CN104981603B - 洗涤冷却装置、egr单元以及发动机系统 - Google Patents

Abstract

洗涤冷却装置（31）是构成EGR单元（30）的一部分的装置，具备：使用洗涤液洗涤排气的洗涤部（33）；和与洗涤部（33）相邻，将通过洗涤部（33）洗涤的排气进行冷却的冷却部（34）；洗涤部（33）具有积留用于洗涤的洗涤液的液体区域（37）；冷却部（34）具有接收因排气的冷却而产生的冷凝水的液体区域（41）；洗涤部（33）的液体区域（37）和冷却部（34）的液体区域（41）直接连接。

Description

洗涤冷却装置、EGR单元以及发动机系统

技术领域

本发明涉及洗涤排气后进行冷却的洗涤冷却装置。

背景技术

作为减少从发动机排出的氮氧化物（NOx）的量的方法已知的是排气的一部分回流至发动机的排气再循环（EGR：exhaust gas recirculation）。通过将排气的一部分回流至发动机，以此在氧浓度较低的状态下进行燃烧，其结果是燃烧温度降低而抑制NOx的生成。然而，根据所使用的燃料的不同而存在排气中大量含有颗粒状物质（PM：particulatematter）和硫氧化物（SOx）的情况，在该情况下需要从再循环的排气中去除PM和SOx等。从排气中去除PM和SOx等的有效方法是通过洗涤液去除它们的湿式气体洗涤装置（洗涤器）（参照专利文献1的图2的符号15）。

又，在EGR单元内设置上述洗涤器的情况下，存在在洗涤器的下游设置气体冷却器的情况。通过洗涤器洗涤的排气处于饱和状态含有大量水分。因此，如果将洗涤过的排气通过气体冷却器进行冷却，则排气中的大量的水分变成冷凝水并排出，可以去除排气中含有的水分。因此，像这样通过设置气体冷却器，以此可以防止在位于与气体冷却器相比靠近下游的位置的设备上附着排气的水分，可以抑制这些设备的腐蚀等。

在上述洗涤器中使用过的洗涤液、以及在气体冷却器中产生的冷凝水通常被排出至另设的缓冲罐中并暂时储存。将使用过的洗涤液和冷凝水等储存在该缓冲罐中的原因是为了将它们作为洗涤液在洗涤器中进行再利用。然而，为了将它们作为洗涤液进行再利用，而需要将中和剂投入至缓冲罐或配管中。这是因为，当洗涤液和冷凝水等吸收SOx时pH值会降低而变成酸性，如果将这样的pH值较低的液体作为洗涤液使用，则脱硫反应无法进行，无法高效地进行SOx的去除。另一方面，如果储存在缓冲罐内的液体的pH值过高，则发生盐的附着，或者又溶解为CO₂而需要进一步投入中和剂。另外，排气中的SOx的浓度根据发动机的负荷和EGR率（向EGR管路的旁通率）等而变化，伴随于此，储存在缓冲罐内液体的pH值也变化。因此，为了高效地进行排气的洗涤，而不得不经常观测储存在缓冲罐中的液体的pH值，并且根据该pH值投入适合的量的中和剂。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2011-157959号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

如上所述，缓冲罐内的液体的pH值通过投入中和剂来进行调节，但是实际上在EGR单元内循环的洗涤液的量非常多，因此pH值的响应反应较慢，使pH值稳定在理想的范围内是件并不容易的事情。

又，在将缓冲罐设置于离洗涤器或气体冷却器等较远的位置上的情况下，将缓冲罐内部保持与EGR管路的内压相同程度的较高的压力是实质上不可能，并且缓冲罐内的液体在大气压下贮藏。在该情况下，为了将缓冲罐内的液体作为洗涤液供给至洗涤器，而不得不将下降至大气压的洗涤液的压力升压至洗涤器的内压程度。因此，所使用的泵大型化，且泵的消耗电力也增大。

此外，流入缓冲罐中的洗涤液和冷凝水等是酸性，因此对于流入其中的配管类不得不使用耐腐蚀性的配管，导致EGR系统的制造成本增大。

又，为了将洗涤液稳定地供给至洗涤器，而需要增大缓冲罐的容量，当EGR单元具备缓冲罐时，EGR单元必然具备安装于缓冲罐的配管类。即，在期望EGR单元的小型化时，缓冲罐的设置会阻碍对EGR单元的小型化。

本发明是鉴于以上的情况而形成，其目的是构成无缓冲罐的EGR单元。

解决问题的手段：

根据本发明的一种形态的洗涤冷却装置是构成EGR单元的一部分的装置，具备：使用洗涤液洗涤排气的洗涤部；和与所述洗涤部相邻，将通过所述洗涤部洗涤的排气进行冷却的冷却部；所述洗涤部具有积留用于洗涤的洗涤液的液体区域；所述冷却部具有接收因排气的冷却而产生的冷凝水的液体区域；所述洗涤部的液体区域和所述冷却部的液体区域直接连接。

在这里，“直接连接”表示不通过罐连接，而排除通过罐“间接地连接”那样的情况。例如，洗涤部的液体区域和冷却部的液体区域一体地形成为共同的贮水部的情况、洗涤部的液体区域和冷却部的液体区域通过配管相连接的情况、以及洗涤部的液体区域和冷却部的液体区域形成为能够使容纳于各自的液体通过泵等直接进行交换的结构的情况属于洗涤部的液体区域和冷却部的液体区域“直接连接”。根据上述结构，由于洗涤部的液体区域和冷却部的液体区域直接连接，因此在冷却部中产生的冷凝水不会被搬运至其他设备，而直接作为洗涤液使用。因此，具备上述洗涤冷却装置的EGR单元无需配备贮藏洗涤液的缓冲罐。

又，也可以是在上述洗涤冷却装置中，所述洗涤部具有洗涤过的排气流过的气体区域；所述冷却部具有即将冷却的排气流过的气体区域；所述洗涤部的气体区域和所述冷却部的气体区域直接连接。根据该结构，洗涤部和冷却部直接连接，因此可以使EGR单元进一步小型化。

又，也可以是在上述洗涤冷却装置中，所述洗涤部以及所述冷却部由外框壳体的内壁、和分隔该外框壳体的内部空间的分隔构件划定。根据该结构，可以使洗涤冷却装置形成为非常简单的结构。

又，也可以是在上述洗涤冷却装置中，所述洗涤部的气体区域和所述冷却部的气体区域在所述分隔构件的上端附近直接连接，所述洗涤部的液体区域和所述冷却部的液体区域在所述分隔构件的下端附近直接连接。根据该结构，可以有效地使用外框壳体内的空间。

又，也可以是在上述洗涤冷却装置中，所述分隔构件形成为板状。根据该结构，可以使洗涤冷却装置形成为更简单的结构。

又，也可以是在上述洗涤冷却装置中，所述洗涤部形成为抽汲液体区域的洗涤液后向排气喷射的结构。

又，也可以是在上述洗涤冷却装置中，所述洗涤部形成为将排气向液体区域的洗涤液中排放的结构。根据该结构，可以有效利用洗涤部的液体区域，可以进行积留水方式的洗涤。

此外，根据本发明的一种形态的EGR单元具备上述洗涤冷却装置，使由所述洗涤冷却装置洗涤以及冷却的排气向发动机再循环。

此外，根据本发明的一种形态的发动机系统具有上述EGR单元。

发明效果：

如上所述，EGR单元具备上述洗涤冷却装置，因此可以构成无缓冲罐的EGR单元。

附图说明

图1是根据第一实施形态的发动机系统的框图；

图2是上述发动机系统的洗涤冷却装置的概略图；

图3是根据第二实施形态的发动机系统的洗涤冷却装置的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施形态。以下，在所有附图中对于相同或相当的要素标以相同的符号，省略重复说明。

（第一实施形态）

首先，参照图1以及图2说明第一实施形态。

＜发动机系统＞

首先，说明根据本实施形态的发动机系统100。图1是发动机系统100的框图。如图1所示，发动机系统100具备发动机10、增压器20和EGR单元30。

本实施形态中的发动机10是船舶推进用主机，是二冲程柴油发动机。增压器20通过扫气通路11向发动10机供给扫气（在四冲程发动机的情况下“进气”）。又，从发动机10排出的排气通过排气通路12供给至增压器20。另外，发动机10可以是四冲程发动机，也可以是气体发动机或汽油发动机。又，发动机10不限于使用在船舶中，也可以使用于发电设备。

增压器20是将空气升压并向发动机10供给的装置。增压器20具有涡轮部21、和压缩部22。在涡轮部21中供给有从发动机10排出的排气，通过排气的能量使涡轮部21旋转。涡轮部21和压缩部22通过连接轴23连接，随着涡轮部21的旋转而压缩部22也旋转。当压缩部22旋转时，从外部引入的空气（大气）被压缩，压缩的空气作为扫气被供给至发动机10。

EGR单元30是将从发动机10排出的排气回流至发动机10（再循环）的单元。EGR单元30从排气通路12中抽取排气，并且将抽取的排气在洗涤冷却装置31（后文详述）中进行洗涤并冷却后送入至扫气通路11。在洗涤冷却装置31的下游侧设置有EGR鼓风机32，通过该EGR鼓风机32的动力向扫气通路11供给EGR单元30内的排气。像这样，通过将排气（已燃气体）向扫气通路11供给，以此供给至发动机10的扫气的氧浓度降低，可以减少NOx的排出量。

＜洗涤冷却装置＞

接着说明构成EGR单元30的一部分的洗涤冷却装置31。图2是根据本实施形态的洗涤冷却装置31的概略图。如图2所示，洗涤冷却装置31具备洗涤部33、冷却部34和循环装置35。

洗涤部33是洗涤排气的部分。洗涤部33具有充满排气的气体区域36、和充满洗涤液的液体区域37。气体区域36以及液体区域37的范围由洗涤液的水面位置决定。在气体区域36上形成有流入口38，排气通过该流入口38流入洗涤部33内部。在气体区域36上设置有喷射洗涤液的喷嘴39，将排气通过从喷嘴39喷射的洗涤液进行洗涤。吸收排气中的PM以及SOx的洗涤液因自重而滴落，并且积留在液体区域37中。又，洗涤液的一部分蒸发而被排气吸收，排气处于饱和状态。

冷却部34是将通过洗涤部33洗涤的排气进行冷却的部分。通过冷却排气，以此生成冷凝水，可以从排气中去除水分。冷却部34也具有充满排气的气体区域40、和充满液体（冷凝水以及洗涤液）的液体区域41。冷却部34的气体区域40和洗涤部33的气体区域36通过气体连接口42直接连接，通过洗涤部33洗涤的排气从洗涤部33的气体区域36通过气体连接口42流入至冷却部34的气体区域40。在冷却部34的气体区域40设置有热交换器43以及捕雾器44（mist catcher），且形成有排出口45。

对于冷却部34的热交换器43，其内部流入冷却介质（例如海水），该冷却介质和排气之间进行热交换。流入冷却部34的排气通过该热交换器43以此被冷却。通过热交换器43的排气进一步被捕雾器44捕捉雾化的洗涤液，最终通过排出口45从洗涤冷却装置31排出。冷却排气而产生的冷凝水、以及被捕雾器44捕捉的洗涤液因自重而滴落，滴落的冷凝水以及洗涤液由液体区域41接住。

又，冷却部34的液体区域41和洗涤部33的液体区域37通过液体连接口46直接连接。因此，由冷却部34的液体区域41和洗涤部33的液体区域37形成在水面下连接且成为一体的贮水部47。将该贮水部47的水位通过设置于洗涤冷却装置31的水位计48进行测定。又，贮水部47的洗涤液的一部分被排出至废水处理单元60，通过离心机等进行去除异物等的处理。然后，在废水处理单元60中被处理的洗涤液的一部分回流至贮水部47，剩余的部分排出至外部（例如大海）。又，从中和剂投入装置49向贮水部47投入中和剂，并且从清水供给装置50供给清水。

上述洗涤部33和冷却部34由外框壳体51的内壁52和分隔外框壳体51的内部空间的分隔构件53划定。尽管不限定外框壳体51以及分隔构件53的形状，但是例如外框壳体51形成为接近长方体的形状，分隔构件53形成为板状。假设将图2的纸面左右方向作为“第一方向”，将垂直于纸面的方向作为“第二方向”时，本实施形态的分隔构件53位于外框壳体51的第一方向大致中央，且在第二方向上延伸。而且，分隔构件53的第二方向两端部分与外框壳体51的内壁52接触。另一方面，在分隔构件53的上端和外框壳体51的内壁52之间形成有间隙，该间隙构成上述气体连接口42。同样地，在分隔构件53的下端和外框壳体51的内壁52之间形成有间隙，并且该间隙构成上述液体连接口46。

循环装置35是抽汲贮水部47的洗涤液并向洗涤部33的喷嘴39供给的装置。循环装置35主要由连接贮水部47和喷嘴39的循环配管54、和设置于循环配管54的循环泵55构成。又，在循环配管54上设置有pH计56、和SO₄离子计57。而且，洗涤冷却装置31形成为如下结构：基于pH计56、SO₄离子计57以及上述水位计48的测定值，控制由中和剂投入装置49投入的中和剂投入量、由清水供给装置50供给的清水的供给量以及向废水处理单元60进出的洗涤液的量，从而使贮水部47的水位总是位于液体区域37和液体区域41的液体连接口46上端部的上方（即，避免洗涤液的水面低于液体连接口46的上端部，而洗涤部33的气体区域36的一部分排气通过液体连接口46（绕过热交换器43以及捕雾器44）流入冷却部34的气体区域40）、使pH值在规定范围内、且使SO4离子浓度达到一定浓度以下。另外，关于具体的控制方法省略说明。

如上所述，在本实施形态中，在外框壳体51内，洗涤部33的液体区域37和冷却部34的液体区域41直接连接，抽汲由两个液体区域37、41形成为一体的贮水部47的洗涤液并由喷嘴39喷射。因此，无需将由喷嘴39喷射的洗涤液从缓冲罐等中抽汲，因此无需在EGR单元30中具备缓冲罐等，可以紧凑地构成EGR单元30。借助于此，根据发动机10，也可以搭载根据本实施形态的EGR单元30。

又，本实施形态的EGR单元30不具有缓冲罐，而洗涤液一体地积留在外框壳体51内位于洗涤部33以及冷却部34的下方的贮水部47中，因此可以抑制在EGR单元30内循环的洗涤液的量。因此，由投入中和剂等引起的pH值的响应反应较快，可以将洗涤液的pH值维持在合适的范围内。又，在冷却部34中生成的冷凝水中不存在中和剂，因此在洗涤后剩余的少量硫分溶解，其结果是冷凝水的pH值通常低于在洗涤部33中与排气反应后的洗涤液的pH值。像这样，即便冷却部34的冷凝水和洗涤部33的洗涤液的pH值不同，但是在本实施形态中贮水部47形成为一体，因此两个液体迅速混合，可以一同进行pH值的控制。其结果是，可以高效地去除向发动机10再循环的排气中的SOx。又，通过循环装置35的循环配管54的洗涤液pH值不会过度降低，因此无需对循环配管54实施过度的耐腐蚀措施。此外，认为例如在将使用过的洗涤液从废水处理单元60向大海排出时，从EGR单元30向废水处理单元60搬运的洗涤液可以顺利地通过向大海排出时的pH值标准（废水标准）。因此，在废水处理单元60中无需进行中和处理。

又，从洗涤部33的喷嘴39喷射的洗涤液利用积留在洗涤部33中的洗涤液，因此在循环配管54的入口侧部分和出口侧部分上不会产生较大的压力差。因此，无需使循环装置35的循环泵55大型化，可以抑制消耗电力。

（第二实施形态）

接着，参照图3说明第二实施形态。根据本实施形态的发动机系统200除了洗涤部33的洗涤方法为喷射式和积留水式的组合以外，其他结构与第一实施形态的发动机系统100基本相同。以下，以根据本实施形态的洗涤冷却装置31为中心进行说明。

图3是根据本实施形态的洗涤冷却装置31的概略图。根据本实施形态的洗涤冷却装置31的洗涤部33具有液体区域导入通路58。液体区域导入通路58从形成于洗涤部33的流入口38延伸至液体区域41的洗涤液中，可以将流入洗涤部33内的所有的排气导入至液体区域41。在液体区域导入通路58的流入口38附近设置有喷嘴39，喷嘴39向流入洗涤部33（液体区域导入通路58）的排气喷射洗涤液。另外，从喷嘴39喷射的洗涤液是从贮水部47抽汲。而且，被喷射洗涤液的排气通过液体区域导入通路58的内部后向液体区域37的洗涤液中排放。借助于此，排气被积留在液体区域37内的洗涤液进一步洗涤。

像这样，洗涤部33在液体区域37中积留一定程度的量的洗涤液，因此使用该积留的洗涤液可以同时进行喷射方式且积留水方式的洗涤。因此，在根据本实施形态的发动机系统200中，可以更高效地进行排气的洗涤。

以上，参照附图说明本发明的实施形态，具体的结构不限于这些实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等均属于本发明。例如，即便洗涤部33中的洗涤方式为喷射方式和积留水方式等以外的方式也均属于本发明。

又，在上述实施形态中，洗涤部33的液体区域37和冷却部34的液体区域41通过外框壳体51和分隔构件53之间的间隙直接连接，但是也可以以其他形态直接连接。例如，在外框壳体51和分隔构件53之间无间隙，而在分隔构件53上形成有贯通孔，并且两个液体区域37、41通过该贯通孔直接连接，这也属于本发明。又，同样如此，在外框壳体51和分隔构件53之间无间隙，而两个液体区域37、41通过短管连接，且两个液体区域37、41通过该管直接连接，这也属于本发明。

此外，也可以是在外框壳体51的内部以使洗涤部33和冷却部34不连通的形式设置分隔构件53，且将使两个气体区域36、40连通的配管或管等以及使两个液体区域37、42连通的配管或管等设置在外框壳体51的外侧。又，也可以是将洗涤部33的液体区域37和冷却部34的液体区域41之间通过分隔板53的下端完全封闭后，再设置与连接于喷嘴39的配管、液体区域37和液体区域41连接的Y型配管。根据该结构，可以将两个液体区域37、41的液体在Y型配管内合流，并且将合流的液体向喷嘴39供给。在任意一种情况下，贮水部47均由洗涤部33的液体区域37和冷却部34的液体区域41形成。

工业应用性：

EGR单元具备根据本发明的洗涤冷却装置，以此可以构成无缓冲罐的EGR单元。因此在EGR单元的技术领域有益。

符号说明：

10 发动机；

30 EGR单元；

31 洗涤冷却装置；

33 洗涤部；

34 冷却部；

36 气体区域；

37 液体区域；

39 喷嘴；

40 气体区域；

41 液体区域；

51 外框壳体；

52 内壁；

53 分隔构件；

100、200 发动机系统。

Claims (9)

1.一种洗涤冷却装置，是构成EGR单元的一部分的装置，具备：

使用洗涤液洗涤排气的洗涤部；和

与所述洗涤部相邻，将通过所述洗涤部洗涤的排气进行冷却的冷却部；

所述洗涤部具有积留用于洗涤的洗涤液的液体区域；

所述冷却部具有即将冷却的排气流过的气体区域、和接收因排气的冷却而产生的冷凝水的液体区域；

所述洗涤部的液体区域和所述冷却部的液体区域直接连接；

在所述冷却部的气体区域设置有冷却排气的热交换器；

所述热交换器以如下形式配置：排气通过该热交换器时，排气从该热交换器的竖直方向上侧朝向竖直方向下侧流动。

2.根据权利要求1所述的洗涤冷却装置，其特征在于，

所述洗涤部具有洗涤过的排气流过的气体区域；

所述洗涤部的气体区域和所述冷却部的气体区域直接连接。

3.根据权利要求2所述的洗涤冷却装置，其特征在于，

所述洗涤部以及所述冷却部由外框壳体的内壁、和分隔该外框壳体的内部空间的分隔构件划定。

4.根据权利要求3所述的洗涤冷却装置，其特征在于，

所述洗涤部的气体区域和所述冷却部的气体区域在所述分隔构件的上端附近直接连接，所述洗涤部的液体区域和所述冷却部的液体区域在所述分隔构件的下端附近直接连接。

5.根据权利要求4所述的洗涤冷却装置，其特征在于，

所述分隔构件形成为板状。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的洗涤冷却装置，其特征在于，

所述洗涤部形成为抽汲液体区域的洗涤液后向排气喷射的结构。

7.根据权利要求6所述的洗涤冷却装置，其特征在于，

所述洗涤部形成为将排气向液体区域的洗涤液中排放的结构。

8.一种EGR单元，

具备根据权利要求1至7中任意一项所述的洗涤冷却装置，使由所述洗涤冷却装置洗涤以及冷却的排气向发动机再循环。

9.一种发动机系统，具有权利要求8所述的EGR单元。