JP6165530B2 - 通気システムおよびこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、システムガスを浄化するためのフィルタおよび消火装置を備えた通気システム、ならびにそのような通気システムを備えた内燃機関に関する。

このような通気システムの消火装置は、システム内および特にフィルタ内での火災を回避または消火するために用いられる。一般的に消火装置は、消火剤としての水または不活性ガスによって作用し、その際、この両方の消火剤は幾つかの欠点を一緒にもたらす。

火災の回避および消火には、水および不活性ガスだけでなく、ほかにも消火剤として例えば特許文献１から読み取れるような粉末消火剤が一般に知られている。

水による消火は、熱衝撃および場合によっては腐食作用により、冒頭に挙げたような通気システムのうち水と接触するコンポーネントにかなりの負荷をかけ、かつ場合によってはそれどころか損傷または破壊を引き起こす可能性がある。システムガスの温度が高い場合は消火に大量の水を必要とする可能性があり、これは通気システムのコンポーネントに対する重量負荷を増大させ得、また蒸発する消火水により強い蒸気噴出が生じ得る。これに対応する水供給は、一般的には能動的なコンポーネント（例えばポンプ）によって確保されなければならず、消火を行った後、場合によっては水供給の能動的な停止が必要になる。この消火装置を予防的に使用することは、システムコンポーネント（例えばフィルタのフィルタバッグ）の損傷／破壊の危険があるので不可能である。

不活性ガスで消火する場合は、冒頭に挙げたような通気システム、例えば排気管を気密に封鎖しなければならず、これには費用を高騰させる封鎖装備が必要になる。そのうえ消火のためにシステムの運転を停止できない場合は、構造をさらに非常に複雑にする必要があり得る。加えて不活性ガスによる消火では比較的大量の不活性ガスを必要とする。結論として不活性ガスによる消火は複雑で高価であり、かつメンテナンスに多くの手間がかかる。

独国特許出願第１０ ２００６ ０１９ ７３９号明細書

本発明の課題は、火災回避および火災消火を、システムコンポーネントの損傷／破壊の危険なく、かつシステムの通常運転中に可能な、冒頭に挙げたような通気システムを提供することである。さらに本発明の課題は、そのような通気システムを備えた内燃機関を提供することである。

本発明の上記の課題は、請求項１に基づく通気システムまたは請求項１０に基づく内燃機関によって解決される。本発明による通気システムの変形形態は従属請求項に定義されている。

本発明の第１の態様に従い、通気システムを貫流するシステムガスを浄化するためのフィルタと、フィルタと流体連通したガス管であって、このガス管によりシステムガスをフィルタに送ることができるガス管と、制御機構ならびに制御機構と接続された検出機構および粉末消火剤放出機構を備えた消火装置と、を具備し、この検出機構の火花センサがシステムガスの流路内に配置されており、検出機構が、火花センサにより流路内の火花が検出された場合に火花捕捉信号を制御機構に発信するよう構成されており、制御機構が、火花捕捉信号に反応して粉末消火剤放出信号を粉末消火剤放出機構に発信するよう構成されており、かつ粉末消火剤放出機構が、火花センサの近くで流路と連通しており、粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤を流路内に放出するよう構成されている通気システムが提供される。

消火剤として粉末消火剤を使用することにより、熱衝撃および腐食作用を回避することができ、したがって火災回避および火災消火をシステムコンポーネントの損傷／破壊の危険なく実施することができる。流路内に投入される粉末消火剤は、システムガスの通常の流れの中で、検出された火花が飛ぶのに伴走していき、かつ適用／濾過の役割に応じて場合によってはフィルタの濾過ケーキ中に留まり得る。この消火のために追加的な封鎖は必要ない。したがって消火はシステムの通常運転中に運転制限なく実施することができる。

本発明による通気システムの一実施形態によれば、検出機構の火花センサはガス管内に配置されており、検出機構は、火花センサによりガス管内の火花が検出された場合に火花捕捉信号を制御機構に発信するよう構成されており、粉末消火剤放出機構は、火花センサの下流でガス管と連通しており、粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤をガス管内に放出するよう構成されている。

本発明のこの形態により、僅かに火花が飛んだ際に早くも、通常運転中に運転制限なく予防的消火を実施することができ、その際、粉末消火剤は、システムガス流全体に導かれてフィルタ面全体に達する。したがってこの消火システムは、火花が飛ぶ区間の一番最初に位置決めできることが有利であり、これにより通常の消火方法に比べて時間的にかなり有利になる。

つまり予防的消火では、火花が飛んでいることが最初に検出された地点のそばに粉末消火剤の吹き込み部位が存在しており、したがって消火剤は、まだフィルタでの本来の発火の前に、発火源に「伴走していく」。

本発明による通気システムのさらなる一実施形態によれば、消火装置は、制御機構と接続された少なくとも１つのさらなる粉末消火剤放出機構を有しており、その際、検出機構の少なくとも１つのさらなる火花センサはフィルタ内に配置されており、検出機構は、さらなる火花センサによりフィルタ内の火花が検出された場合に火花捕捉信号を制御機構に発信するよう構成されており、制御機構は、さらなる火花センサによる検出に基づく火花捕捉信号に反応して粉末消火剤放出信号をさらなる粉末消火剤放出機構に発信するよう構成されており、さらなる粉末消火剤放出機構は、さらなる火花センサの付近でフィルタと連通しており、さらなる粉末消火剤放出機構に送られた粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤をフィルタ内に放出するよう構成されている。

本発明のこの形態により、目的物（フィルタ）のすぐそばにあり、１つまたは複数の局所センサにより作動される追加的な消火システムを用いて、いわゆる目的物消火を実現することができる。

本発明による通気システムのもう１つの実施形態によれば、検出機構のさらなる火花センサは、フィルタ内において、システムガスから分離された粒子の集中が予想され得る位置に配置されている。

本発明のこの形態により、目的物消火に倣って、ただし場合によっては（例えば塵埃塊の形成のような）特有の構造上の特性に最適化させて、緊急または予備消火を実現することができる。

本発明による通気システムのもう１つのさらなる実施形態によれば、検出機構は、火花捕捉信号の中に火花規模に関する情報を組み込むよう構成されており、制御機構は、火花規模に応じて粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されている。火花規模は、火花密度および／または火花が飛ぶ継続時間を含むことが好ましい。

これにより、検出グレード／検出継続時間、つまり火花規模に直接的に応じて消火の強さを調節することができる。

この場合の制御機構は、消火期間が火花規模に応じたパルス状の信号として、粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されることが好ましく、したがってパルス状の信号に応じてパルス頻度および／またはパルス長が変化するパルス式の粉末消火剤放出が行われる。

その代わりにまたはそれに加えて制御機構は、消火期間が連続的で、信号強度が火花規模に応じている信号として、粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されており、したがって信号強度に応じて単位時間当たりの放出量が変化する連続的な粉末消火剤放出が行われる。

要するに、粉末消火剤の付加を、検出グレード、つまり火花規模に応じて調節して断続的にまたは継続付加として行うことができる。断続的な粉末消火剤付加は、好ましくは予防的消火の際に行われ、これに対し継続付加は、好ましくは目的物消火の際、また緊急または予備消火の際に特有の継続消火（完全な射出）の形で行われる。

本発明による通気システムのさらなる一実施形態によれば、ガス管は燃焼プロセスのための排気管として形成されており、フィルタは排気ガス浄化フィルタとして、特に粒子フィルタとして形成されている。

本発明の第２の態様に従い、考え得るあらゆる組合せにおいて、前述の１つ、複数、またはすべての本発明の実施形態に基づく通気システムを備えた内燃機関が提供され、この通気システムのガス管は内燃機関の排気口に連結されている。

本発明が、請求項の明確な言及に基づく特徴組合せによって生じる以外の実施形態にも及ぶことは明白であり、したがって開示した本発明の特徴は、技術的に有意義であれば任意に相互に組み合わせることができる。

以下に、好ましい一実施形態に基づき、添付した図を参照しながら本発明をより詳細に説明する。

本発明の一実施形態に基づく内燃機関の通気システムの第１の運転機能に関する概略図である。 図１の通気システムの第２の運転機能に関する概略図である。

以下に、図１および図２を参照しながら本発明の一実施形態に従う通気システム１を備えた内燃機関（完全には示されていない）を説明する。

図１および図２に示したように通気システム１は、システムガスＧを浄化するためのフィルタ１０、第１のガス管２０、第２のガス管３０、および消火装置４０を有している。

第１および第２のガス管２０、３０はそれぞれ燃焼プロセスのための排気管として形成されており、フィルタ１０は排気ガス浄化フィルタとして、特に粒子フィルタとして形成されており、第１のガス管２０は内燃機関の排気口（図示略）に連結されている。したがってシステムガスは内燃機関の排気として生成される。

内燃機関は、本発明によればピストンエンジン、特にディーゼルエンジンもしくはガスエンジンとして、またはターボ機械、特にガスタービンとして形成することができる。

第１のガス管２０はフィルタ１０と流体連通しており、したがってシステムガスＧは第１のガス管２０によりフィルタ１０に送ることができる。

第２のガス管３０もフィルタ１０と流体連通しており、したがってフィルタ１０により濾過されたシステムガスＧは第２のガス管３０によりフィルタ１０から排出することができる。

消火装置４０は、制御機構５０と、制御機構と信号接続された検出機構６０と、同様に制御機構と信号接続された２つの粉末消火剤放出機構７０、８０とを有している。

検出機構６０は、２つの例えば光電子式の火花センサ６１、６２を有しており、火花センサはそれぞれ、通気システム１を通るシステムガスＧの流路内に配置されている。粉末消火剤放出機構７０および８０の各々は、火花センサ６１または６２の一方の近くに配置され、流路と連通している。

検出機構６０は、火花センサ６１、６２の一方により流路内の火花Ｆ（図１を参照）が検出された場合に火花捕捉信号を制御機構５０に発信するよう構成されている。

制御機構５０の方は、火花捕捉信号に反応して粉末消火剤放出信号を、その時々の火花捕捉信号を作動させた火花センサ６１、６２に属する粉末消火剤放出機構７０、８０に発信するよう構成されている。

粉末消火剤放出機構７０、８０はそれぞれ、粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤Ｐを流路内に放出するよう構成されている。

粉末消火剤Ｐによって生成された流路内の粉煙は窒息効果および阻害効果を有しており、その結果として急激な消火作用が生じる。溶融層の形成により、酸素の供給および火災のすぐ周囲の加熱を阻止することができ、かつ再着火を遮断することができる。粉末消火剤は、疎水化剤および固化防止剤を混合した例えば無毒な無機塩から成ることができる。

図１から分かるように、検出機構６０の第１の火花センサ６１は第１のガス管２０内に配置されている。これに応じて検出機構６０は、第１の火花センサ６１により第１のガス管２０内の火花Ｆが検出された場合に火花捕捉信号を制御機構５０に発信するよう構成されている。これに応じて第１の粉末消火剤放出機構７０は、第１の火花センサ６１の近くの下流側で第１のガス管２０と連通しており、粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤Ｐ を第１のガス管２０内に放出するよう構成されている。

図２から分かるように、検出機構６０の第２の火花センサ６２はフィルタ１０内に配置されている。これに応じて検出機構６０は、第２の火花センサ６２によりフィルタ１０内の火花Ｆが検出された場合に火花捕捉信号を制御機構５０に発信するよう構成されている。これに応じて第２の粉末消火剤放出機構８０は、第２の火花センサ６２の付近でフィルタ１０と連結しており、第２の粉末消火剤放出機構に送られた粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤Ｐをフィルタ１０内に放出するよう構成されている。

検出機構６０の第２の火花センサ６２は、フィルタ１０内で、システムガスＧから分離された粒子、例えば塵埃塊の集中が予想され得る位置に配置されることが好ましい。本発明によれば、複数の第２の火花センサ６２をフィルタ１０内の様々な位置に配置することもでき、複数の第２の粉末消火剤放出機構８０をフィルタ１０に連結することができ、したがってこれらの第２の粉末消火剤放出機構は、対応する粉末消火剤放出信号を受信すると、第２の粉末消火剤放出機構にそれぞれ属している第２の火花センサ６２に帰属するフィルタ１０内の位置に選択的に粉末消火剤Ｐを放出することができる。

本発明によれば、検出機構６０は、火花捕捉信号の中に火花規模に関する情報を組み込むよう構成されることが好ましく、制御機構５０は、火花規模に応じて粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されている。火花規模は、火花密度および／または火花が飛んでいる時間（火花が飛ぶ継続時間）を含むことが好ましい。

これに応じて制御機構５０は、消火期間が火花規模に応じたパルス状の信号として、粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されることが好ましく、したがってパルス状の信号に応じてパルス頻度および／またはパルス長が変化するパルス式の粉末消火剤Ｐの放出が行われる。

その代わりにまたはそれに加えて制御機構５０は、消火期間が連続的で、信号強度が火花規模に応じている信号として、粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されており、したがって信号強度に応じて単位時間当たりの放出量が変化する連続的な粉末消火剤Ｐの放出が行われる。

本発明による通気システム１の、粉末消火剤Ｐによって作用する消火装置４０は、水または不活性ガスによって作用する通常の消火装置とは異なり、通気システム１の通常運転中に、したがって本発明による内燃機関の通常運転中に粉末消火剤Ｐを吹き込むことができる。

これに関し消火装置４０は、図１および図２に示した両方の機能システム、つまり運転機能に区分される。

予防的消火は、第１の粉末消火剤放出機構７０および第１の火花センサ６１を用いる図１に示した運転機能により実施され得ることが好ましく、この場合、火花が飛んでいることが最初に検出された地点のそばに粉末消火剤Ｐの吹き込み部位が存在しており、粉末消火剤Ｐ（消火剤）は、まだフィルタ１０での本来の発火の前に、発火源、つまり１つまたは複数の火花Ｆに「伴走していく」。したがって粉末消火剤Ｐは、システムガス流（ここでは例えば排気流）全体に導かれてフィルタ面全体に達する。予防的消火は、通常運転中に運転制限なく可能であり、僅かに火花が飛んだ際に早くも予防的に適用することができる。火花が飛ぶ区間の一番最初のところで消火が開始されることにより、通常の消火方法に比べて時間的にかなり有利になる。

目的物消火は、第２の粉末消火剤放出機構８０および第２の火花センサ６２を用いる図２に示した運転機能により実施され得ることが好ましく、この場合、目的物（ここではフィルタ１０）のすぐそばで、局所センサ（ここでは１つまたは複数の第２の火花センサ６２）により作動され、第２の粉末消火剤放出機構８０により粉末消火剤Ｐを吹き込んで消火する。緊急または予備消火は、目的物消火に倣って、ただし場合によっては例えば塵埃塊が形成される部位でのような特有の構造上の特性に最適化させて、実施することができる。

消火期間がパルス状のまたは連続的な信号として粉末消火剤放出信号を生成するという上述の可能性に従って、粉末消火剤の付加を、検出グレード、つまり火花規模に応じて調節して断続的にまたは継続付加として行うことができる。断続的な粉末消火剤付加は、好ましくは予防的消火の際に行われ、これに対し継続付加は、好ましくは目的物消火の際、また緊急または予備消火の際に特有の継続消火（完全な射出）の形で行われる。

上で指摘した消火形態のそれぞれで、一般的にシステム１、つまり内燃機関をオフにする必要はなく、通常運転を維持することができる。粉末消火剤Ｐは、消火を行った後、場合によっては、フィルタ１０が通常のメンテナンスの際にフィルタ浄化されるかまたは交換されるまでフィルタ１０内の濾過ケーキ中に留まり得る。

１ 通気システム
１０ フィルタ
２０ ガス管
３０ ガス管
４０ 消火装置
５０ 制御機構
６０ 検出機構
６１ 火花センサ
６２ 火花センサ
７０ 粉末消火剤放出機構
８０ 粉末消火剤放出機構
Ｆ 火花
Ｇ システムガス
Ｐ 粉末消火剤

Claims (9)

1. システムガス（Ｇ）を浄化するためのフィルタ（１０）と、
   前記フィルタ（１０）と流体連通したガス管（２０）であって、前記ガス管（２０）により前記システムガス（Ｇ）を前記フィルタ（１０）に送ることができるガス管（２０）と、
   制御機構（５０）ならびに前記制御機構（５０）と接続された検出機構（６０）および粉末消火剤放出機構（７０、８０）を備えた消火装置（４０）と、を具備し、
   前記検出機構（６０）の火花センサ（６１、６２）が前記システムガス（Ｇ）の流路内に配置されており、前記検出機構（６０）が、前記火花センサ（６１、６２）により前記流路内の火花（Ｆ）が検出された場合に火花捕捉信号を前記制御機構（５０）に発信するよう構成されており、
   前記制御機構（５０）が、前記火花捕捉信号に反応して粉末消火剤放出信号を前記粉末消火剤放出機構（７０、８０）に発信するよう構成されており、かつ
   前記粉末消火剤放出機構（７０、８０）が、前記火花センサ（６１、６２）の近くで前記流路と連通しており、前記粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤（Ｐ）を前記流路内に放出するよう構成されており、
   前記検出機構（６０）が、前記火花捕捉信号の中に火花規模に関する情報を組み込むよう構成されており、前記制御機構（５０）が、前記火花規模に応じて前記粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されている、通気システム（１）。
2. 前記検出機構（６０）の前記火花センサ（６１）が前記ガス管（２０）内に配置されており、前記検出機構（６０）が、前記火花センサ（６１）により前記ガス管（２０）内の火花（Ｆ）が検出された場合に前記火花捕捉信号を前記制御機構（５０）に発信するよう構成されており、前記粉末消火剤放出機構（７０）が、前記火花センサ（６１）の下流で前記ガス管（２０）と連通しており、前記粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤（Ｐ）を前記ガス管（２０）内に放出するよう構成されている、請求項１に記載の通気システム（１）。
3. 前記消火装置（４０）が、前記制御機構（５０）と接続された少なくとも１つのさらなる粉末消火剤放出機構（８０）を有しており、その際、前記検出機構（６０）の少なくとも１つのさらなる火花センサ（６２）が前記フィルタ（１０）内に配置されており、前記検出機構（６０）が、前記さらなる火花センサ（６２）により前記フィルタ（１０）内の火花（Ｆ）が検出された場合に火花捕捉信号を前記制御機構（５０）に発信するよう構成されており、前記制御機構（５０）が、前記さらなる火花センサ（６２）による検出に基づく前記火花捕捉信号に反応して粉末消火剤放出信号を前記さらなる粉末消火剤放出機構（８０）に発信するよう構成されており、前記さらなる粉末消火剤放出機構（８０）が、前記さらなる火花センサ（６２）の付近で前記フィルタ（１０）と連通しており、前記さらなる粉末消火剤放出機構（８０）に送られた前記粉末消火剤放出信号に反応して粉末消火剤（Ｐ）を前記フィルタ（１０）内に放出するよう構成されている、請求項２に記載の通気システム（１）。
4. 前記検出機構（６０）の前記さらなる火花センサ（６２）が、前記フィルタ（１０）内において、分離された粒子の集中が予想され得る位置に配置されている、請求項３に記載の通気システム（１）。
5. 前記火花規模が、火花密度および／または火花が飛ぶ継続時間を含んでいる、請求項１から４のいずれか一項に記載の通気システム（１）。
6. 前記制御機構（５０）が、消火期間が前記火花規模に応じたパルス状の信号として、前記粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されており、したがって前記パルス状の信号に応じてパルス頻度および／またはパルス長が変化するパルス式の粉末消火剤放出が行われる、請求項１から５のいずれか一項に記載の通気システム（１）。
7. 前記制御機構（５０）が、消火期間が連続的で、信号強度が前記火花規模に応じている信号として、前記粉末消火剤放出信号を生成するよう構成されており、したがって前記信号強度に応じて単位時間当たりの放出量が変化する連続的な粉末消火剤放出が行われる、請求項１から６のいずれか一項に記載の通気システム（１）。
8. 前記ガス管（２０）が燃焼プロセスのための排気管として形成されており、前記フィルタ（１０）が排気ガス浄化フィルタとして、特に粒子フィルタとして形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の通気システム（１）。
9. 前記ガス管（２０）が内燃機関の排気口に連結されている、請求項８に記載の通気システム（１）を備えた内燃機関。