JP6431819B2 - 排出ガス後処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分の特徴を有する、内燃機関の排出ガス後処理装置に関する。

固定式内燃機関は、分散型発電にしばしば使用される。内燃機関は、最大２４個までのシリンダを有する。通常、シリンダは、Ｖ字型に配置された２つのシリンダバンクに並べられる。固定式内燃機関は、排出の要件に適合するために、しばしば排出ガス後処理装置を装備される。例えば、酸化触媒の形態をした酸化装置は、未燃焼炭化水素や一酸化炭素の排出を減じるために使用される。選択的な触媒還元（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，接触還元）のための触媒は、窒素酸化物の低減を目的に、しばしば使用される。したがって、固定式内燃機関の排出ガス後処理システムは、以下において触媒ユニットとして参照する触媒作用が活性化されたアセンブリをしばしば含む。

このような触媒ユニットの稼働中、内燃機関からの排出ガスの大量の流れ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）の一部のみが触媒ユニットを通過して流れ、一方で、残りの部分はバイパス（迂回）導管を経由して触媒ユニットの周囲を通ることが必要とされる可能性がある。触媒ユニットの下流における排出ガスの温度ピークは、排出ガスの迂回によって低減される可能性がある。触媒ユニットが排出ガスターボチャージャーの上流に配置される場合に、特に適切（ｒｅｌｅｖａｎｔ）である。例えば、触媒ユニットの再生時、または、例えば着火に失敗した場合の未燃焼の炭化水素が漏出する場合に、過度な発熱現象が起こる。バイパス導管を経由して触媒ユニットの周囲を通過させ、排出ガスを迂回させる別の動機として、例えば、高硫黄燃料での運転が原因となる、触媒ユニットに有害な内燃機関からの未処理排気の発生が挙げられる。

そこで、国際公開ＷＯ２０１２／１２３６３６号は、排出ガスタービン２の上流に設置された触媒ユニット３（ここでは酸化装置の形式）を有する、固定式の内燃機関の配置を開示している。その明細書に従うと、高硫黄燃料を使用する場合、排出ガスはバイパス導管６を経由して、触媒ユニット３の周囲を通過することができる。

固定式内燃機関の分野における当業者に知られている、バイパス導管を有する排出ガス後処理装置の場合、バイパス導管は触媒ユニットから分離したパイプの形式となっている。内燃機関の構造形態（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍ、構造的な形状）は考慮されていない。このことは、多くの不利益を伴う。一方で、構造形態が複雑かつ高価であり、他方、バイパス導管を経由して通る排出ガスは、触媒ユニットを熱するのに貢献しない。

本発明の目的は、本分野における不利益を回避することのできる、内燃機関のための排出ガス後処理装置を提供することである。

本目的は、請求項１の特徴を有する排出ガス後処理装置によって達成される。有利な構造は付随する請求項にて定義される。

少なくとも１つの触媒ユニットとバイパス導管が共通の筐体に配置され、筐体は未処理の排出ガス用の、少なくとも２つの分離した供給導管と、少なくとも１つの触媒ユニットによって処理された排出ガス用の、少なくとも１つの排気導管を有し、それゆえ、小型化された構造形態が与えられた排出ガス後処理装置が提供され、且つ、バイパス導管を通過する排出ガスが少なくとも１つの触媒ユニットの加熱に貢献する。

好ましくは、未処理の排出ガスのための分離した供給導管は、内燃機関のシリンダバンクにそれぞれ連結される。この場合、内燃機関からの排出ガスは未処理の排出ガスのための分離した供給導管を経由して、排出ガス後処理装置へと流れる。この際、１つのシリンダバンクからの排出ガスは、１つの分離した供給導管によって排出ガス後処理装置へと通り、もう１つのシリンダバンクからの排出ガスは、第２の分離した供給導管を通じて、排出ガス後処理装置へと通る。上記は内燃機関の構造形態を考慮に入れており、単純な一体化を含む、特に小型化された構造形態が達成される。

さらに好ましい実施形態では、２つの分離した触媒ユニットが筐体内に配置される。後処理済み排出ガス（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ａｆｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ）が、大型の触媒ユニットよりも、複数の分離した触媒ユニットに搬送されることが望ましいことが判明している。このように、より安価で小型の触媒要素（ｃａｔａｌｙｓｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）を使用することが可能である。触媒ユニットは触媒要素から成るモジュラー形式で作成されてもよい。

好ましくは、排出ガス後処理装置からバイパス導管を経由して排出される排出ガスの量は、第１バルブによる開ループまたは閉ループ制御の対象となるように提供される。これは、迂回された排出ガスの割合（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）については、バイパス導管に配置されたバルブによって開ループまたは閉ループ制御の対象となることが、意図されている。

代替的に、あるいは追加的に、触媒ユニットを経由して排出ガス後処理装置から排出される排出ガスの量は、第２バルブによる開ループまたは閉ループ制御の対象にできるように提供される。これは、迂回させられた排出ガスの割合が、触媒ユニットで処理された排出ガスの流路に配置された第２バルブによる開ループまたは閉ループ制御の対象となることを意味している。

本発明は図の参照により、さらに詳細に記載される。

図１は、本発明に従った排出ガス後処理装置を示す図である。 図２は、別の実施形態の排出ガス後処理装置を示す図である。 図３は、別の実施形態の排出ガス後処理装置を示す図である。 図４は、排出ガス後処理装置に関連する内燃機関の配置を示す図である。

図１は、排出ガス後処理装置１の断面図を概略的に表している。ここでは分離した供給導管１１、１１’を見ることができ、未処理の排出ガスが、それらを経由して排出ガス後処理装置１へと入る。必須ではないが、排出ガスは混合装置５を通って流れる。続いて排出ガスは、流量均一化装置（こちらも任意）を通過し、触媒ユニット３に到達する。バルブＶ１が開放されている場合、排出ガスはバイパス導管４を通じて流れ、排気導管７を経由して排出ガス後処理装置１を離れる。完全に迂回させるために、バルブＶ２は閉鎖されたままである。

バルブＶ１が閉鎖され、バルブＶ２が開放される場合、排出ガスは触媒ユニット３を経由してチャンバ６に流れ、排気導管８を経由して排出ガス後処理装置１を離れる。図示された装置は、実際、バルブＶ１およびＶ２が完全に開放または完全に閉鎖されておらず、バルブＶ１およびＶ２の両方が部分的に開放されており、その結果、排出ガスの大量の流れの一部分のみがバイパス導管４を通じて流れるように稼働させてもよい。

触媒ユニット３とバイパス導管４とは共通の筐体２の中に配置されているのが示されている。一般に、排気導管７および８は、排出ガス後処理装置１から出た後に結合され、排出ガス導管を形成するために一体化される。ここではその詳細は示されていない。

図２は、排出ガス後処理装置１の代替的な実施形態を表す。この場合、バルブＶ１は、触媒ユニット３で処理された排出ガス用の排気導管７と、バイパス導管４を経由して通る排出ガス用の排気導管８を、それぞれ選択的に開放または閉鎖する切替装置の形式を取っている。このように、流路７および流路８の両方を、１つだけの構成要素で切り替えることが可能である。この切替装置は、例えば、回転式スライダ（ｒｏｔａｒｙ ｓｌｉｄｅｒ）、またはもっとも単純な場合、フラップ（たれぶた、ｆｌａｐ）形式であってもよい。排気導管７および排気導管８は、管路を構成するために、好ましくは切替装置の下流で一体化される。このように、排出ガス後処理装置１は単純な制御部材により、特に小型化された構造が可能である。

図３は、排出ガス後処理装置１の更なる代替的な実施形態を表す。ここでは、バルブＶ１が閉鎖されると、排出ガスが触媒ユニット３を通じて排出され、最終的に排出ガス後処理装置１から排気導管８に排出されるようにバルブＶ１が配置される。これは例えば、筐体２の中の一部で、貫通穴（ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ）すなわち開口部を有しており、この貫通穴を経由して触媒ユニット３によって処理済みの排出ガスが通ることができる、排気導管８によって実施されることができる。バルブＶ１が開放されている場合、排出ガスは、流れ抵抗の低さのために好ましくはバイパス導管４を通る経路を選択し、排気導管８を通じて未処理の排出ガスとして排出される。よって、この代替的な形態では、１つのバルブ（バルブＶ１）のみによって、バイパス導管４、最終的に排気導管８への排出ガスを、排出ガス後処理装置１から未処理のまま排出させるか、または触媒ユニット３によって処理された排出ガスを、排気導管８を経由して排出ガス後処理装置１から排出させるかのいずれかを決定することを可能にする。

図４は排出ガス後処理装置１、内燃機関１２および開ループ／閉ループ制御装置Ｃを備える配置を表す。この配置は、図１の実施形態に準拠した排出ガス後処理装置１を、一例として表している。排出ガス後処理装置１は他の実施形態に準拠して設計されてもよい。内燃機関１２のシリンダバンクは参照番号ＡおよびＢで記される。シリンダバンクＡは１つのシリンダバンクのシリンダを含み、一方でシリンダバンクＢは別のシリンダバンクのシリンダを含む。シリンダバンクＡは、排出ガス導管Ｌ１を経由し、吸気導管１１を用いて、排出ガス後処理装置１に連結される。シリンダバンクＢは、排出ガス導管Ｌ２を経由し、吸気導管１１’を用いて、排出ガス後処理装置１に連結される。稼働時、バルブＶ１とＶ２は開ループ／閉ループ制御装置Ｃから、開放および閉鎖の命令を受け取る。開ループ／閉ループ制御装置Ｃは、エンジンパラメータと、排出ガス温度と、必須ではないが構成要素の温度と、に関する情報が装置Ｃに供給され、処理されるように適応している。関連するセンサおよび信号線は示されておらず、当業者に知られた構成となっている。

２つのバルブＶ１およびＶ２を含む排出ガス後処理装置１の、図３に示される変形形態において、バルブＶ１が開放しバルブＶ２が閉鎖している場合、すべての排出ガスが、バイパス導管４を経由して排出ガス後処理装置１から排出されることとなる。反対に、排出ガスが触媒ユニット３によって処理され、バルブＶ１が完全に閉鎖され、バルブＶ２が開放された場合、すべての排出ガスは排出ガス後処理装置１から排出されることとなる。バルブＶ１、Ｖ２の開放条件の変化によって、バイパス導管４または触媒ユニット３の通過する排出ガスの大量の流れをそれぞれ変化させることもまた可能である。図２に表されているように、排出ガス後処理装置１は、たった１つのバルブで操作することも可能である。

１ 排出ガス後処理装置
２ 筐体
３ 触媒ユニット
４ バイパス導管
５ 混合装置
６ チャンバ
７ バイパスからの排気導管
８ チャンバからの排気導管
９ 流量均一化装置
１１、１１’ 供給導管
１２ 内燃機関
Ａ，Ｂ シリンダバンク
Ｃ 開ループ／閉ループ制御装置
Ｌ１，Ｌ２ 排出ガス導管
Ｅ１、Ｅ２ 排気導管
Ｖ１，Ｖ２ バルブ

Claims (3)

1. 分離した少なくとも二つの排出ガス用触媒ユニットを有する内燃機関の排出ガス後処理装置であって、
   前記触媒ユニットは前記内燃機関の下流に配置されており、
   前記内燃機関からの排出ガスは、前記少なくとも二つの触媒ユニットと並列に配置されたバイパス導管を経由して、前記少なくとも二つの触媒ユニットを迂回して取り込まれることが可能であり、
   前記少なくとも二つの触媒ユニットとバイパス導管とは共通の筐体内に配置されており、
   前記筐体は、未処理の排出ガス用の少なくとも二つの分離した供給導管と、前記少なくとも二つの触媒ユニットによって処理された排出ガス用の少なくとも１つの排気導管とに接続されており、
   前記内燃機関が少なくとも二つのシリンダバンクを有しており、前記少なくとも二つのシリンダバンクから供給された排出ガスが、前記少なくとも二つの触媒ユニットのそれぞれ、および、前記バイパス導管のうちの少なくともいずれかに供給可能なように、未処理の排出ガス用の前記分離した供給導管が、前記内燃機関の前記シリンダバンクにそれぞれ接続され、前記少なくとも１つの排気導管が前記少なくとも二つのシリンダバンクから供給された排出ガスに共通する排気導管である、
   排出ガス後処理装置。
2. 前記排出ガス後処理装置から前記バイパス導管を経由して排出される排出ガスの量は、バイパス導管に接続された第１バルブによって制御されることを特徴とする、請求項１に記載の排出ガス後処理装置。
3. 前記排出ガス後処理装置から前記触媒ユニットを経由して排出される排出ガスの量は、前記少なくとも二つの触媒ユニットによって処理された排出ガス用の少なくとも１つの排気導管に接続された第２バルブによって制御されることを特徴とする、請求項１または２に記載の排出ガス後処理装置。

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