JP2017534786A - 排ガスによる触媒熱再生 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトかつシンプルであり、低い動作コスト及び低い設置コストで触媒の再生が可能な、船舶用の排ガス清浄システムにおける、触媒を再生するためのシステムを提供すること。【解決手段】エンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム０１であって、ターボチャージャのタービン０３に接続された１つ以上の排ガスパイプ０２と、モーティブ入口０５、吸込み口０６及び出口０７を含むエダクタ０４と、ターボチャージャのタービンの上流において１つ以上の排ガスパイプをエダクタ０４のモーティブ入口０５へ接続する１つ以上の排ガス分割流パイプ０８と、エダクタ０４の吸込み口０６へ接続された空気パイプ０９と、該空気パイプ０９に取り付けられた流れ調整バルブ１０と、エダクタ出口０７を触媒化されたすすフィルタに接続するエダクタ出口パイプ１１とを含んでいる。

Description

本発明は、エンジンからの排ガスを用いて触媒を再生するためのシステム及び方法に関するものである。特に本発明は、排ガス中に存在する炭化水素並びにすす、灰及び重金属の形態の粒子状物質を除去するための、ターボチャージャを含む船舶用エンジンの排ガス清浄応用システムにおける触媒の再生に関するものである。

エンジンの排ガスの清浄化は、ますます重要になってきているとともに、増大する環境規制に伴って要求される。清浄システムは、船舶用のエンジンシステムの総コストを増大させる余分なエネルギー及び余分なスペースを必要とする。

典型的には、エンジンの排ガスの清浄システムは、フィルタシステムと組み合わせられ得る触媒を含んでいる。排ガス清浄フィルタは、しばしばウォールフロー型フィルタとして成形されており、このウォールフロー型フィルタは最大の清浄効率を保証するものの、他のフィルタタイプも採用されることができる。フィルタのタイプは、酸化触媒を備えることが可能である。

排ガス清浄システムに含まれる触媒は、再生される必要がある。これには、触媒の再生に適した範囲の温度を有する気体流が必要である。したがって、再生システムは追加的な熱エネルギーを必要とし、この熱エネルギーは、船舶推進システムの総効率に対して不利益を有するものであるとともに、機器コスト及びエネルギー消費を増大させるものである。

必要な追加の熱エネルギーを提供するための費用を最小化する触媒再生システム及び方法が必要である。システムは、環境負荷並びに港湾及び海岸地域におけるナビゲーションの影響を最小化し、同時に再生システムの設置及び動作のコストを最小化するために、特に海洋において汚染の排出が低いか、又はないことを保証する排ガス清浄システムの触媒を再生する必要がある。好ましくは、再生システムは、現存するエンジンシステム、特に船舶用エンジンシステムと互換性がある必要がある。

本発明は、特にターボ過給されるディーゼルエンジンを含む船舶用の排ガス清浄システムにおける、触媒を再生するためのシステム及び方法を提供するものである。このシステムは、更にコンパクトかつシンプルであり、システム及び方法は、低い動作コスト及び低い設置コストで触媒の再生を提供する。そのコンパクト性及びシンプル性により、現存する船舶用応用システムの改良のための後付けに適しており、しかも、コンパクトなデザインはスペース及びコストを節約するものであるため、新たに製造される応用システムにも良好に適している。

触媒を再生するための本システム及び本方法では、触媒の熱再生のための高温気体は、ターボチャージャタービンの手前でエンジン排ガスヘッダから直接引き出される。タービンの手前で流れるこの排ガスは、エダクタ内に入る。エダクタにおける気体膨脹により、低温空気の制御された流れが調整バルブによって引き出される。空気バルブは、エゼクタ後の排ガスの正確な設定温度を維持するために調節される。そして、気体は、再生される必要があり、したがって追加の熱エネルギーを必要としない触媒へ導かれる。

＜本発明の特徴＞
１．エンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステムであって、
ターボチャージャのタービンに接続された１つ以上の排ガスパイプと；
モーティブ入口、吸込み口及び出口を含むエダクタと；
前記ターボチャージャの前記タービンの上流において前記１つ以上の排ガスパイプを前記エダクタの前記モーティブ入口へ接続する１つ以上の排ガス分割流パイプと；
前記エダクタの前記吸込み口へ接続された空気パイプと；
該空気パイプに取り付けられた流れ調整バルブと；
前記エダクタ出口を前記触媒化されたすすフィルタに接続するエダクタ出口パイプと
を含む、エンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

２．前記流れ調整バルブが、前記エダクタから出る気体の一定の温度範囲を達成するために、前記エダクタ内へ吸い込まれる空気の量を調整することに適合されていることを特徴とする特徴１に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

３．前記温度範囲が３８０〜５００℃であることを特徴とする特徴２に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

４．前記触媒化されたすすフィルタがコンパクトに組み合わせたＤＰＦフィルタであることを特徴とする上記特徴のうちいずれか１つに記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

５．前記エンジンが船舶用ディーゼルエンジンであることを特徴とする上記特徴のうちいずれか１つに記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

６．前記エダクタの前記モーティブ入口への排ガスの流れを開放し、遮断し、又は調整することに適合された前記１つ以上の排ガス分割流パイプに配置された調整バルブ（１２）を更に含むことを特徴とする上記特徴のうちいずれか１つに記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

７．前記エンジンからの排ガスが４００〜５２０℃の温度を有していることを特徴とする上記特徴のうちいずれか１つに記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

８．前記エンジンからの排ガスが１〜２．５ｂａｒｇの圧力を有していることを特徴とする上記特徴のうちいずれか１つに記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。

９．あらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法であって、
圧縮された排ガス分割流をターボチャージャの上流から提供するステップと；
前記圧縮された排ガス分割流を排ガス温度でエダクタのモーティブ入口へ通過させ、排ガスよりも低い温度における周囲空気を前記エダクタの吸込み口を介してより低い圧力で引き入れるステップと；
前記あらかじめ設定された設定温度を得るために、前記エダクタの前記吸込み口を介して引き入れられた周囲空気の量を制御するステップと；
このように得られた排ガス空気混合物を、フィルタのすす再生に十分な時間の間、触媒化されたすすフィルタと接触させるステップと
を含む、あらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。

１０．前記設定温度が３８０〜５００℃の範囲にあることを特徴とする特徴９に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。

１１．前記触媒化されたすすフィルタがコンパクトに組み合わせたＤＰＦフィルタであることを特徴とする特徴９又は１０に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。

１２．前記エンジンが船舶用ディーゼルエンジンであることを特徴とする特徴９〜１１のいずれか１つに記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。

１３．前記エダクタの前記モーティブ入口への排ガスの流れを開放し、遮断し、又は調整することに適合された前記１つ以上の排ガス分割流パイプに配置された調整バルブを更に含むことを特徴とする特徴９〜１２のいずれか１つに記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。

１４．前記エンジンからの排ガスが４００〜５２０℃の温度を有していることを特徴とする特徴９〜１３のいずれか１つに記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。

１５．前記エンジンからの排ガスが１〜２．５ｂａｒｇの圧力を有していることを特徴とする特徴９〜１４のいずれか１つに記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。

本発明の一実施例による触媒熱再生システムを示す図である。

方法及びシステムのより詳細な説明は、図面を参照した以下の具体的な実施例から明らかである。

ここで、図１には、本発明の一実施例による触媒熱再生システム０１が示されている。２つの排ガスパイプ０２によって、ディーゼルエンジン排ガスヘッダが２つのターボチャージャタービン０３に接続されている。排ガスの一部は、排ガスパイプから排ガス分割流パイプ０８を介してエダクタ０４へ流れる。この排ガス分割流は、排ガス調整バルブ１２を介してエダクタモーティブ入口０５に接続されている。排ガス調整バルブは、触媒（不図示）の再生の必要性に応じて排ガス分割流の流れを調整することに適合されている。排ガス分割流はパルス流であってよく、このパルス流は、再生を伴わない動作期間とは分離された再生期間中に触媒にのみ接続される。エダクタを通過するときには、排ガス分割流は、周囲空気（低温空気）の流れにおいて空気パイプ０９からエダクタ吸込み口０６を介してエダクタ内の気体膨脹により吸い込むことができる。

排ガス分割流及び低温空気のある量を含む、合流された流れは、エダクタ出口０７を介してエダクタから出るとともに、再生されるべき触媒へエダクタ出口パイプ１１によって導かれる。合流された流れの温度は、空気パイプ０９内に配置された流れ調整バルブ１０の存在により、排ガス温度の変化にもかかわらず所望の一定範囲内で維持される。流れ調整バルブは、排ガス分割流に関して、低温の周囲空気の量を調整することに適合されており、これにより、合流された流れは一定の温度範囲に維持される。

＜例＞
触媒熱再生システムにおいては、ディーゼルエンジンからの排ガスは、エンジン負荷に応じて、１〜２．５ｂａｒｇの圧力と、４００〜５２０℃の温度を有する。

流れ調整バルブは、エダクタ後の合流されたガスの流れの温度を触媒の再生に適した３８０〜５００℃の範囲に維持するために、低温の周囲空気の流れ（吸込み）を調節及び調整する。

０１ 触媒熱再生システム
０２ 排ガスパイプ
０３ ターボチャージャタービン
０４ エダクタ（Ｅｄｕｃｔｏｒ）
０５ エダクタモーティブ入口
０６ エダクタ吸込み口
０７ エダクタ出口
０８ 排ガス分割流パイプ
０９ 空気パイプ
１０ 流れ調整バルブ
１１ エダクタ出口パイプ
１２ 排ガス調整バルブ

Claims (15)

1. エンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム（０１）であって、
   ターボチャージャのタービン（０３）に接続された１つ以上の排ガスパイプ（０２）と；
   モーティブ入口（０５）、吸込み口（０６）及び出口（０７）を含むエダクタ（０４）と；
   前記ターボチャージャの前記タービンの上流において前記１つ以上の排ガスパイプを前記エダクタの前記モーティブ入口へ接続する１つ以上の排ガス分割流パイプ（０８）と；
   前記エダクタの前記吸込み口へ接続された空気パイプ（０９）と；
   該空気パイプに取り付けられた流れ調整バルブ（１０）と；
   前記エダクタ出口を前記触媒化されたすすフィルタに接続するエダクタ出口パイプ（１１）と
   を含む、エンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
2. 前記流れ調整バルブが、前記エダクタから出る気体の一定の温度範囲を達成するために、前記エダクタ内へ吸い込まれる空気の量を調整することに適合されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
3. 前記温度範囲が３８０〜５００℃であることを特徴とする請求項２に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
4. 前記触媒化されたすすフィルタがコンパクトに組み合わせたＤＰＦフィルタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
5. 前記エンジンが船舶用ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
6. 前記エダクタの前記モーティブ入口への排ガスの流れを開放し、遮断し、又は調整することに適合された前記１つ以上の排ガス分割流パイプに配置された調整バルブ（１２）を更に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
7. 前記エンジンからの排ガスが４００〜５２０℃の温度を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
8. 前記エンジンからの排ガスが１〜２．５ｂａｒｇの圧力を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの熱再生のためのシステム。
9. あらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法であって、
   圧縮された排ガス分割流をターボチャージャの上流から提供するステップと；
   前記圧縮された排ガス分割流を排ガス温度でエダクタのモーティブ入口へ通過させ、排ガスよりも低い温度における周囲空気を前記エダクタの吸込み口を介してより低い圧力で引き入れるステップと；
   前記あらかじめ設定された設定温度を得るために、前記エダクタの前記吸込み口を介して引き入れられた周囲空気の量を制御するステップと；
   このように得られた排ガス空気混合物を、フィルタのすす再生に十分な時間の間、触媒化されたすすフィルタと接触させるステップと
   を含む、あらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。
10. 前記設定温度が３８０〜５００℃の範囲にあることを特徴とする請求項９に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。
11. 前記触媒化されたすすフィルタがコンパクトに組み合わせたＤＰＦフィルタであることを特徴とする請求項９又は１０に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。
12. 前記エンジンが船舶用ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。
13. 前記エダクタの前記モーティブ入口への排ガスの流れを開放し、遮断し、又は調整することに適合された前記１つ以上の排ガス分割流パイプに配置された調整バルブを更に含むことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。
14. 前記エンジンからの排ガスが４００〜５２０℃の温度を有していることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。
15. 前記エンジンからの排ガスが１〜２．５ｂａｒｇの圧力を有していることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載のあらかじめ設定された設定温度における排ガスと周囲空気の混合を伴うエンジン排ガス清浄ユニットにおける触媒化されたすすフィルタの制御された熱再生のための方法。