СИСТЕМА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, РАБОТАЮЩЕГО ОТ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение касается системы нейтрализации отработавших газов для транспортного средства, работающего от двигателя внутреннего сгорания, в частности для водного транспортного средства, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения, способа эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов для транспортного средства, работающего от двигателя внутреннего сгорания, в частности для водного транспортного средства, согласно ограничительной части п. 40 формулы изобретения, а также транспортного средства, в частности водного транспортного средства, имеющего систему нейтрализации отработавших газов и/или для выполнения способа по п. 44 формулы изобретения.

Вследствие постоянно ужесточаемых норм токсичности отработавших газов для транспортных средств, в частности также для судов, требуется снизить также выбросы серы, например, двуокиси серы, транспортных средств, работающих от двигателей внутреннего сгорания.

В промышленной технологии уже известно обессеривание выбросов двигателей внутреннего сгорания посредством подачи водного раствора гидроксида кальция или раствора оксида кальция в отработавший газ двигателя внутреннего сгорания. Посредством этих растворов выбросы серы реагируют с получением безвредного сульфата кальция. Однако применение этого вида обессеривания у транспортных средств является затруднительным вследствие его потребности в большой площади. Поскольку в выхлопном тракте транспортного средства, если смотреть в направлении течения отработавшего газа, выше по потоку от подачи гидроксида кальция или оксида кальция расположен также SCR-катализатор (англ. SCR, Selective Catalytic Reduction, селективная каталитическая нейтрализация) для снижения выбросов азота транспортного средства, существует дополнительная проблема попадания соединений кальция на SCR-катализатор. Эти соединения действуют там как сильные каталитические яды, которые значительно сокращают срок службы SCR-катализатора. Кроме того, гидроксид кальция, оксид кальция и сульфат кальция могут также проявлять сильное абразивное действие и таким образом приводить к повышенному износу отдельных конструктивных элементов выхлопного тракта.

В промышленной технологии известно также обессеривание выбросов двигателей внутреннего сгорания посредством подачи в отработавший газ аммиака. Посредством аммиака серные вредные вещества реагируют с получением легко разлагаемых солей, таких как, например, сульфат аммония и гидрогенсульфат аммония, которые затем отфильтровываются посредством надлежащих фильтров из отработавшего газа. Однако этот вид обессеривания требует трудоемкого, в частности у транспортных средств труднореализуемого, осуществления процесса, так как сульфат аммония или, соответственно, гидрогенсульфат аммония образуется только при температурах ниже 300°C, а отработавший газ двигателя внутреннего сгорания обычно имеет значительно более высокую температуру.

Кроме того, также у транспортных средств уже известны устройства для обессеривания отработавшего газа. Из DE 19955324 A1 известно, например, устройство для нейтрализации вредных компонентов в отработавшем газе двигателя внутреннего сгорания, у которого в одном из предпочтительных вариантов осуществления в выхлопном тракте транспортного средства расположен так называемый сероуловитель. Посредством этого сероуловителя уменьшается содержание серы в отработавшем газе, чтобы обеспечивать функционирование расположенного ниже по потоку от сероуловителя в выхлопном тракте, если смотреть в направлении течения отработавшего газа, катализатора-накопителя NO_x и при необходимости также расположенного ниже по потоку фильтра твердых частиц. Регенерация сероуловителя осуществляется при этом посредством мер, связанных с двигателем, например, путем изменения дросселирования всасываемого воздуха, впрыска или интенсивности рециркуляции отработавших газов. При этом сероуловитель расположен в выхлопном тракте ниже по потоку от турбонагнетателя отработавших газов.

Задачей изобретения является предоставить систему нейтрализации отработавших газов для транспортного средства, работающего от двигателя внутреннего сгорания, в частности для водного транспортного средства, и способ эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов для транспортного средства, работающего от двигателя внутреннего сгорания, в частности для водного транспортного средства, посредством которых особенно простым и эффективным образом нейтрализуются выбросы серы двигателя внутреннего сгорания.

Эта задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

По п. 1 формулы изобретения предлагается система нейтрализации отработавших газов для транспортного средства, работающего от двигателя внутреннего сгорания, в частности для водного транспортного средства, имеющая по меньшей мере одну расположенную в выхлопном тракте турбину турбонагнетателя отработавших газов, при этом выхлопной тракт, если смотреть в направлении течения отработавшего газа, выше по потоку от турбины выполнен в виде области высокого давления, а ниже по потоку от турбины в виде области низкого давления, имеющей более низкое давление по сравнению с областью высокого давления, и имеющая по меньшей мере одно накопительное устройство, посредством которого по меньшей мере часть содержащихся в отработавшем газе, в частности газообразных, серных вредных веществ может накапливаться и/или временно накапливаться по меньшей мере на определенный период времени. В соответствии с изобретением, в частности, для накопления серных вредных веществ в области высокого давления, указанное по меньшей мере одно накопительное устройство расположено в выхлопном тракте выше по потоку от указанной по меньшей мере одной турбины.

Таким образом особенно эффективно нейтрализуются выбросы серы двигателя внутреннего сгорания, так как, поскольку накопительное устройство выполнено, например, в виде сорбционного элемента, поясняемого еще подробнее ниже, расположение этого сорбционного элемента в области высокого давления делает возможным ускоренное накопление серных вредных веществ и накопление большего количества серных вредных веществ. Поскольку обессеривание, например, осуществляется путем уже поясненной подачи аммиака в отработавший газ, этот эффективный вид обессеривания с помощью предлагаемой изобретением системы может реализовываться особенно просто или, соответственно, с небольшими издержками, так как, как еще детальнее поясняется ниже, вследствие высокого давления в области высокого давления сульфат аммония или, соответственно, гидрогенсульфат аммония образуются, несмотря на высокую температуру отработавшего газа. Поэтому предлагаемое изобретением расположение накопительного устройства в области высокого давления выше по потоку от указанной по меньшей мере одной турбины представляет собой особенно простую меру, посредством которой может повышаться эффективность нейтрализации серных вредных веществ. При этом вследствие эффекта подпора указанной по меньшей мере одной турбины в области высокого давления может, например, действовать давление примерно около 0,8 Па, в то время как в области низкого давления действует только давление примерно 0,1 Па.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемой изобретением системы нейтрализации отработавших газов накопительное устройство выполнено в виде уже упомянутого сорбционного элемента, посредством которого могут сорбироваться серные вредные вещества. С помощью сорбционного элемента серные вредные вещества могут накапливаться или, соответственно, временно накапливаться особенно простым образом. При этом особенно предпочтительно выполненное в виде сорбционного элемента накопительное устройство изготовлено из сорбционного материала, в частности из зеолита и/или из кальция и/или из бария. Альтернативно выполненное в виде сорбционного элемента накопительное устройство может также представлять собой конструктивный элемент, который покрыт сорбционным материалом.

Альтернативно или дополнительно к исполнению накопительного устройства в виде сорбционного элемента может быть также предусмотрено устройство подачи, посредством которого в отработавший газ выше по потоку от указанного по меньшей мере одного накопительного устройства может подаваться помещенный в сборном резервуаре реактив, посредством которого содержащиеся в отработавшем газе серные вредные вещества могут преобразовываться в твердые вещества, в частности в легко разлагаемые соли. Тогда накопительное устройство выполнено в виде фильтрующего элемента, посредством которого преобразованные в твердые вещества серные вредные вещества могут отфильтровываться из потока отработавшего газа и накапливаться. Преобразование серных вредных веществ отработавшего газа в твердые вещества и последующее отфильтровывание этих твердых веществ из потока отработавшего газа, как уже упомянуто, представляет собой особенно эффективный метод накопления содержащихся в отработавшем газе серных вредных веществ, так как эти серные вредные вещества преобразуются в твердые вещества или, соответственно, частицы, и тогда эти твердые вещества могут легко улавливаться выполненным в виде фильтрующего элемента накопительным устройством. Кроме того, этим методом также гарантируется накапливание в накопительном устройстве одних только серных вредных веществ. Другие, в частности газообразные вещества отработавшего газа могут легко проходить сквозь выполненное в виде фильтрующего элемента накопительное устройство. Таким образом, накопительная способность накопительного устройства также не подвергается негативному влиянию других содержащихся в отработавшем газе веществ.

Предпочтительно реактив представляет собой аммиак или предшественник аммиака, в частности водный раствор мочевины. Тогда посредством аммиака содержащиеся в отработавшем газе серные вредные вещества реагируют, как упомянуто, например, с получением твердых веществ сульфата аммония и гидрогенсульфата аммония. Причем эта реакция осуществляется, как тоже уже упомянуто, несмотря на высокие температуры отработавшего газа, так как аммиак подается в отработавший газ двигателя внутреннего сгорания в области высокого давления выше по потоку от турбины. Благодаря более высокому давлению в области высокого давления химическое равновесие уравнений реакции образования твердых веществ сульфата аммония и гидрогенсульфата аммония из аммиака и серных вредных веществ смещается в сторону или, соответственно, в направлении сульфата аммония и гидрогенсульфата аммония. При этом управление подводимым количеством аммиака осуществляется предпочтительно самодействующим или, соответственно, автоматическим образом в зависимости от по меньшей мере одного параметра, например от содержания серы в топливе, от текущего коэффициента избытка воздуха и/или от текущего рециркулируемого количества отработавших газов системы рециркуляции отработавших газов транспортного средства, посредством устройства управления. Особенно предпочтительно в выхлопном тракте расположен также по меньшей мере один SCR-катализатор, в который с помощью устройства подачи тоже может подаваться приготовленный таким образом реактив. Таким образом, аммиак или предшественник аммиака может также использоваться для нейтрализации выбросов азота в отработавшем газе.

Предпочтительно указанное по меньшей мере одно накопительное устройство выполнено в виде SCR-катализатора. Так используемый для преобразования серных вредных веществ, однако, при этом не полностью расходуемый аммиак может использоваться для нейтрализации выбросов азота двигателя внутреннего сгорания. Благодаря этому используемый аммиак потребляется полностью, и выбросы аммиака транспортного средства простым и надежным образом нейтрализуются. Кроме того, предотвращается также образование высоковзрывчатого нитрата аммония в выхлопном тракте, так как необходимый для этого NO₂ расходуется в SCR-реакции. Для повышения эффективности SCR-реакции накопительное устройство может быть выполнено с узкими проточными каналами.

Альтернативно или дополнительно указанный по меньшей мере один SCR-катализатор может быть расположен в выхлопном тракте ниже по потоку от накопительного устройства. При этом предпочтительно предусмотрена одна единственная, в частности расположенная в выхлопном тракте выше по потоку от турбины и/или от накопительного устройства область подачи для подачи в отработавший газ реактива для накопительного устройства и SCR-катализатора. Так подача значительно упрощается, так как реактив вводится в выхлопной тракт или, соответственно, подается в отработавший газ только в одном единственном месте выхлопного тракта. Расположение области подачи выше по потоку от турбины и/или накопительного устройства является при этом предпочтительным, так как тогда смешанный с реактивом отработавший газ не должен нагнетаться с помощью трудоемких мер нагнетания из области низкого давления в область высокого давления.

В другом предпочтительном варианте осуществления накопительное устройство может быть расположено в системе рециркуляции отработавших газов выхлопного тракта, посредством которой часть выброшенного двигателем внутреннего сгорания отработавшего газа может снова подаваться в двигатель внутреннего сгорания. Благодаря этому можно предусматривать или, соответственно, использовать систему рециркуляции отработавших газов даже при эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с топливами с высоким содержанием серы, как это, например, обычно происходит у водных транспортных средств. Двуокись серы, образующаяся при сжигании топлив с высоким содержанием серы, а также образующаяся в обычно охлаждаемой системе рециркуляции отработавших газов из двуокиси серы серная кислота или, соответственно, сернистая кислота приводят, в частности, как правило, к сильной коррозии отдельных конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания, например, трубы наддувочного воздуха, впускных клапанов или гильз цилиндров, так что обычно обходятся без системы рециркуляции отработавших газов, когда двигатель внутреннего сгорания эксплуатируется с топливами с высоким содержанием серы. Поскольку накопление серных вредных веществ в накопительном устройстве осуществляется путем преобразования серных вредных веществ в твердые вещества посредством аммиака, твердые вещества разлагаются в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, когда они проходят через накопительное устройство и должны были бы попадать в камеру сгорания. Повышенное абразивное истирание отдельных конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания твердыми веществами, например, на гильзах цилиндров, может, таким образом, исключаться. Альтернативно или дополнительно накопительное устройство может быть также расположено в выхлопном тракте выше по потоку от системы рециркуляции отработавших газов.

В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено вытяжное устройство, посредством которого из выхлопного тракта могут вытягиваться и/или удаляться накопленные серные вредные вещества, при этом вытянутые и/или удаленные серные вредные вещества могут подаваться в реакторное устройство, в котором серные вредные вещества могут преобразовываться в определенные, в частности безвредные вещества. Посредством вытяжного устройства и реакторного устройства накопительные устройства могут регенерироваться, когда они уже накопили большое количество серных вредных веществ. Использование вытяжного устройства и реакторного устройства является при этом особенно простым и одновременно эффективным методом преобразования серных вредных веществ в безвредные вещества, так как это преобразование происходит вне выхлопного тракта. Так, необходимые для этого преобразования окружающие условия могут устанавливаться или, соответственно, создаваться значительно проще и целенаправленно в расположенном вне выхлопного тракта реакторном устройстве.

Конкретно выхлопной тракт может, например, иметь две части выхлопного тракта, через которые параллельно протекает отработавший газ, при этом в каждой из этих частей выхлопного тракта расположено по меньшей мере одно накопительное устройство. Тогда для гидродинамического отключения частей выхлопного тракта от потока отработавшего газа вытяжное устройство имеет отключающее клапанное устройство, которое в первом положении клапана не отключает ни одну из двух частей выхлопного тракта, во втором положении клапана отключает первую из двух частей выхлопного тракта, в то время как вторая из двух частей выхлопного тракта не отключена, и в третьем положении клапана отключает вторую из двух частей выхлопного тракта, в то время как первая из двух частей выхлопного тракта не отключена. Путем гидродинамического отключения частей выхлопного тракта значительно упрощается вытягивание или, соответственно, удаление накопленных серных вредных веществ из выхлопного тракта. Кроме того, путем отключения максимум одной из двух частей выхлопного тракта обеспечивается возможность дальнейшего течения отработавшего газа через выхлопной тракт. Разумеется, можно также предусмотреть больше двух таких частей выхлопного тракта. При этом только необходимо, чтобы по меньшей мере одна из этих частей выхлопного тракта была всегда не отключена или, соответственно, через нее мог протекать отработавший газ.

Кроме того, вытяжное устройство может иметь по меньшей мере одно разгрузочное клапанное устройство, посредством которого может осуществляться сброс давления в частях выхлопного тракта, при этом указанное одно разгрузочное клапанное устройство в первом положении клапана не сбрасывает давление ни в одной из двух частей выхлопного тракта, во втором положении клапана сбрасывает давление в первой из двух частей выхлопного тракта, в то время как во второй из двух частей выхлопного тракта давление не сброшено, и в третьем положении клапана сбрасывает давление во второй из двух частей выхлопного тракта, в то время как в первой из двух частей выхлопного тракта давление не сброшено. Посредством разгрузочного клапанного устройства накопленные в накопительном устройстве серные вредные вещества могут особенно простым образом снова удаляться или, соответственно, выделяться из накопительного устройства. Так, например, у накопительного устройства, выполненного в виде сорбционного элемента, сорбированные серные вредные вещества снова легко десорбируются после сброса давления. У накопительного устройства, выполненного в виде фильтрующего элемента, посредством которого преобразованные в твердые вещества серные вредные вещества отфильтровываются из потока отработавшего газа и накапливаются, твердые вещества после сброса давления снова преобразуются в газообразные серные вредные вещества, и эти серные вредные вещества снова выделяются из накопительного устройства.

Кроме того, вытяжное устройство может иметь по меньшей мере один соединительный элемент, посредством которого части выхлопного тракта выше по потоку от накопительного устройства могут гидродинамически соединяться с реакторным устройством. Тогда у соединительного элемента имеется соединительное клапанное устройство, которое в первом положении клапана запирает поток отработавшего газа через соединительный элемент, во втором положении клапана отпирает поток отработавшего газа от первой из двух частей выхлопного тракта в направлении реакторного устройства, в то время как поток отработавшего газа от второй из двух частей выхлопного тракта в направлении реакторного устройства заперт, в третьем положении клапана отпирает поток отработавшего газа от второй из двух частей выхлопного тракта в направлении реакторного устройства, в то время как поток отработавшего газа от первой из двух частей выхлопного тракта в направлении реакторного устройства заперт. Посредством соединительного элемента серные вредные вещества могут подаваться в реакторное устройство простым и надежным образом.

Предпочтительно вытяжное устройство имеет также байпасное устройство, посредством которого части выхлопного тракта ниже по потоку от накопительных устройств и выше по потоку от соединительной области частей выхлопного тракта могут гидродинамически соединяться друг с другом. Тогда у байпасного устройства имеется байпасное клапанное устройство, которое в первом положении клапана запирает поток отработавшего газа через байпасное устройство, а во втором положении клапана по меньшей мере частично отпирает поток отработавшего газа через байпасное устройство. Посредством байпасного устройства выделенные или, соответственно, удаленные из накопительного устройства серные вредные вещества могут особенно простым образом подаваться в реакторное устройство, так как они захватываются потоком отработавшего газа, текущим через байпасное устройство. Горячий, уже очищенный от серных вредных веществ отработавший газ обеспечивает также возможность особенно быстрого и эффективного выделения или, соответственно, удаления серных вредных веществ из накопительного устройства.

Кроме того, предпочтительно вытяжное устройство имеет по меньшей мере одно нагнетательное устройство, в частности насос, посредством которого серные вредные вещества могут нагнетаться через указанный по меньшей мере один соединительный элемент от частей выхлопного тракта к реакторному устройству. Указанное по меньшей мере одно нагнетательное устройство обеспечивает надежное нагнетание серных вредных веществ.

Конкретно реакторное устройство для преобразования серных вредных веществ может иметь скруббер для очистки от вредных веществ. При этом в качестве промывного средства может использоваться, например, водный раствор гидроксида кальция или раствор оксида кальция. Альтернативно или дополнительно реакторное устройство для преобразования серных вредных веществ может также иметь реакционный элемент с неподвижным катализатором. Этот реакционный элемент с неподвижным катализатором может быть при этом изготовлен, например, из гидроксида кальция или оксида кальция. Также альтернативно реакторное устройство для преобразования серных вредных веществ может иметь устройство охлаждения и устройство конденсации для охлаждения и конденсации серных вредных веществ. Таким образом, серные вредные вещества окисляются тогда с получением серной кислоты. При осаждении конденсата посредством устройства охлаждения и устройства конденсации образуются сернистая кислота и двуокись серы, которые затем окисляются кислородом с получением серной кислоты. При этом для улучшения окисления предпочтительно предусмотрено устройство подачи, посредством которого в устройство охлаждения и/или устройство конденсации подается кислород. Окисление сернистых кислот может, предпочтительно, также интенсивироваться посредством надлежащего катализатора, в частности катализатора, содержащего ванадий и/или церий и/или щелочи и/или щелочные земли.

Предпочтительно также предусмотрено байпасное устройство, посредством которого удаленный из выхлопного тракта, отделенный от серных вредных веществ реактив может снова подаваться в отработавший газ выше по потоку от указанного по меньшей мере одного накопительного устройства. Так серные вредные вещества могут особенно эффективным образом накапливаться в накопительном устройстве, так как необходимый для этого реактив может использоваться повторно.

Предпочтительно также предусмотрено устройство измерения и/или управления, посредством которого может определяться накопленное в указанном по меньшей мере одном накопительном устройстве количество серных вредных веществ, при этом предпочтительно предусмотрено, что устройство измерения и/или управления имеет сенсорику и/или имитационную модель для определения накопленного в накопительном устройстве количества серных вредных веществ. Посредством устройства измерения и/или управления может, например, определяться, когда накопительное устройство должно регенерироваться, или была ли регенерация успешной.

Для решения вышеназванной задачи предлагается также способ эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов для транспортного средства, работающего от двигателя внутреннего сгорания, в частности для водного транспортного средства, причем эта система нейтрализации отработавших газов имеет по меньшей мере одну расположенную в выхлопном тракте турбину турбонагнетателя отработавших газов и по меньшей мере одно накопительное устройство, при этом выхлопной тракт, если смотреть в направлении течения отработавшего газа, выше по потоку от турбины выполнен в виде области высокого давления, а ниже по потоку от турбины в виде области низкого давления, имеющей более низкое давление по сравнению с областью высокого давления, и при этом посредством накопительного устройства по меньшей мере часть содержащихся в отработавшем газе серных вредных веществ по меньшей мере может накапливаться и/или временно накапливаться на определенный период времени. В соответствии с изобретением указанное по меньшей мере одно накопительное устройство расположено в выхлопном тракте выше по потоку от указанной по меньшей мере одной турбины, так что серные вредные вещества могут накапливаться и/или временно накапливаться в области высокого давления выхлопного тракта.

Преимущества, вытекающие из предлагаемого изобретением способа, и многочисленные ссылающиеся на него пункты формулы изобретения являются идентичными уже упомянутым преимуществам предлагаемой изобретением системы нейтрализации отработавших газов, так что здесь они не повторяются.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа отключающее клапанное устройство, разгрузочное клапанное устройство и соединительное клапанное устройство в основном положении, обычно используемом при эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, находятся в своих первых положениях. Тогда для регенерации накопительного устройства одной из двух частей выхлопного тракта управление отключающим клапанным устройством, разгрузочным клапанным устройством и соединительным клапанным устройством осуществляется посредством устройства регулирования и/или управления таким образом, что часть выхлопного тракта сначала отключается посредством отключающего клапанного устройства от потока отработавшего газа, что затем в этой части выхлопного тракта посредством разгрузочного клапанного устройства сбрасывается давление, и что, наконец, посредством соединительного клапанного устройства отпирается поток веществ из этой части выхлопного тракта к реакторному устройству. Таким образом в основном положении клапанных устройств серные вредные вещества отработавшего газа временно накапливаются на определенный период времени в накопительных устройствах. Тогда для регенерации указанного по меньшей мере одного накопительного устройства одной из двух частей выхлопного тракта клапанные устройства поясненным образом переключаются в обратном направлении на заданный период времени. Тогда после осуществления регенерации клапанные устройства могут снова приводиться в их основное положение.

Предпочтительно также, если предусмотрено байпасное устройство, в названном основном положении это байпасное клапанное устройство тоже находится в своем первом положении клапана. Тогда для регенерации накопительного устройства данной части выхлопного тракта управление байпасным клапанным устройством осуществляется посредством устройства регулирования и/или управления таким образом, что после отключения части выхлопного тракта посредством байпасного клапанного устройства по меньшей мере частично отпирается поток отработавшего газа через байпасное устройство. Так, в основном положении через байпасное устройство не может протекать поток отработавшего газа. Для регенерации накопительного устройства части выхлопного тракта часть потока отработавшего газа может вводиться в отключенную часть выхлопного тракта.

Кроме того, предметом заявки является транспортное средство, в частности водное транспортное средство, имеющее предлагаемую изобретением систему нейтрализации отработавших газов и/или для выполнения предлагаемого изобретением способа. Вытекающие отсюда преимущества идентичны уже оцененным преимуществам предлагаемой изобретением системы нейтрализации отработавших газов и предлагаемого изобретением способа, так что здесь они не повторяются.

Поясненные выше и/или изложенные в зависимых пунктах формулы изобретения предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения, кроме, например, случаев однозначных зависимостей или несовместимых альтернатив, могут использоваться по отдельности или же же в любой комбинации друг с другом.

Изобретение и его предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования, а также их преимущества только в качестве примера поясняются подробнее ниже с помощью чертежей.

Показано:

Фиг. 1: на схематичном изображении сверху судно, находящееся в области побережья;

Фиг. 2: на схематичном изображении первый вариант осуществления системы нейтрализации отработавших газов судна;

Фиг. 3: на изображении в соответствии с Фиг. 2 первый способ эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов;

Фиг. 4: на изображении в соответствии с Фиг. 2 второй способ эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов;

Фиг. 5: на изображении в соответствии с Фиг. 2 третий способ эксплуатации системы нейтрализации отработавших газов;

Фиг. 6: на изображении в соответствии с Фиг. 2 второй вариант осуществления системы нейтрализации отработавших газов;

Фиг. 7: на изображении в соответствии с Фиг. 6 третий вариант осуществления системы нейтрализации отработавших газов;

Фиг. 8: на изображении в соответствии с Фиг. 7 четвертый вариант осуществления системы нейтрализации отработавших газов;

Фиг. 9: на изображении в соответствии с Фиг. 8 пятый вариант осуществления системы нейтрализации отработавших газов; и

Фиг. 10: на изображении в соответствии с Фиг. 6 шестой вариант осуществления системы нейтрализации отработавших газов.

На Фиг. 1 в качестве примера показано выполненное в виде судна 1 транспортное средство, которое находится на водном пространстве 3 в положении 5 и движется со скоростью v в направлении 7 движения к побережью 9. В близкой к побережью области водного пространства 3 находится так называемая зона 11 контроля выбросов (англ. Emission Controlled Area, ECA), которая распространяется, начинаясь от побережья 9 на определенное расстояние до обозначенного штриховыми линиями ограничения 13. На показанном на Фиг. 1 изображении судно 1 еще находится вне ECA 11, однако оно находится на пути в ECA 11. В близкой к побережью ECA 11 для судна 1, действуют более строгие нормы токсичности отработавших газов, чем вне ECA 11 на водном пространстве 3. Так, например, в ECA 11 допустимы значительно меньшие выбросы серы, чем вне ECA 11. Для соблюдения норм токсичности отработавших газов в ECA 11 обозначенное на Фиг. 1 штриховыми линиями устройство 15 привода судна 1 имеет систему 17 нейтрализации отработавших газов (Фиг. 2), посредством которой эффективно нейтрализуются серные вредные вещества, содержащиеся в отработавшем газе устройства 15 привода.

Конструкция и принцип действия устройства 15 привода поясняются подробнее ниже с помощью Фиг. 2.

Как показано на Фиг. 2, устройство 15 привода имеет турбонагнетатель 19 отработавших газов, имеющий компрессор 21, который расположен во всасывающем тракте 23 устройства 15 привода. Посредством всасывающего тракта 23 воздух для сгорания (стрелка 25) сначала подается в компрессор 21 турбонагнетателя 19 отработавших газов, затем сжимается компрессором 21 и, наконец, подается в двигатель 27 внутреннего сгорания устройства 15 привода. Кроме того, турбонагнетатель 19 отработавших газов имеет также расположенную в выхлопном тракте 31 системы 17 нейтрализации отработавших газов турбину 29, привод которой осуществляется традиционным образом текущим через выхлопной тракт 31 потоком отработавшего газа двигателя 27 внутреннего сгорания. Благодаря использованию турбонагнетателя 19 отработавших газов выхлопной тракт 31 выше по потоку от турбины 29 выполнен в виде области 32 высокого давления, в которой отработавший газ имеет более высокое давление, чем в области 34 низкого давления выхлопного тракта 31 ниже по потоку от турбины 29. Если смотреть в направлении течения отработавшего газа, ниже по потоку от турбины 29 выхлопной тракт 31 имеет также отверстие 33 устья, где очищенный отработавший газ 38 вытекает из выхлопного тракта 31.

Если смотреть в направлении течения отработавшего газа, выше по потоку от турбины 29 выхлопной тракт 31 имеет несколько, здесь в качестве примера две, части 35, 36 выхлопного тракта, через которые параллельно протекает отработавший газ, которые посредством колена отработавшего газа гидродинамически соединены с двигателем 27 внутреннего сгорания и снова объединены вместе в соединительной области 37 выхлопного тракта 31. В каждой из частей 35, 36 выхлопного тракта здесь расположено накопительное устройство 39, посредством которого по меньшей мере часть содержащихся в отработавшем газе серных вредных веществ временно накапливаются на определенный период времени. Конкретно накопительные устройства 39 в показанном на Фиг. 2 варианте осуществления системы 15 нейтрализации отработавших газов выполнены в виде сорбционных элементов, посредством которых сорбируются протекающие мимо накопительных устройств 15 (39) серные вредные вещества отработавшего газа. Накопительное устройство 39 может быть при этом изготовлено, например, из сорбционного материала, например, из зеолита, кальция или бария, или же также быть покрыто сорбционным материалом.

Кроме того, выполненные в виде сорбционных элементов накопительные устройства 39 здесь в качестве примера могут также регенерироваться или, соответственно, освобождаться от серных вредных веществ, когда это необходимо. Регенерация может быть, например, необходима, когда большое количество серных вредных веществ накоплено в накопительных устройствах 39, и из-за этого ослабляются сорбционные свойства накопительных устройств 39. Для регенерации накопительных устройств 39 здесь предусмотрено вытяжное устройство 41, посредством которого накопленные в накопительных устройствах 39 серные вредные вещества могут вытягиваться или, соответственно, удаляться из выхлопного тракта 31 в первую очередь.

Вытяжное устройство 41 имеет здесь в качестве примера два проходных клапана 43 и два многоходовых клапана 45, при этом в каждой части 35, 36 выхлопного тракта ниже по потоку от накопительных устройств 39 расположено по одному проходному клапану 43. И выше по потоку от накопительных устройств 39 по одному многоходовому клапану 45. При этом в первом положении каждого проходного клапана 43 отпирается поток отработавшего газа через данный проходной клапан 43. Во втором положении каждого проходного клапана 43 поток отработавшего газа через данный проходной клапан 43 запирается. В первом положении каждого многоходового клапана 45 отпирается только поток отработавшего газа от двигателя 27 внутреннего сгорания в данную часть 35 выхлопного тракта. Во втором положении каждого многоходового клапана 45 отпирается только поток отработавшего газа из данной части 35 выхлопного тракта в подключенный к многоходовым клапанам 45 соединительный элемент 47 вытяжного устройства 41.

Поэтому когда как проходной клапан 43, так и многоходовой клапан 45 одной из двух частей 35 и 36 выхлопного тракта находятся в своих вторых положениях, эта часть 35 или 36 выхлопного тракта гидродинамически отключена от потока отработавшего газа. Когда как проходной клапан 43, так и многоходовой клапан 45 одной из двух частей 35 и 36 выхлопного тракта находятся в своих первых положениях, эта часть 35 или 36 выхлопного тракта не отключена от потока отработавшего газа.

Кроме того, части 35, 36 выхлопного тракта посредством соединительного элемента 47 могут гидродинамически соединяться с реакторным устройством 49 системы 17 нейтрализации отработавших газов. Конкретно соединительный элемент 47 имеет здесь в качестве примера подключенный к обоим многоходовым клапанам 45 первый трубчатый элемент 51 и подключенный к первому трубчатому элементу 51 и к реакторному устройству 49 второй трубчатый элемент 53. Кроме того, вытяжное устройство 41 имеет также предназначенное для второго трубчатого элемента 53 нагнетательное устройство 55, например, насос, посредством которого поток отработавшего газа от частей 35 выхлопного тракта может нагнетаться в направлении реакторного устройства 49.

Соединительный элемент 47 и реакторное устройство 49 образуют также область 54 низкого давления, которая имеет уровень давления, аналогичный уровню давления области 34 низкого давления выхлопного тракта 31. Поэтому во втором положении многоходовых клапанов 45 в частях 35, 36 выхлопного тракта сбрасывается давление.

Кроме того, вытяжное устройство 41 имеет также байпасное устройство 57, посредством которого части 35, 36 выхлопного тракта ниже по потоку от накопительных устройств 39 и выше по потоку от соединительной области 37 могут гидродинамически соединяться друг с другом. Байпасное устройство 57 имеет байпасное клапанное устройство, здесь в качестве примера плавно регулируемый проходной клапан 59, посредством которого поток отработавшего газа через байпасное устройство 57 может запираться и по меньшей мере частично отпираться.

Вытянутые или, соответственно, удаленные посредством вытяжного устройства 41 из выхлопного тракта 31 серные вредные вещества могут посредством реакторного устройства 49 преобразовываться в безвредные вещества. Для этого реакторное устройство 49 может, например, иметь скруббер для очистки от вредных веществ и/или реакционный элемент с неподвижным катализатором. Альтернативно или дополнительно реакторное устройство для преобразования серных вредных веществ может также иметь устройство охлаждения и устройство конденсации для охлаждения и конденсации серных вредных веществ. Таким образом, тогда серные вредные вещества окисляются с получением серной кислоты. При осаждении конденсата посредством устройства охлаждения и устройства конденсации образуются сернистая кислота и двуокись серы, которые затем окисляются кислородом с получением серной кислоты. При этом для улучшения окисления предпочтительно предусмотрено устройство подачи, посредством которого в устройство охлаждения и/или устройство конденсации подается кислород. Окисление сернистой кислоты может предпочтительно также осуществляется более интенсивно посредством надлежащего катализатора, в частности катализатора, содержащего ванадий и/или церий и/или щелочи и/или щелочные земли.

Кроме того, предусмотрено также устройство 60 измерения и/или управления, посредством которого могут определяться накопленные в накопительных устройствах 39 количества серных вредных веществ. Устройство 60 измерения и/или управления соединено также с возможностью передачи данных с устройством 63 регулирования и/или управления, посредством которого здесь самодействующим или, соответственно, автоматическим образом осуществляется управление проходными клапанами 43, многоходовыми клапанами 45, проходным клапаном 59 и нагнетательным устройством 55 в зависимости от накопленных в накопительных устройствах 39 количества серных вредных веществ. При этом посредством устройства 63 регулирования и/или управления система 17 нейтрализации отработавших газов может приводиться в следующие три режима эксплуатации.

На Фиг. 3 система 17 нейтрализации отработавших газов показана в традиционном первом режиме эксплуатации, в котором серные вредные вещества отработавшего газа сорбируются посредством накопительных устройств 35 частей 35, 36 выхлопного тракта. Проходные клапаны 43 и многоходовые клапаны 45 находятся при этом в своих первых положениях, так что поток отработавшего газа от двигателя 27 внутреннего сгорания к турбине 29 отперт, а поток отработавшего газа в соединительный элемент 47 заперт. Кроме того, плавно регулируемый проходной клапан 59 находится в своем запертом положении, так что также поток отработавшего газа через байпасное устройство 57 заперт. Это положение клапанов называется основным положением. Кроме того, нагнетательное устройство 55 здесь деактивировано.

На Фиг. 4 показан второй режим эксплуатации системы 17 нейтрализации отработавших газов, при котором накопительное устройство 39 части 35 выхлопного тракта регенерируется. При этом проходной клапан 43 и многоходовой клапан 45 части 35 выхлопного тракта находятся в своих вторых положениях, так что поток отработавшего газа от двигателя 27 внутреннего сгорания к турбине 29 через часть 35 выхлопного тракта заперт, а поток отработавшего газа от части 35 выхлопного тракта в соединительный элемент 47 отперт. Кроме того, проходной клапан 43 и многоходовой клапан 45 части 36 выхлопного тракта находятся в своих первых положениях, так что поток отработавшего газа от двигателя 27 внутреннего сгорания к турбине 29 через часть 36 выхлопного тракта отперт, а поток отработавшего газа от части 36 выхлопного тракта в соединительный элемент 47 заперт. Кроме того, плавно регулируемый проходной клапан 59 здесь по меньшей мере частично открыт, так что поток отработавшего газа через байпасное устройство 57 по меньшей мере частично отперт. Кроме того, нагнетательное устройство 55 здесь активировано.

Сброс давления в части 35 выхлопного тракта вызывает десорбцию или, соответственно, высвобождение серных вредных веществ, накопленных в накопительном устройстве 39 части 35 выхлопного тракта. Посредством нагнетательного устройства 55 здесь, кроме того, создается пониженное давление, благодаря которому десорбция серных вредных веществ дополнительно интенсивируется или, соответственно, ускоряется. Высвобожденные серные вредные вещества вместе с направляемым через байпасное устройство 57 отработавшим газом посредством нагнетательного устройства 55 подаются в реакторное устройство 49, где эти серные вредные вещества преобразуются в безвредные вещества (стрелка 61) и выводятся из системы 17 нейтрализации отработавших газов в отверстии 62 устья. После осуществления регенерации накопительного устройства 39 части 35 выхлопного тракта система 17 нейтрализации отработавших газов снова переводится в показанный на Фиг. 3 первый режим эксплуатации.

Аналогично регенерации накопительного устройства 39 части 35 выхлопного тракта во втором режиме эксплуатации системы 17 нейтрализации отработавших газов в третьем режиме эксплуатации системы 17 нейтрализации отработавших газов регенерируется накопительное устройство 39 части 36 выхлопного тракта. Этот третий режим эксплуатации показан на Фиг. 5.

На Фиг. 6 показан второй вариант осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов. Накопительные устройства 39 системы 17 нейтрализации отработавших газов выполнены здесь не в виде сорбционных элементов, а в виде фильтрующих элементов, посредством который преобразованные в твердые вещества серные вредные вещества могут отфильтровываться из потока отработавшего газа и накапливаться. Для преобразования газообразных серных вредных веществ в твердые вещества предусмотрено устройство 65 подачи, посредством которого в части 35, 36 выхлопного тракта ниже по потоку от многоходовых клапанов 45 и выше по потоку от накопительных устройств 39 может подаваться помещенный в сборном резервуаре 67 реактив, здесь в качестве примера водный раствор мочевины. После подачи водного раствора мочевины в части 35, 36 выхлопного тракта водный раствор мочевины смешивается с отработавшим газом и вследствие высоких температур отработавшего газа нагревается таким образом, что он преобразуется в аммиак. Затем аммиак реагирует с газообразными серными вредными веществами отработавшего газа, например, с получением твердых веществ сульфата аммония и гидрогенсульфата аммония.

Благодаря высоким температурам отработавшего газа эта реакция может осуществляться только за счет высокого давления в области 32 высокого давления выхлопного тракта 31. Когда давление в частях 35, 36 выхлопного тракта сбрасывается, накопленные в накопительных устройствах 39 вещества снова преобразуются в газообразные серные вредные вещества.

Таким образом, регенерация накопительных устройств 39 может здесь осуществляться идентично показанному на Фиг. 1-5 первому варианту осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов.

Опционально накопительные устройства 39 здесь дополнительно могут быть также выполнены в виде SCR-катализаторов, посредством которых могут снижаться содержащиеся в отработавшем газе двигателя 27 внутреннего сгорания выбросы вредных веществ. Нейтрализация выбросов вредных веществ осуществляется при этом посредством вводимого в части 35, 36 выхлопного тракта водного раствора мочевины. Когда, если смотреть в направлении течения отработавшего газа, выше по потоку от накопительных устройств 35 в выхлопном тракте 31 расположен по меньшей мере один SCR-катализатор, посредством устройства 65 подачи предпочтительно подается такое количество водного раствора мочевины, чтобы имелось достаточно водного раствора мочевины для накопления серных вредных веществ в накопительных устройствах 39 и достаточно водного раствора мочевины для нейтрализации оксидов азота в SCR-катализаторе.

Устройство 65 подачи в показанном на Фиг. 6 варианте осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов имеет конкретно трубчатый элемент 70, который подключен непосредственно к сборному резервуару 67 и к частям 35, 36 выхлопного тракта.

Система 17 нейтрализации отработавших газов в показанном на Фиг. 6 варианте осуществления имеет также байпасное устройство 71, посредством которого аммиак, удаленный из выхлопного тракта 31 посредством вытяжного устройства 41, может снова подаваться в устройство 65 подачи. Байпасное устройство 71 здесь в качестве примера подключено в реакторному устройству 49 и к трубчатому элементу 70 и имеет нагнетательное устройство 73, например, насос, посредством которого выделенный или, соответственно, удаленный из серных вредных веществ аммиак, выходя из реакторного устройства 49, может нагнетаться в трубчатый элемент 70.

На Фиг. 7 показан третий вариант осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов. При этом варианте осуществления, в противоположность второму варианту осуществления в соответствии с Фиг. 6, ниже по потоку от турбины 29 в выхлопном тракте 31 расположен SCR-катализатор, посредством которого могут нейтрализоваться содержащиеся в отработавшем газе выбросы азота. Устройство 65 подачи имеет здесь подключенный к сборному резервуару 67 трубчатый элемент 74, посредством которого помещенный в сборном резервуаре 67 водный раствор мочевины ниже по потоку от турбины 29 в области 75 подачи вводится в выхлопной тракт 31. Кроме того, устройство 65 подачи имеет здесь также трубчатый элемент 77, который ниже по потоку от области 75 подачи и выше по потоку от SCR-катализатора 72 подключен к выхлопному тракту 31, а также к трубчатому элементу 70. Нагнетательное устройство 73 здесь предназначено для трубчатого элемента 70.

С помощью этой конструкции водный раствор мочевины сначала посредством трубчатого элемента 74 в области 75 подачи вводится в выхлопной тракт 31, так что водный раствор мочевины в выхлопном тракте 31 может перемешиваться с отработавшим газом. Затем часть смешанного с отработавшим газом водного раствора мочевины посредством трубчатого элемента 77 вводится в трубчатый элемент 70. Наконец, посредством трубчатого элемента 70 водный раствор мочевины подается в накопительные устройства 39.

На Фиг. 8 показан четвертый вариант осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов. При этом варианте осуществления, в отличие от третьего варианта осуществления в соответствии с Фиг. 7, трубчатый элемент 77 подключен не к выхлопному тракту 31, а в области 78 подачи к трубчатому элементу 74. Кроме того, устройство 65 подачи имеет здесь трубчатый элемент 79, который подключен к трубчатому элементу 70 и, выше по потоку от области 78 подачи, к трубчатому элементу 74.

При этой конструкции часть потока отработавшего газа вводится в трубчатый элемент 77 и подается в трубчатый элемент 74. В трубчатом элементе 74 отработавший газ может смешиваться с водным раствором мочевины сборного резервуара 67. Затем часть смешанного с отработавшим газом водного раствора мочевины посредством трубчатого элемента 79 вводится в трубчатый элемент 70, через который водный раствор мочевины подается в части 35, 36 выхлопного тракта.

Этот четвертый вариант осуществления, в отличие от варианта осуществления в соответствии с Фиг. 7, имеет то преимущество, что смешивание отработавшего газа и водного раствора мочевины осуществляется в трубчатом элементе 74 устройства 65 подачи, а не в выхлопном тракте 31. Смесь из отработавшего газа и водного раствора мочевины имеет здесь значительно более высокую долю водного раствора мочевины, так как только часть потока отработавшего газа нагнетается в трубчатый элемент 74. Благодаря этому здесь значительно меньше отработавшего газа должно нагнетаться к частям 35, 36 выхлопного тракта, чтобы достаточно снабжать части 35, 36 выхлопного тракта водным раствором мочевины. Так, например, нагнетательное устройство 73 может тогда выполняться с меньшими размерами или эксплуатироваться с меньшей производительностью.

На Фиг. 9 показан пятый вариант осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов. При этом варианте осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов, в отличие от четвертого варианта осуществления в соответствии с Фиг. 8, устройство 65 подачи подключено в выхлопному тракту 31 не ниже по потоку от турбины 29, а ниже по потоку от частей 35, 36 выхлопного тракта и выше по потоку от турбины 29. Кроме того, у нагнетательного устройства 73 здесь имеется байпасное устройство 71, и предусмотрено дополнительное, предназначенное для трубчатого элемента 70 нагнетательное устройство 80. В остальном конструкция пятого варианта осуществления идентична конструкции четвертого варианта осуществления в соответствии с Фиг. 8.

При пятом варианте осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов предпочтительно, что смешивание отработавшего газа и водного раствора мочевины осуществляется в области 32 высокого давления выхлопного тракта 31. Образовавшаяся в устройстве 65 подачи смесь отработавшего газа и мочевины имеет при этом уровень давления, идентичный или, соответственно, аналогичный уровню давления отработавшего газа в частях 35, 36 выхлопного тракта, и поэтому может нагнетаться с помощью нагнетательного устройства 80 в части 34, 35 выхлопного тракта со значительно меньшими издержками или, соответственно, с меньшей производительностью нагнетания.

На Фиг. 10 показан шестой вариант осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов. При этом варианте осуществления системы 17 нейтрализации отработавших газов система 17 нейтрализации отработавших газов, в противоположность вариантам осуществления, показанным на Фиг. 1-9, имеет систему 81 рециркуляции отработавших газов, посредством которой часть отработавшего газа, выброшенного двигателем 27 внутреннего сгорания, снова подается в двигатель 27 внутреннего сгорания. Кроме того, в этом шестом варианте осуществления части 35, 36 выхлопного тракта расположены в системе 81 рециркуляции отработавших газов. При этом части 35, 36 выхлопного тракта выполнены таким образом, что их принцип действия идентичен принципу действия вариантов осуществления, показанных на Фиг. 1-9. В остальном конструкция шестого варианта осуществления, показанного на Фиг. 10, соответствует конструкции второго варианта осуществления в соответствии с Фиг. 6.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Судно

3 Водное пространство

5 Положение

7 Направление движения

9 Побережье

11 ECA

13 Ограничение

15 Устройство привода

17 Система нейтрализации отработавших газов

19 Турбонагнетатель отработавших газов

21 Компрессор

23 Всасывающий тракт

25 Воздух для сжигания

27 Двигатель внутреннего сгорания

29 Турбина

31 Выхлопной тракт

32 Область высокого давления

33 Отверстие устья

34 Область низкого давления

35 Часть выхлопного тракта

36 Часть выхлопного тракта

37 Соединительная область

38 Отработавший газ

39 Накопительное устройство

41 Вытяжное устройство

43 Проходной клапан

45 Многоходовой клапан

47 Соединительный элемент

49 Реакторное устройство

51 Первый трубчатый элемент

53 Второй трубчатый элемент

54 Область низкого давления

55 Нагнетательное устройство

57 Байпасное устройство

59 Проходной клапан

60 Устройство измерения и/или управления

61 Безвредные вещества

62 Отверстие устья

63 Устройство регулирования и/или управления

65 Устройство подачи

67 Сборный резервуар

70 Трубчатый элемент

71 Байпасное устройство

72 SCR-катализатор

73 Нагнетательное устройство

74 Трубчатый элемент

75 Область подачи

77 Трубчатый элемент

78 Область подачи

79 Трубчатый элемент

80 Нагнетательное устройство

81 Система рециркуляции отработавших газов