内燃机的运转方法和空气供给装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及内燃机的运转方法和空气供给装置。更详细来说，涉及能够降低内燃 机的废气中的氮氧化物的内燃机的运转方法和空气供给装置。
【背景技术】
[0002] 以柴油发动机等为代表的内燃机由于燃烧效率高、二氧化碳的产生也少，因而在 广泛的领域中使用。但是，内燃机的废气中含有氮氧化物（下文有时称为NOx)，近年来由于 环保意识的提尚，NOx的排放限制具有被强化的趋势。
[0003] 关于由船用柴油机排出的NOx，2016年起有望由国际海事组织（MO)推行Tier III规定，该规定要求由现行的TierII规定值降低75%。因此，要求开发出效果高且成本 低的NOx除去技术，正在进行与NOx的降低有关的各种研宄（参见非专利文献1)。
[0004] 作为基于废气后处理的NOx降低技术的具体例，可以举出利用催化剂对柴油发动 机废气中的NOx进行选择性还原的选择性催化还原（SCR)技术（参见非专利文献1)。但是， SCR技术中，NOx的还原需要脲、氨等化学药品，化学药品的管理和过高的成本成为问题。另 外，在应用于NOx浓度高达数百~数千ppm的废气中的情况下，预测装置会大型化，这也成 为问题。
[0005] 作为基于控制燃烧的NOx降低技术的具体例，提出了下述方法：将用水喷雾而加 湿的供气供给至内燃机中，从而降低NOx(参见非专利文献2)。该方法中，利用水蒸气的稀 释效果，可以有效地降低供气中的氧浓度。但是，水蒸气压力仅为温度的函数，因此具有在 同一温度下若增压压力升高则加湿量相对降低的缺点。而且还存在下述问题：若为了增加 加湿量而过度提高供气的温度，则油耗定额有可能降低。
[0006] 作为利用水蒸气控制燃烧的其他方法，提出了利用水蒸气透过膜使水蒸气从废气 移至供气侧的方法（参见专利文献1)。该方法中，移动的水蒸气量少，因而具有NOx降低效 果小的缺点。
[0007] 除此之外，还提出了使用膜的NOx降低方法。例如，专利文献2中记载了下述内 容：通过使用氧选择透过膜来富集空气的氮浓度，将该富氮化空气供给至内燃机中，以此来 降低NOx。
[0008] 此外，还提出了在燃料中添加水而以乳液的形式供给至发动机等的方法、向发动 机气缸直接喷射水的方法（非专利文献1)。该方法具有单位重量的水带来的NOx降低效果 高的优点。但是，单独利用该方法时，无法将NOx降低至TierIII水平。
[0009] 另外，正在开发下述技术（EGR):使一部分废气循环至供气中，降低供气中的氧浓 度，由此降低废气中的NOx(非专利文献1)。废气中包含燃料中的硫发生氧化而生成的SOx， 若SOx被废气中的水吸收则成为硫酸。在EGR中，为了避免废气循环的部分的设备配管发 生硫酸腐蚀，需要利用水洗器对废气进行脱硫、或需要洗涤器排水处理设备。因此，装置复 杂，从装置初期费用、运转成本、维持成本的方面考虑存在问题。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1:日本特开平03-61658号公报
[0013] 专利文献2 :日本特开平4-231670号公报 [0014]非专利文献
[0015]非专利文献I:Yy> 工 >9二7y> 夕（海洋工程）、Vol46,No. 6, 2011，pl-54.
[0016]非专利文献2 :J.Hupli,"HumidificationmethodforreductionofNOx emission(减少NOx释放的加湿方法）"，CIMACCongress, 2004,No. 11
【发明内容】
[0017] 发明要解决的课题
[0018] 本发明是鉴于上述情况而进行的，其主要目的在于提供一种能够降低内燃机的废 气中的氮氧化物的内燃机的运转方法和空气供给装置。
[0019] 用于解决课题的方案
[0020] 本发明人为了解决上述课题进行了反复深入的研宄，结果发现，通过将不包含废 气的低氧浓度空气导入内燃机，进而将在烃类燃料中混合了水的乳液燃料喷射至内燃机的 燃烧室，从而与以往相比能够大幅降低N0X，由此完成了本发明。
[0021] 即，本发明如下所述。
[0022] [1]
[0023] 一种内燃机的运转方法，其为使烃类燃料和空气在燃烧室内燃烧的内燃机的运转 方法，其中，上述空气不包含上述内燃机的废气，上述方法具有以下工序：降低导入至上述 燃烧室的上述空气的氧浓度的氧浓度降低工序；和将上述烃类燃料和水喷射至上述燃烧室 的工序。
[0024] [2]
[0025] 如[1]所述的内燃机的运转方法，其中，将上述烃类燃料和水喷射至上述燃烧室 的工序为以下工序：在上述烃类燃料中混合水，以乳液的形式喷射至上述燃烧室。
[0026] [3]
[0027] 如[1]或[2]所述的内燃机的运转方法，其中，在上述氧浓度降低工序中包括以下 工序：将上述空气加压而制成加压空气的空气加压工序；和使上述加压空气与气体透过膜 的一个面接触，降低该加压空气的氧浓度的工序。
[0028] [4]
[0029] 如[3]所述的内燃机的运转方法，其中，在上述氧浓度降低工序中包括以下工序： 水蒸气添加工序，使加湿上述加压空气的加湿用水与上述气体透过膜的另一个面接触，向 该加压空气中添加水蒸气。
[0030] [5]
[0031] 如[1]或[2]所述的内燃机的运转方法，其中，在上述氧浓度降低工序中包括以下 工序：水蒸气添加工序，将水蒸气添加至上述空气中，降低该空气的氧浓度。
[0032] [6]
[0033] 如[5]所述的内燃机的运转方法，其中，在上述水蒸气添加工序中包括以下工序： 将上述空气加压而制成加压空气的空气加压工序；和使上述加压空气与水蒸气透过膜的一 个面接触，使加湿用水与该水蒸气透过膜的另一个面接触，向该加压空气中添加水蒸气的 工序。
[0034] [7]
[0035] 如[3]或[4]所述的内燃机的运转方法，其中，上述气体透过膜是基于气体的溶解 扩散而显示出气体分离性能的气体透过膜。
[0036] [8]
[0037] 如[6]所述的内燃机的运转方法，其中，上述水蒸气透过膜是基于气体的溶解扩 散而显示出气体分离性能的气体透过膜。
[0038] [9]
[0039] 如[6]所述的内燃机的运转方法，其中，上述水蒸气透过膜是疏水性微多孔膜。
[0040] [10]
[0041] 如[1]~[9]中任一项所述的内燃机的运转方法，其中，在上述氧浓度降低工序 中，上述空气的氧浓度为IOmol%以上20. 5mol%以下。
[0042] [11]
[0043] 如[4]或[6]所述的内燃机的运转方法，其中，上述加湿用水包含电解质。
[0044] [12]
[0045] 如[4]或[6]所述的内燃机的运转方法，其中，上述加湿用水包含氯化钠。
[0046] [13]
[0047] 如[4]或[6]所述的内燃机的运转方法，其中，上述加湿用水的温度为20°C以上 95°C以下。
[0048] [14]
[0049] 如[4]或[6]所述的内燃机的运转方法，其中，使上述加湿用水循环使用。
[0050] [15]
[0051] 如[4]~[6]中任一项所述的内燃机的运转方法，其中，经加湿的上述空气的水的 含量为Imol%以上，且经加湿的上述空气的湿度小于100%RH。
[0052] [16]
[0053] 如[3]、[4]或[6]所述的内燃机的运转方法，其中，在上述空气加压工序中，上述 空气被上述内燃机附带的增压器加压，进而被与该增压器串联配置的压缩机加压。
[0054] [17]
[0055] 如[3]、[4]或[6]所述的内燃机的运转方法，其中，在上述空气加压工序中，上述 空气是将利用上述内燃机附带的增压器而加压的空气、和利用与该增压器并联配置的压缩 机而加压的空气加在一起的空气。
[0056] [18]
[0057] -种内燃机的运转方法，其为使烃类燃料和空气在燃烧室内燃烧的内燃机的运转 方法，其中，该方法包括以下步骤：利用上述内燃机附带的增压器对上述空气进行加压，利 用与该增压器串联配置的压缩机对利用上述增压器所加压的空气进行压缩；或者，在该利 用增压器所加压的空气中加入利用与该增压器并联配置的压缩机所加压的空气，使经加压 的上述空气与气体透过膜的一个面接触，从该空气中除去特定量的氧，将所得到的低氧浓 度空气导入至上述内燃机。
[0058] [19]
[0059] -种空气供给装置，其是具备增压器、空气压缩机和氧浓度降低组件的内燃机的 空气供给装置，其特征在于，上述氧浓度降低组件具备气体透过膜和收纳该气体透过膜的 外壳，将上述增压器、上述空气压缩机和上述氧浓度降低组件串联连接。
[0060] [20]
[0061] 一种空气供给装置，其是具备增压器、空气压缩机和氧浓度降低组件的内燃机的 空气供给装置，其特征在于，上述氧浓度降低组件具备气体透过膜和收纳该气体透过膜的 外壳，上述增压器和上述氧浓度降低组件串联连接，上述空气压缩机在上述增压器与上述 氧浓度降低组件之间与上述增压器并联连接。
[0062] [21]
[0063] 一种空气供给装置，其是具备增压器和氧浓度降低组件的内燃机的空气供给装 置，其特征在于，上述氧浓度降低组件具备气体透过膜和收纳该气体透过膜的外壳，上述氧 浓度降低组件和上述增压器串联连接。
[0064] [22]
[0065] 如[19]~[21]中任一项所述的空气供给装置，其中，上述气体透过膜为水蒸气透 过膜。
[0066] [23]
[0067] 如[19]~[22]中任一项所述的空气供给装置，其中，上述气体透过膜为中空纤维 或平膜。
[0068] [24]
[0069] 如[1]或[2]所述的内燃机的运转方法，其特征在于，将通过上述氧浓度降低工序 而降低了氧浓度的上述空气供给至上述内燃机的增压器。
[0070] [25]
[0071] 如[1]或[2]所述的内燃机的运转方法，其特征在于，在上述氧浓度降低工序中， 利用减压单元进行减压，使得气体透过膜的一个面侧的总压低于另一个面侧。
[0072] [26]
[0073] 如[3]、[4]、[7]、[18]或[25]所述的内燃机的运转方法，其特征在于，对于通过 上述气体透过膜而富氧化的一侧，流入气体进行吹扫。
[0074] [27]
[0075] 如[21]所述的空气供给装置，其特征在于，在上述氧浓度降低组件的上游侧具备 升压单元。
[0076] [28]
[0077] 如[19]~[21]中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，其具备减压单元，该 减压单元按照使上述气体透过膜的富氧化侧的总压低于富氮化侧的总压的方式进行减压。
[0078] [29]
[0079] 如[19]~[21]中任一项所述的空气供给装置，其特征在于，对于上述气体透过膜 的富氧化侧，流入气体进行吹扫。
[0080] [30]
[0081] 如[2]所述的内燃机的运转方法，其特征在于，上述乳液不包含乳化剂。
[0082] 发明的效果
[0083] 根据本发明的内燃机的运转方法，可以降低内燃机的废气中的NOx。
【附图说明】
[0084] 图1是本实施方式的膜组件的一个实施方式的立体图。
[0085] 图2是本实施方式的膜组件的另一个实施方式的立体图。
[0086] 图3是本实施方式的膜组件的另一个实施方式的立体图。
[0087] 图4是本实施方式中使用的中空纤维型膜组件的一个实施方式的示意图。
[0088] 图5是本实施方式中使用的平膜型组件的一个实施方式的示意图。
[0089] 图6是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0090] 图7是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0091] 图8是本实施方式的内燃机的空气供给装置的一个实施方式的示意图。
[0092] 图9是本实施方