JP6505764B2 - 内燃機関システム - Google Patents

Description

本発明は、排ガスを発生する内燃機関と、排ガスを受容するように構成された排ガス受容器と、ガス処理デバイスと、を備える内燃機関システムに関する。

燃焼機関は、さまざまな汚染量を発生し、この汚染量は、多くの方法で減少させることができる。１つの方法は、所定の量の排ガスを再循環させ、それにより燃焼プロセス中のＮＯｘの形成を減少させることである。

排ガスを再循環させる前に、温度は、下げられなければならず、且つ粒子及び硫黄に対して処理されなければならず、これによりエンジンの損傷を防止する。排ガスを処理する１つの方法は、ＮａＯＨ／水が排気再循環（ＥＧＲ）ガス内に噴射されるプレスクラバ処理によるものである。蒸発中に、ＳＯ_３エアロゾル、煤及び塩粒子が形成され、これらは、その後、ガスが掃気ガスとしてエンジンに送られる前に次のスクラバで取り除かれる。このプロセスを改善するために、公知のスクラバ／フィルタを補うことができるか又は置換することさえできる別の解決法が必要とされており、これは、プレスクラバ処理中に形成された高い粒子含有量に起因して、すでに公知のフィルタ技術が非常に速く詰まるためである。

本発明の目的は、上記の従来技術の不利点及び欠点を完全に又は部分的に克服することである。より具体的に、本発明の目的は、公知のスクラバよりも効果的にＳＯ_３エアロゾル、塩及び煤粒子の形成を取り除いて防止する改良されたガス処理デバイスを提供することである。

上記の目的と、以下の説明から明らかになる多くの他の目的、利点及び特徴と、は、
− 排ガスを発生する内燃機関と、
− 排ガスを受容するように構成された排ガス受容器と、
− ハウジングを備えるガス処理デバイスであって、ハウジングが、頂面、排ガス入口及び出口を有し、ガス処理デバイスが、排ガス受容器の下流に配置されており、且つプレート状要素を備え、プレート状要素が、ハウジングの頂面に対して垂直に配置されており、且つプレート状要素の頂端部にある頂縁部と、底端部と、排ガス入口に面する第１の縁部と、出口に面する第２の縁部と、を有し、プレート状要素が、排ガス入口と出口との間のプレート延在範囲であって、排ガスが、排ガス入口から出口までプレート状要素に沿って流れることを保証する、プレート延在範囲と、プレート状要素の第２の縁部に配置されている液滴捕捉部と、を有する、ガス処理デバイスと、
を備える内燃機関システムであって、
ガス処理デバイスが、プレート状要素の頂縁部の一部に沿って液体を供給するように構成された液体供給部を備え、これにより、液体が、頂端部からプレート状要素の底端部に向かって流れることを保証する内燃機関システムによって、本発明に従った解決法によって達成される。

上述したガス処理デバイスが、排ガス受容器と流体接続されてもよい。

一実施形態では、プレート状要素が、第１の面及び第２の面を有し、液体供給部が、第１の面及び第２の面双方に液体を供給するように構成されてもよい。

別の実施形態では、複数のプレート状要素が、ハウジング内に配置され、複数のプレート状要素の間が、排ガスのための流路を形成するために相互距離離間していてもよい。

上述した距離が、気流速度及び許容可能な圧力損失に依存してもよく、エンジン形態に依存してもよい。

また、ハウジングが、プレート延在範囲に対して垂直な断面を有し、プレート状要素が、断面に沿って均一に分配されてもよい。

さらに、一つおきのプレート状要素が、液滴捕捉部が排ガス入口から出口までハウジング延在範囲に沿って配置されるように、隣り合うプレート状要素よりも長いプレート延在範囲を有してもよい。

一実施形態では、液体供給部が、頂縁部の少なくとも２５％に沿って、好ましくは頂縁部の少なくとも５０％に沿って、より好ましくは頂縁部の少なくとも７５％に沿って、液体を供給してもよい。

別の実施形態では、ハウジングの頂面が、液体容器の一部であってもよい。

上述した頂面が、プレート状要素に対向して配置された貫通スロットを有してもよい。

貫通スロットが、液体分配チャネルを形成してもよい。

さらに、プレート状要素が、貫通スロット内に突出してもよい。

追加的に、貫通スロットが、所定の幅を有し、プレート状要素が、所定の厚さを有し、所定の幅が、液体流動通路がプレート状要素とスロットの間に設けられるように、所定の厚さよりも大きくてもよい。

さらに、貫通スロットが、プレート状要素の頂縁部に対向して配置されてもよい。

さらに、複数の導管が、設けられ、導管が、プレート状要素の頂縁部に面するように構成された開口部を有してもよい。

一実施形態では、液体供給部が、予め決定された流量でプレート状要素に液体を搬送し、流量が、排ガスの速度に応じて調節されてもよい。

別の実施形態では、液体冷却ユニットが、液体が液体供給部に送られる前に液体を冷却するように構成されてもよい。

さらに別の実施形態では、収集容器が、プレート状要素の底縁部の下方に配置されてもよい。

また、液体が、水と水酸化ナトリウムとの混合物であってもよい。

さらに、１つ以上のプレート状要素には、プレート延在範囲に沿って１つ以上の湾曲部が設けられてもよい。

湾曲部が、１つ以上のプレート状要素の第２の端部に最も近いときに最も大きくてもよい。

一実施形態では、プレート状要素の第１の縁部が、入口範囲を規定し、入口範囲が、０．５ｍ^２〜２０ｍ^２であり、好ましくは１．５ｍ^２〜５．０ｍ^２であってもよい。

別の実施形態では、液滴捕捉部が、第２の縁部の少なくとも７５％に沿って配置されてもよい。

液滴捕捉部が、底縁部から第２の縁部に沿って上方に配置されてもよい。底縁部から第２の縁部に沿って上方に液滴捕捉部を配置することによって、完全な収集が保証される。

上述した液滴捕捉部が、Ｖ字状断面又はＵ字状断面を有してもよい。

さらに、排ガスが、ＳＯ_３エアロゾル、塩及び煤粒子を含んでもよい。

本発明による内燃機関システムが、さらに、プレスクラバを備えてもよい。

さらに、ガス処理デバイスが、プレスクラバの下流に配置されてもよい。

また、内燃機関システムが、ウォーターミスト捕捉器を備えてもよい。

追加的に、ガス処理デバイスが、ウォーターミスト捕捉器の上流に配置されてもよい。

一実施形態では、内燃機関システムが、冷却ユニットを備えてもよい。

ガス処理デバイスが、冷却ユニットの上流又は下流で、冷却ユニットに隣り合って配置されてもよい。

別の実施形態では、内燃機関システムが、冷却ユニットの下流に配置されたスクラバをさらに備えてもよい。

さらに別の実施形態では、内燃機関システムが、ターボチャージャーを備えてもよい。

さらに、ガス処理デバイスが、ターボチャージャーの下流に配置されてもよい。

また、冷却ユニットが、ターボチャージャーの下流に配置され、ガス処理デバイスが、冷却ユニット及びターボチャージャーそれぞれの下流に配置されてもよい。

さらに、排ガスが、排ガス受容器の下流で、排ガス回収ストリング及びターボチャージャーストリング内に分けられてもよい。

加えて、ガス処理デバイスが、排ガス回収ストリング及び／又はターボチャージャーストリングと流体接続されてもよい。

内燃機関システムが、掃気ガス受容器をさらに備えてもよい。

上述した掃気ガス受容器が、内燃機関と流体接続されてもよい。

追加的に、ガス処理デバイスが、掃気ガス受容器の上流に配置されてもよい。

さらに、複数のガス処理デバイスが、内燃機関システム内に配置されてもよい。

さらに、２つのガス処理デバイスが、連続して配置されてもよい。

最後に、内燃機関が、２ストローク内燃機関であってもよい。

本発明及び本発明の多くの利点が、添付の概略的な図を参照して以下でより詳細に説明される。これらの図は、説明のために、いくつかの非限定的な実施形態を示している。

本発明による内燃機関を有するエンジンシステムの概略図を示す。 ガス処理デバイスの斜視図を示す。 ガス処理デバイスのプレート状要素の斜視図を示す。 頂面のない状態で図１のガス処理デバイスを示す。 内燃機関システムの他の実施形態の概略図を示す。 内燃機関システムの他の実施形態の概略図を示す。 内燃機関システムの他の実施形態の概略図を示す。 内燃機関システムの他の実施形態の概略図を示す。 内燃機関システムの他の実施形態の概略図を示す。 別のガス処理デバイスの斜視図を示す。 ガス処理デバイスを有する内燃機関システムの斜視図を示す。

すべての図は、極めて概略的であり、必ずしも縮尺通りではなく、それら図は、本発明を明らかにするために必要なこれらパーツのみを示し、他のパーツは、省略されるか、又は単に示唆される。

図１は、内燃機関２を有する内燃機関システム１００を示し、内燃機関２は、燃料、例えば重油、ガス又はディーゼルによって動力を与えられ、且つ排ガスを発生する。内燃機関システム１００は、排ガスを受容するように構成された排ガス受容器３と、排ガスを処理するためのガス処理デバイス４と、をさらに備えている。ガス処理デバイス４は、排ガス再循環プロセスのために排ガスの一部を受容する排ガス受容器３の下流に配置され、排ガスの他の部分は、圧縮機５２を駆動するために排ガスによって駆動されるタービン５１を有するターボチャージャー５０を駆動するために使用される。従って、排ガスは、排ガス受容器３の下流で、排ガス再循環ストリング４８及びターボチャージャーストリング４９内に分けられる。

内燃機関システム１００は、プレスクラバ３１をさらに備え、プレスクラバ３１内では、排ガスが、エアロゾル、塩粒子、液滴及びＳＯ_３粒子を形成するガス中に水（Ｈ_２Ｏ）及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の混合物を噴出することによって、処理される。ガス処理デバイス４は、プレスクラバ３１内で形成されたエアロゾル、塩粒子、液滴及びＳＯ_３粒子を取り除くために、プレスクラバ３１の下流に配置されている。ガス処理デバイス４の下流では、ガスは、冷却ユニット３２内で冷却され、この冷却は、掃気ガス受容器３７内で受容される前にガス中の残存する液滴を捕捉するために、ガスが、スクラバ３３内に、続いて、ウォーターミスト捕捉器（ＷＭＣ）３４内に流れる前になされる。ブロワ３５が、ガスが掃気ガス受容器３７内で受容されて内燃機関２に再び送られる前に、ガスの圧力を増大させるために配置されている。ターボチャージャー５０の圧縮機５２からのガスは、同様に第２の冷却ユニット３８で冷却され、液滴は、掃気ガス受容器３７に送られる前に第２のウォーターミスト捕捉器３９で捕捉される。第１のバルブ４１が、圧縮機５２からのガスを一部の方向を変えるように構成され、第２のバルブ４２が、切換バルブであり、第３のバルブ４３が、プレスクラバ３１の上流に配置され、且つシャットダウンバルブである。

図２のガス処理デバイス４は、頂面６と排ガス入口７と出口８とを有するハウジング５を備え、また、ガス処理デバイス４は、ハウジング５の頂面６に対して垂直な直立位置に配置された複数のプレート状要素９を備えている。図３に示されるように、各プレート状要素９は、プレート状要素９の主要面である第１の面２１及び第２の面２２を有する。プレート状要素９は、プレート状要素９の頂端部１１にある頂縁部１０と、底端部１２と、図２においてハウジング５の排ガス入口７に面する第１の縁部１４と、ハウジング５の出口８に面する第２の縁部１５と、を有する。プレート状要素９は、図２に示されるように、排ガスが排ガス入口７から出口８へプレート状要素９に沿って流れることを保証するために、排ガス入口７と出口８との間にプレート延在範囲１６を有し、液滴捕捉部１７が、プレート状要素９に沿って流れる液滴を捕捉するために、プレート状要素９の第２の縁部１５に配置され、これにより、液滴が第２の縁部１５においてガスに再び入らないことを保証する。ガス処理デバイス４は、液体供給部８をさらに備え、液体供給部８には、図３に示されるプレート状要素９の頂縁部１０の一部に沿って液体を供給するように構成された（図２に示される）１つ以上のフランジ１９を介してＮａＯＨ水溶液が送られ、これにより、液体が、プレート延在範囲１６に沿う排ガスの流れ方向に対して垂直に頂端部１１からプレート状要素９の底端部１２に向かって流れることを保証する。液体供給部１８は、各プレート状要素９の第１の面２１及び第２の面２２双方に液体を供給するように構成され、液体供給部１８は、頂縁部の少なくとも２５％に沿って、好ましくは頂縁部の少なくとも５０％に沿って、より好ましくは頂縁部の少なくとも７５％に沿って液体を供給し、これにより、プレート状要素９の第１の面２１及び第２の面２２に沿って流れ落ちる薄い液体層を提供する。図２で分かるように、ハウジング５の頂面６は、液体供給部１８の液体容器２４の一部を形成し、頂面６は、液体容器２４の底部の一部を形成する。

図３では、プレート状要素９には、プレート延在範囲１６に沿っていくつかの湾曲部２６が設けられ、湾曲部２６は、湾曲部２６がプレート状要素９の第２の端部に最も近いときに最も大きくなるように、プレート延在範囲１６及び流れ方向に沿って大きくなる。このようにして、最も大きな粒子及び液滴は、プレート状要素９に対して発射されることなく且つ衝突することなく、第１の縁部１４に最も近いプレート状要素９の第１の部分２７で捕捉され、それにより、ガスが沿って流れるときに捕捉される。また、プレート状要素９が、第１の部分２７においてより大きい湾曲部２６を有する場合、排ガス中の液滴及び粒子は、プレート状要素９内に、より直接的に流れ、従って、プレート状要素９に対して衝突し、これにより、液滴及び／又は粒子がプレート状要素９上でとどまって液滴捕捉部１７内に流れる代わりに、液滴及び／又は粒子がすぐに分かれてガスに再び入るという高いリスクを誘発する。より小さい液滴、粒子及び／又はエアロゾルは、プレート状要素９の第２の部分２８においてより大きい湾曲部２６でさらに下流で捕捉される。液滴捕捉部１７は、底端部１２から第２の縁部１５に沿って上方に、第２の縁部１５の少なくとも７５％に沿って配置されている。液滴捕捉部１７は、Ｖ字状断面又はＵ字状断面を有する。

図４のガス処理デバイス４は、ハウジング６内に配置された複数のプレート状要素９を備え、複数のプレート状要素９の間は、排ガスのための流路２３を形成するために相互距離ｄ離間している。このようにして、排ガスは、各プレート状要素９に沿って流され且つその湾曲部２６をたどらされる。ハウジング５は、プレート延在範囲１６に対して垂直な断面を有し、プレート状要素９は、断面に沿って均一に分配されている。一つおきのプレート状要素９は、隣り合うプレート状要素９よりも長いプレート延在範囲１６を有し、これにより、液滴捕捉部１７が、排ガス入口７から出口８までハウジング延在範囲２９に沿って配置されることを保証する。

図１０では、ガス処理デバイス４のハウジング５の頂面６は、プレート状要素９に対向して配置された貫通スロット２５を有し、貫通スロット２５は、液体分配チャネル３０を形成する。スロット２５は、プレート状要素９の頂縁部１０に対向して配置される。スロット２５は、所定の幅ｗを有し、プレート状要素９は、所定の厚さｔを有し、所定の幅ｗは、液体分配チャネル３０がプレート状要素９とスロット２５との間に設けられることを保証するために、所定の厚さｔよりも大きい。従って、液体供給部１８の液体容器２４内の液体は、スロット２５とスロット２５内に突出するプレート状要素９との間に形成された液体分配チャネル３０を通じて流れ、プレート状要素９に沿って流れ落ちる。収集容器４４が、プレート状要素９の底端部１２の下方に配置されている。別の実施形態では、ガス処理デバイス４は、代わりに、プレート状要素９の頂縁部１０に面するように構成された開口部を有する複数の導管を有する。そして、導管は、液体供給部１８に流体接続されている。

図１０におけるプレート状要素９の第１の縁部１４は、入口範囲Ａ_Ｉを規定し、入口範囲は、排ガス入口７よりも大きい。入口範囲Ａ_Ｉは、０．５ｍ^２〜２０ｍ^２であり、好ましくは１．５ｍ^２〜５．０ｍ^２である。

液体供給部１８は、予め決定された流量でプレート状要素９に液体を搬送し、流量は、排ガスの速度に応じて調節される。液体は、水（Ｈ_２Ｏ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）との混合物である。

図１及び図５では、ガス処理デバイス４が、ウォーターミスト捕捉器３４の上流に配置されている。図５では、ガス処理デバイス４は、（図１に示される）プレスクラバ３１又はスクラバ３３の代わりに排ガス受容器３と直接流体連通して配置されている。従って、ガス処理デバイス４は、ガスが冷却ユニット３２内に及びウォーターミスト捕捉器３４上に流れる前に、１つのプロセスステップのみによって排ガスを浄化する。ガス処理デバイス４は、冷却ユニット３２の上流で冷却ユニット３２と隣り合って配置されている。

図６では、ガス処理デバイス４は、冷却ユニット３２に隣り合って且つ冷却ユニット３２の下流に配置されている。内燃機関システム１００は、冷却ユニット３２の上流でプレスクラバ３１を備え、このため、排ガスが、ガス処理デバイス４内に入る前に、プレスクラバ３１内で予め処理されて冷却ユニット３２内で冷却される。従って、内燃機関システム１００は、ウォーターミストがガス処理デバイス４内で捕捉されるので、排ガス再循環ストリング４８に沿って（図１に示される）ウォーターミスト捕捉器３４を必要としない。

所定の燃料によって動力を与えられる場合、図７に示される内燃機関システム１００は、排ガス再循環ストリング４８に沿ってガス処理デバイス４及びブロワ３５のみを備える。これは、ガス処理デバイス４が、十分な方式で全ての粒子、液滴、エアロゾルの排ガスを浄化することが可能だからである。所定の種類の燃料で動かすと、粒子、液滴及びエアロゾルの量は、例えば重油と比較して大幅に減少される。さらに、内燃機関システム１００がガス処理デバイス４のみを備える場合、プレスクラバ３１内で形成された粒子は同様に取り除かれる必要がない。図７に示されるように、液体冷却ユニット４５が、液体がガス処理デバイス４の液体供給部に送られる前に液体を冷却するように構成されている。

図８では、ガス処理デバイス４は、ターボチャージャーストリング４９と流体接続され、且つターボチャージャー５０の下流に配置される。冷却ユニット３８は、ターボチャージャー５０の下流に配置され、ガス処理デバイス４は、冷却ユニット３８及びターボチャージャー５０双方の下流に配置される。

図９では、２つのガス処理デバイス４が、内燃機関システム１００に配置されている。一方のガス処理デバイス４は、ターボチャージャーストリング４９と流体接続され、他方は、排ガス再循環ストリング４８と流体接続されている。ガス処理デバイス４は、ターボチャージャーストリング４９と流体接続され、冷却器及びウォーターミスト捕捉器双方として機能する。別の実施形態では、２つのガス処理デバイス４は、排ガス再循環ストリング４８又はターボチャージャーストリング４９の１つに沿って連続して配置されている。

内燃機関システム１００の内燃機関２は、２ストローク又は４ストローク内燃機関２である。

図１１では、内燃機関システム１００は、斜視図で示され、排ガス受容器３、ガス処理デバイス４及び内燃機関２を有している。

本発明が、本発明の好ましい実施形態と関連して上記で説明されたが、当業者には、いくらかの修正が、以下の特許請求の範囲によって規定される本発明から逸脱することなく想起可能であることは明らかである。

２ 内燃機関、３ 排ガス受容器、４ ガス処理デバイス、５ ハウジング、６ 頂面、７ 排ガス入口、８ 出口、９ プレート状要素、１０ 頂縁部、１１ 頂端部、１２ 底端部、１４ 第１の縁部、１５ 第２の縁部、１６ プレート延在範囲、１７ 液滴捕捉部、１８ 液体供給部、２１ 第１の面、２２ 第２の面、２３ 流路、２４ 液体容器、２５ 貫通スロット、２６ 湾曲部、１００ 内燃機関システム、Ａ_Ｉ 入口範囲、ｄ 相互距離

Claims (9)

1. − 排ガスを発生する内燃機関（２）と、
   − 前記排ガスを受容するように構成された排ガス受容器（３）と、
   − 前記排ガスにより駆動されるターボチャージャー（５０）と、
   − ハウジング（５）を備えるガス処理デバイス（４）であって、前記ハウジング（５）が、頂面（６）、排ガス入口（７）及び出口（８）を有し、前記ガス処理デバイスが、前記排ガス受容器の下流に配置されており、且つプレート状要素（９）を備え、前記プレート状要素（９）が、前記ハウジング（５）の前記頂面（６）に対して垂直に配置されており、且つ前記プレート状要素（９）の頂端部（１１）にある頂縁部（１０）と、底端部（１２）と、前記排ガス入口（７）に面する第１の縁部（１４）と、前記出口（８）に面する第２の縁部（１５）と、を有し、前記プレート状要素（９）が、前記排ガス入口（７）と前記出口（８）との間のプレート延在範囲（１６）であって、前記排ガスが、前記排ガス入口（７）から前記出口（８）まで前記プレート状要素（９）に沿って流れることを保証する、プレート延在範囲（１６）と、前記プレート状要素（９）の前記第２の縁部（１５）に配置されている液滴捕捉部（１７）と、を有する、ガス処理デバイス（４）と、
   を備える内燃機関システム（１００）であって、
   前記ガス処理デバイス（４）が、前記プレート状要素（９）の前記頂縁部（１０）の一部に沿って液体を供給するように構成された液体供給部（１８）を備え、これにより、前記液体が、前記頂端部（１１）から前記プレート状要素（９）の前記底端部（１２）に向かって流れることを保証し、
   前記排ガスは、排ガス受容器（３）の下流において、排ガス再循環ストリング（４８）及びターボチャージャーストリング（４９）内に分けられ、
   前記プレート状要素（９）には、前記プレート延在範囲（１６）に沿って１つ以上の湾曲部（２６）が設けられ、前記プレート状要素（９）の第２の部分（２８）は、ガス流れの方向に関して前記プレート状要素（９）の第１の部分（２７）の下流に位置しており、且つ前記第１の部分（２７）の湾曲部よりも大きい湾曲部（２６）を備えていることを特徴とする内燃機関システム（１００）。
2. 前記プレート状要素（９）が、第１の面（２１）及び第２の面（２２）を有し、前記液体供給部（１８）が、前記第１の面（２１）及び前記第２の面（２２）双方に液体を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム（１００）。
3. 複数のプレート状要素（９）が、前記ハウジング（５）内に配置され、前記複数のプレート状要素（９）の間が、前記排ガスのための流路（２３）を形成するために相互距離（ｄ）離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関システム（１００）。
4. 前記液体供給部（１８）が、前記頂縁部（１０）の少なくとも２５％に沿って、好ましくは前記頂縁部（１０）の少なくとも５０％に沿って、より好ましくは前記頂縁部（１０）の少なくとも７５％に沿って、液体を供給することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関システム（１００）。
5. 前記ハウジング（５）の前記頂面（６）が、液体容器（２４）の一部であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関システム（１００）。
6. 前記頂面（６）が、前記プレート状要素（９）に対向して配置された貫通スロット（２５）を有することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関システム（１００）。
7. 前記プレート状要素（９）が、前記貫通スロット（２５）内に突出していることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関システム（１００）。
8. 前記液体が、水（Ｈ_２Ｏ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）との混合物であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関システム（１００）。
9. 前記プレート状要素（９）の前記第１の縁部（１４）が、入口範囲（ＡＩ）を規定し、前記入口範囲（ＡＩ）が、０．５ｍ^２〜２０ｍ^２の間であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関システム（１００）。

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