內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法和空氣供給裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法和空氣供給裝置。更詳細(xì)來說，涉及能夠降低內(nèi)燃 機(jī)的廢氣中的氮氧化物的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法和空氣供給裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 以柴油發(fā)動機(jī)等為代表的內(nèi)燃機(jī)由于燃燒效率高、二氧化碳的產(chǎn)生也少，因而在 廣泛的領(lǐng)域中使用。但是，內(nèi)燃機(jī)的廢氣中含有氮氧化物（下文有時稱為NOx)，近年來由于 環(huán)保意識的提尚，NOx的排放限制具有被強(qiáng)化的趨勢。
[0003] 關(guān)于由船用柴油機(jī)排出的NOx，2016年起有望由國際海事組織（MO)推行Tier III規(guī)定，該規(guī)定要求由現(xiàn)行的TierII規(guī)定值降低75%。因此，要求開發(fā)出效果高且成本 低的NOx除去技術(shù)，正在進(jìn)行與NOx的降低有關(guān)的各種研宄（參見非專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 作為基于廢氣后處理的NOx降低技術(shù)的具體例，可以舉出利用催化劑對柴油發(fā)動 機(jī)廢氣中的NOx進(jìn)行選擇性還原的選擇性催化還原（SCR)技術(shù)（參見非專利文獻(xiàn)1)。但是， SCR技術(shù)中，NOx的還原需要脲、氨等化學(xué)藥品，化學(xué)藥品的管理和過高的成本成為問題。另 外，在應(yīng)用于NOx濃度高達(dá)數(shù)百~數(shù)千ppm的廢氣中的情況下，預(yù)測裝置會大型化，這也成 為問題。
[0005] 作為基于控制燃燒的NOx降低技術(shù)的具體例，提出了下述方法：將用水噴霧而加 濕的供氣供給至內(nèi)燃機(jī)中，從而降低NOx(參見非專利文獻(xiàn)2)。該方法中，利用水蒸氣的稀 釋效果，可以有效地降低供氣中的氧濃度。但是，水蒸氣壓力僅為溫度的函數(shù)，因此具有在 同一溫度下若增壓壓力升高則加濕量相對降低的缺點(diǎn)。而且還存在下述問題：若為了增加 加濕量而過度提高供氣的溫度，則油耗定額有可能降低。
[0006] 作為利用水蒸氣控制燃燒的其他方法，提出了利用水蒸氣透過膜使水蒸氣從廢氣 移至供氣側(cè)的方法（參見專利文獻(xiàn)1)。該方法中，移動的水蒸氣量少，因而具有NOx降低效 果小的缺點(diǎn)。
[0007] 除此之外，還提出了使用膜的NOx降低方法。例如，專利文獻(xiàn)2中記載了下述內(nèi) 容：通過使用氧選擇透過膜來富集空氣的氮濃度，將該富氮化空氣供給至內(nèi)燃機(jī)中，以此來 降低NOx。
[0008] 此外，還提出了在燃料中添加水而以乳液的形式供給至發(fā)動機(jī)等的方法、向發(fā)動 機(jī)氣缸直接噴射水的方法（非專利文獻(xiàn)1)。該方法具有單位重量的水帶來的NOx降低效果 高的優(yōu)點(diǎn)。但是，單獨(dú)利用該方法時，無法將NOx降低至TierIII水平。
[0009] 另外，正在開發(fā)下述技術(shù)（EGR):使一部分廢氣循環(huán)至供氣中，降低供氣中的氧濃 度，由此降低廢氣中的NOx(非專利文獻(xiàn)1)。廢氣中包含燃料中的硫發(fā)生氧化而生成的SOx， 若SOx被廢氣中的水吸收則成為硫酸。在EGR中，為了避免廢氣循環(huán)的部分的設(shè)備配管發(fā) 生硫酸腐蝕，需要利用水洗器對廢氣進(jìn)行脫硫、或需要洗滌器排水處理設(shè)備。因此，裝置復(fù) 雜，從裝置初期費(fèi)用、運(yùn)轉(zhuǎn)成本、維持成本的方面考慮存在問題。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平03-61658號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平4-231670號公報(bào) [0014]非專利文獻(xiàn)
[0015]非專利文獻(xiàn)I:Yy> 工 >9二7y> 夕（海洋工程）、Vol46,No. 6, 2011，pl-54.
[0016]非專利文獻(xiàn)2 :J.Hupli,"HumidificationmethodforreductionofNOx emission(減少NOx釋放的加濕方法）"，CIMACCongress, 2004,No. 11

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明要解決的課題
[0018] 本發(fā)明是鑒于上述情況而進(jìn)行的，其主要目的在于提供一種能夠降低內(nèi)燃機(jī)的廢 氣中的氮氧化物的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法和空氣供給裝置。
[0019] 用于解決課題的方案
[0020] 本發(fā)明人為了解決上述課題進(jìn)行了反復(fù)深入的研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將不包含廢 氣的低氧濃度空氣導(dǎo)入內(nèi)燃機(jī)，進(jìn)而將在烴類燃料中混合了水的乳液燃料噴射至內(nèi)燃機(jī)的 燃燒室，從而與以往相比能夠大幅降低N0X，由此完成了本發(fā)明。
[0021] 即，本發(fā)明如下所述。
[0022] [1]
[0023] 一種內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其為使烴類燃料和空氣在燃燒室內(nèi)燃燒的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 方法，其中，上述空氣不包含上述內(nèi)燃機(jī)的廢氣，上述方法具有以下工序：降低導(dǎo)入至上述 燃燒室的上述空氣的氧濃度的氧濃度降低工序；和將上述烴類燃料和水噴射至上述燃燒室 的工序。
[0024] [2]
[0025] 如[1]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，將上述烴類燃料和水噴射至上述燃燒室 的工序?yàn)橐韵鹿ば颍涸谏鲜鰺N類燃料中混合水，以乳液的形式噴射至上述燃燒室。
[0026] [3]
[0027] 如[1]或[2]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在上述氧濃度降低工序中包括以下 工序：將上述空氣加壓而制成加壓空氣的空氣加壓工序；和使上述加壓空氣與氣體透過膜 的一個面接觸，降低該加壓空氣的氧濃度的工序。
[0028] [4]
[0029] 如[3]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在上述氧濃度降低工序中包括以下工序： 水蒸氣添加工序，使加濕上述加壓空氣的加濕用水與上述氣體透過膜的另一個面接觸，向 該加壓空氣中添加水蒸氣。
[0030] [5]
[0031] 如[1]或[2]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在上述氧濃度降低工序中包括以下 工序：水蒸氣添加工序，將水蒸氣添加至上述空氣中，降低該空氣的氧濃度。
[0032] [6]
[0033] 如[5]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在上述水蒸氣添加工序中包括以下工序： 將上述空氣加壓而制成加壓空氣的空氣加壓工序；和使上述加壓空氣與水蒸氣透過膜的一 個面接觸，使加濕用水與該水蒸氣透過膜的另一個面接觸，向該加壓空氣中添加水蒸氣的 工序。
[0034] [7]
[0035] 如[3]或[4]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，上述氣體透過膜是基于氣體的溶解 擴(kuò)散而顯示出氣體分離性能的氣體透過膜。
[0036] [8]
[0037] 如[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，上述水蒸氣透過膜是基于氣體的溶解擴(kuò) 散而顯示出氣體分離性能的氣體透過膜。
[0038] [9]
[0039] 如[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，上述水蒸氣透過膜是疏水性微多孔膜。
[0040] [10]
[0041] 如[1]~[9]中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在上述氧濃度降低工序 中，上述空氣的氧濃度為IOmol%以上20. 5mol%以下。
[0042] [11]
[0043] 如[4]或[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，上述加濕用水包含電解質(zhì)。
[0044] [12]
[0045] 如[4]或[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，上述加濕用水包含氯化鈉。
[0046] [13]
[0047] 如[4]或[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，上述加濕用水的溫度為20°C以上 95°C以下。
[0048] [14]
[0049] 如[4]或[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，使上述加濕用水循環(huán)使用。
[0050] [15]
[0051] 如[4]~[6]中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，經(jīng)加濕的上述空氣的水的 含量為Imol%以上，且經(jīng)加濕的上述空氣的濕度小于100%RH。
[0052] [16]
[0053] 如[3]、[4]或[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在上述空氣加壓工序中，上述 空氣被上述內(nèi)燃機(jī)附帶的增壓器加壓，進(jìn)而被與該增壓器串聯(lián)配置的壓縮機(jī)加壓。
[0054] [17]
[0055] 如[3]、[4]或[6]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在上述空氣加壓工序中，上述 空氣是將利用上述內(nèi)燃機(jī)附帶的增壓器而加壓的空氣、和利用與該增壓器并聯(lián)配置的壓縮 機(jī)而加壓的空氣加在一起的空氣。
[0056] [18]
[0057] -種內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其為使烴類燃料和空氣在燃燒室內(nèi)燃燒的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 方法，其中，該方法包括以下步驟：利用上述內(nèi)燃機(jī)附帶的增壓器對上述空氣進(jìn)行加壓，利 用與該增壓器串聯(lián)配置的壓縮機(jī)對利用上述增壓器所加壓的空氣進(jìn)行壓縮；或者，在該利 用增壓器所加壓的空氣中加入利用與該增壓器并聯(lián)配置的壓縮機(jī)所加壓的空氣，使經(jīng)加壓 的上述空氣與氣體透過膜的一個面接觸，從該空氣中除去特定量的氧，將所得到的低氧濃 度空氣導(dǎo)入至上述內(nèi)燃機(jī)。
[0058] [19]
[0059] -種空氣供給裝置，其是具備增壓器、空氣壓縮機(jī)和氧濃度降低組件的內(nèi)燃機(jī)的 空氣供給裝置，其特征在于，上述氧濃度降低組件具備氣體透過膜和收納該氣體透過膜的 外殼，將上述增壓器、上述空氣壓縮機(jī)和上述氧濃度降低組件串聯(lián)連接。
[0060] [20]
[0061] 一種空氣供給裝置，其是具備增壓器、空氣壓縮機(jī)和氧濃度降低組件的內(nèi)燃機(jī)的 空氣供給裝置，其特征在于，上述氧濃度降低組件具備氣體透過膜和收納該氣體透過膜的 外殼，上述增壓器和上述氧濃度降低組件串聯(lián)連接，上述空氣壓縮機(jī)在上述增壓器與上述 氧濃度降低組件之間與上述增壓器并聯(lián)連接。
[0062] [21]
[0063] 一種空氣供給裝置，其是具備增壓器和氧濃度降低組件的內(nèi)燃機(jī)的空氣供給裝 置，其特征在于，上述氧濃度降低組件具備氣體透過膜和收納該氣體透過膜的外殼，上述氧 濃度降低組件和上述增壓器串聯(lián)連接。
[0064] [22]
[0065] 如[19]~[21]中任一項(xiàng)所述的空氣供給裝置，其中，上述氣體透過膜為水蒸氣透 過膜。
[0066] [23]
[0067] 如[19]~[22]中任一項(xiàng)所述的空氣供給裝置，其中，上述氣體透過膜為中空纖維 或平膜。
[0068] [24]
[0069] 如[1]或[2]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，將通過上述氧濃度降低工序 而降低了氧濃度的上述空氣供給至上述內(nèi)燃機(jī)的增壓器。
[0070] [25]
[0071] 如[1]或[2]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在上述氧濃度降低工序中， 利用減壓單元進(jìn)行減壓，使得氣體透過膜的一個面?zhèn)鹊目倝旱陀诹硪粋€面?zhèn)取?br>[0072] [26]
[0073] 如[3]、[4]、[7]、[18]或[25]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，對于通過 上述氣體透過膜而富氧化的一側(cè)，流入氣體進(jìn)行吹掃。
[0074] [27]
[0075] 如[21]所述的空氣供給裝置，其特征在于，在上述氧濃度降低組件的上游側(cè)具備 升壓單元。
[0076] [28]
[0077] 如[19]~[21]中任一項(xiàng)所述的空氣供給裝置，其特征在于，其具備減壓單元，該 減壓單元按照使上述氣體透過膜的富氧化側(cè)的總壓低于富氮化側(cè)的總壓的方式進(jìn)行減壓。
[0078] [29]
[0079] 如[19]~[21]中任一項(xiàng)所述的空氣供給裝置，其特征在于，對于上述氣體透過膜 的富氧化側(cè)，流入氣體進(jìn)行吹掃。
[0080] [30]
[0081] 如[2]所述的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述乳液不包含乳化劑。
[0082] 發(fā)明的效果
[0083] 根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，可以降低內(nèi)燃機(jī)的廢氣中的NOx。
【附圖說明】
[0084] 圖1是本實(shí)施方式的膜組件的一個實(shí)施方式的立體圖。
[0085] 圖2是本實(shí)施方式的膜組件的另一個實(shí)施方式的立體圖。
[0086] 圖3是本實(shí)施方式的膜組件的另一個實(shí)施方式的立體圖。
[0087] 圖4是本實(shí)施方式中使用的中空纖維型膜組件的一個實(shí)施方式的示意圖。
[0088] 圖5是本實(shí)施方式中使用的平膜型組件的一個實(shí)施方式的示意圖。
[0089] 圖6是本實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的空氣供給裝置的一個實(shí)施方式的示意圖。
[0090] 圖7是本實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的空氣供給裝置的一個實(shí)施方式的示意圖。
[0091] 圖8是本實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的空氣供給裝置的一個實(shí)施方式的示意圖。
[0092] 圖9是本實(shí)施方