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公開番号2024052583
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-11
出願番号2023159332
出願日2023-09-25
発明の名称アンモニアスリップを低減するように構成された大型2ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関、およびそのような機関のアンモニアスリップを低減する方法
出願人エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・エスイー・ティスクランド
代理人個人
主分類F01N 3/08 20060101AFI20240404BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】大型2ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関、及びそのような機関のアンモニアスリップを低減する方法を提供する。
【解決手段】a)アンモニアを主燃料として機関を運転し、それによってNOx及びNH₃を含む排気ガス流を生成することと、b)制御されたNOx流を前記排気ガスに添加することにより、前記排気ガスの流れの中のアンモニアとNOxとの間の比率を調整することと、c)その後、前記排気ガスの流れをSCRに送ることと、を含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
主燃料がアンモニアである運転モードを少なくとも１つ有する大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関であって、
・シリンダライナ及び前記シリンダライナ内の往復ピストンを有する少なくとも１つのシリンダと、前記シリンダを覆うシリンダカバーと；
・前記シリンダ内において、前記往復ピストンと前記シリンダカバーとの間に形成される燃焼室と；
・前記燃焼室に掃気を供給する吸気系と；
・前記燃焼室におけるアンモニアの燃焼により生じた排気流を排出する排気系と；
・掃気を圧縮するための少なくとも１つのコンプレッサであって前記吸気系に存在するコンプレッサと、前記コンプレッサを駆動するための少なくとも１つの排気駆動タービンであって前記排気系に存在する排気駆動タービンとを有するターボ過給システムと；
・好ましくは前記排気駆動タービンの上流において前記排気系に配されるＳＣＲ触媒と；
を備え、前記ＳＣＲ触媒内又はその上流で前記排気流にＮＯｘ含有ガス流を加える手段を備えることを特徴とする、機関。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記排気流に加えられる前記ＮＯｘ含有ガス流の大きさを制御するように構成されるコントローラを備える、請求項１に記載の機関。
【請求項３】
前記排気流中のアンモニアとＮＯｘとの間のモル比を測定及び／又は推定する手段を備える、請求項２に記載の機関。
【請求項４】
前記コントローラが、測定及び／又は推定した前記モル比の関数として、前記ＮＯｘ含有ガス流の大きさを調整するように構成される、請求項３に記載の機関。
【請求項５】
前記コントローラは、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気流の大きさが、アンモニアとＮＯｘとの間のモル比が１未満、好ましくは１をわずかに下回るように、ＮＯｘ流の大きさを調整するように構成され、すなわち、アンモニアのモル濃度がＮＯｘのモル濃度と等しいかそれ未満、好ましくはわずかにそれを下回る大きさとなるように、ＮＯｘ流の大きさを調整するように構成される、請求項４に記載の機関。
【請求項６】
請求項１に記載の機関であって、
前記ＮＯｘ含有ガス流はＮＯｘとしてＮＯとＮＯ
２
とを含み、
前記機関は、前記ＮＯｘ含有ガス流中のＮＯとＮＯ
２
との間の比率を調整する手段を備える、
機関。
【請求項７】
前記コントローラは、前記排気中のアンモニアとＮＯｘのモル比を決定するための１つ又は複数の信号を提供するセンサシステムを有する、請求項２に記載の機関。
【請求項８】
前記ＮＯｘ含有ガス流を生成するためのＮＯｘ生成システムを備え、前記ＮＯｘ生成システムは、好ましくはＮＨ
３
流を供給するための供給源を有し、
前記ＮＯｘ含有ガス流を得るために、前記供給源からのＮＨ
３
は、好ましくは触媒的に酸化されてＮＯ、ＮＯ
２
及びＨ
２
Ｏになる、
請求項１に記載の機関。
【請求項９】
請求項８に記載の機関であって、
酸化触媒を備え、前記酸化触媒は好ましくは白金－ロジウム触媒であり、
前記機関は、好ましくは更に、前記酸化触媒への加圧アンモニアガスの供給源と、前記酸化触媒への加圧空気の供給源とを備え、前記加圧空気の供給源は、好ましくは前記吸気系からの掃気である、
機関。
【請求項１０】
前記ＮＯｘ生成システムは、ＮＯｘを含むガス中のＮＯとＮＯ
２
との間の比率を制御するように構成される、請求項８に記載の機関。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される事項は、大型２ストローク内燃機関、特に大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関に関し、少なくとも１つの運転モードにおいて、機関内で燃焼させる主燃料としてアンモニア（ＮＨ
３
）を使用して運転される、大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景】
【０００２】
大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関は、典型的には、大型船舶の推進システムや、発電プラントの原動機として用いられる。その大きさや重量、出力は、大型２ストロークターボ過給式圧縮着火内燃機関を他の燃焼機関からかけ離れたものとしており、このタイプの圧縮内燃機関を独特の分類に位置づけている。
【０００３】
内燃機関はこれまで、ディーゼル油のような燃料油や、天然ガス又は石油ガスのような燃料ガスといった、炭化水素燃料によって主に運転されてきた。炭化水素燃料の燃焼は、二酸化炭素（ＣＯ
２
）等の温室効果ガスの発生を伴うが、これらは大気汚染や気候変動の原因になり得る。副生成物の排出を生じる石油燃料の不純物と違って、ＣＯ
２
の発生は、炭化水素の燃焼に不可避である。特定の燃料のエネルギー密度やＣＯ
２
排出量は、炭化水素鎖の長さと炭化水素分子の複雑さに依存する。このためガス状炭化水素燃料は、液体の炭化水素燃料よりもＣＯ
２
排出量が少ない。しかし、ガス状炭化水素燃料は、取り扱いや貯蔵が難しく、コストもかかる。ＣＯ
２
排出量を削減するために、炭化水素以外の燃料の開発が進められている。
【０００４】
アンモニア（ＮＨ
３
）は、石油やバイオマス、再生可能又は持続可能エネルギー源（風力、太陽光、水力、原子力、地熱）によって得られる合成物である。再生可能又は持続可能エネルギー源を用いて生成したＮＨ
３
は、燃焼させたときのカーボン排出量は事実上ゼロであり、ＣＯ
２
やＳＯｘ、粒子状物質、未燃焼炭化水素を排出することはない。
【０００５】
ＮＨ
３
は、自動車などの小型内燃機関では小規模ながら試験・使用されているが、大型２ストローク内燃機関ではまだ使用されていない。
【０００６】
大型２ストローク内燃機関において、アンモニア（ＮＨ
３
）の燃焼により発生する燃焼ガスは、ＮＯｘとＮＨ
３
の両方を含む可能性がある。ＮＯｘは、国際海事機関（ＩＭＯ）二次規制（ＴｉｅｒＩＩ）及び三次規制（ＴｉｅｒＩＩＩ）などの国際規制によって制限されている。ＮＨ
３
については正式な規制はまだ存在しないが、現実的な許容レベルはかなり低い。排気ガス中に許容されるＮＨ
３
スリップは、機関の排気系にＮＨ
３
除去システム（後処理システム）がなければ達成することが困難である。対策なしでは、許容できない量のＮＨ
３
を含む排気ガスが大気中に排出される可能性がある。
【０００７】
排気ガスからＮＨ
３
を除去する既知のシステムは、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ又はＡＭＯＸ）を使用する。ＮＯｘは、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒を用いて低減される。排気ガス中のＮＨ
３
スリップは、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）を用いて制御される。ＡＳＣ触媒はＳＣＲ触媒の下流に配置される。ＳＣＲ触媒においては、ＮＯｘとＮＨ
３
が反応してＮＯｘを除去している。何らかの理由でＳＣＲ触媒の後にＮＨ
３
が存在する場合、これは、ＮＨ
３
を除去するＡＳＣで酸化される。ＡＳＣは、ＳＣＲと同様にガス全量を処理する。このため、ＡＳＣを大型の２ストローク内燃機関に搭載する場合、排気ガスの全量を処理する必要があるため、ＡＳＣのサイズはＳＣＲ触媒と同様となる。ＳＣＲ触媒は非常に体積の大きい装置である。体積が著しくかさばる装置をもう一つ追加することは問題である。もう一つの欠点は、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）がＡＳＣでのＮＨ
３
酸化の副生成物となりうることである。亜酸化窒素の除去システムは知られているが、効果を発揮するには４００℃を超える温度が必要である。これは、高効率の船舶用機関では容易に達成できない排ガス温度である。
【０００８】
別の既知の技術として、ウェットスクラバーを使って排ガスからＮＨ
３
を除去する方法がある。しかしこれは非常に大きく、嵩張るコンポーネントを導入することになる。また、船上での排水は簡単には捨てることができない。
【０００９】
ＤＫ２０２１７０２７３は、請求項１の前文に従った大型２ストローク内燃機関を開示している。
【摘要】
【００１０】
目的の１つは、上述の問題を解決するか又は少なくとも緩和する、大型２ストローク内燃機関を提供することである。別の目的は、大型２ストローク内燃機関からのアンモニアスリップを低減する方法を提供することである。
（【００１１】以降は省略されています）

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