JP6594969B2 - 排ガス後処理装置及び排ガス後処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス後処理装置及び排ガス後処理方法に関する。

実践からは、排ガス後処理アセンブリとして、排ガス触媒コンバータ又は排ガススクラバ等の排ガス浄化装置だけではなく、消音器も、内燃機関に後置可能であることが知られている。排ガス触媒コンバータは、特に、排ガスの脱窒及び／又は脱硫と、従って、窒素酸化物排出量及び硫黄酸化物排出量の削減とに用いられる。消音器は、騒音の削減と、従って、音響放射の軽減とに役立つ。

実践から知られている消音器は、典型的には、排ガス浄化装置の下流に配置されており、いわゆる共鳴消音器又はラムダ／４消音器として構成されており、これらの消音器は、消音器のチャンバが、排ガス騒音の減衰すべき周波数に適応した深さ又は長さを有していることに基づいている。しかしながら、このような消音器は、狭帯域の減衰効果を有しているので、特に可変の回転数で運転され、従って様々な排ガス周波数を有するエンジンの場合は、十分な排ガスの音響減衰を実現できない。

排ガスの音響減衰に関して、広帯域の減衰効果を有する消音器を提供するために、先行技術からは、消音器を、弁を通じて開放される複数のチャンバを有するように構成することが知られており、それによって、チャンバの深さが、減衰すべき排ガス音響の周波数に適応可能である。

しかしながら、このような消音器は、排ガスフロー内を流動する部材が存在し、これらの部分が、特にその排ガス音響が減衰させられるべき内燃機関が高硫黄含有燃料で運転される場合に、強く腐食される傾向があるという欠点を有している。さらに、このような消音器の場合でも、複数の狭帯域の周波数領域に関してのみ、効果的な音響減衰が実現し得るので、消音器の減衰効果を、減衰すべき排ガス音響の多様な周波数領域に連続的に適応させることは不可能である。

特許文献１及び特許文献２は、それぞれ、排ガスフローに曝露される、流動的な部材を有する消音器を開示している。

独国特許出願公開第１９６１１１３３号明細書 独国特許発明第１９６１９１７３号明細書

ここから出発して、本発明の課題は、新しい排ガス後処理装置及び排ガス後処理方法を創出することにある。

本課題は、請求項１に記載の排ガス後処理装置によって解決される。

本発明に係る排ガス後処理装置は、ハウジングと、当該ハウジングによって画定された、排ガスが連続的に貫流する排ガスチャンバであって、排ガスが入口を通って流入し、排ガスが出口を通って流出する排ガスチャンバと、当該ハウジングによって画定された、当該排ガスチャンバに好ましくは少なくとも１つの接続手段によって連結された音響減衰チャンバであって、流体又は流動可能な固体が、減衰すべき排ガス音響の周波数に依存する充填レベルで受容されている音響減衰チャンバと、を含んでいる。

本発明に係る排ガス後処理装置では、排ガスが貫流する排ガスチャンバに連結された音響減衰チャンバにおける、流体又は流動可能な固体の充填レベルが、連続的に調整され得るので、最終的に、排ガス後処理装置の音響減衰効果が連続的に調整され得る。それによって、音響減衰効果を、最も異なる減衰すべき排ガス音響の周波数に柔軟に適応させることができる。それによって、特に効果的な音響減衰が、最も異なるエンジン速度で運転される内燃機関においてさえも可能であり、先行技術から知られた、排ガスフロー内で流動する部材を有する消音器の欠点を回避することができる。

有利なさらなる発展形態によると、好ましくは液体である流体、又は、好ましくは顆粒である流動可能な固体の、音響減衰チャンバ内における充填レベルは、音響減衰チャンバの流入部及び音響減衰チャンバの流出部を通じて調整可能であり、好ましくは制御装置が、排ガスの減衰すべき周波数に応じて、減衰すべき周波数に適応した音響減衰チャンバの充填レベルを自動的に検出し、流入部及び／又は流出部を通じて自動的に調整する。制御装置によって、排ガスの減衰すべき周波数に応じて、音響減衰チャンバ内の最適な音響減衰のために必要な充填レベルが自動的に検出され、調整され得る。これによって、効果的な音響減衰が可能になる。

別の有利なさらなる発展形態によると、音響減衰チャンバは、横断面がＵ字型に形成されており、その下側部分において連結された２つの部分チャンバを有しており、第１の部分チャンバは、音響減衰チャンバの流入部及び流出部と連通しており、第１の部分チャンバと連結した第２の部分チャンバは、上側が開放されているか、上側が閉鎖されているか、又は、閉鎖可能なように構成されている。それによって、排ガス後処理装置の音響減衰効果をさらに改善させることが可能である。

好ましくは、排ガスが貫流する排ガスチャンバには、少なくとも１つの排ガス浄化装置、特に排ガス触媒コンバータ及び／又は排ガススクラバが配置されている。排ガスが貫流する排ガスチャンバ内に排ガス浄化装置が配置されているか、又は、組み込まれている場合、本発明に係る排ガス後処理装置は、音響減衰だけではなく、排ガスの浄化にも用いられる。それによって、このような排ガス後処理装置が必要とする建設空間を削減することができる。

本発明に係る排ガス後処理方法は、請求項１３に規定されている。

本発明の好ましいさらなる発展形態は、下位請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。

本発明に係る第１の排ガス後処理装置の概略図である。 本発明に係る第２の排ガス後処理装置の概略図である。 本発明に係る第３の排ガス後処理装置の詳細を示す図である。 本発明に係る第４の排ガス後処理装置の詳細を示す図である。

本発明は、内燃機関、特に重油で運転される船舶用ディーゼル内燃機関のための排ガス後処理装置に関する。

図１は、本発明に係る内燃機関、特に重油で運転される船舶用ディーゼル内燃機関のための排ガス後処理装置１０に関する第１の実施例の概略図である。

排ガス後処理装置１０は、ハウジング１１を含んでいる。ハウジング１１は、一方では、排ガスが連続的に貫流し、排ガスが入口１３を通って流入し、排ガスが出口を通って流出する排ガスチャンバ１２を、他方では音響減衰チャンバ１５を画定している。

音響減衰チャンバ１５は、排ガスチャンバ１２に連結されている。

音響減衰チャンバ１５内には、流体、特に液体か、又は、流動可能な固体、特に顆粒が、排ガス音響の減衰すべき周波数に応じた充填レベルで受容されている。例えば、内燃機関の負荷の変化によって、排ガス音響の減衰すべき周波数が変化する場合、音響減衰チャンバ１５内の流体又は流動可能な固体の充填レベルの変化によって、排ガス後処理装置１０の減衰効果を、排ガス音響の変化する周波数に適応させることが可能である。それによって、排ガス後処理装置１０の減衰領域又は減衰効果を連続的に調整することができる。

音響減衰チャンバ１５内で、所定の充填レベルで受容されている流体は、好ましくは水である。流体の代わりに、音響減衰チャンバ１５内に、流動可能な固体、特に顆粒が、排ガス音響の減衰すべき周波数に依存する充填レベルで受容され得る。

図１の実施例によると、液体又は流動可能な固体は、流入部１６を通じて音響減衰チャンバ１５に供給可能であり、流出部１７を通じて音響減衰チャンバ１５から排出可能である。流入部１６及び流出部１７に配設された弁２８、２９を通じて、音響減衰チャンバ１５内の液体又は流動可能な固体の充填レベルが調整され得る。

すでに述べたように、音響減衰チャンバ１５は、好ましくは少なくとも１つの接続手段を通じて、排ガスチャンバ１２と連結されている。図１によると、排ガスチャンバ１２と音響減衰チャンバ１５とは、共通のハウジング壁１８又はハウジング１１のハウジング壁部分によって分離しており、少なくとも１つの、開口部３１としてハウジング壁１８に形成された接続手段によって連結している。その際、図１によると、開口部３１は、音響減衰チャンバ１５内の液体又は顆粒の充填レベルの上側に位置するように、ハウジング壁１８に導入されている。

図１には、制御装置２６が示されており、当該制御装置は、減衰すべき排ガス音響の周波数に応じて、音響減衰チャンバ１５内の、液体又は流動可能な固体の音響減衰のために最適な充填レベルを自動的に検出し、弁２８、２９の作動によって自動的に調整する。その際、排ガス音響の減衰すべき周波数は、制御装置２６によって、例えばモデルを通じて算出され得るが、他方、測定装置３０を用いて、減衰すべき排ガス音響の周波数を測定技術的に検出し、制御装置２６に、対応する測定値を提供することが可能である。測定装置３０は、例えばマイク、又は、排ガス後処理装置１０の排ガスチャンバ１２に配設されたひずみゲージでもあり得る。

図１に示された実施例では、排ガスが連続的に貫流するハウジング１１の排ガスチャンバ１２内部に、排ガス浄化装置２７が配置されており、当該排ガス浄化装置は、例えば排ガス触媒コンバータであるか、又は、排ガススクラバであり得る。排ガスチャンバ１２内には、１つ又は複数の排ガス浄化装置２７が配置され得る。

排ガス後処理装置１０のハウジング１１の排ガスチャンバ１２内に、排ガススクラバが組み込まれている場合、排ガス後処理装置１０のハウジング１１の音響減衰チャンバ１５には、音響減衰効果をもたらすために、特に水が充填されている。すなわち、この場合、排ガス温度は明らかに、音響減衰チャンバ１５内に受容された水の沸点よりも低いので、排ガス温度が比較的高い場合に生じる、音響減衰チャンバ１５内での水の蒸発は、さほど重要ではない。排ガスの温度が高い場合、音響減衰チャンバ１５内では、好ましくは流動可能な固体、特に顆粒が使用され、その結果、音響減衰チャンバ１５内の充填レベルを通じて、所望の周波数領域における所望の音響減衰効果がもたらされる。

音響減衰効果を高めるために、チャンバ、すなわち排ガスチャンバ１２及び／若しくは音響減衰チャンバ１５、又は、これらを区切っているハウジングのハウジング壁の内側及び／又は外側に、吸収材料を設ける、又は、被覆することが可能である。

図２は、本発明の第２の実施例に係る排ガス後処理装置１０の概略図であり、不要な繰り返しを避けるために、同じ部材には同じ参照符号が用いられる。以下においては、図１の実施例と図２の実施例とで異なる点にのみ言及する。

図２の実施例では、音響減衰チャンバ１５は、２つの部分チャンバ１９、２０を含んでおり、これらの部分チャンバは、下側領域２１、２２において連結され、横断面がＵ字型の音響減衰チャンバ１５を形成している。その際、音響減衰チャンバ１５の第１の部分チャンバ２０は、流入部１６及び流出部１７と連通しており、第１の部分チャンバ２０を排ガスチャンバ１２から分離するハウジング壁１８内の少なくとも１つの開口部３１を通じて、排ガスチャンバ１２と連結されている。第１の部分チャンバ２０と下側部分２１において連結されている第２の部分チャンバ１９は、図２によると、上側端部２３が開放された構成を有している。図２において、音響減衰チャンバ１５に、例えば水等の液体が受容されている場合、音響減衰チャンバ１５の両方の部分チャンバ１９、２０には、充填レベルが形成される。ハウジング１１の排ガスチャンバ１２を貫流する排ガスは、音響減衰チャンバ１５内の液体を振動させ、第２の部分チャンバ１９内の液柱は、雰囲気に対して自由に振動し得る。なぜなら、フローチャンバ１５の第２の部分チャンバ１９は、図２の実施例では、上側が開放された構成を有しているからである。

振動する液柱を通じて、振動する排ガス柱から運動エネルギーが取り出され、それによって音響放射が減少する。

ハウジング１１には、複数の音響減衰チャンバ１５が連結可能であり、流体又は顆粒の上側における自由行程の長さは、各チャンバ１５内で異なっていて良い。従って、複数の周波数が減衰し得る。

図１では、排ガスが排ガスチャンバ１２を通って流れる方向は、下から上へと向いており、図２では、上から下へと向いている。図１では、音響減衰チャンバ１５を排ガスチャンバ１２と連結する開口部３１は、排ガスの流れる方向に見て、排ガス浄化装置２７の下流に配置されている。図２では、当該開口部３１は、排ガスの流れる方向に見て、排ガス浄化装置２７の上流に配置されている。

図３及び図４は、図２の実施例の変化形を示しており、第２の部分チャンバ１９は、上端２３が閉じられた構成を有している。図３では、第２の部分チャンバ１９内の液柱は、第２の部分チャンバ１９に含まれている気泡に対して、及び、図３では、弾性要素２５によって負荷を加えられたフロート２４に対して作用する。それによって、振動する排ガス柱からさらに多くの運動エネルギーを取り出すことが可能であり、減衰をさらに高めることが可能である。

１０ 排ガス後処理装置
１１ ハウジング
１２ 排ガスチャンバ
１３ 入口
１４ 出口
１５ 音響減衰チャンバ
１６ 流入部
１７ 流出部
１８ ハウジング壁
１９ 部分チャンバ
２０ 部分チャンバ
２１ 部分
２２ 部分
２３ 端部
２４ フロート
２５ 弾性要素
２６ 制御装置
２７ 排ガス浄化装置
２８ 弁
２９ 弁
３０ 測定装置
３１ 開口部

Claims (13)

1. 内燃機関のための排ガス後処理装置（１０）であって、
   ハウジング（１１）と、
   前記ハウジング（１１）によって画定された、排ガスが連続的に貫流する排ガスチャンバ（１２）であって、排ガスが入口（１３）を通じて流入し、排ガスが出口（１４）を通じて流出し、その内部に排ガススクラバを含んだ排ガスチャンバ（１２）と、
   前記ハウジング（１１）によって画定された、前記排ガスチャンバ（１２）と連結された音響減衰チャンバ（１５）であって、流体又は流動可能な固体が、排ガス音響の減衰すべき周波数に応じた充填レベルで直接受容されている音響減衰チャンバ（１５）と、を有し、
   前記排ガスチャンバ（１２）と前記音響減衰チャンバ（１５）とが、共通のハウジング壁（１８）又はハウジング壁部分によって分離し、前記ハウジング壁（１８）又は前記ハウジング壁部分内の少なくとも１つの開口部（３１）によって連結されている排ガス後処理装置（１０）。
2. 前記音響減衰チャンバ（１５）内の充填レベルが、前記音響減衰チャンバ（１５）の流入部（１６）及び前記音響減衰チャンバ（１５）の流出部（１７）を通じて調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス後処理装置。
3. 制御装置（２６）が、減衰すべき周波数に応じて、前記減衰すべき周波数に適応した前記音響減衰チャンバ（１５）の充填レベルを自動的に検出し、前記流入部（１６）及び／又は前記流出部（１７）を通じて自動的に調整することを特徴とする、請求項２に記載の排ガス後処理装置。
4. 前記排ガスチャンバ（１２）と前記音響減衰チャンバ（１５）とが、少なくとも１つの接続手段によって連結されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の排ガス後処理装置。
5. 前記音響減衰チャンバ（１５）が、横断面がＵ字型に形成されており、その下側部分（２１、２２）で連結された２つの部分チャンバ（１９、２０）を有していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の排ガス後処理装置。
6. 第１の部分チャンバ（２０）が、前記音響減衰チャンバ（１５）の前記流入部（１６）及び前記流出部（１７）と連通していることを特徴とする、請求項２に従属した請求項５に記載の排ガス後処理装置。
7. 前記音響減衰チャンバ（１５）の前記第１の部分チャンバ（２０）が、前記排ガスチャンバ（１２）と連結されていることを特徴とする、請求項６に記載の排ガス後処理装置。
8. 前記第１の部分チャンバ（２０）と連結されている第２の部分チャンバ（１９）が、上側が開放された構成を有していることを特徴とする、請求項６又は７に記載の排ガス後処理装置。
9. 前記第１の部分チャンバ（２０）と連結されている第２の部分チャンバ（１９）が、上側が閉じられた構成を有していることを特徴とする、請求項６又は７に記載の排ガス後処理装置。
10. 前記第２の部分チャンバ（１９）内の流体又は流動可能な固体が、弾性要素（２５）によって負荷を加えられているフロート（２４）に対して作用することを特徴とする、請求項９に記載の排ガス後処理装置。
11. 排ガスが貫流する前記排ガスチャンバ（１２）内に、少なくとも１つの排ガス浄化装置（２７）が配置されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の排ガス後処理装置。
12. 前記ハウジング（１１）には、複数の音響減衰チャンバ（１５）が連結されており、前記流体又は前記流動可能な固体の上側における自由行程の長さは、各チャンバ（１５）において異なることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の排ガス後処理装置。
13. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の排ガス後処理装置を用いた排ガス後処理方法であって、排ガスチャンバ（１２）を排ガスが連続的に貫流しており、前記排ガスチャンバ（１２）と連結した音響減衰チャンバ（１５）には、前記音響減衰チャンバ（１５）内の充填レベルが、排ガス音響の減衰すべき周波数に依存するように、流体又は流動可能な固体が充填されている方法。

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