CN107201974B

CN107201974B - 内燃机系统

Info

Publication number: CN107201974B
Application number: CN201710160432.2A
Authority: CN
Inventors: C·N·尼尔森
Original assignee: MAN Diesel and Turbo Filial af MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP2017180460A; JP6505764B2; KR101982127B1; KR20170108877A; CN107201974A

Abstract

本发明涉及一种内燃机系统，其包括产生排气的内燃机、构造成接收排气的排气接收器以及气体处理装置，该气体处理装置包括具有顶面、排气入口和出口的壳体，该气体处理装置布置在该排气接收器的下游并且包括板形元件，板形元件垂直于壳体的顶面布置并具有在板形元件的顶端处的顶部边缘、底端、面向排气入口的第一边缘和面向出口的第二边缘，板形元件具有在排气入口与出口之间的用以确保排气沿板形元件从排气入口流至出口的板延伸部和布置在板形元件的第二边缘处的液滴捕集部件，其中，气体处理装置包括液体供应装置，该液体供应装置构造成沿板形元件的顶部边缘的一部分供应液体以确保液体从板形元件的顶端流向板形元件的底端。

Description

内燃机系统

技术领域

本发明涉及一种内燃机系统，该内燃机系统包括：产生排气的内燃机、构造成接收排气的排气接收器、和气体处理装置。

背景技术

内燃机产生不同量的污染物，所述污染物可以很多种方式减少。一个方法是再循环给定量的排气并借此在燃烧过程中减少NOx的形成。

在排气再循环之前，必须降低温度并且必须对颗粒和硫进行处理以防止损害内燃机。处理排气的一个方式是借助预洗涤器处理，其中NaOH/水被注入该排气再循环(EGR)气体中。在蒸发过程中，形成SO₃气溶胶、碳烟颗粒和盐颗粒，它们之后在气体作为净化气体被送入内燃机之前在随后的洗涤器中被除去。为了改进这一过程，需要这样的一种替代方案，即该替代方案能够补充或甚者代替已知的洗涤器/过滤器，因为已知的过滤器技术因在预洗涤器处理期间形成的高颗粒含量而将时间定的非常短。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的气体处理装置，该气体处理装置比已知洗涤器更高效地去除和防止形成SO₃气溶胶、盐颗粒和碳烟颗粒。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过内燃机系统来实现，该内燃机系统包括：

-产生排气的内燃机；

-构造成接收排气的排气接收器；以及

-气体处理装置，该气体处理装置包括具有顶面、排气入口和出口的壳体，该气体处理装置布置在该排气接收器的下游并且包括板形元件，所述板形元件垂直于所述壳体的顶面布置并具有在板形元件的顶端处的顶部边缘、底端、面向排气入口的第一边缘和面向所述出口的第二边缘，所述板形元件具有在所述排气入口与所述出口之间的用以确保排气沿所述板形元件从所述排气入口流至所述出口的板延伸部和布置在所述板形元件的第二边缘处的液滴捕集部件，

其中，所述气体处理装置包括液体供应装置，该液体供应装置构造成沿所述板形元件的顶部边缘的一部分供应液体以确保液体从所述板形元件的顶端流向所述板形元件的底端。

上述气体处理装置可与所述排气接收器流体连接。

在一个实施例中，所述板形元件可具有第一面和第二面，所述液体供应装置构造成向所述第一面和所述第二面二者供应液体。

在另一实施例中，可在所述壳体中布置多个板形元件，所述多个板形元件之间具有相互距离以形成用于所述排气的流动路径。

上述距离可取决于气流速度和可接受的压降并且可取决于内燃机构型。

此外，所述壳体可具有垂直于所述板延伸部的横截面，并且所述板形元件可沿所述横截面均匀分布。

进一步地，每隔一个板形元件可具有比相邻的板形元件更长的板延伸部，从而液滴捕集部件是沿从所述排气入口至所述出口的壳体延伸部错位的。

在一个实施例中，所述液体供应装置可沿所述顶部边缘的至少25％，优选沿所述顶部边缘的至少50％，更优选沿所述顶部边缘的至少75％供应液体。

在另一实施例中，所述壳体的所述顶面可以是液体容器的一部分。

上述顶面还可具有与所述板形元件相对布置的通槽。

所述通槽可形成液体分配通道。

此外，所述板形元件可突伸至所述通槽中。

此外，所述通槽可具有宽度且所述板形元件可具有厚度，所述宽度大于所述厚度，从而在所述板形元件与所述通槽之间提供液体流动通路。

所述通槽还可对着所述板形元件的顶部边缘布置。

进一步地，可设置多个导管，所述导管具有孔，所述孔布置成使得所述孔面向所述板形元件的顶部边缘。

在一个实施例中，所述液体供应装置可以预定液体速率将液体递送至所述板形元件，所述液体速率根据所述排气的速度调节。

在另一实施例中，液体冷却单元可构造成在所述液体被给送至所述液体供应装置之前冷却所述液体。

在又一实施例中，可在所述板形元件的底部边缘下方布置收集容器。

此外，所述液体可以是水与氢氧化钠的混合物。

此外，一个或多个所述板形元件可沿所述板延伸部设置一个或多个弯曲部。

所述弯曲部可在最靠近所述板形元件的第二端处最大。

在一个实施例中，所述板形元件的所述第一边缘可限定出入口面积，所述入口面积在0.5-20m²之间，优选在1.5-5.0m²之间。

在另一实施例中，所述液滴捕集部件可沿所述第二边缘的至少75％布置。

所述液滴捕集部件还可从所述底部边缘起沿所述第二边缘向上布置。通过将所述液滴捕集部件从底部边缘起沿第二边缘向上布置，确保了所有的功能。

上述液滴捕集部件可具有V形或U形横截面。

此外，所述排气可包含SO₃气凝胶、盐颗粒和碳烟颗粒。

根据本发明的内燃机系统还可包括预洗涤器。

此外，所述气体处理装置可布置在所述预洗涤器的下游。

此外，所述内燃机系统可包括水雾捕集器。

此外，所述气体处理装置可布置在所述水雾捕集器的上游。

在一个实施例中，所述内燃机系统可包括冷却单元。

所述气体处理装置还可临近所述冷却单元地布置在所述冷却单元的上游或下游。

在另一实施例中，所述内燃机系统还可包括布置在所述冷却单元下游的洗涤器。

在又一实施例中，所述内燃机系统可包括涡轮增压器。

此外，所述气体处理装置可布置在所述涡轮增压器的下游。

此外，可在所述涡轮增压器的下游布置冷却单元，并且所述气体处理装置可分别布置在所述冷却单元和所述涡轮增压器的下游。

此外，所述排气可在所述排气接收器的下游被分成排气再循环支路和涡轮增压器支路。

另外，所述气体处理装置可与所述排气再循环支路和/或所述涡轮增压器支路流体连接。

所述内燃机系统还可包括净化气体接收器。

上述净化气体接收器可与所述内燃机流体连接。

此外，所述气体处理装置可布置在所述净化气体接收器的上游。

此外，可在所述内燃机系统中布置多个气体处理装置。

此外，可串联布置两个气体处理装置。

最后，所述内燃机可以是二冲程内燃机。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的具有内燃机的内燃机系统的示意图；

图2示出了气体处理装置的透视图；

图3示出了气体处理装置的板形元件的透视图；

图4示出了不带顶面的图1的气体处理装置；

图5-9示出了内燃机系统的多个其它实施例的示意图；

图10示出了另一气体处理装置的透视图；以及

图11示出了具有气体处理装置的内燃机系统的透视图。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1示出了具有内燃机2的内燃机系统100，该内燃机2通过燃料如重燃料油、气体或柴油提供动力并产生排气。该内燃机系统100还包括构造成接收排气的排气接收器3和用于处理排气的气体处理装置4。气体处理装置4布置在排气接收器3的下游，该排气接收器接收的一部分排气用于排气再循环过程，而另一部分排气用于驱动涡轮增压器50，该涡轮增压器具有由排气驱动的涡轮机51，用于驱动压缩机52。因此，排气在排气接收器3的下游被分成排气再循环支路48和涡轮增压器支路49。

内燃机系统100还包括预洗涤器31，在该预洗涤器中，通过向气体中喷射水(H₂O)和氢氧化钠(NaOH)的混合物来对排气进行处理以形成气溶胶、盐颗粒、液滴和SO₃颗粒。气体处理装置4布置在预洗涤器31的下游，用于除去在预洗涤器31中形成的气溶胶、盐颗粒、液滴和SO₃颗粒。在气体处理装置4的下游，使气体在冷却单元32中冷却，之后使气体流入洗涤器33中并随后进入水雾捕集器(WMC)34，以捕集气体中剩余的液滴，之后气体在净化气体接收器37中被接收。可设置风机35，以用于在气体被接收在净化气体接收器37中并再次送入内燃机2之前增大气体的压力。来自涡轮增压器50的压缩机52的气体也在第二冷却单元38中的被冷却，并且在气体被送入净化气体接收器37之前在第二水雾捕集器39中捕集液滴。设置第一阀41来重新引导来自压缩机52的一部分气体。第二阀42是转换阀。在预洗涤器33上游设置有第三阀43，该第三阀是关闭阀。

图2的气体处理装置4包括具有顶面6、排气入口7和出口8的壳体5。气体处理装置4还包括多个板形元件9，所述多个板形元件垂直于壳体5的顶面6地布置在直立位置。如在图3中所示，每个板形元件9均具有第一面21和第二面22，它们为板形元件9的主表面。板形元件9具有在板形元件9的顶端11处的顶部边缘10、底端12、面向图2中的壳体5的排气入口7的第一边缘14、和面向壳体5的出口8的第二边缘15。如在图2中所示，板形元件9具有在排气入口7与出口8之间的板延伸部16，以确保排气沿着板形元件9从排气入口7流动至出口8，并且在板形元件9的第二边缘15处设置有液滴捕集部件17，以捕集沿板形元件9流动的液滴，从而确保液滴不会在第二边缘15处再次进入气体中。气体处理装置4还包括液体供应装置18，该液体供应装置可经由一个或多个凸缘19(在图2中示出)进给NaOH水溶液，所述一个或多个凸缘19构造成沿图3中示出的板形元件9的顶部边缘10的一部分供应液体以确保液体垂直于排气的沿板延伸部16的流动方向地从板形元件9的顶端11流向板形元件9的底端12。液体供应装置18构造成将液体供应至各板形元件9的第一面21和第二面22，并且液体供应装置18沿顶部边缘的至少25％，优选沿顶部边缘的至少50％，更优选沿顶部边缘的至少75％供应液体，以提供沿板形元件9的第一面21和第二面22向下流动的薄液层。如可在图2中看到的，壳体5的顶面6形成为液体供应装置18的液体容器24的一部分，并且顶面6形成为液体容器24的底部的一部分。

在图3中，板形元件9沿板延伸部16设置有多个弯曲部26，并且弯曲部26沿所述板延伸部16和流动方向增大，从而在最靠近板形元件9的第二端处的弯曲部26最大。以这种方式，最大的颗粒和液滴在板形元件9的最靠近第一边缘14的第一部分27中被捕集而不会被射出并撞击板形元件9并且借此在气体流动前行的同时被捕集。如果板形元件9在第一部分27中也具有较大的弯曲部26，则排气中的液滴和颗粒将更直接流动进入板形元件9并因此撞击板形元件9，从而导致液滴和/或颗粒被分细并重新进入气体中的高风险，而不是滞留在板形元件9上并流入液滴捕集部件17中。较小的液滴、颗粒和/或气溶胶在下游被进一步捕集在位于板形元件9的第二部分28处的较大弯曲部26中。液滴捕集部件17沿第二边缘15的至少75％布置，从底端12开始并沿第二边缘15向上延伸。液滴捕集部件17具有V形或U形的横截面。

图4的气体处理装置4包括布置在壳体5中的多个板形元件9，所述多个板形元件之间具有相互距离d，以形成用于排气的流动路径23。以这种方式，排气被迫沿每个板形元件9流动并跟随板形元件的弯曲部26。壳体5具有垂直于板延伸部16的横截面，并且板形元件9沿该横截面均匀分布。每隔一个板形元件9具有比相邻的板形元件9更长的板延伸部16，以确保液滴捕集部件17是沿从排气入口7至出口8的壳体延伸部29错位的。

在图10中，气体处理装置4的壳体5的顶面6具有与板形元件9相对布置的通槽25，并且通槽25形成液体分配通道30。槽25对着板形元件9的顶部边缘10布置。槽25具有宽度w且板形元件9具有厚度t，并且宽度w大于厚度t以确保在板形元件9与槽25之间提供出液体分配通道30。因此，液体供应装置18的液体容器24中的液体流动经过在槽25与突伸到槽25中的板形元件9之间形成的液体分配通道30并沿板形元件9向下流。收集容器44布置在板形元件9的底端12的下方。在另一实施例中，气体处理装置4可替代地具有多个导管，所述多个导管具有孔，所述孔布置成面向板形元件9的顶部边缘10。导管然后被流体连接至液体供应装置18。

在图10，板形元件9的第一边缘14限定出入口面积A_I，该入口面积可大于排气入口7。入口面积A_I在0.5-20m²之间，优选在1.5-5.0m²之间。

液体供应装置18以预定液体速率将液体递送至板形元件9，所述液体速率根据排气的速度调节。液体是水(H₂O)和氢氧化钠(NaOH)的混合物。

在图1和5中，气体处理装置4布置在水雾捕集器34的上游。在图5中，气体处理器4布置成与排气接收器3直接流体连通，而不是与预洗涤器31或洗涤器33(在图1中示出)直接流体连通。因此，气体处理装置4通过仅一个过程步骤净化排气，之后气体流入冷却单元32并且进一步流到水雾捕集器34上。气体处理装置4临近冷却单元32地布置在冷却单元32的上游。

在图6中，气体处理装置4与冷却单元32相邻地布置在该冷却单元的下游。内燃机系统100包括在冷却单元32上游的预洗涤器31，从而排气在进入气体处理装置4之前在预洗涤器31中被预处理并且在冷却单元32中被冷却。因此，内燃机系统100沿排气再循环支路48不需要水雾捕集器34(在图1中示出)，因为水雾在气体处理装置4中被捕集。

当通过某些燃料提供动力时，在图7中示出的内燃机系统100沿排气再循环支路48仅包括气体处理装置4和风机35，因为气体处理装置4足以能够净化排气中的所有颗粒、液滴、气溶胶。当以某些种类的燃料运行时，颗粒、液滴和气溶胶的量相比于例如重燃料油被显著减少。此外，当内燃机系统100仅包括气体处理装置4时，在预洗涤器31中形成的颗粒也不再需要除去。如在图7中所示，设置有液体冷却单元45，以便在液体被给送至气体处理装置4的液体供应装置之前冷却所述液体。

在图8中，气体处理装置4与涡轮增压器支路49流体连接并布置在涡轮增压器50的下游。在涡轮增压器50的下游布置有冷却单元38，并且气体处理装置4布置在冷却单元38和涡轮增压器50二者的下游。

在图9中，在内燃机系统100中设置有两个气体处理装置4。一个气体处理装置4与涡轮增压器支路49流体连接，而另一个气体处理装置与排气再循环支路48流体连接。气体处理装置4与涡轮增压器支路49流体连接，以起到冷却器和水雾捕集器二者的功能。在另一实施例中，沿排气再循环支路48或涡轮增压器支路49中的一个串联设置两个气体处理装置4。

内燃机系统100的内燃机2是二冲程内燃机或四冲程内燃机2。

在图11中以透视图示出了内燃机系统100，其具有排气接收器3、气体处理装置4和内燃机2。

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims

1.一种内燃机系统(100)，包括：

-产生排气的内燃机(2)；

-构造成接收所述排气的排气接收器(3)；和

-气体处理装置(4)，所述气体处理装置包括具有顶面(6)、排气入口(7)和出口(8)的壳体(5)，所述气体处理装置布置在所述排气接收器的下游并且包括板形元件(9)，所述板形元件垂直于所述壳体(5)的顶面(6)布置并具有在板形元件(9)的顶端(11)处的顶部边缘(10)、底端(12)、面向所述排气入口(7)的第一边缘(14)和面向所述出口(8)的第二边缘(15)，所述板形元件(9)具有在所述排气入口(7)与所述出口(8)之间以用于确保所述排气沿所述板形元件(9)从所述排气入口(7)流至所述出口(8)的板延伸部(16)和布置在所述板形元件(9)的第二边缘(15)处的液滴捕集部件(17)，其中所述液滴捕集部件具有V形或U形横截面，并且所述板形元件(9)沿该板延伸部(16)设置有多个弯曲部(26)，所述板形元件具有靠近该第一边缘(14)的第一部分(27)以及靠近该第二边缘(15)的第二部分(28)，且所述弯曲部(26)沿所述板延伸部和流动方向增大，从而在最靠近该板形元件(9)的该第二部分(28)处的弯曲部最大；

其中，所述气体处理装置(4)包括液体供应装置(18)，该液体供应装置构造成沿所述板形元件(9)的顶部边缘(10)的一部分供应液体以确保液体从所述板形元件(9)的顶端(11)流向所述板形元件的底端(12)。

2.根据权利要求1所述的内燃机系统(100)，其中，所述板形元件(9)具有第一面(21)和第二面(22)，所述液体供应装置(18)构造成向所述第一面(21)和所述第二面(22)两者供应液体。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(100)，其中，在所述壳体(5)中布置有多个板形元件(9)，所述多个板形元件之间具有相互距离(d)以形成用于所述排气的流动路径(23)。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(100)，其中，所述液体供应装置(18)沿所述顶部边缘(10)的至少25％供应液体。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(100)，其中，所述壳体(5)的所述顶面(6)是液体容器(24)的一部分。

6.根据权利要求5所述的内燃机系统(100)，其中，所述顶面(6)具有与所述板形元件(9)相对布置的通槽(25)。

7.根据权利要求6所述的内燃机系统(100)，其中，所述板形元件(9)突伸至所述通槽(25)中。

8.根据权利要求1或2所述的内燃机系统(100)，其中，所述液体是水(H₂O)与氢氧化钠(NaOH)的混合物。

9.根据权利要求3所述的内燃机系统(100)，其中，所述板形元件(9)的所述第一边缘(14)限定出入口面积(A_I)，所述入口面积(A_I)在0.5-20m²之间。

10.根据权利要求4所述的内燃机系统(100)，其中，所述液体供应装置(18)沿所述顶部边缘(10)的至少50％供应液体。

11.根据权利要求10所述的内燃机系统(100)，其中，所述液体供应装置(18)沿所述顶部边缘(10)的至少75％供应液体。

12.根据权利要求9所述的内燃机系统(100)，其中，所述入口面积(A_I)在1.5-5.0m²之间。