JP7075953B2 - 内燃機関の運転方法および空気供給装置 - Google Patents
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Description
炭化水素系燃料および空気を燃焼室内で燃焼させる内燃機関の運転方法であって、前記空気は、前記内燃機関の排気を含まず、前記燃焼室に導入する前記空気の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減工程と、前記炭化水素系燃料と水を前記燃焼室に噴射する工程と、を有し、前記酸素濃度低減工程において、気体透過膜の一方の面に空気を接触させ、当該空気の酸素濃度を低下させる工程を含み、前記気体透過膜による空気加湿は行わず、前記炭化水素系燃料と水を前記燃焼室に噴射する工程が、前記炭化水素系燃料に水を混合してエマルションとして前記燃焼室に噴射する工程である、内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、前記空気を加圧して加圧空気とする空気加圧工程を含む[1]に記載の内燃機関の運転方法。
前記気体透過膜が、気体の溶解拡散による気体分離性能を示す気体透過膜である、[1]または[2]に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、前記空気の酸素濃度が、10mol%以上20.5mol%以下である、請求項[1]~[3]のいずれかに記載の内燃機関の運転方法。
前記空気加圧工程において、前記空気は、前記内燃機関に付属する過給機により加圧され、さらに当該過給機と直列に配置された圧縮機により加圧される、請求項2に記載の内燃機関の運転方法。
前記空気加圧工程において、前記空気は、前記内燃機関に付属する過給機により加圧された空気と、当該過給機と並列に配置された圧縮機により加圧された空気とを加えた空気である、請求項2に記載の内燃機関の運転方法。
炭化水素系燃料および空気を燃焼室内で燃焼させる内燃機関の運転方法であって、前記空気を、前記内燃機関に付属する過給機により加圧し、前記過給機により加圧された空気を当該過給機と直列に配置された圧縮機により圧縮し、または当該過給機により加圧された空気に当該過給機と並列に配置された圧縮機により加圧された空気を加え、加圧された前記空気を気体透過膜の一方の面に接触させ当該空気から酸素を所定量除去して得られる低酸素濃度空気を前記内燃機関に導入し、前記気体透過膜による空気加湿は行わず、前記炭化水素系燃料は、水を混合されてエマルションとして前記内燃機関に導入される、内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程により酸素濃度が低減した前記空気を前記内燃機関の過給機に供給することを特徴とする[1]に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程への給気が大気圧以下であることを特徴とする[1]に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、気体透過膜の一方の面の側の全圧が他方の面の側より低圧になるように、減圧手段により減圧することを特徴とする[1]~[9]のいずれかに記載の内燃機関の運転方法。
前記気体透過膜により酸素富化される側を、気体を流してスイープすることを特徴とする[1]~[10]のいずれかに記載の内燃機関の運転方法。
前記エマルションは乳化剤を含まないことを特徴とする[1]に記載の内燃機関の運転方法。
前記エマルションは、前記内燃機関の燃料供給装置の直前で製造されることを特徴とする[1]に記載の内燃機関の運転方法。
過給機と、空気圧縮機と、酸素濃度低減モジュールとを備える内燃機関の空気供給装置において、前記酸素濃度低減モジュールは、気体透過膜と、当該気体透過膜を収納するケースとを備え、前記過給機と前記空気圧縮機と前記酸素濃度低減モジュールを直列に接続し、空気を前記気体透過膜の一方の面に接触させ、当該空気の酸素濃度を低下させ、前記空気は、前記内燃機関の排気を含まず、加湿手段が存在せず、前記内燃機関には、水が混合された炭化水素系燃料がエマルションとして導入されている、ことを特徴とする、空気供給装置。
過給機と、空気圧縮機と、酸素濃度低減モジュールとを備える内燃機関の空気供給装置において、前記酸素濃度低減モジュールは、気体透過膜と、当該気体透過膜を収納するケースとを備え、前記過給機と前記酸素濃度低減モジュールを直列に接続し、前記空気圧縮機を前記過給機と前記酸素濃度低減モジュールとの間に、前記過給機と並列に接続し、空気を前記気体透過膜の一方の面に接触させ、当該空気の酸素濃度を低下させ、前記空気は、前記内燃機関の排気を含まず、加湿手段が存在せず、前記内燃機関には、水が混合された炭化水素系燃料がエマルションとして導入されている、ことを特徴とする、空気供給装置。
過給機と、酸素濃度低減モジュールとを備える内燃機関の空気供給装置において、前記酸素濃度低減モジュールは、気体透過膜と、当該気体透過膜を収納するケースとを備え、前記酸素濃度低減モジュールと前記過給機を直列に接続し、空気を前記気体透過膜の一方の面に接触させ、当該空気の酸素濃度を低下させ、前記空気は、前記内燃機関の排気を含まず、加湿手段が存在せず、前記内燃機関には、水が混合された炭化水素系燃料がエマルションとして導入されている、ことを特徴とする、空気供給装置。
過給機と、酸素濃度低減モジュールとを備える内燃機関の空気供給装置において、前記酸素濃度低減モジュールは、気体透過膜と、当該気体透過膜を収納するケースとを備え、前記酸素濃度低減モジュールと前記過給機を直列に接続し、前記気体透過膜の一方の面に接触させて酸素濃度を低下させた空気を、前記過給機により圧縮して加圧空気として前記内燃機関に供給し、前記空気は、前記内燃機関の排気を含まず、加湿手段が存在しないことを特徴とする、空気供給装置。
前記酸素濃度低減モジュールの上流側に過給機を備えていることを特徴とする[13]~[17]のいずれかに記載の空気供給装置。
前記酸素濃度低減モジュールの上流側が大気圧以下であることを特徴とする[17]または[18]に記載の空気供給装置。
前記気体透過膜の酸素富化側の全圧が窒素富化側の全圧より低圧になるように、減圧する減圧手段を備えることを特徴とする[17]に記載の空気供給装置。
前記気体透過膜の酸素富化側を、気体を流してスイープすることを特徴とする[14]~[20]のいずれかに記載の空気供給装置。
炭化水素系燃料および空気を燃焼室内で燃焼させる内燃機関の運転方法であって、前記空気は、前記内燃機関の排気を含まず、前記燃焼室に導入する前記空気の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減工程と、前記炭化水素系燃料と水を前記燃焼室に噴射する工程と、を有する内燃機関の運転方法。
前記炭化水素系燃料と水を前記燃焼室に噴射する工程が、前記炭化水素系燃料に水を混合してエマルションとして前記燃焼室に噴射する工程である、(1)に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、前記空気を加圧して加圧空気とする空気加圧工程と、気体透過膜の一方の面に前記加圧空気を接触させ、当該加圧空気の酸素濃度を低下させる工程と、を含む(1)または(2)に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、前記気体透過膜の他方の面に前記加圧空気を加湿する加湿用水を接触させ、当該加圧空気に水蒸気を添加する水蒸気添加工程を含む(3)に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、水蒸気を前記空気に添加し、当該空気の酸素濃度を低下させる水蒸気添加工程を含む(1)または(2)に記載の内燃機関の運転方法。
前記水蒸気添加工程において、前記空気を加圧し、加圧空気とする空気加圧工程と、水蒸気透過膜の一方の面に前記加圧空気を接触させ、当該水蒸気透過膜の他方の面に加湿用水を接触させ、当該加圧空気に水蒸気を添加する工程と、を含む(5)に記載の内燃機関の運転方法。
前記気体透過膜が、気体の溶解拡散による気体分離性能を示す気体透過膜である、(3)または(4)に記載の内燃機関の運転方法。
前記水蒸気透過膜が、気体の溶解拡散による気体分離性能を示す気体透過膜である、(6)に記載の内燃機関の運転方法。
前記水蒸気透過膜が、疎水性微多孔膜である、(6)に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、前記空気の酸素濃度が、10mol%以上20.5mol%以下である、(1)~(9)のいずれかに記載の内燃機関の運転方法。
前記加湿用水が、電解質を含む、(4)または(6)に記載の内燃機関の運転方法。
前記加湿用水が、塩化ナトリウムを含む、(4)または(6)に記載の内燃機関の運転方法。
前記加湿用水の温度が、20℃以上95℃以下である、(4)または(6)に記載の内燃機関の運転方法。
前記加湿用水を、循環させて使用する、(4)または(6)に記載の内燃機関の運転方法。
加湿された前記空気の水の含有量が1mol%以上であり、かつ加湿された前記空気の湿度が100%RH未満である、(4)から(6)のいずれかに記載の内燃機関の運転方法。
前記空気加圧工程において、前記空気は、前記内燃機関に付属する過給機により加圧され、さらに当該過給機と直列に配置された圧縮機により加圧される、(3)、(4)または(6)に記載の内燃機関の運転方法。
前記空気加圧工程において、前記空気は、前記内燃機関に付属する過給機により加圧された空気と、当該過給機と並列に配置された圧縮機により加圧された空気とを加えた空気である、(3)、(4)または(6)に記載の内燃機関の運転方法。
炭化水素系燃料および空気を燃焼室内で燃焼させる内燃機関の運転方法であって、前記空気を、前記内燃機関に付属する過給機により加圧し、前記過給機により加圧された空気を当該過給機と直列に配置された圧縮機により圧縮し、または当該過給機により加圧された空気に当該過給機と並列に配置された圧縮機により加圧された空気を加え、加圧された前記空気を気体透過膜の一方の面に接触させ当該空気から酸素を所定量除去して得られる低酸素濃度空気を前記内燃機関に導入する、内燃機関の運転方法。
過給機と、空気圧縮機と、酸素濃度低減モジュールとを備える内燃機関の空気供給装置において、前記酸素濃度低減モジュールは、気体透過膜と、当該気体透過膜を収納するケースとを備え、前記過給機と前記空気圧縮機と前記酸素濃度低減モジュールを直列に接続することを特徴とする、空気供給装置。
過給機と、空気圧縮機と、酸素濃度低減モジュールとを備える内燃機関の空気供給装置において、前記酸素濃度低減モジュールは、気体透過膜と、当該気体透過膜を収納するケースとを備え、前記過給機と前記酸素濃度低減モジュールを直列に接続し、前記空気圧縮機を前記過給機と前記酸素濃度低減モジュールとの間に、前記過給機と並列に接続することを特徴とする、空気供給装置。
過給機と、酸素濃度低減モジュールとを備える内燃機関の空気供給装置において、前記酸素濃度低減モジュールは、気体透過膜と、当該気体透過膜を収納するケースとを備え、前記酸素濃度低減モジュールと前記過給機を直列に接続することを特徴とする、空気供給装置。
前記気体透過膜が、水蒸気透過膜である、(19)から(21)のいずれかに記載の空気供給装置。
前記気体透過膜が、中空糸または平膜である、(19)から(22)のいずれかに記載の空気供給装置。
前記酸素濃度低減工程により酸素濃度が低減した前記空気を前記内燃機関の過給機に供給することを特徴とする、〔1〕または〔2〕に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減工程において、気体透過膜の一方の面の側の全圧が他方の面の側より低圧になるように、減圧手段により減圧することを特徴とする(1)または(2)に記載の内燃機関の運転方法。
前記気体透過膜により酸素富化される側を、気体を流してスイープすることを特徴とする(3)、(4)、(7)、(18)または(25)に記載の内燃機関の運転方法。
前記酸素濃度低減モジュールの上流側に昇圧手段を備えていることを特徴する(21)に記載の空気供給装置。
前記気体透過膜の酸素富化側の全圧が窒素富化側の全圧より低圧になるように、減圧する減圧手段を備えることを特徴とする(19)から(21)のいずれかに記載の空気供給装置。
前記気体透過膜の酸素富化側を、気体を流してスイープすることを特徴とする(19)から(21)のいずれかに記載の空気供給装置。
前記エマルションは乳化剤を含まないことを特徴とする(2)に記載の内燃機関の運転方法。
給気バランス(%)=(加湿および/または窒素富化された空気の流量-供給された空気の流量)/供給された空気の流量
図8、11、12に示すように各装置を接続した。いずれの装置に接続したかは表に記載した。また、図中の各構成装置の使用の有無を表中で○(接続あり)、×(接続なし)で示した。また、本実施例において、圧力は特に断らない限り、ゲージ圧で表す。
Claims (7)
- 炭化水素系燃料および空気を燃焼室内で燃焼させる内燃機関の運転方法であって、
前記空気は、前記内燃機関の排気を含まず、
前記燃焼室に導入する前記空気の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減工程と、
前記炭化水素系燃料と水を前記燃焼室に噴射する工程と、
を有し、
前記酸素濃度低減工程において、
気体透過膜の一方の面に空気を接触させ、当該空気の酸素濃度を低下させる工程を含み、
前記気体透過膜による空気加湿は行わず、
前記炭化水素系燃料と水を前記燃焼室に噴射する工程が、前記炭化水素系燃料に水を混合してエマルションとして前記燃焼室に噴射する工程であり、
前記酸素濃度低減工程への給気は、大気圧以下であり、
前記酸素濃度低減工程において酸素濃度が10mol%以上で、且つ20.5mol%以下とされた前記空気を前記燃焼室に導入し、
運転条件として、前記エマルション中の水含有量が水/炭化水素系燃料比(容量比)50/100~80/100の範囲または水/炭化水素系燃料比(重量比)8.8/91.2~30.0/70.0の範囲となるようにして前記燃焼室に導入し、前記内燃機関に吸気される空気の圧力が84.7kPa~186.7kPaとなるようにし、且つ、前記内燃機関に吸気される空気の温度が36.9℃~43.9℃となるようにして運転を行う、内燃機関の運転方法。 - 前記気体透過膜が、気体の溶解拡散による気体分離性能を示す気体透過膜である、請求項1に記載の内燃機関の運転方法。
- 前記酸素濃度低減工程により酸素濃度が低減した前記空気を前記内燃機関の過給機に供給することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の運転方法。
- 前記酸素濃度低減工程において、
気体透過膜の一方の面の側の全圧が他方の面の側より低圧になるように、減圧手段により減圧することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の運転方法。 - 前記気体透過膜により酸素富化される側を、気体を流してスイープすることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の内燃機関の運転方法。
- 前記エマルションは乳化剤を含まないことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の運転方法。
- 前記エマルションは、前記内燃機関の燃料供給装置の直前で製造されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の運転方法。
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