento de la regi6n en cuesti6n por el fluido que fluye por el interior del conducto, y de forma que en dicho sistema el conducto comprende un resalte o elevaci6n con forma de

50 protuberancia que se extiende dentro del conducto, y la boquilla esta dispuesta en la elevaci6n.

La regi6n de mezcla se extiende tfpicamente 1 m o 10 diametros de conducto aguas abajo de la abertura de la boquilla, en particular, cuando se trata de un sistema de escape con introducci6n de urea licuada.

Cuando se hace referencia aquf, y en lo sucesivo, a la orientaci6n de una placa de boquilla, se supone que el espesor de la placa es significativamente mas pequefo que las dimensiones perpendiculares al mismo, y que la orientaci6n se refiere a la orientaci6n del plano que se extiende perpendicularmente a la direcci6n del espesor. Debe aplicarse una interpretaci6n correspondiente incluso si el espesor es del mismo orden de magnitud que las demas dimensiones, tales como el diametro de una placa circular.

Si bien la invenci6n se divulga en asociaci6n con el suministro de urea licuada a un sistema de escape de un motor de combusti6n, se contempla que la invenci6n sea aplicable en un sentido mas amplio y con otros fluidos.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Se describiran a continuaci6n con mayor detalle el sistema y el metodo utilizados para suministrar un fluido al seno de una corriente de un fluido, de acuerdo con la invenci6n, con respecto a las figuras que se acompafan. Las figuras muestran un modo de poner en practica la presente invenci6n que no debe ser interpretado como limitativo de otras realizaciones posibles que caen dentro del ambito del juego de reivindicaciones que se acompafa.

La Figura 1 es una ilustraci6n esquematica de diversos regfmenes de flujo relacionados con la presente invenci6n,

La Figura 2 muestra esquematicamente un motor de combusti6n con un sistema de escape,

La Figura 3 muestra esquematicamente una vista longitudinal en corte transversal de una realizaci6n para incorporar una boquilla en una parte recta de un tubo de escape, que no es de conformidad con la presente invenci6n,

La Figura 4 muestra esquematicamente una vista longitudinal en corte transversal de una realizaci6n adicional para incorporar una boquilla en una parte recta de un conducto o tubo de escape, de acuerdo con la presente invenci6n,

La Figura 5 muestra esquematicamente una vista longitudinal en corte transversal de una realizaci6n para incorporar una boquilla en un doblez o codo de un tubo de escape de acuerdo con la presente invenci6n,

La Figura 6 muestra una vista en corte transversal de un sistema que no es de conformidad con la invenci6n, que muestra una realizaci6n en la que la direcci6n de la longitud de la boquilla es perpendicular a la pared del conducto, y la placa de boquilla forma un angulo obtuso con la pared de pared del conducto,

Las Figuras 7 y 8 muestran realizaciones preferidas de puntas de boquilla de acuerdo con la presente invenci6n,

La Figura 9 muestra esquematicamente la introducci6n de un agente reductor que, preferiblemente, es urea licuada, en el seno de una corriente de gases de escape que circulan en una configuraci6n vorticial o turbillonaria.

DESCRIPCION DETALLADA DE UNA REALIZACION

La Figura 1 muestra esquematicamente diversos regfmenes de flujo relacionados con la presente invenci6n. La Figura 1a-c muestra un regimen de flujo que se pretende evitar.

La Figura 1 muestra, en particular, un conducto 1 de flujo en una vista en corte transversal, el cual forma parte de un tubo de escape que discurre desde el motor hasta un sistema catalftico. El conducto 1 es de forma tubular y comprende un acusado incremento del area de la secci6n transversal en el sentido segun la corriente, en forma de un escal6n 2. Se ha dispuesto una boquilla 3 en el vertice o esquina 4 del escal6n 2.

La boquilla recibe urea licuada y rocfa una mezcla de gotitas dentro del conducto 1 y, por tanto, en el seno de los gases de escape que fluyen de derecha a izquierda en las figuras. Estas gotitas se ven expuestas a la fuerza del flujo de los gases de escape, fuerza que tiende a capturar las gotitas y obligarlas a avanzar en la direcci6n del flujo del gas de escape -este efecto es, por supuesto, dependiente de un cierto numero de factores tales como el tamafo de las gotitas, la velocidad y la direcci6n de las gotitas cuando abandonan la boquilla, y el impulso o cantidad de movimiento del gas de escape. Sin embargo, la velocidad y la direcci6n de las gotitas se equilibran frente a la cantidad de movimiento de los gases de escape de manera tal, que las gotitas no son rociadas sobre la pared opuesta del conducto, ya que esto causarfa dep6sitos no deseados sobre la misma. De esta forma, las gotitas son recogidas por el gas de escape y se desplazan con el gas de escape aguas abajo por el interior del conducto.

En el conducto escalonado que se muestra en la Figura 1a-c, el escal6n creara una regi6n de recirculaci6n (se considera que el numero de Reynolds es tan alto que no esta presente un flujo laminar). Las partfculas presentes en las lfneas de flujo o venas fluidas situadas fuera de la regi6n de recirculaci6n 5 tendran una tendencia a fluir al interior de la regi6n de recirculaci6n y a fluir hacia la regi6n de la pared denotada por la referencia 6, donde se produce la deposici6n inicial. Una vez que se ha producido dicha deposici6n inicial, tendra lugar una acumulaci6n adicional de urea en un sentido aguas arriba, al interior de la regi6n de recirculaci6n, de manera que la regi6n de recirculaci6n se llena de dep6sitos, tal y como se indica en la Figura 1b.

Una vez que la regi6n de recirculaci6n se ha llenado de dep6sitos, la deposici6n continua y el frente de los dep6sitos alcanza la abertura de salida de la boquilla, lo que tiene como resultado que la boquilla rocfa directamente al seno de los dep6sitos, situaci6n que, en ultima instancia, termina en una obstrucci6n de la boquilla (Figura 1c).

La Figura 1d y e muestra dos ejemplos de acuerdo con la presente invenci6n en los cuales se evita la acumulaci6n de dep6sitos o al menos el riesgo de deposici6n se hace drasticamente menor.

En la Figura 1d, el conducto 1 se conformado con la forma de un difusor en el que el area en secci6n transversal evoluciona de una manera suave para proporcionar un aumento de la secci6n transversal. En este ejemplo, la suavidad se define de tal manera que no se produce ninguna recirculaci6n en la regi6n en la que se expande la secci6n transversal, al menos cuando no tiene lugar ningun rociamiento desde la boquilla.

Como se ha indicado en la Figura 1d, el rociado de gotitas en el seno de los gases de escape tendra una tendencia a torcer o distorsionar el flujo de tal manera que el flujo de los gases de escape se vea forzado hacia la pared opuesta a la pared en que esta dispuesta la boquilla. Sin embargo, la distorsi6n no es suficiente para generar una regi6n de recirculaci6n y el flujo de los gases de escape permanece en contacto con la pared del difusor.

Una distorsi6n similar esta presente en el ejemplo mostrado en la Figura 1e. En este ejemplo, el conducto tiene tambien una forma tubular pero presenta una secci6n transversal constante, al menos en la regi6n en la que las gotitas son introducidas en el seno de los gases de escape. Tambien en este ejemplo el flujo permanece en contacto con la regi6n el que las gotitas arrastran el flujo de los gases de escape.

En las situaciones expuestas en lo anterior, la temperatura de las paredes de los conductos se considera baja, tfpicamente inferior a 152°C. Si la temperatura de las paredes es mas alta, tfpicamente por encima de la temperatura de evaporaci6n del lfquido de la gotita, lo que significa, en el caso de urea licuada, por encima de 152°C, puede evitarse la deposici6n de urea provocada por gotitas de urea que colisionan con las paredes. Esto es debido a la evaporaci6n de las gotitas que chocan con las paredes, de manera que no hay formaci6n, o tan solo una formaci6n muy limitada, de cristalizaci6n de urea en forma de dep6sitos. Esto es debido al hecho de que las gotitas que impactan con las paredes calientes rebotaran en una capa de vapor y volveran a entrar en la corriente de gas. La urea no disuelta en agua se evaporara a 152°C y se convertira en gas de acido isocianurico.

De esta forma, cuando la boquilla esta dispuesta en una regi6n en la que la temperatura de la pared es mas alta que la temperatura de evaporaci6n del lfquido, puede no ser crucial evitar el rociamiento de gotitas directamente en la pared, ya que dichas gotitas se evaporaran y los gases de escape lavaran por flujo la regi6n que esta siendo rociada.

La temperatura de las paredes del sistema de escape sera, durante el arranque, mas baja que la temperatura de evaporaci6n del lfquido y, si la boquilla se ha dispuesto de manera que puede producirse la colisi6n de gotitas con las paredes, puede decidirse que no se lleve a cabo la atomizaci6n hasta que la temperatura haya aumentado hasta la magnitud deseada. Esto puede controlarse, por ejemplo, instalando un sensor de temperatura en el sistema de escape que mide la temperatura de la pared y que indica la temperatura a una unidad de control que controla el suministro de fluido a la boquilla, de tal manera que la boquilla unicamente suministra gotitas de fluido cuando la temperatura se encuentra por encima de la magnitud deseada. En una realizaci6n particular preferida en la que se dosifica urea, las temperaturas de los gases de escape se miden a la entrada y a la salida del convertidor catalftico, y estas temperaturas se utilizan para controlar el momento en que debe dosificarse urea al interior del sistema. En una realizaci6n preferida, la dosificaci6n se inicia cuando la temperatura medida a la entrada del convertidor catalftico es mayor que 200°C, o cuando tanto la temperatura a la entrada como la temperatura a la salida del convertidor catalftico estan por encima de 200°C.

El sistema de escape comprende una unidad catalftica dispuesta aguas abajo de la boquilla. La boquilla debe estar situada tan lejos como sea posible de la unidad catalftica con el fin de permitir que las gotas de urea lfquida se vaporicen por completo. Preferiblemente, mas de 10 veces los diametros o 1.000 mm, lo que sea mas grande.

La superficie de la pared del conducto debe ser suave o lisa, en el sentido de que no esten presentes rebabas, bordes afilados, etc.

La Figura 2 muestra esquematicamente un sistema de escape que comprende esquinas agudas, bordes, etc., en el que existe el riesgo de deposici6n de urea sobre las superficies. El sistema de escape comprende un conducto o tubo de escape 1 -o un cierto numero de piezas 1 de tubo de escape- que se extiende desde un motor 6 hasta un convertidor catalftico 7.

La Figura 3a muestra esquematicamente una vista longitudinal en corte transversal de una realizaci6n para incorporar una boquilla en una parte recta de un tubo de escape, que no es de conformidad con la presente invenci6n. En la realizaci6n de la Figura 3, el extremo de salida 8 de la boquilla 3 se ha conformado y dispuesto para reflejar o reproducir la forma de la superficie interna del conducto 1 de tal manera que el extremo de salida 8 de la boquilla 3 este dispuesto al mismo nivel que la superficie interna del conducto 1 cuando la boquilla 3 esta dispuestas en el conducto 1. En algunas realizaciones, el extremo de salida de la boquilla 3 esta constituido por la propia boquilla, ya que la boquilla se extiende a traves de la pared del conducto 1. Sin embargo, en otras realizaciones, la

boquilla rocfa a traves de una perforaci6n practicada en la pared del conducto 1 y, en tales realizaciones, se considera que el extremo de salida de la boquilla comprende la pared del conducto. En muchas realizaciones preferidas, el conducto 1 tiene una secci6n transversal circular y, en estos casos, el extremo de salida 8 de la boquilla 3 se ha conformado como parte de un cilindro. Al disponer el extremo de salida 8 de la boquilla 3 al mismo nivel que la superficie interna del conducto 1, el riesgo de generar una configuraci6n o regimen de flujo que comprenda una recirculaci6n y/u otras regiones de remanso que no sean lavadas por el flujo, se ve en gran medida minimizado; por lo tanto, el riesgo de producir dep6sitos tambien es minimizado.

La Figura 3 muestra tambien que la boquilla 3 se ha conformado con una forma tal, que el rociamiento de gotitas es dirigido perpendicularmente al conducto, al seno de la corriente de escape. Por otra parte, el rociado se ha configurado de tal manera que el extremo opuesto del conducto (segun se observa desde la abertura de salida de la boquilla 3) no es rociado cuando no se esta produciendo ningun flujo de gas de escape a traves del conducto 1 -la Figura 3a muestra el rociamiento cuando no esta presente a traves del conducto ningun flujo de gas de escape. La Figura 3b muestra la forma del rociado cuando la boquilla 3 rocfa al seno de una corriente de gases de escape que fluye de izquierda a derecha en la Figura 3b, como se indica por la flecha denotada con la referencia F. Se observa que el rociado se distorsiona o deforma aguas abajo debido a la acci6n de los gases de escape sobre las gotitas.

La Figura 4 muestra esquematicamente una vista longitudinal en corte transversal de una realizaci6n adicional para incorporar una boquilla en una parte recta de un conducto o tubo de escape de acuerdo con la presente invenci6n. En la realizaci6n de la Figura 4, la boquilla 3 es ha dispuesto en un resalte o elevaci6n 9 proporcionada dentro del conducto 1. La elevaci6n 9 se ha conformado con la forma de una protuberancia que tiene un contorno exterior suave con el fin de minimizar el riesgo de generar recirculaci6n y/o regiones de remanso en torno a la protuberancia y a la abertura de salida de la boquilla 3. Tambien en esta realizaci6n, el extremo de salida 8 de la boquilla 3 se ha conformado y dispuesto de manera que refleja o reproduce la forma de la superficie interna del conducto 1, de tal modo que el extremo exterior 8 de la boquilla 3 esta al mismo nivel que la superficie interna del conducto 1 cuando la boquilla 3 se encuentra dispuesta en el conducto 1.

La Figura 4a muestra tambien que la boquilla 3 se ha conformado con una forma tal, que el rociado de gotitas es dirigido aguas abajo, dentro del conducto, segun fluyen de derecha a izquierda los gases de escape (la Figura 4a muestra la situaci6n en la que no esta presente flujo alguno de gases de escape). Ademas, el rociado se ha configurado de tal manera que el lado opuesto del conducto (segun se observa desde la abertura de salida de la boquilla 3) no es rociado cuando no esta presente flujo alguno de gas de escape a traves del conducto 1. La Figura 4b muestra la forma del rociado cuando la boquilla 3 rocfa al seno de una corriente de gases de escape que fluye de derecha a izquierda en la Figura 4b, segun se indica por la flecha denotada por la referencia F. Se observa que el rociado es deformado aguas abajo debido a la acci6n de los gases de escape sobre las gotitas.

La Figura 4c muestra una situaci6n en la que el rociado es dirigido en el sentido opuesto al del flujo de los gases de escape (los gases de escape fluyen en la direcci6n de la flecha denotada por la referencia F). En tales orientaciones de rociado, el gradiente de velocidades entre las gotitas y el flujo de gases es mas alto en comparaci6n con la disposici6n de un rociado dirigido aguas abajo. Debido al mayor gradiente de velocidades, la transferencia de calor del gas a la gotita se incrementa y la velocidad de evaporaci6n de la gotita aumenta. La distancia a la unidad catalftica puede, en este caso, ser reducida.

La Figura 4d es una vista tridimensional en corte transversal de las realizaciones mostradas en las Figuras 4a-c.

La Figura 5 muestra esquematicamente una vista longitudinal en corte transversal de una realizaci6n para incorporar una boquilla en un doblez o codo 10 de un tubo de escape de acuerdo con la presente invenci6n. Las Figuras 5a y 5b muestran la forma del rociado cuando no esta presente ningun flujo de gases de escape, mientras que la Figura 5c muestra la forma del rociado de la realizaci6n mostrada en la Figura 5b cuando esta presente un flujo de gases de escape de izquierda a derecha. En esta realizaci6n, la boquilla 3 esta dispuesta en un resalte o elevaci6n conformada con forma de protuberancia como en la Figura 4. En la Figura 5a, el conducto 1, antes y despues del doblez 10, se extiende recto al menos una cierta distancia, y la boquilla 3 esta dispuesta en la elevaci6n 9 de tal manera que el eje de simetrfa del rociado -cuando no esta presente ningun flujo de gases de escape- se alinea con el eje de simetrfa de la parte recta del conducto situada aguas abajo de la boquilla 3, tal y como se indica en la Figura 5a (el gas de escape fluye de izquierda a derecha en la Figura 5a).

Mientras que el doblez 10 de la Figura 5a es de 90 grados, el doblez 10 de la Figura 5b es mas pequefo. En tales realizaciones, puede preferirse disponer la boquilla de manera tal, que el rociado no este alineado con un eje de simetrfa de la parte de aguas abajo del conducto, y configurar el rociado para que no rocfe sobre el lado opuesto del conducto 1. Con ello, la elevaci6n puede ser conformada con una forma tal, que se minimiza el riesgo de generar recirculaci6n y/o regiones de remanso.

Mientras que la Figura 5b muestra la forma del rociado 20 cuando no esta presente ningun flujo de gases de escape, la Figura 5c muestra la forma del rociado 20 cuando esta presente un flujo de gases de escape de izquierda a derecha dentro del conducto 1, segun se indica por la flecha denotada por la referencia F. En la Figura 5c se observa que la boquilla esta dispuesta, y el rociado se ha configurado, de tal manera que el rociado es deformado en una sentido aguas abajo, de tal forma que el rociado resultante esta dirigido en un sentido aguas abajo.

En muchas de las realizaciones preferidas de la presente invenci6n, el rociado se ha configurado, por ejemplo, para que no rocfe sobre el lado opuesto del conducto 1. Semejante configuraci6n se ha proporcionado, preferiblemente, controlando el impulso o cantidad de movimiento de las gotitas a traves del control de la velocidad y del tamafo de gotita de las gotitas. Esto puede llevarse a cabo, entre otras formas, mediante el control de la presi6n del fluido que fluye hacia diversos tipos de boquilla, y en lo que sigue se describira una disposici6n de boquilla que es particularmente ventajosa a este respecto.

La Figura 6 es una vista esquematica en corte transversal de una boquilla 2 que no es de conformidad con la presente invenci6n. La boquilla 3, que gufa fluido desde el dispositivo de alimentaci6n, tal como una bomba con un dep6sito para almacenar un agente reductor tal como urea licuada, hasta un gas de escape, comprende una parte de canal 11 conformada en forma de tubo que tiene en su abertura de entrada un filtro o tamiz 12 y en su abertura de salida una placa 13 de boquilla. La abertura de salida de la placa 13 de boquilla esta dispuesta en una pared de un conducto 1 que conduce gases de escape desde un motor de combusti6n a un catalizador. Ha de apreciarse que la Figura 6 no esta a escala; la extensi6n longitudinal I de la parte de canal es, tfpicamente, muchas veces mayor que el diametro d de la parte de canal.

La regi6n de aguas abajo de la parte 11 de canal esta dispuesta en la pared del conducto o tubo de escape 1 de una manera tal, que se establece un contacto termico entre dicha regi6n de la parte de canal 11 y la pared de conducto que rodea la parte de canal 11. Esto puede hacerse posible de diversas maneras, por ejemplo, conformando la parte de canal 11 y el orificio practicado en el tubo de escape 1 con una forma tal, que la parte de canal se ajuste a presi6n dentro de la pared del tubo de escape, o bien la parte de canal 11 es soldada, soldada con aporte de material interpuesto, pegada, o dispuesta similarmente en la pared. En una realizaci6n adicional (no mostrada), se aplica una brida configurada para recibir la parte de canal 11 para la fijaci6n de la misma al tubo de escape 1.

Si bien la parte de canal 11 de la realizaci6n de la Figura 6 se ha expuesto de manera que presenta un area de secci6n transversal constante a lo largo de toda su extensi6n longitudinal, el area en secci6n transversal puede disminuir o aumentar en direcci6n hacia la placa de salida 13. Por otra parte, la secci6n transversal puede desviarse de la forma circular y puede ser, por ejemplo, elfptica. Sin embargo, una secci6n transversal con esquinas o aristas, por ejemplo, de forma cuadrada, es tfpicamente menos atractiva ya que puede producir recirculaci6n de flujo o areas sin ningun flujo en tales esquinas o en las inmediaciones de las mismas. Cuando el diametro interno de la parte de canal 11 no es constante, al menos una regi6n de la parte de canal 11 en las inmediaciones de la placa de salida 11 debera ser lo suficientemente pequefa para garantizar que se genere una interfaz lfquido-gas estable.

El fluido es descargado a traves de uno o mas pasos o canales 14 de boquilla existentes en la placa 13 de boquilla. La boquilla 3 de la Figura 6 tiene dos canales de boquilla convergentes 14, cada uno de los cuales se extiende desde la superficie interior de la parte de canal 11 hasta la superficie exterior de la placa 13 de boquilla. Es posible, con ello, conseguir la atomizaci6n del primer fluido haciendo que los dos chorros de fluido incidan uno en el otro y, con ello, se formen gotitas. En otra realizaci6n (no mostrada), existe un unico canal de boquilla y, en lugar de lo anterior, el diametro interno de la parte de canal es tan pequefo, y el flujo en cuyo seno se introduce el agente reductor tiene la suficiente cantidad de movimiento, como para dispersar el chorro emergido desde el extremo de la parte de canal.

La boquilla 3 puede esta equipada con otros tipos de dispositivos de atomizaci6n distintos del que se ha mostrado en la Figura 6. Por ejemplo, puede aplicarse una abertura de salida con forma de Venturi en el extremo de la parte de canal 11 para proporcionar la atomizaci6n, o bien la abertura de salida puede haberse conformado en forma de un cono hueco, un cono macizo, un ventilador plano, un atomizador de corriente s6lido, o un elemento similar.

Durante el uso de la boquilla 3, la demanda de agente reductor tfpicamente variara en gran medida. A fin de manejar intervalos muy extensos, el aporte de agente reductor a traves de la boquilla 2 es realiza, tfpicamente, con modulaci6n de anchura de impulso, tfpicamente de tal manera que el flujo a traves de la gufa del fluido se detiene por completo en algunos instantes de tiempo. Durante estos instantes en que no fluye ningun fluido a traves de la boquilla 3, el calor procedente de los gases de escape calientes comenzara a evaporar el fluido presente en las proximidades de la placa 13 de boquilla. Se creara, con ello, una interfaz lfquido-gas 15 por encima de la cual el fluido es un lfquido y por debajo de la cual el fluido es un gas.

El tamafo de la secci6n transversal de la parte de canal 11 se selecciona de tal manera que la tensi6n superficial de la interfaz lfquido-gas sera suficiente para mantener estable la interfaz lfquido-gas 15 al menos cuando la interfaz esta orientada de cara a la direcci6n de la gravedad. En otras realizaciones, la secci6n transversal de la parte de canal 11 se selecciona de tal modo que la interfaz es estable con independencia de su orientaci6n con respecto a la gravedad.

La presencia de un gas que comprende un agente reductor puede tener la tendencia a crear dep6sitos sobre las superficies interiores del extremo de aguas abajo de la parte de canal 11 y sobre la superficie de la placa 13 de boquilla que da aguas arriba. Sin embargo, o bien tales dep6sitos son eliminados conforme la temperatura en las regiones de los dep6sitos alcanza la temperatura de descomposici6n de los dep6sitos, o bien los dep6sitos son descompuestos o erosionados cuando el lfquido fluye y pasa por estas regiones durante un impulso, mediante la purga del lfquido evaporado o una combinaci6n del mismo.

La ebullici6n del agente reductor creara grandes volumenes de gas (el factor de expansi6n es mayor que 1.000), y este gran volumen de gas se escapara a traves de los canales 14 de la boquilla y purgara la parte llena de gas de la gufa de fluido. Esta purga reduce la cantidad de material, por ejemplo, urea, contenida en la parte llena de gas de la gufa de fluido, que puede crear dep6sitos, hasta una cantidad que es demasiado pequefa para hacer dep6sitos perjudiciales. Como se ha mencionado anteriormente, el aporte de agente reductor al interior del sistema de escape se realiza, tfpicamente, de un modo modulado en anchura de impulso. Tfpicamente, la modulaci6n en anchura de impulso se divide en periodos en que no se suministra fluido alguno a la parte de canal y periodos en los que se suministra fluido a la parte de canal. Durante un primer periodo, el fluido esta fluyendo a traves de la abertura de salida, lo que da como resultado un enfriamiento de la parte de canal en las proximidades del tubo de escape. Cuando el flujo de fluido es detenido en un segundo periodo subsiguiente, el calor procedente de los gases de escape y del tubo de escape comenzara a calentar el fluido presente en la parte de canal. Si la duraci6n del segundo periodo es lo suficientemente larga, el fluido que esta presente en la parte de canal, en las proximidades del tubo de escape, hervira y se evaporara al exterior de los canales de la boquilla, y se creara la interfaz y se desplazara aguas arriba dentro de la parte de canal.

Cuando el fluido se suministra a la parte de canal durante un impulso subsiguiente, el lfquido desplazara la interfaz aguas abajo en la parte de canal y hacia abajo hasta los canales de boquilla, tras lo cual el lfquido fluira a traves de los canales 14 de boquilla.

Las Figuras 7 y 8 muestran dos realizaciones de elevaciones 9 en las que se ha dispuesto una boquilla 3. Las realizaciones comprenden una estructura de fijaci6n 16 que esta fijada a la pared del tubo de escape 1. La superficie 17 de la estructura de fijaci6n 16 se ha dispuesto al mismo nivel que la pared interior del tubo de escape 1. El extremo de salida 8 de la boquilla 3 esta dispuesto en una posici6n de la superficie de la elevaci6n 9 que apunta aguas abajo cuando el gas de escape fluye y pasa por la elevaci6n 9 (el flujo de fluido cuando no esta presente ningun rociamiento desde la boquilla 3, se ha indicado por flechas en las figuras).

En la Figura 7, se ha proporcionado un cierto numero de incisiones 18 en la superficie de la elevaci6n 9, incisiones que estabilizan la capa lfmite el flujo a lo largo de la superficie de la elevaci6n 9 con el fin de minimizar el riesgo de desprendimiento del flujo.

En la Figura 8, dos gufas de flujo que actuan como generadores 19 de turbulencias se han dispuesto aguas arriba del extremo de salida 8 de la boquilla con el fin de guiar el flujo hacia el extremo de salida 8 de la boquilla y estabilizar el flujo de capa lfmite al objeto de minimizar el riesgo de desprendimiento del flujo.

Se aprecia que las incisiones 18 y las gufas 19 de flujo pueden haberse dispuesto dentro de / en la superficie que rodea el extremo de salida tambien en los casos en que el extremo de salida no esta dispuesto en una elevaci6n 9, por ejemplo, cuando se ha proporcionado dentro de la pared del tubo de escape 1 que rodea el extremo de salida 8 en la realizaci6n mostrada en la Figura 3.

En la Figura 9 se ha representado un tubo de escape recto que tiene un flujo de gas que se desplaza tangencial y axialmente. El rociado puede haberse orientado paralelamente a, o formando un cierto angulo con, el tubo de escape, pero descentrado o desplazado con respecto al centro. El hecho de tener el rociado dispuesto excentricamente o desplazado con respecto al centro proporciona un mayor gradiente de velocidades entre las gotas y flujo de gas y, con ello, una conversi6n mas rapida en amoniaco. A medida que se convierten las gotas, el amoniaco es capturado por el flujo de gas tangencial. Debido a la conversi6n gradual, el amoniaco termina estando homogeneamente distribuido en toda la secci6n transversal del tubo de escape.

Aunque la invenci6n se ha descrito en relaci6n con el hecho de que el segundo fluido fluye dentro de un conducto, es tambien posible, dentro del ambito de la invenci6n, que el segundo fluido fluya dentro de cualquier otro tipo de compartimiento cerrado. Esta tambien cubierto dentro del ambito de la invenci6n que el segundo fluido fluya a lo largo de cualquier pared en la que este montada la boquilla. Esto significa que el fluido no fluye necesariamente dentro de un compartimiento cerrado.

La invenci6n se ha descrito con referencia a un principio de atomizaci6n de acuerdo con el cual el lfquido es atomizado al chocar entre sf dos chorros de fluido. Sin embargo, la invenci6n es tambien aplicable en asociaci6n con otros principios de atomizaci6n.

Si bien la presente invenci6n se ha descrito en relaci6n con las realizaciones especificadas, no debe interpretarse como limitada en modo alguno a los ejemplos presentados. El ambito de la presente invenci6n se establece por el juego de reivindicaciones que se acompafan.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Un sistema que es, preferiblemente, un sistema de escape o una parte de un sistema de escape tal como una parte de un sistema de escape para un motor de combusti6n, de tal modo que el sistema o la parte del sistema comprende:

5 un conducto (1) a traves del cual fluye un fluido, tal como gases de escape,

una boquilla (3) configurada para atomizar un lfquido, el cual se ha dispuesto para cristalizar como resultado del contacto con el fluido que fluye a traves del conducto (1), y configurada para introducir el lfquido a traves de una o mas aberturas de salida, en el interior del conducto (1), de tal manera que en dicho sistema la boquilla (3) esta dispuesta de modo que

10 la regi6n que recibe el lfquido atomizado por la acci6n de rociamiento de la boquilla (3), y/o

una regi6n de mezcla, que es la regi6n en la que el lfquido atomizado no se ha evaporado aun completamente para constituir un gas, y/o en la que el lfquido atomizado no tiene aun la misma velocidad y direcci6n que el fluido que fluye a traves del conducto (1), de tal manera que en dicha regi6n de mezcla se produce una mezcla entre el lfquido que es atomizado por la boquilla (3) y el fluido que fluye por el

15 conducto (1), es / son lavadas por la circulaci6n del fluido que fluye a traves del conducto, de tal modo que el lfquido atomizado es transportado en alejamiento de la regi6n en cuesti6n por el fluido que fluye por el interior del conducto (1), caracterizado por que, en el sistema, el conducto (1) comprende un resalte o elevaci6n (9) con forma de protuberancia que se extiende dentro del conducto (1), y la boquilla (3) esta dispuesta en la elevaci6n (9).

20 2.-Un sistema de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual no hay presentes cavidades en la regi6n del conducto

(1) en la que se ha dispuesto la boquilla (3).
3.-Un sistema de acuerdo con la reivindicaci6n 2, en el cual la regi6n en la que esta dispuesta la boquilla (3) se extiende al menos cinco diametros hidraulicos aguas abajo con respecto a las una o mas aberturas de salida de la boquilla (3).

25 4.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la regi6n en la que esta dispuesta la boquilla (3) se extiende al menos un diametro hidraulico aguas arriba de las una o mas aberturas de salida de la boquilla (3).
5.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual un extremo de salida (8) de la boquilla (3) esta conformado con una forma tal, y dispuesto de tal modo, que refleja o reproduce la forma de

30 una superficie interna del conducto (1), de manera que el extremo de salida (8) de la boquilla (3) se encuentra al mismo nivel que la superficie interna del conducto (1).
6.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la boquilla (3) esta dispuesta para rociar en un sentido de flujo aguas abajo del fluido que fluye por el interior del conducto (1).
7.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el cual la boquilla (3) esta dispuesta para 35 rociar en un sentido de flujo aguas arriba del fluido que fluye por el interior del conducto (1).
8.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la boquilla (3) esta dispuesta en una regi6n de un sistema de escape en la que la temperatura de las paredes del sistema de escape es mas alta que la temperatura de evaporaci6n del lfquido que se ha de atomizar cuando se esta utilizando el sistema.
9.-Un sistema de acuerdo con la reivindicaci6n 8, en el cual el lfquido que se ha de atomizar es urea licuada y la 40 temperatura de las paredes es mas alta que 152°C cuando el sistema se esta utilizando.
10.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual las una o mas aberturas de salida estan rodeadas por una superficie corrugada con el fin de estabilizar la capa lfmite del flujo de fluido dentro del conducto (1), en las proximidades de la(s) abertura(s) de salida.
11.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual existen una o mas gufas

45 (19) de flujo dispuestas aguas arriba de las una o mas aberturas de salida con el fin de guiar el flujo de fluido que fluye dentro de la tuberfa (1) hacia las una o mas aberturas de salida y estabilizar la capa lfmite del fluido que fluye dentro de la tuberfa (1), en las proximidades de la(s) abertura(s) de salida.
12.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual una o mas gufas (19) de flujo que actuan como generadores de turbulencias, estan dispuestas aguas arriba de las una o mas aberturas de

50 salida.
13.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual las una o mas aberturas de salida estan dispuestas al mismo nivel que la pared del conducto (1).
14.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual:

la boquilla (3) comprende una parte de canal (11) con una direcci6n longitudinal, de tal modo que la parte de canal (11) tiene una abertura de entrada dispuesta para recibir el lfquido y una abertura de salida dispuesta para suministrar el lfquido al interior del conducto (1) en forma atomizada,

5 la parte de canal (11) y la abertura de salida estan conformadas con una forma tal, y dispuestas de tal modo que, el calor conducido desde el fluido del interior del conducto (1) puede evaporar el fluido presente en la parte de canal (11) y generar una interfaz (15) entre una fase gaseosa situada aguas abajo de una fase lfquida, de tal modo que dicha interfaz es lo suficientemente estable para mantener la fase gaseosa generada diferenciada de la fase lfquida del fluido dentro de la parte de canal (11) cuando no se suministra

10 fluido a la abertura de entrada, y

la salida comprende una placa (13) de boquilla que tiene al menos un canal (14) de boquilla a traves del cual es suministrado el lfquido en una forma atomizada al seno del fluido contenido en el conducto.
15.-Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, de tal manera que el sistema es un sistema de escape.