JP2008281008A - ディーゼル機関に接続する装置及び接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過給ディーゼル機関からの窒素排出物を簡単かつ効果的に低減できる装置及び方法を得ること。
【解決手段】本発明によれば、ディーゼル機関１に接続される装置であり、該ディーゼル機関が、環境から機関へ吸気を供給するためのディーゼル機関用給気装置２と、ディーゼル機関用冷却回路５とを含み、該給気装置２が、少なくとも１つの流路設備３と、圧縮機４と、吸気用の熱交換機１２とを有しており、該冷却回路５には少なくとも１基の熱交換機が接続されている装置が提供される。ディーゼル機関から廃熱を回収する冷却回路５に接続された熱交換機６は、冷却回路５から受け取った熱により水を蒸発させるように構成されている。本発明はまた、対応する方法に関係している。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載されたディーゼル機関に接続する装置と、請求項７の前文に記載されたディーゼル機関に該装置を接続する方法とに関するものである。

広く知られていることだが、ディーゼル機関を使用した場合、かなりの窒素酸化物が排出される。該排出物を低減するために、種々の方法が開発されてきた。例えば選択式触媒低減システム、燃焼室内への直接の水噴射、蒸気又は水による吸気の加湿など。これらすべての先行技術の手法は、高額の投資を要し、かつ技術的に比較的複雑である。

本発明の目的は、先行技術の問題点が最小化される装置及び方法を得ることである。特に、本発明の目的は、過給ディーゼル機関からの窒素排出物を簡単かつ効果的に低減できる装置及び方法を得ることにある。

本発明の目的は、主として請求項１及び請求項７と、その他の請求項に詳細に記載されているように達成された。
ディーゼル機関に接続される本発明の装置は、環境から機関内へ吸気を供給する給気装置を含んでいる。更に、該給気装置は、吸気用の、少なくとも１流路設備と、圧縮機と、熱交換機とを含んでいる。本発明による装置は、またディーゼル機関からの廃熱を回収する冷却回路を含み、該回路には、少なくとも１基の熱交換機が接続されている。冷却回路に接続された熱交換機は、冷却回路から受け取る熱で水を蒸発させるように構成されている。加えて、該熱交換機は、蒸気供給路を介して給気装置の流路設備に接続されている。蒸気供給路は、流路設備を熱交換機に接続するように構成され、それによって、発生蒸気を機関の吸気内へ導くことができる

好ましくは蒸気供給路は、流路設備内の圧力が熱交換機内の圧力に影響し得るように構成されており、それにより蒸発圧が低減され、したがってまた沸点も低くなる。そのような場合、冷却回路内の所要温度レベルも、蒸発圧が高い場合より低くなる。好ましくは、ディーゼル機関からの廃熱を回収する冷却回路は、エンジンブロック及び／又はシリンダヘッドの冷却回路であり、該冷却回路は、比較的高温レベルで作業し、それにより蒸発温度も比較的高くなる。
熱交換機は、蒸気供給路が圧縮機前方で吸気の流れ方向に流路設備と接続されるように、機関の冷却回路に接続されるのが好ましい。冷却回路の流路は、分岐して２つの別個の流路を形成し、その一方は熱交換機のそばを通され、他方は熱交換機内部を通される。該熱交換機の後方で、冷却回路は、給気装置内に配置された吸気用熱交換機と冷却液流れ方向に接続されている。

本発明の装置を、少なくとも１つの流路設備と、圧縮機と、吸気用熱交換機とを備えた給気装置と、機関の作動中に少なくとも１基の熱交換機に接続されるディーゼル機関用冷却回路とを含むディーゼル機関に接続する方法の場合、圧縮機によって加圧された吸気が、ディーゼル機関の給気装置によって機関へ導かれ、冷却回路内を流れる冷却液が、冷却回路に接続された熱交換機によって冷却され、かつ水が熱交換機へ導入され、熱交換機によって蒸発させられ、蒸気を発生し、こうして発生した蒸気がディーゼル機関の給気装置へ導入される。

好ましくは、発生した蒸気をディーゼル機関の給気装置へ、特に圧縮機前方の箇所へ導入する。こうすることにより、この蒸気供給箇所の圧力レベルが比較的低くなり、周囲圧力とほぼ等しくなる。熱交換機内の水の蒸発は、好ましくは圧力約≦１バールで行われるように構成されている。熱交換機内での水の蒸発は、冷却回路内を流れる冷却液の幾らかを、熱交換機内での放熱を避けて熱交換機のそばを通すようにすることで制御される。

本発明により、ディーゼル機関からの窒素酸化物排出量のかなりの低減が、比較的低額の投資と作業費用とにより達せられる。吸気を蒸気で加湿することにより、水滴生成が完全に防止されるため、圧縮機の侵食が防止される。加えて、本発明による手法では、蒸発させる水を処理する必要が最小限に低減されるが、このことは、言うまでもなく利用可能な水の品質に左右される。

以下で、本発明の実施例を添付図面につき説明する。
図１には、符号１でディーゼル機関が示されている。給気装置２は、ディーゼル機関１と接続されるように構成されている。給気装置は、環境から機関１内へ吸気を供給する流路設備３を含んでいる。流路設備３に接続されて、圧縮機集成体が配置されているが、図を分かりやすくするために、そのうちの１圧縮機４のみが図示されている。以下で、本発明に関係する、ディーゼル機関の動作を説明する。他の点では、機関は自体公知の構成部品を含み、自体公知の形式で使用することができる。
エンジンブロックと他の構成部品とを冷却することは、広く知られている。本発明によれば、熱は、機関の冷却回路５から熱交換機６内で水へ伝達され、水を蒸発させる。熱交換機６内は、本発明により、好ましくは高々周囲圧に相応する圧力に維持することが可能である。

このように、機関の吸気の加湿に要する水は、好ましくは、比較的低温の流体により、かつまた極めて簡単な装置により蒸発させることが可能である。本発明によれば、給気装置２の流路設備３内に発生する、周囲圧より低い圧力レベルは、また熱交換機の水側の圧力を低減するために利用できる。それによって、水の沸点が引き下げられる。これを可能にするために、熱交換機は、給気装置２内の圧力が熱交換機内の圧力に影響し得るように、給気装置２に接続されている。給水管２０は、熱交換機６内で蒸発する水を供給するため、熱交換機６に接続されている。弁１９は、給水量を制御するために備えられている。本発明による装置及び方法は、また冷却液が少なくとも温度１００゜Ｃで利用できる場合にも使用できる。その場合、熱交換機は、また過圧時、すなわち約１バールを超える圧力時にも使用できる。

機関１から流れる冷却液は熱交換機６へ導かれ、加湿に使用される水が、冷却液から受け取る熱により熱交換機６で蒸発させられる。熱交換機６は機関の冷却回路５に接続されており、流路は２つの別個の流路７，８に分岐され、そのうちの第１流路７は熱交換機６のわきを通され、第２流路８は熱交換機６内を通されている。これらの流路は、熱交換機６の後方の弁９により互いに接続され、再び単一の流路を形成する。発生させる蒸気量は、弁９がより多くの冷却液を第２流路８及び熱交換機６を通過させれば、それだけ蒸発量も高まるように、弁９により制御できる。熱交換機から出ている蒸気供給路１０は、給気装置２の流路設備３内まで延在して、吸気フィルタ１１の後方かつ圧縮機４の前方の位置に開口するように構成されている。弁９の後方には、吸気用熱交換機１２が冷却回路５に接続されている。熱交換機１２は機関の冷却回路５に接続されているが、冷却回路５は、２つの別個の流路１３，１４に分岐され、そのうちの第１流路１３は熱交換機のわきを通され、第２の流路１４が熱交換機内に通されている。これらの分岐流路は、熱交換機１２の後方で３方弁１５を介して互いに接続され、再び単一の流路を形成する。熱交換機１２の動作と吸気温度とは、弁１５の調節によって制御できる。好ましくは、本発明による装置は熱交換機１６を含んでおり、該熱交換機により、冷却液は、機関１に戻される前に機関冷却に適する温度まで冷却される。

本発明による装置は、空気の湿度と温度とを検出する装置１７を含み、該装置は、圧縮機に前置されるのが好ましい。該装置１７は、弁９，１５，１９の動作をも制御するオートメーションシステム１８に接続されている。弁９，１５の動作は、検出された湿度及び温度に基づいて制御され、弁１９は、目標レベル（図示せず）に熱交換機６内の液面を維持するように制御される。機関の吸気状態は、湿度及び温度に関しては目標レベルに維持され、凝縮は防止される。

本発明により、吸気温度は約３５゜Ｃに、また相対湿度は約９５％に維持されることで、窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量は、約４０〜５０％低減できる。加えて、機関自体の空気チャンバ（図示せず）内の温度は約６２゜Ｃと見られる点が利点である。
本発明は、既述の用途に限定されるものではなく、特許請求の範囲の枠内で別の幾つかの変更態様が考えられる。

ディーゼル機関と接続された本発明による装置の略示図である。

符号の説明

１ 機関
２ 給気装置
３ 流路設備
４ 圧縮機
５ 冷却回路
６ 熱交換機
７，８ 分岐流路
９ 弁
１０ 蒸気供給路
１１ 吸気フィルタ
１２ 吸気用熱交換機
１３，１４ 分岐流路
１５ ３方弁
１７ 湿度・温度検出装置
１８ オートメーション装置
１９ 弁
２０ 給水管

Claims (8)

1. ディーゼル機関（１）に関連した装置であって、
   少なくとも１つの流路設備（３）、圧縮機（４）、及び吸気用熱交換機（１２）を含む、周囲環境から前記機関に吸気を供給するためのディーゼル機関用給気装置（２）と、
   前記ディーゼル機関から廃熱を回収するための冷却回路（５）であって、該冷却回路には少なくとも１基の熱交換機が接続され、該少なくとも１基の熱交換機（６）は冷却回路（５）から受け取った廃熱により水を蒸発させるように構成されている冷却回路（５）と
   を有する、ディーゼル機関（１）に関連した装置において、
   蒸発させるための水を熱交換機（６）へ供給するために給水管（２０）が前記冷却回路熱交換機（６）に接続されており、前記熱交換機（６）は、前記給水管（２０）を介して供給される水により生成される蒸気を前記流路設備（３）内へ導入するために、蒸気供給路（１０）を介して前記給気装置（２）の前記流路設備（３）に接続されており、また前記蒸気供給路（１０）は、前記圧縮機（４）の手前で空気の流れ方向に、前記流路設備（３）に対して結合していることを特徴とする、ディーゼル機関に関連した装置。
2. ディーゼル機関からの廃熱を回収する前記冷却回路が、エンジンブロック及び／又はシリンダヘッドの冷却回路である請求項１に記載のディーゼル機関に関連した装置。
3. 前記蒸気供給路（１０）は、前記流路設備内の圧力の影響を前記冷却回路熱交換機（６）に伝達するように構成されている請求項１または請求項２に記載のディーゼル機関に関連した装置。
4. 前記冷却回路熱交換機（６）は、流路が２つの別個の流路（７，８）を形成するように分岐し、それらのうちの第１流路（７）が前記熱交換機（６）のわきを通され、第２流路（８）が前記熱交換機を経由して通されるように、前記機関の前記冷却回路（５）に接続されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のディーゼル機関に関連した装置。
5. 前記冷却回路は、前記給気装置（２）内に配置された吸気用熱交換機（１２）に、冷却液の流れ方向における前記冷却回路熱交換機（６）の後方で接続されている請求項４に記載のディーゼル機関に関連した装置。
6. ディーゼル機関（１）に関連した方法であって、該ディーゼル機関が、
   少なくとも１つの流路設備（３）、圧縮機（４）、及び吸気用熱交換機（１２）を有するディーゼル機関用給気装置（２）と、
   ディーゼル機関からの廃熱を回収するための冷却回路（５）であって、該冷却回路には、少なくとも１基の熱交換機が接続されている冷却回路と
   を有し、前記機関の作動中に、
   前記圧縮機によって加圧された吸気が、前記機関の前記給気装置（２）によって前記機関へ導かれ、
   前記冷却回路内を流れる冷却液が、該冷却回路（５）に接続された熱交換機（６）により冷却される、ディーゼル機関（１）に関連した方法において、
   水を前記冷却回路熱交換機（６）に導入して該熱交換機（６）により蒸発させて蒸気を発生させること、及びこうして発生させた蒸気の所定量を前記ディーゼル機関の前記給気装置（２）内の、圧縮機の手前の箇所へ導入することを特徴とする、ディーゼル機関に関連した方法。
7. 前記冷却回路熱交換機（６）内での水の蒸発が、約１バール以下の圧力で行われるように構成されている請求項６に記載のディーゼル機関に関連した方法。
8. 前記冷却回路内を流れる冷却液の所定量を、前記熱交換機内で熱を伝えることなく前記熱交換機（６）のわきを通るように導くことによって、前記冷却回路熱交換機（６）内での水の蒸発が制御される請求項６または請求項７に記載のディーゼル機関に関連した方法。

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