JPH08511074A

JPH08511074A - 大型過給ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JPH08511074A
Application number: JP7501199A
Authority: JP
Inventors: キェムトルプ，ニールス; ベル−ソンネ，ペーター
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1996-11-19
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: DK170218B1; JP3304090B2; DK65093D0; KR100274063B1; FI106883B; EP0701656B1; DE69318578D1; FI955802A; US5657630A; WO1994029587A1; FI955802A0; EP0701656A1; KR960702886A; DK65093A; DE69318578T2

Abstract

(57)【要約】過給内燃機関内にて、排ガスが過給機の高圧側からエンジンの給気装置に再循環される。この再循環された排ガスの少なくとも一部は、略100％の相対湿度まで加湿される。これは、一方でエンジンシリンダ内の最初の燃焼の開始時に温度が低下するようにエンジンを冷却し、他方で気体中の蒸気の熱量が燃焼中の温度上昇を制限する。これらの因子は、共に燃焼により発生されるＮＯ_x量を減少させる働きをする。水の添加は、再循環された気体を浄化するスクラバー（１６）により行われる。ブロアー（１７）は、再循環された気体の圧力を増圧する。スクラバーは、海水が第一の段に供給され、淡水が最終段に供給される、幾つかの段を備えるように設計することにより、淡水を製造し得るようにすることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】大型過給ディーゼルエンジン本発明は、排ガスにより駆動されるタービンと、該タービンにより駆動され、エンジンのシリンダに給気を供給するコンプレッサを有する過給機を備え、循環通路がその排ガスの一部をエンジンシリンダに戻すことが出来るようにした、船の主機のような大型の過給ディーゼルエンジンに関する。例えば、日本国特許公告第53-5321号には、排ガスの一部をエンジンの吸気装置に再循環し、エンジンの最高燃焼温度がより低温となるようにして、排ガスのＮＯ_x濃度が低下するようにしたガソリンエンジンが記載されている。温度が高くなればＮＯ_x量が急激に増大するから、この燃焼により発生するＮＯ_x量は、最高燃焼温度に依存する。従来技術を使用して、排ガスの５乃至20％を再循環させれば、排ガス中のＮＯ_x量を30％まで削減することが出来る。勿論、環境的に有害な化合物がエンジンから放出されないように発生源にて制限することが望ましいが、排ガスを再循環させる公知の方法は、問題点がない訳ではない。例えば、再循環の結果、煙として見える、排ガス中の微粒子の量が増大する傾向となる。これは、多分、再循環量が増すに伴い、給気の酸素濃度が低下することに起因するものと考えられる。ドイツ国特許出願25 04 308号には、吸気側に再循環する前に、水浴に通して泡立てることにより、排ガスの一部を浄化するエンジンが記載されている。この浄化された気体は、ＮＯ_x濃度を低下させることには寄与しないが、燃焼消費量を少なくする働きをする蒸気を含むことが述べられている。ディーゼルエンジンの排ガスを水浴中で浄化し、次に、その浄化し且つ加湿された気体の一部をエンジンの吸気側に再循環することは、国際特許出願第88/010 16号から公知である。水浴中で加湿することは、排ガスをある程度、冷却させ、また、最高燃焼温度を低くすることに役立つ。蒸気の比熱容量が大きいため、排ガスを再循環する効果は、上述の方法におけるよりも顕著である。エンジンは過給されず、また、全ての排ガスが加湿されるため、水の消費量は大である。大型のディーゼルエンジンは、通常、燃料として重油を使用し、その結果、排ガスに接するエンジン部品に対して極めて攻撃的である燃料生成物が多量に発生される。著しく汚染された排ガスは、水浴を通して泡立てせることにより十分に浄化し得ない。燃焼中のＮＯ_x生成物を減少させるため、排ガスをディーゼルエンジンの吸気側に導入することがＤＴ−Ａ−第24 43 897号から公知である。ディーゼルエンジン自体の排ガスからの不純物を防止するため、ディーゼルエンジンへの再循環気体として、ガソリンエンジンからの排ガスが使用される。この解決策は、エンジン装置をより著しく複雑化し、また、通常、ガソリンの形態による燃料が極く少量しか利用し得ない船舶に適用することは不可能である。スウェーデン国特許第314 555号及び米国特許第4,440,116号には、圧縮中の吸気の温度上昇を制限するため、コンプレッサの上流側の吸気に水が噴射される過給エンジンが記載されている。大型の高馬力ディーゼルエンジンにおいて、微小な水滴が少量でもあれば、コンプレッサホイールのブレードが腐食されるから、かかる水の添加の結果、損傷し易いコンプレッサが急速に腐食するという不利益を伴う。本発明の目的は、エンジンがエンジン構成部品、特に、過給機のような特に高価な構成部品の高性能及び長期の寿命を保ち、再循環装置の構成部品が、エンジンと一体化するのに有利な小さい寸法であるような方法にて、大型の過給ディーゼルエンジンにおいて排ガスの再循環を可能にすることである。この目的に鑑み、本発明による上述の大型のディーゼルエンジンは、それ自体公知の方法にて、再循環通路が、排ガスを水で加湿する装置を備え、該加湿装置が多数の水噴霧段を有するスクラバー（scrubber）であり、再循環通路が、タービンの上流にて排気導管から分岐する導管を備え、また、コンプレッサの下流にて給気導管に接続され、該導管が、再循環した排ガスの圧力を増圧すべく、スクラバーに、及び該スクラバーの下流に配置されることが好ましいブロアーに接続される。排ガスを浄化する少なくとも一つの水噴霧段を有するスクラバーを使用することにより、エンジンが重油で運転されているときでも、ディーゼルエンジン自体の排ガスを再循環させることが可能であるために、極めて効率的な浄化となる。スクラバーは、広いスペースを必要とせず、また、スクラバーの噴霧ノズルを排ガスの流路内に配置する結果、スクラバーにおける圧力低下は、有利な程度に極く僅かであるという効果が得られ、このことは、エンジンを高効率に保つ上で重要なことである。極めて短い長さの気体流路に亙って、スクラバーは、極めて大量の水を再循環気体内に噴霧することが出来、このことは、所望通りの十分な浄化、効率のよい冷却及び略100％の相対湿度とする加湿を行う上で、重要なことである。スクラバーは、公知の加湿器よりも再循環した気体を効率良く冷却し、このことは、ＮＯ_x発生量の減少を促進することになる。再循環通路内に設けられたブロアーは、エンジンの吸気側と排気側との間の圧力比に関係なく、再循環を可能とし、このことは、任意の所望のエンジン負荷にて再循環が実施可能であることを意味する。排ガスは、過給機のタービンの上流側で方向を変え、水の添加により冷却及び浄化が為される。ブロアーは、過給機のコンプレッサの下流にて再循環した気体を排出する。再循環された気体は、コンプレッサ内で圧縮する必要がなくなるために、過給機のタービン及びコンプレッサの寸法は小さくて済む。冷却されない排ガスをブロアーが圧縮しなければならない場合と比較すれば、ブロアーの上流にて気体を冷却するこの好適な方法は、ブロアーのエネルギ消費量を略半減する。更に、損傷し易いブロアーが排ガス中の腐食性生成物の作用を受けることがない。各段にて噴霧水を添加した後に排ガス中から水滴を除去することにより、再循環した気体の浄化程度を向上させることが可能となる。第二の段にて、水を添加する結果、気体の温度が低下し、このため、100％の湿度に飽和した気体から水分が凝縮される。この凝縮は、気体中に存在する微粒子の不純物にて最初に生じる。次に、気体が段から去る前に、気体から水滴が除去されるとき、望ましくない不純物も水滴と共に除去される。このようにして浄化させた気体の温度が、後続の段にて水を添加することにより、更に低下すると、この温度低下により、その直前に添加した水量よりも多量の気体が凝縮され、この水は、略純水となる。このことは、水を格別に消費せずに、スクラバー内で水を浄化することが可能であることを意味する。特に、好適な実施例において、スクラバーは、給気導管に接続されており、該スクラバーは、コンプレッサにより圧縮された空気及び再循環した排ガスの双方を冷却する。このため、給気を冷却する周知の管型式の冷却器は不要となる。その結果、エンジンの吸気装置が簡略化される点で有利であるが、給気及びその給気に含まれる再循環した排ガスを直接、水で冷却して、燃焼室への吸気側における気体温度をパイプ式冷却器で得られる温度よりも10℃乃至12℃低い温度とすることも可能となる。その他の条件が等しいならば、このような給気温度の低下の結果、比燃料消費量（SFOC）が改善されて約１ｇ／ｈｐｈとなる。また、この低い給気温度は、最高燃焼温度を低下させ、従って、排ガス中のＮＯ_x濃度を低下させる。燃焼室に供給された全ての空気は、エンジンの全ての運転状態にて加湿されるから、本発明の上記の利点は、更に完全に達成される。このため、ＮＯ_x量は略半減する。このエンジンを船舶で使用した場合、吸気中に存在することが多い給気の塩分が除去され、このため、エンジンが塩分による腐食作用を受けないという更なる効果が得られる。船舶において特に有用である好適な実施例において、スクラバーは、貫流する気体中に噴霧ノズルから海水を噴霧する第一の加湿段と、気体中に浮遊した液滴が気体から分離される中間の浄化段と、噴霧ノズルが貫流する気体中に淡水を噴霧し、凝縮した淡水が除去される、少なくとも一つの最終の冷却段とを備えている。排ガスの加湿及び浄化のためには極めて多量の水を使用しなければならない。典型的に、水の消費量は、エンジンの燃焼消費量よりも３乃至４倍も多い。その結果、出力35,000馬力である、中程度の大型のディーゼルエンジンにおいて、水の消費量は12トン乃至17トン／時にもなる。船舶において、低圧にて蒸発させることにより海水を淡水に変換する特殊な淡水発生器にて行われる、淡水の製造にとって、この量は、比較的エネルギを多く消費することになる量である。好適な実施例において、幾つかの段にて加湿及び浄化を行うことにより、また第一の段にて海水を使用し、少なくとも最後の水添加段にて淡水を使用することにより、淡水を消費するという問題点は解決される。海水は、無限の量にて利用可能であり、上述のように、塩分はその他の汚染物と共に気体から除去される。また、第三の段及び選択随意により、第四の段にても水を添加するならば、これに起因する気体の温度低下の結果、添加した淡水の量を遥かに上廻る量の淡水が分離される。浄化に必要とされる水量を賄うことに加えて、船舶内の何れかにて使用することの出来る淡水を実際に製造し得るという更なる利点を得ることが可能となる。本発明による実施例について、極く概略図的な添付図面を参照しつつ、以下に更に詳細に説明する。添付図面において、図１及び図２は、本発明による内燃機関の吸気装置及び排気装置の二つの異なる実施例の線図、図３は、スクラバー内の一つの段の外形図である。これら三つの実施例において、内燃機関は、全体として参照符号１で示してある。該内燃機関は、給気室２と、排気室３とを備えており、また、燃焼室に属する排気弁が符号４で示してある。この内燃機関は、船舶の主機として、又は、発電所の発電機を運転する固定エンジンとして使用することの出来る、大型の２ストローク定圧充填によるディーゼルエンジンでよい。この内燃機関の全出力は、例えば、5,000乃至70,000ｋＷの範囲でよいが、本発明は、例えば、出力1,000ｋＷの４ストロークエンジンにも使用可能である。給気は、給気室から個々のシリンダに及び掃気ポートに流れる。排気弁４が開くと、排ガスは、排気導管を通って排気室３に入り、通常の排気導管５を通って外方に流れて過給機のタービン６に入り、ここから、排ガスは、排気導管７を通って流れる。タービン６は、シャフト８を介して、コンプレッサ９を駆動し、このコンプレッサには、吸気管１０を介して空気が供給される。該コンプレッサは、給気室２に達する給気導管１１に加圧した給気を供給する。図１に示した実施例は、給気を冷却する既存の管型冷却器１２を交換せずに、本発明に従って作動可能であるよう既存のエンジンを改造する場合に、特に適用されるものである。該管型冷却器は、冷却水入口１３と、冷却水出口１４とを備えている。通常、かかる管型冷却器は、給気を冷却水の温度よりも約15℃高い温度までしか冷却することが出来ない。再循環用導管１５は、排気導管５から分岐し、また、該導管は、給気導管１１に接続されており、このため、該再循環用導管は、該導管１５と導管１１との接続部の下流にある吸気装置の一部と共に、再循環通路を形成する。排ガスを水で加湿し且つ浄化するため、導管１５内には、スクラバー１６が挿入されている。スクラバー１６からの気体出口はエンジン１８により駆動されるブロアー１７に達している。排ガスがタービン６の高圧側で方向変更されても、ブロアー１７は、排ガスの圧力を上昇させなければならず、その結果、再循環された排ガスの圧力は導管１１内の給気の圧力よりも高くなる。スクラバー１６は排ガスの浄化及び冷却程度により、一又は複数の段を有することが出来る。図２に示した第二の実施例は、管型冷却器１２に代えて、四つの段を有する水スクラバー１９が使用される点で、第一の実施例と異なる。第一の段２０において、パイプ２１からの加圧された海水は、噴霧ノズルに進み、このノズルが適度に余剰な量の水で気体を加湿し且つ冷却し、気体中に塩分が析出されないようにする。第一の段の端部は、気体中に浮遊し且つ望ましくない汚染物質を含む液滴を気体から分離する液滴捕集器を有する。第二の段２９において、圧力パイプ２２を通じて供給された淡水は、気体中に噴霧され、このため、その後に、その内部に残る粒子に水が凝縮することにより、更に冷却される。第三の段２３は、気体中に浮遊した液滴を除去する液滴捕集器を有している。分離された水は、パイプ２４を通って船外に進み、又は、後で浄化し得るようにタンクに流れる。水が船外に流れた場合でも、排ガス中の望ましくない物質は、大気を介して放出する必要なく、海に直接、投棄し得るという環境的に有利が点がある。所望であれば、水は、焼石灰で浄化し、また、選択随意的に、投棄する前にろ過することが出来る。第四の段２５において、パイプ２６を通じて供給された淡水は、気体中に噴霧され、これにより、上述のように、パイプ２７を通じてスクラバーから除去された多量の淡水さえも凝縮され、気体の温度は、水の供給温度に極く近い温度となる。該スクラバーの段数は、より少なくてもよいが、その場合には、気体の冷却効果は低下する。図３には、再循環通路内に配置されるスクラバー内の段３３の実施例が示してある。スクラバーのハウジング３４は、フランジ３５、又は更なるスクラバー段により気体輸送導管に接続することが可能である。気体の流動方向は、矢印３６で示してある。淡水又は海水の供給パイプ３７は、各々が水を気体中に噴霧する多数のノズル３９を有する分配管３８に水を供給する。図示した実施例において、これらのノズルは、気体の流動方向と反対方向に水を噴霧し、これは、十分な蒸発及び浄化効果が得られるが、勿論、気体の流動方向に噴霧するノズルを使用することも可能である。ノズルを通った後に、気体は、気体の流動方向に関して角度を付けた大きい表面を有する液滴発生器４０を通って流れる。この液滴発生器の材料は、例えば、非常に多孔質の発泡材、金網又は鋼ウールにて形成してよい。該液滴発生器において、気体中の小さい液滴は、相互に結合してより大きい液滴となり、このことは、その後に、液滴捕集領域４１内にて液滴を気体から除去することを容易にし、該液滴捕集領域４１は、図示するように、気体の流動方向に関して傾斜させた細長の板領域４２を含むことが出来、気体は、この領域４２を通った直後に、強制的にその方向を変更される。これらの液滴の慣性力の結果、液滴は気体自体よりもその方向を変更する速度が遅く、このため、液滴は、板４２上に溜まり、その板４２に沿って折り重ねた端部分４３内に流れ、この端部分４３に液滴は集められ且つ捕集通路に進み、ここで、凝縮液及び除去された液体が排出パイプ４４に排出される。一定の流動抵抗を生じさせる液滴発生器４０は省略可能であることが多い。スクラバーが連続する幾つかの噴霧段を有するならば、その段の各々は、一つの液滴捕集領域を有し、後続の段が液滴捕集領域にて除去された量の液体を冷却する必要がないようにすることが好ましい。スクラバーが再循環された量の気体を浄化だけすればよいならば、スクラバーの単一の段にて、十分に浄化することが可能であることが多い。このスクラバーは、流動抵抗が小さく、保守が実質的に不要であり、しかも低廉に製造することが出来る。以下の実験例は、再循環された気体がスクラバー内で浄化され、全ての吸気が二段スクラバー内で冷却される、エンジンプラントにおけるスクラバーの運転モードを示すものである。簡略化のため、計算は、全負荷時のエンジン出力10,000 ｋＷ及び公称給気圧力3.55バールのエンジンとして行った。実験例１エンジンは、100％の負荷で運転され、大気温度25℃、相対湿度30％であり、このことは、吸気は、空気１ｋｇ当り約６ｇの水分を含むことを意味する。エンジンの空気消費量は、約22ｋｇ／秒である。コンプレッサ９を通った後の空気温度は、Ｔ₁＝185℃である。スクラバーの第一の段において、噴霧ノズルには、2.6ｌ／秒の量の塩水が供給され、このため、空気は蒸発により約Ｔ₁＝70℃の温度まで冷却され、これと同時に、空気は、100％の相対湿度に加湿され、その結果、空気１ｋｇ当り約60 ｇの水分を含む。液滴捕集器において、約1.3ｌ／秒の量の水が除去される。スクラバーの第一の段から排出されるとき、空気からは、全ての塩分が実質的に除去される。スクラバーの第二の段において、水温約Ｔ_v＝25℃の淡水が35ｌ／秒の量にて噴霧ノズルから噴霧される。これは、空気を約Ｔ₁＝35℃の温度まで冷却し、この場合、100％の湿度に飽和された空気は空気１ｋｇ当り約９ｇの水分を含む。液滴捕集器において、約36.1ｌ／秒の水分が分離され、このため、スクラバーの第二の段は、1.1ｌ／秒の量にて淡水を製造し、これは、１日当り約95トンに相当する。噴霧して吸気を冷却するとき、極めて大きい熱伝達率が計測され、この熱伝達係数（率）は、従来の管型冷却器の約50乃至100倍であると評価される。所望であれば、スクラバーの第三の段内の空気は、水温よりも数度高い温度まで冷却することが出来、その結果、淡水が更に製造される。導管１５内にて再循環された排ガスを浄化するために別個のスクラバー１６を使用する場合、その浄化と同時に、排ガスは、コンプレッサ弁を通った後に、約 375℃の供給温度からＴ₁＝185℃の吸気温度まで冷却することが適当である。スクラバー１６における水の消費量は、0.07ｌ／秒であり、これは、１日当り5.7 トンの量に相当する。この消費量は、何ら問題を生ぜずに、第二のスクラバーからの淡水で賄い得る。上述のスクラバーの代わりに、管型冷却器を使用するならば、そのスクラバー１６は、海水で運転することが可能である。実験例２上記と同一の大気条件であり、エンジンの負荷は75％とし、第一のスクラバー段にて噴霧ノズルは、少なくとも1.8ｌ／秒の量の海水を供給することを要し、このため、空気は、約Ｔ₁＝60℃まで冷却され且つ100％の相対湿度まで加湿され、この場合、空気１ｋｇ当り約45ｇの水分を含む。スクラバーの第二の段において、35ｌ／秒の量の水が温度約Ｔ_v＝25℃にて供給され、これにより、気体は、約Ｔ₁＝30℃まで冷却され、この場合、100％に飽和させた気体中の水分量は、空気１ｋｇ当り約12ｇである。該第二の段は、約0. 5ｌ／秒の量にて淡水を発生し、これは、１日当り43トンに相当する。再循環させた排ガスの浄化に、約0.10ｌ／秒の量の水が消費され、これは、１日当り8.6トンに相当する。上述のスクラバーの代わりに、日本のガデリウス・マリーン株式会社（Gadeli us Marine K.K.）のイナート・ガス装置から公知のスクラバー及びサイクロン原理で作動する同会社の液滴捕集器を使用することが可能である。しかしながら、こうした公知の装置は、寸法が過大であるという不利益を伴う。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年５月１５日【補正内容】明細書大型過給ディーゼルエンジン本発明は、排ガスにより駆動されるタービンと、該タービンにより駆動され、エンジンのシリンダに給気を供給するコンプレッサを有する過給機と、排気ガスの一部をエンジンのシリンダに戻す循環通路とを備えた、船舶の主機のような大型の過給ディーゼルエンジンに関する。例えば、日本国特許公告第53-5321号には、排ガスの一部をエンジンの吸気装置に再循環し、エンジンの最高燃焼温度がより低温となるようにして、排ガスのＮＯ_x濃度が低下するようにしたガソリンエンジンが記載されている。温度が高くなればＮＯ_x量が急激に増大するから、この燃焼により発生するＮＯ_x量は、最高燃焼温度に依存する。従来技術を使用して、排ガスの５乃至20％を再循環させれば、排ガス中のＮＯ_x量を30％まで削減することが出来る。勿論、環境的に有害な化合物がエンジンから放出されないように発生源にて制限することが望ましいが、排ガスを再循環させる公知の方法は、問題点がない訳ではない。例えば、再循環の結果、煙として見える、排ガス中の微粒子の量が増大する傾向となる。これは、多分、再循環量が増すに伴い、給気の酸素濃度が低下することに起因するものと考えられる。ドイツ国特許出願25 04 308号には、吸気側に再循環する前に、水浴に通して泡立てることにより、排ガスの一部を浄化するエンジンが記載されている。この浄化された気体は、ＮＯ_x濃度を低下させることには寄与しないが、燃焼消費量を少なくする働きをする蒸気を含むことが述べられている。ドイツ国特許第41 23 046号には、ポンプ又はコンプレッサを使用し、再循環された排気ガスを非常に小さい孔を有する材料を通して加圧することにより排気ガスを細かく分配された泡として水浴中にを通過させるエンジンが記載されている。このエンジンにあっては過給されない。ディーゼルエンジンの排ガスを水浴中で浄化し、次に、その浄化し且つ加湿された気体の一部をエンジンの吸気側に再循環することは、国際特許出願第88/010 16号から公知である。水浴中で加湿することは、排ガスをある程度、冷却させ、また、最高燃焼温度を低くすることに役立つ。蒸気の比熱容量が大きいため、排ガスを再循環する効果は、上述の方法におけるよりも顕著である。エンジンは過給されず、また、全ての排ガスが加湿されるため、水の消費量は大である。大型のディーゼルエンジンは、通常、燃料として重油を使用し、その結果、排ガスに接するエンジン部品に対して極めて攻撃的である燃料生成物が多量に発生される。著しく汚染された排ガスは、水浴を通して泡立てせることにより十分に浄化し得ない。燃焼中のＮＯ_x生成物を減少させるため、排ガスをディーゼルエンジンの吸気側に導入することがＤＴ−Ａ−第24 43 897号から公知である。ディーゼルエンジン自体の排ガスからの不純物を防止するため、ディーゼルエンジンへの再循環気体として、ガソリンエンジンからの排ガスが使用される。この解決策は、エンジン装置をより著しく複雑化し、また、通常、ガソリンの形態による燃料が極く少量しか利用し得ない船舶に適用することは不可能である。スウェーデン国特許第314 555号及び米国特許第4,440,116号には、圧縮中の吸気の温度上昇を制限するため、コンプレッサの上流側の吸気に水が噴射される過給エンジンが記載されている。大型の高馬力ディーゼルエンジンにおいて、微小な水滴が少量でもあれば、コンプレッサホイールのブレードが腐食されるから、かかる水の添加の結果、損傷し易いコンプレッサが急速に腐食するという不利益を伴う。本発明の目的は、エンジンがエンジン構成部品、特に、過給機のような特に高価な構成部品の高性能及び長期の寿命を保ち、再循環装置の構成部品が、エンジンと一体化するのに有利な小さい寸法であるような方法にて、大型の過給ディーゼルエンジンにおいて排ガスの再循環を可能にすることである。この目的に鑑み、本発明による上述の大型のディーゼルエンジンは、再循環通路が、排ガスを水で加湿する装置を備え、該加湿装置が多数の水噴霧段を有するスクラバー（scrubber）であり、再循環通路が、タービンの上流にて排気導管から分岐する導管を備え、また、コンプレッサの下流にて給気導管に接続され、該導管が、再循環した排ガスの圧力を増圧すべく、スクラバーに、及び該スクラバーの下流に配置されることが好ましいブロアーに接続される。排ガスを浄化する少なくとも一つの水噴霧段を有するスクラバーを使用することにより、エンジンが重油で運転されているときでも、ディーゼルエンジン自体の排ガスを再循環させることが可能であるために、極めて効率的な浄化となる。スクラバーは、広いスペースを必要とせず、また、スクラバーの噴霧ノズルを排ガスの流路内に配置する結果、スクラバーにおける圧力低下は、有利な程度に極く僅かであるという効果が得られ、このことは、エンジンを高効率に保つ上で重要なことである。極めて短い長さの気体流路に亙って、スクラバーは、極めて大量の水を再循環気体内に噴霧することが出来、このことは、所望通りの十分な浄化、効率のよい冷却及び略100％の相対湿度とする加湿を行う上で、重要なことである。スクラバーは、公知の加湿器よりも再循環した気体を効率良く冷却し、このことは、ＮＯ_x発生量の減少を促進することになる。再循環通路内に設けられたブロアーは、エンジンの吸気側と排気側との間の圧力比に関係なく、再循環を可能とし、このことは、任意の所望のエンジン負荷にて再循環が実施可能であることを意味する。排ガスは、過給機のタービンの上流側で方向を変え、水の添加により冷却及び浄化が為される。ブロアーは、過給機のコンプレッサの下流にて再循環した気体を排出する。再循環された気体は、コンプレッサ内で圧縮する必要がなくなるために、過給機のタービン及びコンプレッサの寸法は小さくて済む。冷却されない排ガスをブロアーが圧縮しなければならない場合と比較すれば、ブロアーの上流にて気体を冷却するこの好適な方法は、ブロアーのエネルギ消費量を略半減する。更に、損傷し易いブロアーが排ガス中の腐食性生成物の作用を受けることがない。各段にて噴霧水を添加した後に排ガス中から水滴を除去することにより、再循環した気体の浄化程度を向上させることが可能となる。第二の段にて、水を添加する結果、気体の温度が低下し、このため、100％の湿度に飽和した気体から水分が凝縮される。この凝縮は、気体中に存在する微粒子の不純物にて最初に生じる。次に、気体が段から去る前に、気体から水滴が除去されるとき、望ましくない不純物も水滴と共に除去される。このようにして浄化させた気体の温度が、後続の段にて水を添加することにより、更に低下すると、この温度低下により、その直前に添加した水量よりも多量の気体が凝縮され、この水は、略純水となる。このことは、水を格別に消費せずに、スクラバー内で水を浄化することが可能であることを意味する。特に、好適な実施例において、スクラバーは、給気導管に接続されており、該スクラバーは、コンプレッサにより圧縮された空気及び再循環した排ガスの双方を冷却する。このため、給気を冷却する周知の管型式の冷却器は不要となる。その結果、エンジンの吸気装置が簡略化される点で有利であるが、給気及びその給気に含まれる再循環した排ガスを直接、水で冷却して、燃焼室への吸気側における気体温度をパイプ式冷却器で得られる温度よりも10℃乃至12℃低い温度とすることも可能となる。その他の条件が等しいならば、このような給気温度の低下の結果、比燃料消費量（SFOC）が改善されて約１ｇ／ｈｐｈとなる。また、この低い給気温度は、最高燃焼温度を低下させ、従って、排ガス中のＮＯ_x濃度を低下させる。燃焼室に供給された全ての空気は、エンジンの全ての運転状態にて加湿されるから、本発明の上記の利点は、更に完全に達成される。このため、ＮＯ_x量は略半減する。このエンジンを船舶で使用した場合、吸気中に存在することが多い給気の塩分が除去され、このため、エンジンが塩分による腐食作用を受けないという更なる効果が得られる。船舶において特に有用である好適な実施例において、スクラバーは、貫流する気体中に噴霧ノズルから海水を噴霧する第一の加湿段と、気体中に浮遊した液滴が気体から分離される中間の浄化段と、噴霧ノズルが貫流する気体中に淡水を噴霧し、凝縮した淡水が除去される、少なくとも一つの最終の冷却段とを備えている。排ガスの加湿及び浄化のためには極めて多量の水を使用しなければならない。典型的に、水の消費量は、エンジンの燃焼消費量よりも３乃至４倍も多い。その結果、出力35,000馬力である、中程度の大型のディーゼルエンジンにおいて、水の消費量は12トン乃至17トン／時にもなる。船舶において、低圧にて蒸発させることにより海水を淡水に変換する特殊な淡水発生器にて行われる、淡水の製造にとって、この量は、比較的エネルギを多く消費することになる量である。好適な実施例において、幾つかの段にて加湿及び浄化を行うことにより、また第一の段にて海水を使用し、少なくとも最後の水添加段にて淡水を使用することにより、淡水を消費するという問題点は解決される。海水は、無限の量にて利用可能であり、上述のように、塩分はその他の汚染物と共に気体から除去される。また、第三の段及び選択随意により、第四の段にても水を添加するならば、これに起因する気体の温度低下の結果、添加した淡水の量を遥かに上廻る量の淡水が分離される。浄化に必要とされる水量を賄うことに加えて、船舶内の何れかにて使用することの出来る淡水を実際に製造し得るという更なる利点を得ることが可能となる。本発明による実施例について、極く概略図的な添付図面を参照しつつ、以下に更に詳細に説明する。添付図面において、図１及び図２は、本発明による内燃機関の吸気装置及び排気装置の二つの異なる実施例の線図、図３は、スクラバー内の一つの段の外形図である。これら三つの実施例において、内燃機関は、全体として参照符号１で示してある。該内燃機関は、給気室２と、排気室３とを備えており、また、燃焼室に属する排気弁が符号４で示してある。この内燃機関は、船舶の主機として、又は、発電所の発電機を運転する固定エンジンとして使用することの出来る、大型の２ストローク定圧充填によるディーゼルエンジンでよい。この内燃機関の全出力は、例えば、5,000乃至70,000ｋＷの範囲でよいが、本発明は、例えば、出力1,000ｋＷの４ストロークエンジンにも使用可能である。給気は、給気室から個々のシリンダに及び掃気ポートに流れる。排気弁４が開くと、排ガスは、排気導管を通って排気室３に入り、通常の排気導管５を通って外方に流れて過給機のタービン６に入り、ここから、排ガスは、排気導管７を通って流れる。タービン６は、シャフト８を介して、コンプレッサ９を駆動し、このコンプレッサには、吸気管１０を介して空気が供給される。該コンプレッサは、給気室２に達する給気導管１１に加圧した給気を供給する。図１に示した実施例は、給気を冷却する既存の管型冷却器１２を交換せずに、本発明に従って作動可能であるよう既存のエンジンを改造する場合に、特に適用されるものである。該管型冷却器は、冷却水入口１３と、冷却水出口１４とを備えている。通常、かかる管型冷却器は、給気を冷却水の温度よりも約15℃高い温度までしか冷却することが出来ない。再循環用導管１５は、排気導管５から分岐し、また、該導管は、給気導管１１に接続されており、このため、該再循環用導管は、該導管１５と導管１１との接続部の下流にある吸気装置の一部と共に、再循環通路を形成する。排ガスを水で加湿し且つ浄化するため、導管１５内には、スクラバー１６が挿入されている。スクラバー１６からの気体出口はエンジン１８により駆動されるブロアー１７に達している。排ガスがタービン６の高圧側で方向変更されても、ブロアー１７は、排ガスの圧力を上昇させなければならず、その結果、再循環された排ガスの圧力は導管１１内の給気の圧力よりも高くなる。スクラバー１６は排ガスの浄化及び冷却程度により、一又は複数の段を有することが出来る。図２に示した第二の実施例は、管型冷却器１２に代えて、四つの段を有する水スクラバー１９が使用される点で、第一の実施例と異なる。第一の段２０において、パイプ２１からの加圧された海水は、噴霧ノズルに進み、このノズルが適度に余剰な量の水で気体を加湿し且つ冷却し、気体中に塩分が析出されないようにする。第一の段の端部は、気体中に浮遊し且つ望ましくない汚染物質を含む液滴を気体から分離する液滴捕集器を有する。第二の段２９において、圧力パイプ２２を通じて供給された淡水は、気体中に噴霧され、このため、その後に、その内部に残る粒子に水が凝縮することにより、更に冷却される。第三の段２３は、気体中に浮遊した液滴を除去する液滴捕集器を有している。分離された水は、パイプ２４を通って船外に進み、又は、後で浄化し得るようにタンクに流れる。水が船外に流れた場合でも、排ガス中の望ましくない物質は、大気を介して放出する必要なく、海に直接、投棄し得るという環境的に有利が点がある。所望であれば、水は、焼石灰で浄化し、また、選択随意的に、投棄する前にろ過することが出来る。第四の段２５において、パイプ２６を通じて供給された淡水は、気体中に噴霧され、これにより、上述のように、パイプ２７を通じてスクラバーから除去された多量の淡水さえも凝縮され、気体の温度は、水の供給温度に極く近い温度となる。該スクラバーの段数は、より少なくてもよいが、その場合には、気体の冷却効果は低下する。図３には、再循環通路内に配置されるスクラバー内の段３３の実施例が示してある。スクラバーのハウジング３４は、フランジ３５、又は更なるスクラバー段により気体輸送導管に接続することが可能である。気体の流動方向は、矢印３６で示してある。淡水又は海水の供給パイプ３７は、各々が水を気体中に噴霧する多数のノズル３９を有する分配管３８に水を供給する。図示した実施例において、これらのノズルは、気体の流動方向と反対方向に水を噴霧し、これは、十分な蒸発及び浄化効果が得られるが、勿論、気体の流動方向に噴霧するノズルを使用することも可能である。ノズルを通った後に、気体は、気体の流動方向に関して角度を付けた大きい表面を有する液滴発生器４０を通って流れる。この液滴発生器の材料は、例えば、非常に多孔質の発泡材、金網又は鋼ウールにて形成してよい。該液滴発生器において、気体中の小さい液滴は、相互に結合してより大きい液滴となり、このことは、その後に、液滴捕集領域４１内にて液滴を気体から除去することを容易にし、該液滴捕集領域４１は、図示するように、気体の流動方向に関して傾斜させた細長の板領域４２を含むことが出来、気体は、この領域４２を通った直後に、強制的にその方向を変更される。これらの液滴の慣性力の結果、液滴は気体自体よりもその方向を変更する速度が遅く、このため、液滴は、板４２上に溜まり、その板４２に沿って折り重ねた端部分４３内に流れ、この端部分４３に液滴は集められ且つ捕集通路に進み、ここで、凝縮液及び除去された液体が排出パイプ４４に排出される。一定の流動抵抗を生じさせる液滴発生器４０は省略可能であることが多い。スクラバーが連続する幾つかの噴霧段を有するならば、その段の各々は、一つの液滴捕集領域を有し、後続の段が液滴捕集領域にて除去された量の液体を冷却する必要がないようにすることが好ましい。スクラバーが再循環された量の気体を浄化だけすればよいならば、スクラバーの単一の段にて、十分に浄化することが可能であることが多い。このスクラバーは、流動抵抗が小さく、保守が実質的に不要であり、しかも低廉に製造することが出来る。以下の実験例は、再循環された気体がスクラバー内で浄化され、全ての吸気が二段スクラバー内で冷却される、エンジンプラントにおけるスクラバーの運転モードを示すものである。簡略化のため、計算は、全負荷時のエンジン出力10,000 ｋＷ及び公称給気圧力3.55バールのエンジンとして行った。実験例１エンジンは、100％の負荷で運転され、大気温度25℃、相対湿度30％であり、このことは、吸気は、空気１ｋｇ当り約６ｇの水分を含むことを意味する。エンジンの空気消費量は、約22ｋｇ／秒である。コンプレッサ９を通った後の空気温度は、Ｔ₁＝185℃である。スクラバーの第一の段において、噴霧ノズルには、2.6ｌ／秒の量の塩水が供給され、このため、空気は蒸発により約Ｔ₁＝70℃の温度まで冷却され、これと同時に、空気は、100％の相対湿度に加湿され、その結果、空気１ｋｇ当り約60 ｇの水分を含む。液滴捕集器において、約1.3ｌ／秒の量の水が除去される。スクラバーの第一の段から排出されるとき、空気からは、全ての塩分が実質的に除去される。スクラバーの第二の段において、水温約Ｔ_v＝25℃の淡水が35ｌ／秒の量にて噴霧ノズルから噴霧される。これは、空気を約Ｔ₁＝35℃の温度まで冷却し、この場合、100％の湿度に飽和された空気は空気１ｋｇ当り約９ｇの水分を含む。液滴捕集器において、約36.1ｌ／秒の水分が分離され、このため、スクラバーの第二の段は、1.1ｌ／秒の量にて淡水を製造し、これは、１日当り約95トンに相当する。噴霧して吸気を冷却するとき、極めて大きい熱伝達率が計測され、この熱伝達係数（率）は、従来の管型冷却器の約50乃至100倍であると評価される。所望であれば、スクラバーの第三の段内の空気は、水温よりも数度高い温度まで冷却することが出来、その結果、淡水が更に製造される。導管１５内にて再循環された排ガスを浄化するために別個のスクラバー１６を使用する場合、その浄化と同時に、排ガスは、コンプレッサ弁を通った後に、約 375℃の供給温度からＴ₁＝185℃の吸気温度まで冷却することが適当である。スクラバー１６における水の消費量は、0.07ｌ／秒であり、これは、１日当り5.7 トンの量に相当する。この消費量は、何ら問題を生ぜずに、第二のスクラバーからの淡水で賄い得る。上述のスクラバーの代わりに、管型冷却器を使用するならば、そのスクラバー１６は、海水で運転することが可能である。実験例２上記と同一の大気条件であり、エンジンの負荷は75％とし、第一のスクラバー段にて噴霧ノズルは、少なくとも1.8ｌ／秒の量の海水を供給することを要し、このため、空気は、約Ｔ₁＝60℃まで冷却され且つ100％の相対湿度まで加湿され、この場合、空気１ｋｇ当り約45ｇの水分を含む。スクラバーの第二の段において、35ｌ／秒の量の水が温度約Ｔ_v＝25℃にて供給され、これにより、気体は、約Ｔ₁＝30℃まで冷却され、この場合、100％に飽和させた気体中の水分量は、空気１ｋｇ当り約12ｇである。該第二の段は、約0. 5ｌ／秒の量にて淡水を発生し、これは、１日当り43トンに相当する。再循環させた排ガスの浄化に、約0.10ｌ／秒の量の水が消費され、これは、１日当り8.6トンに相当する。上述のスクラバーの代わりに、日本のガデリウス・マリーン株式会社（Gadeli us Marine K.K.）のイナート・ガス装置から公知のスクラバー及びサイクロン原理で作動する同会社の液滴捕集器を使用することが可能である。しかしながら、こうした公知の装置は、寸法が過大であるという不利益を伴う。請求の範囲１．排気ガス駆動によるタービン（６）と、該タービンにより駆動され且つエンジンシリンダに給気を供給するコンプレッサ（９）を有する過気機と、排気ガスの一部をエンジンシリンダに戻す再循環通路とを具備してなる、船舶の主機のような大型の過給ディーゼルエンジン（１）にして、前記再循環通路（１５、１１）が排ガスを水で加湿する装置を備え、該加湿装置が多数の水噴霧段（２０、２９、２５）を有するスクラバー（１６、１９）であり、前記再循環通路が前記タービン（６）の上流側にて排気導管（５）から分岐する導管（１５）を備え且つ前記コンプレッサ（９）の下流にて給気導管（１１）に接続され、前記導管が、再循環された排ガス内の圧力を増圧し得るように前記スクラバー（１６）に、及び好ましくは該スクラバーの下流に配置されたブロアー（１７）に接続されることを特徴とする過給ディーゼルエンジン。２．請求の範囲第１項に記載のディーゼルエンジンにして、前記スクラバー（１９）が、前記コンプレッサにより圧縮された気体及び再循環された前記排ガスの双方を冷却し得るように、前記給気導管（１１）に接続されることを特徴とするディーゼルエンジン。３．請求の範囲第１項又は第２項に記載のディーゼルエンジンにして、前記スクラバーが、噴霧ノズルが貫流する気体中に海水を噴霧する第一の加湿段（２０）と、気体中に浮遊する液滴が該気体から分離される中間の浄化段（２３）と、前記噴霧ノズルが貫流する気体中に淡水を噴霧し、凝縮した淡水が該貫流する気体から除去されるようにした、少なくとも一つの最終の冷却段（２５）とを備えることを特徴とするディーゼルエンジン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩＦ０２Ｍ 25/07 ５７０ 8508−3ＧＦ０２Ｍ 25/07 ５８０Ｚ５８０ 8508−3Ｇ５８０Ｅ 7718−3Ｇ 25/02 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】１．排ガス駆動によるタービン（６）と、該タービンにより駆動され且つエンジンシリンダに給気を供給するコンプレッサ（９）とを備え、再循環通路が排ガスの一部をエンジンシリンダに戻すことの出来る、船舶の主機のような大型の過給ディーゼルエンジン（１）にして、それ自体、公知の方法にて、再循環通路（１５、１１）が排ガスを水で加湿する装置を備え、該加湿装置が多数の水噴霧段（２０、２９、２５）を有するスクラバー（１６、１９）であり、前記再循環通路が前記タービン（６）の上流側にて排気導管（５）から分岐する導管（１５）を備え且つ前記コンプレッサ（９）の下流にて給気導管（１１）に接続され、前記導管が、再循環された排ガス内の圧力を増圧し得るように前記スクラバー（１５）に、及び好ましくは該スクラバーの下流に配置されたブロアー（１７）に接続されることを特徴とする過給ディーゼルエンジン。２．請求の範囲第１項に記載のディーゼルエンジンにして、前記スクラバー（１９）が、前記コンプレッサにより圧縮された気体及び再循環された前記排ガスの双方を冷却し得るように、前記給気導管（１１）に接続されることを特徴とするディーゼルエンジン。３．請求の範囲第１項又は第２項に記載のディーゼルエンジンにして、前記スクラバーが、噴霧ノズルが貫流する気体中に海水を噴霧する第一の加湿段（２０）と、気体中に浮遊する液滴が該気体から分離される中間の浄化段（２３）と、前記噴霧ノズルが貫流する気体中に淡水を噴霧し、凝縮した淡水が該貫流する気体から除去されるようにした、少なくとも一つの最終の冷却段（２５）とを備えることを特徴とするディーゼルエンジン。