JP4109393B2 - ディーゼル機関の冷却水供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の冷却水供給装置に関するものであり、冷却水の冷却効果により酸化硫安が生じにくい温度に排気ガスの温度を制御し、排気ガス浄化触媒の劣化促進を防止するものである。
【0002】
【従来の技術】
エンジンから排出される排気ガスは、大気に放出する前に必ず浄化しなければならない。還元剤(アンモニアガス,アンモニア水,尿素水等)を噴霧することにより排気ガスを浄化する脱硝装置(浄化装置)においては、排気ガスの温度が所定温度より低ければ排気ガス中に含まれる硫黄成分と還元剤とが反応して酸化硫安という物質が発生する。この酸化硫安は、脱硝装置内の触媒の劣化を促進させるので、定格出力に満たない運転(例えば低負荷状態)を行うと排気ガスの温度が低くなり酸化硫安が発生し易くなるため、非常に短い期間で新しい触媒と取り替えなければならなくなる。したがって、触媒の劣化促進を防止するためには、酸化硫安が発生しないように排気ガスの温度は所定温度以上(例えば300℃以上)に設定しておく必要がある。排気ガスの温度が低い場合において、排気ガスに還元剤を噴霧しなければ酸化硫安は発生しないが、それでは排気ガスが浄化されずに大気中に放出されてしまう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明では、機関の出力が定格出力以下で運転する際においても、排気ガスの温度を所定温度以上に保つ冷却水供給装置を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
【0005】
【0006】
請求項1の発明では、排気管に窒素酸化物浄化装置を備えたディーゼル機関において、前記窒素酸化物浄化装置より上流側の排気管に排気ガス温度検出手段を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度と予め設定した所定温度値とを比較する比較手段を設け、機関摺動部へ供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却器と過給機から送り込まれる空気を冷却する空気冷却器を備えた冷却水循環回路に冷却水を冷却する熱交換器を設け、前記冷却水循環回路に前記空気冷却器をバイパスするバイパス通路を設け、前記冷却水循環回路と前記バイパス通路の2つの接続部のうちの一方に三方切換弁を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度が所定温度値以下である場合には前記三方切換弁を切換えることにより冷却水の一部または全部がバイパス通路を流れて前記空気冷却器を流れる冷却水の量を減少させるようにした。
【0007】
【発明の実施の形態】
(参考例1,2)
図1は、参考例1,2によるディーゼル機関100(二点鎖線で示す)の冷却水供給装置90(冷却水循環回路90)の概略系統図である。
【0008】
図1において潤滑油冷却器1は、機関の摺動部(例えばピストン摺動部)等を潤滑した潤滑油を配管1aから回収し、また、冷却した潤滑油を配管1bから各摺動部へ配布する。配管1bには後述する温度検出器6が設置されており、温度検出器6は、潤滑油冷却器1から出た潤滑油の温度を検出する。
【0009】
温度検出器6で検出された検出信号は、破線で示す配線14を介して比較器12へ入力される。比較器12には、予め所定の温度(例えば70℃)が設定されており、検出信号(検出した潤滑油の温度)と設定した所定の温度とを比較する。
【0010】
配管2bを介して過給機4から空気冷却器2へ空気が送りこまれ、空気冷却器2は送りこまれた空気を冷却し、冷却された空気は、給気マニホールド2aから機関へ送られる。過給機4には途中に浄化装置5を備えた排気管7が接続されている。排気ガスは、浄化装置5で浄化された後に大気へ放出される。浄化装置5内には図示しない触媒が設けてあり、この触媒上で排気ガスと還元剤(アンモニア水、アンモニアガス、尿素水等)が反応することにより排気ガスが浄化されるようになっている。浄化後の排気ガスは大気へ放出される。
【0011】
排気管7の浄化装置5より上流側には排気ガスの温度を検出する温度検出器8が設けてある。温度検出器8が検出した温度の検出信号は、配線16を介して比較器13に入力される。比較器13には、予め所定の温度(例えば350℃)が設定されており、検出信号(検出した排気ガスの温度)と設定した所定の温度とを比較する。
【0012】
熱交換器3には、配管18を介して冷却塔(図示せず)から冷水(例えば32℃)が供給されており、冷水は熱交換器3を通過した後、配管30を介して元の冷却塔へ回収される。熱交換器3は、配管19で空気冷却器2と接続されている。また、熱交換器3は、配管31で三方切換弁9のポート9bと接続されている。三方切換弁9のポート9cは、配管32で冷却水を圧送するポンプ11と接続されている。ポンプ11と潤滑油冷却器1とは、配管33で接続されている。潤滑油冷却器1と空気冷却器とは、配管34で接続されている。熱交換器3内で冷却された冷却水は、潤滑油冷却器1内で潤滑油を冷却しかつ空気冷却器2内で空気(圧縮空気)を冷却する。配管19内の昇温した冷却水は、熱交換器3で冷水により熱交換されて冷却される。
【0013】
潤滑油冷却器1,空気冷却器2,熱交換器3,三方切換弁9,ポンプ11及び配管19で冷却水循環回路90(冷却水供給装置)が形成されている。
【0014】
冷却水循環回路90には、熱交換器3をバイパスするバイパス管20が設けてある。バイパス管20の一端は三方切換弁9のポート9aに接続されており、また、バイパス管20の他端は空気冷却器2と熱交換器3の間の配管19に接続されている。三方切換弁9の各ポート(9a,9b)の開度は、アクチュエータ(例えば電動モータ)10で全開から全閉まで調整可能となっている。
【0015】
アクチュエータ10は、配線17で比較器13と接続されており、比較器13で比較した結果(予め設定した所定の温度と温度検出器8が検出した排気ガスの温度とを比較した結果)が入力され、検出した排気ガスの温度と予め設定した所定の温度との差が大きい程(つまり、排気ガスの温度が低い程)三方切換弁9のポート9aの開度を大きく設定し、かつポート9bの開度を小さく設定する。このように設定することにより、冷却水循環回路90内を流れる冷却水の一部または全部がバイパス管20を流れて、熱交換器3で冷却される冷却水の量が減少し、冷却水の温度が上昇して排気ガスの温度は、比較器13に設定された所定の温度(例えば350℃)に近づく。
【0016】
また、アクチュエータ10は、配線15で比較器12と接続されており、比較器12で比較した結果(予め設定した所定の温度と温度検出器6が検出した潤滑油の温度とを比較した結果)が入力され、検出した潤滑油の温度の方が高ければ、三方切換弁9のポート9aを閉じ、かつポート9bを全開にすることにより冷却水循環回路90内を流れるすべての冷却水を熱交換器3で冷却する。
【0017】
機関が100%の出力で運転されている場合には、例えば三方弁9のポート9aを閉じ、かつポート9bを開きすべての冷却水が熱交換器3で冷却されるようにする。また、機関が100%より小さい出力(例えば70%の出力)で運転されるときには、三方切換弁9のポート9aの開度を例えば30%に設定し、かつポート9bの開度は例えば70%に設定する。このように、排気ガスの温度を検出する代わりに、機関の出力の大きさに応じて三方切換弁9のポート9a及びポート9bの開度をアクチュエータ10により調整するようにしてもよい。
【0018】
以上のように冷却水循環回路90を構成することにより、排気ガスの温度は比較器13で設定した所定温度(例えば350℃)に維持され、その結果、浄化装置5の触媒上で硫黄成分を含む排気ガスに還元剤を噴霧しても酸化硫安の発生を抑えることができ、触媒の劣化促進を防止することができる。設定する所定温度は、ここでは350℃としたが、使用する還元剤に合わせて変更してもよい。
【0019】
排気ガスの温度を検出する温度検出器8及び潤滑油温度を検出する温度検出器6は、例えばクロメル・アルメル熱電対で構成してもよいし、抵抗値の大きさで温度を検出する測温抵抗体で構成してもよい。
【0020】
機関の100%出力時(例えば発電機出力600kW)において、ポート9cの出口温度を40℃に設定したときの空気冷却器2の出口温度が49℃であれば、排気ガスの温度は例えば350℃になる。これが、例えば機関が50%出力時(300kW)において、ポート9cの出口温度を56℃に設定すると、空気冷却器出口温度を60℃になり、排気ガスの温度は350℃になる。このように機関の出力,ポート9cの出口温度,空気冷却器2の出口温度及び排気ガスの温度の間の相関関係を予め調べておくことにより、排気ガスの温度を調整することもできる。
【0021】
機関の負荷が小さいときには、排気ガスの温度を所定温度(例えば350℃)に設定するあまり、冷却水温度が上昇し過ぎることがある。このような場合は、潤滑油の温度が過剰に上昇して機関の摺動部(例えばピストン等)に悪影響を及ぼす恐れがでてくる。
【0022】
これを回避するため、温度検出器6が検出した潤滑油温度が、比較器12で設定した温度(例えば70℃)より高くなった際に、潤滑油の温度を下げるために一時的に三方切換弁9のポート9aを全閉にして、かつポート9bを全開にする。
【0023】
潤滑油の温度が下がり、また、排気ガスの温度が酸化硫安が発生し易くなる温度(280℃以下の温度)になる前に、三方切換弁9のポート9a及びポート9bの開度をそれぞれ調整し、冷却水循環回路90内を流れる冷却水の温度を上昇させる。このように三方切換弁9を制御することにより、機関の摺動部を保護しながら、浄化装置5内の触媒の劣化促進を抑えることができる。
【0024】
ディーゼル機関100は工場で製作するが、その他の冷却水循環回路90を含む配管設備等は現場で組立てられかつ製作されることが多い。図1のように冷却水循環回路90を構成すると、潤滑油冷却器1の左側に配管33を接続し、かつと空気冷却器2の右側に配管19を接続するだけでよいので、現場での組み付けを簡単に行うことができる。
【0025】
(請求項1の発明の実施例)
図2は、請求項1の発明によるディーゼル機関200(二点鎖線で示す)の冷却水供給装置(冷却水循環回路90a)の概略系統図である。図2において、図1と同じ構成の部分には同じ符号が付してある。
【0026】
図1の三方切換弁9が、図2においては空気冷却器2と熱交換器3の間に設置されている。三方切換弁9の空気冷却器2側にはポート9cを配置しており、空気冷却器2とポート9cとは、配管35で接続されている。また、三方切換弁9の熱交換器3側にはポート9bを配置しており、ポート9bと熱交換器3とは、配管19で接続されている。また、図2において、図1のバイパス管20の代わりにバイパス管20aの一端が潤滑油冷却器1と空気冷却器2の間の配管34に接続されており、バイパス管20aの他端は三方切換弁9のポート9aに接続されている。
【0027】
排気ガスの温度を検出する温度検出器8が排気管7に設置されており、温度検出器8が検出した検出信号(排気ガスの温度)は、温度検出器8とアクチュエータ10の間に設けた図1と同じ比較器13(図2には図示せず)へ入力される。比較器13において予め設定した所定温度(例えば350℃)と温度検出器8が検出した排気ガスの温度を比較し、排気ガスの温度の方が低い場合にはアクチュエータ10により三方切換弁9のポート9cの開度を小さく設定し、逆にポート9aの開度を大きく設定する。
【0028】
このように三方切換弁9のポート9a,9cの開度を設定することにより、空気冷却器2に流れる冷却水の量が減少し、空気冷却器の冷却効果を小さくして排気ガスの温度を上昇させることができる。冷却水は、すべて三方切換弁9のポート9bから配管19を介して熱交換器3へ送られ、熱交換器3で冷却されて潤滑油冷却器1へ送られる。
【0029】
したがって、潤滑油冷却器1には常に全量が冷却された冷却水が流れるので、潤滑油の温度が過剰に上昇することがなく、参考例1,2において用いていた温度検出器6による潤滑油の温度検出は不要である。
以上のディーゼル機関の冷却水供給装置(冷却水循環回路90,90a)は、陸用の発電設備に使用することができるが、舶用に使用してもよい。
【0030】
【発明の効果】
参考例1では、排気ガスの温度を酸化硫安が発生しにくい所定の温度に容易に維持することができるので、浄化装置5内の触媒の劣化促進を抑制することができる。参考例1によるディーゼル機関の冷却水供給装置(冷却水循環回路90)は、現場での組み付けを簡単に行うことができる。
【0031】
参考例2では、温度検出器6を設けたことにより潤滑油の温度を検出することができるので、潤滑油の温度が過剰に上昇したことを容易に検出することができ、その際には、三方切換弁9のポート9aを閉じ、かつポート9cを全開にすることにより冷却水循環回路90内の冷却水の温度を下げることができ、それにより潤滑油の温度を下げ、摺動部を保護することができる。
【0032】
請求項1の発明では、冷却水循環回路90a内を流れる冷却水がすべて熱交換器3を通過するので、参考例1,2の構成よりも潤滑油冷却器1内を流れる冷却水の温度が上昇しにくく、そのため潤滑油の温度が上昇しにくいので排気ガスの温度を下げる必要がなく、酸化硫安の発生をさらに抑えることができる。参考例1の構成よりも低負荷域(低出力域)での運転時に、排気ガスの温度を高く維持し易く、酸化硫安の発生を抑制し易いので、触媒の劣化促進を抑えることができる。
【0033】
熱交換器3で全量の冷却水が冷却され、その冷却された冷却水が潤滑油冷却器1へ流れるので、潤滑油の温度が過剰に上昇することがなく、したがって参考例1で使用した潤滑油の温度を検出する必要がなく、温度検出器6が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例1,2によるディーゼル機関の冷却水供給装置の概略系統図である。
【図2】請求項1の発明によるディーゼル機関の冷却水供給装置の概略系統図である。
【符号の説明】
1 潤滑油冷却器
2 空気冷却器
3 熱交換器
4 過給機
5 浄化装置(窒素酸化物浄化装置)
6 温度検出器
7 排気管
8 温度検出器
9 三方切換弁
12,13 比較器
20,20a バイパス管
90,90a 冷却水循環回路
Claims (1)
- 排気管に窒素酸化物浄化装置を備えたディーゼル機関において、前記窒素酸化物浄化装置より上流側の排気管に排気ガス温度検出手段を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度と予め設定した所定温度値とを比較する比較手段を設け、機関摺動部へ供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却器と過給機から送り込まれる空気を冷却する空気冷却器を備えた冷却水循環回路に冷却水を冷却する熱交換器を設け、前記冷却水循環回路に前記空気冷却器をバイパスするバイパス通路を設け、前記冷却水循環回路と前記バイパス通路の2つの接続部のうちの一方に三方切換弁を設け、前記排気ガス温度検出手段が検出した排気ガスの温度が所定温度値以下である場合には前記三方切換弁を切換えることにより冷却水の一部または全部がバイパス通路を流れて前記空気冷却器を流れる冷却水の量を減少させるようにしたことを特徴とするディーゼル機関の冷却水供給装置。
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