排ガス後処理システムおよび内燃エンジン

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(NH₃)が、必要とされる。アンモニア(NH₃)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CH₄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