JP7001420B2 - 排ガス後処理システムおよび内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンの排ガス後処理システムに関する。本発明はさらに、排ガス後処理システムを有する内燃エンジンに関する。

例えばパワープラントで用いられる固定内燃エンジンでの燃焼プロセス、および例えば船舶に用いられる非固定内燃エンジンでの燃焼プロセスでは、窒素酸化物が、生じ、これらの窒素酸化物は典型的には、石炭、坑口炭、褐炭、鉱油またはディーゼル燃料などの硫黄を含む化石燃料の燃焼中に生じる。このため、そのような内燃エンジンは、清掃、特に内燃エンジンから出る排ガスの脱窒に役立つ排ガス後処理システムを割り当てられる。

排ガス中の窒素酸化物を還元するために、いわゆるＳＣＲ触媒コンバータが主に、慣習から知られている排ガス後処理システムに用いられる。ＳＣＲ触媒コンバータでは、窒素酸化物の選択的触媒還元が、行われ、窒素酸化物の還元のために、還元剤としてのアンモニア（ＮＨ_３）が、必要とされる。アンモニア（ＮＨ_３）または例えば尿素などのアンモニア前駆物質が、この目的のためにＳＣＲ触媒コンバータの上流に液体形態で排ガス中に導入され、アンモニアまたはアンモニア前駆物質は、ＳＣＲ触媒コンバータの上流で排ガスと混合される。この目的を達成するために、アンモニアまたはアンモニア前駆物質の導入部とＳＣＲ触媒コンバータとの間の混合セクションが、慣習に従って提供される。

ＳＣＲ触媒コンバータは、典型的にはお互いの上部にかつ互いの隣に複数の列および行の形でアレイ状に配置される複数の触媒モジュールを備える。そのようなＳＣＲ触媒コンバータを介して導かれるべき排ガスは、ＳＣＲ触媒コンバータまたは触媒モジュールの排ガス入口側を介してＳＣＲ触媒コンバータまたは触媒モジュールに流れ込み、排ガス出口側を介してＳＣＲ触媒コンバータまたは触媒モジュールから出る。

排ガスに含まれる煤は、ＳＣＲ触媒コンバータまたは触媒モジュールの排ガス入口側に積もり、ＳＣＲ触媒コンバータまたは触媒モジュールの目詰まりにつながることもある。排ガス入口側の領域での煤の蓄積に対抗するために、排ガス後処理システムが、ＳＣＲ触媒コンバータに割り当てられた吹き出し装置を備え、それを介して煤が、ＳＣＲ触媒コンバータの排ガス入口側から、すなわち触媒モジュールの排ガス入口側から吹き飛ばされることが可能であるということは、すでに提示されている。慣習から知られている吹き出し装置はしかしながら、触媒コンバータの排ガス入口側からまたは触媒モジュールの排ガス入口側からの煤の不十分な除去を可能にするだけである。従って、煤が、触媒コンバータの排ガス入口側または触媒モジュールの排ガス入口側からより効果的に吹き飛ばされることが可能である、排ガス後処理システムの必要性がある。

触媒コンバータの排ガス入口側に煤が積もるという上記の問題は、特にＳＣＲ触媒コンバータについて起こるが、本発明は、ＳＣＲ触媒コンバータを有する排ガス後処理システムに限定されない。煤はまた、他の触媒コンバータでの排ガス入口側に積もることもあり、それは次いで、吹き出し装置によって吹き飛ばされなければならないことになる。

これから出発して、本発明は、内燃エンジンの新型排ガス後処理システムおよびそのような排ガス後処理システムを有する内燃エンジンを作り出すという目的に基づいている。

この目的は、請求項１に記載の排ガス後処理システムを通じて解決される。本発明によると、複数の吹き出し開口を有する少なくとも１つのチューブが、排ガス入口側から所定の距離を有して複数の触媒モジュールを横断する触媒コンバータの排ガス入口側に沿って延び、各吹き出し開口を介して、空気が、いずれの場合にも少なくとも１つの触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい。本発明は、触媒コンバータの排ガス入口側または触媒モジュールの排ガス入口側からの煤の効果的な吹き飛ばしを可能にする。

有利なさらなる展開によると、空気は、いずれの場合にも目標とされる仕方で触媒モジュールの１つの排ガス入口側に各吹き出し開口を介して吹き付けられてもよい。これによって、煤が、各触媒モジュールから効果的に吹き飛ばされることが可能であるということを確実にすることができる。

有利なさらなる展開によると、複数の触媒モジュールについてのチューブは、いずれの場合にも複数の触媒モジュール個々の吹き出し開口を備え、それらを介して、優先的には吹き出し角および／または直径に関して異なる吹き出し開口を介して、空気が、それぞれの触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい。吹き出し開口はまた、チューブの軸方向に見られるオフセットがあってもよい。これによって、煤は、各触媒モジュールから、すなわち各触媒モジュールの排ガス入口側から特に効果的に吹き飛ばされることが可能である。

有利なさらなる展開によると、それぞれのチューブは、空気がそれらを介して、それぞれのチューブの第１の側に向かって位置決めされる触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい、吹き出し開口、および空気がそれらを介して、それぞれのチューブの第２の側に向かって位置決めされる触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい、さらなる吹き出し開口を備える。これによって、触媒コンバータの排ガス入口側からまたは触媒モジュールの排ガス入口側からの煤の効果的な吹き飛ばしが、コンパクト設計を用いて可能である。

本発明による内燃エンジンは、請求項１２に規定される。

好ましいさらなる展開は、従属項および下記の記述から得られる。本発明の例となる実施形態は、これに限定されることなく図面によってより詳細に説明される。

吹き出し装置と一緒の内燃エンジンの本発明による排ガス後処理システムの触媒コンバータの斜視図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第１の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第１の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第１の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第１の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第２の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第２の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第２の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第２の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第３の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第３の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第３の排ガス後処理システムの詳細図である。 触媒コンバータの触媒モジュールの領域での第３の排ガス後処理システムの詳細図である。 さらなる排ガス後処理システムの詳細図である。 さらなる排ガス後処理システムの詳細図である。

本発明は、内燃エンジン、例えばパワープラントでの固定内燃エンジンまたは船舶に用いられる非固定内燃エンジンの排ガス後処理システムに関する。特に、排ガス後処理システムは、重質燃料油を用いて運転される船舶のディーゼル内燃エンジンに用いられる。

図１は、触媒コンバータ１の領域での本発明による排ガス後処理システムからの抜粋を示す。触媒コンバータ１は、複数の触媒モジュール２を備え、それらは、図示される例となる実施形態では、長方形の形に設計され、列および行を形成するアレイ状に配置される。

それに応じて、図１は、図示される例となる実施形態での触媒モジュール２が、６つの触媒モジュール２の４つの行３それぞれを形成し、触媒モジュール６それぞれの２つの行３が、グループ４を形成することを示す。

触媒コンバータ１は、排ガスが、それを介して触媒コンバータ１に入る、排ガス入口側５、および排ガスが、それを介して触媒コンバータ１から出る、排ガス出口側１３を備える。触媒コンバータ１の排ガス入口側５は、触媒モジュール２の対応する排ガス入口側６によって提供される。同様に、触媒コンバータ１の排ガス出口側１３は、触媒モジュール２の対応する見えない排ガス出口側によって形成される。

運転中は、煤が、触媒モジュール２の排ガス入口側６に積もることもある。本発明は、吹き出し装置７の詳細に関し、それを介して、煤は、触媒モジュール２のまたは触媒コンバータ１の目詰まりを避けるために、触媒モジュール２の排ガス入口側６から、それに応じて触媒コンバータ１の排ガス入口側５から吹き飛ばされることが可能である。

本発明による排ガス後処理システムでは、複数の吹き出し開口９、１０を有する少なくとも１つのチューブ８が、排ガス入口側５から所定の距離を有して複数の触媒モジュール２を横断して触媒コンバータ１の排ガス入口側５に沿って延び、各吹き出し開口９、１０を介して、空気は、いずれの場合にも少なくとも１つの触媒モジュール５の排ガス入口側６に吹き付けられてもよい。

ここでは特に、各吹き出し開口９、１０を介して、空気が、いずれの場合にも目標とされる仕方で触媒モジュール２の１つの排ガス入口側６に吹き付けられてもよく、その結果それに応じて各触媒モジュール２のためのチューブ８が、少なくとも１つの、優先的にはより多くの触媒モジュール個々の吹き出し開口９、１０を備え、それを介して、空気が、それぞれの触媒モジュール２の排ガス入口側６に吹き付けられてもよいということが、提示される。

触媒コンバータ１が、いずれの場合にも複数の触媒モジュール２を有する２つの行３それぞれの２つのグループ４を備える、図示される例となる好ましい実施形態では、チューブ８は、いずれの場合にも触媒モジュール２それぞれの２つの行３の各グループ４について存在し、それは、触媒コンバータ１の排ガス入口側５に沿って所定の距離を有して延びる。

各チューブ８は、空気がそれを介して、それぞれのチューブ８の第１の側に向かって位置決めされる触媒モジュール２の排ガス入口側６に向けられてもよい、吹き出し開口９、１０、および空気がそれを介して、それぞれのチューブの第２の側に向かって位置決めされる触媒モジュール２の排ガス入口側６に吹き付けられてもよい、さらなる吹き出し開口９、１０を備える。ここで、それぞれのチューブ８は優先的に、グループ４に組み合わされる２つの行３の触媒モジュール２の間の中間くらいに延びる。

特に、それぞれのグループ４の各触媒モジュール２についての各チューブ８が、それらの吹き出し角および／またはそれらの直径に関して異なるいろいろな吹き出し開口９、１０を有するということが、提示される。それぞれの詳細は、図２ａから図２ｄ、図３ａから図３ｄ、図４ａから図４ｂおよび図５ａから図５ｂを参照して下記で述べられる。

図２から図２ａの例となる実施形態では、チューブ８は、それぞれのグループ４の各触媒モジュール２について第１の吹き出し開口９および第２の吹き出し開口１０を備える。図２ａから図２ｄの例となる実施形態では、吹き出し開口９、１０は、空気をそれぞれの触媒モジュール２の排ガス入口側６に向ける、それらの吹き出し角に関して異なるにすぎない。それに応じて、図２ｃによる吹き出し開口９は、触媒モジュール２の排ガス入口表面６に対する平行線に関する吹き出し角βを含み、一方吹き出し開口１０は、触媒モジュール２の排ガス入口表面６に対するこの平行線に関する吹き出し角αを含む。

ここで、吹き出し開口９の吹き出し角βは、吹き出し開口１０の吹き出し角αよりも大きく、その結果異なる吹き出し開口９、１０を介して、空気は、それぞれの触媒モジュール２のそれぞれの排ガス入口側６上への異なる吹き出しコーン１１、１２内に向けられてもよい。このため、それぞれの触媒モジュール２の排ガス入口側６のほぼ全体に空気を効果的に吹き付けることが可能であり、それ故にそれぞれの触媒モジュール２の排ガス入口側６から煤を効果的に除去する。

吹き出し角αおよびβは、異なり、いずれの場合にも０°よりも大きく、優先的には１０°よりも大きく、かつ９０°よりも小さく、優先的には８０°よりも小さい。吹き出し開口９の吹き出し角βは、優先的には５０°と８０°との間にある。吹き出し開口１０の吹き出し角αは、優先的には１０°と４５°との間にある。

すでに説明されたように、異なる吹き出し開口９、１０は、図２ａから図２ｄの例となる実施形態では、それらの吹き出し角αおよびβそれぞれに関して排他的に異なる。図２ａから図２ｄでは、吹き出し開口９、１０は、同一の直径を有する。さらに、吹き出し開口９の数は、吹き出し開口１０の数と同一である。これに加えて、吹き出し開口９、１０は、チューブ８の同じ軸位置に配置される。

図３ａから図３ｄは、本発明の変形を示し、それぞれの触媒モジュール２についての吹き出し開口９、１０は、それらの吹き出し角αおよびβそれぞれに関して異なるだけでなく、さらにまたそれらの直径およびチューブ８に沿ったそれらの軸位置ならびにそれらの数に関しても異なる。

それに応じて、図３ａから図３ｄの例となる実施形態では、その平行線に対する吹き出し角βが、吹き出し開口１０の吹き出し角αよりも大きい、吹き出し開口９の数は、吹き出し開口１０の数よりも大きい。より小さい吹き出し角αを有する吹き出し開口１０の直径は、より大きい吹き出し角βを有する吹き出し開口９の直径よりも大きい。

図３ｄは、対応する吹き出しコーン１１、１２が、図示される触媒モジュール２の排ガス入口側６を打つ、表面を視覚化する。図３ａから図３ｄの実施形態に関して、煤はまた、それぞれの触媒モジュール２のそれぞれの排ガス入口側６から効果的に吹き飛ばされることが可能でもある。

本発明のさらなるバージョンは、図４ａから図４ｂによって示され、図４ａから図４ｂのバージョンでは、異なる吹き出し角αおよびβを有する吹き出し開口９、１０は、この場合もやはり図２ａから図２ｄの例となる実施形態に従って同一の直径を有するが、しかし互いに対するオフセットがチューブの軸方向に見られる。さらに、異なるα、βを有する吹き出し開口９、１０の数が異なる。

図５ａ、図５ｂは、本発明による排ガス後処理システム１０の詳細を示し、図示されるチューブ８はこの場合もやはり、触媒モジュール２の２つの行３の触媒モジュール２の排ガス入口側６から煤を吹き飛ばす。第１の側では、チューブ８は、それらの数に関しても、またそれらの吹き出し角、それらの直径、およびチューブ８に沿ったそれらの軸位置に関しても異なる吹き出し開口９、１０を備える。対照的に軸位置の反対側に位置するチューブ８の第２の側では、異なる穴９、１０の数は、異なる吹き出し角α、βと同一である。

本発明を用いると、煤は、触媒コンバータ１の触媒モジュール２の排ガス入口側６から効果的に除去することができる。本発明は、ＳＣＲ排ガス後処理システムのＳＣＲ触媒コンバータとともに優先的に用いられる。しかしながら、本発明はまた、排ガス入口側から煤を除去するために、他の触媒コンバータとともに、例えばＣＨ_４酸化触媒コンバータ等とともに用いられてもよい。

空気は優先的に、吹き出し開口９、１０を介して触媒モジュール２の排ガス入口表面６にショック状またはインパルス状に向けられる。

１ 触媒コンバータ
２ 触媒モジュール
３ 行
４ グループ
５ 排ガス入口側
６ 排ガス入口側
７ 吹き出し装置
８ チューブ
９ 吹き出し開口
１０ 吹き出し開口
１１ 吹き出しコーン
１２ 吹き出しコーン
１３ 排ガス出口側

Claims (10)

1. 触媒コンバータ（１）を有する内燃エンジンの排ガス後処理システムであって、前記触媒コンバータ（１）は、複数の触媒モジュール（２）、排ガス入口側（５）および排ガス出口側（１３）を備え、かつ吹き出し装置（７）を有し、前記吹き出し装置を介して堆積物が前記触媒コンバータ（１）の前記排ガス入口側（５）から、すなわち前記触媒モジュール（２）の前記排ガス入口側（６）から吹き飛ばされることが可能であり、
   前記触媒コンバータ（１）の前記排ガス入口側（５）に沿って、複数の吹き出し開口（９、１０）を有する少なくとも１つのチューブ（８）が、前記排ガス入口側（５）から所定の距離を有して複数の触媒モジュール（２）を横断して延び、各吹き出し開口（９、１０）を介して、空気が、少なくとも１つの触媒モジュール（２）の前記排ガス入口側（６）に吹き付けられ、
   複数の触媒モジュール（２）についての前記チューブ（８）が、複数の触媒モジュール個々の吹き出し開口（９、１０）を備え、それらを介して空気が、前記触媒モジュール（２）のそれぞれの前記排ガス入口側（６）に吹き付けられ、
   前記吹き出し開口（９，１０）はそれらの吹き出し角およびそれらの直径に関して互いに異なっている
   ことを特徴とする、排ガス後処理システム。
2. 各吹き出し開口（９、１０）を介して、空気が、前記触媒モジュール（２）のうちの１つの前記排ガス入口側（６）に目標を定めて吹き付けられることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス後処理システム。
3. 前記排ガス入口側に対する垂線に基づく前記吹き出し角が、比較的小さく、それ故に前記排ガス入口側に対する平行線に関する前記吹き出し角が、比較的大きい、そのような吹き出し開口（９）の直径が、前記排ガス入口側に対する前記垂線に基づく前記吹き出し角が、比較的大きく、それ故に前記排ガス入口側に対する前記平行線に基づく前記吹き出し角が、比較的小さい、そのような吹き出し開口（１０）の直径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の排ガス後処理システム。
4. 前記吹き出し開口（９、１０）が、少なくとも部分的に前記チューブ（８）の軸方向にオフセットし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システム。
5. 前記吹き出し開口（９、１０）が、少なくとも部分的に前記チューブ（８）の軸方向において同一位置に位置決めされ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システム。
6. 前記チューブ（８）のそれぞれが、吹き出し開口（９、１０）であって、前記吹き出し開口を介して空気が、各前記チューブ（８）の第１の側に向かって位置決めされる触媒モジュール（２）の前記排ガス入口側（６）に吹き付けられる、吹き出し開口（９、１０）と、さらなる吹き出し開口（９、１０）であって、前記さらなる吹き出し開口を介して前記空気が、各前記チューブ（８）の第２の側に向かって位置決めされる触媒モジュール（２）の前記排ガス入口側（６）に吹き付けられる、さらなる吹き出し開口（９、１０）と、を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。
7. 各前記チューブ（８）の前記第１の側に向かって位置決めされる触媒モジュール（２）の前記排ガス入口側（６）に空気が吹き付けられる、前記吹き出し開口（９、１０）が、開口径および／または吹き出し角および／または軸位置に関して異なる吹き出し開口（９、１０）を備え、ならびに各前記チューブ（８）の前記第２の側に向かって位置決めされる触媒モジュール（２）の前記排ガス入口側（６）に空気が吹き付けられる、前記吹き出し開口（９、１０）が同様に、開口径および／または吹き出し角および／または軸位置に関して異なる吹き出し開口（９、１０）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の排ガス後処理システム。
8. 複数の触媒モジュール（２）それぞれの２つの行（３）の各グループ（４）についての前記排ガス後処理システムが複数の吹き出し開口（９、１０）を有するチューブ（８）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。
9. 前記複数の触媒モジュール（２）が互いに隣接した少なくとも２つの行（３，３）に配列され、かつ、前記少なくとも１つのチューブ（８）が前記触媒モジュール（２）の隣接した前記２つの行（３，３）の境界に沿って延在していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の排ガス後処理システムを有する内燃エンジン。

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