(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、かつ低コストで、内燃機関からのＮＯｘ量を低減する。【解決手段】  エンジン１からの排ガスで温水を生成する温水器５と、温水器５で生成された温水で高湿潤空気を生成する加湿器４と、加湿器４で生成された高湿潤空気をエンジン１の吸気側に供給する吸気ファン７と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスで温水を生成する温水生成手段と、前記温水生成手段で生成された温水で加湿空気を生成する加湿手段と、前記加湿手段で生成された加湿空気を前記内燃機関の吸気側に供給する供給手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のＮＯｘ低減装置。
【請求項２】
前記加湿手段は、前記温水によって水槽内の水を加熱することで加湿空気を生成する第１の加湿手段と、前記温水を大気に飛散することで加湿空気を生成する第２の加湿手段とを備え、前記第１の加湿手段および前記第２の加湿手段の少なくとも一方による加湿空気の生成が選択自在となっている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＮＯｘ低減装置。
【請求項３】
内燃機関からの排ガスで温水を生成し、生成された温水で加湿空気を生成し、生成された加湿空気を前記内燃機関の吸気側に供給する、ことを特徴とする内燃機関のＮＯｘ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関からの排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）量を低減する、内燃機関のＮＯｘ低減装置およびＮＯｘ低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気に高湿潤空気（加湿空気）を混合して内燃機関に供給（給気）することで、内燃機関からのＮＯｘ量を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。この技術は、シリンダ内に導入される空気の湿度を上げて、燃料燃焼時の最高燃焼温度を下げることにより、排ガス中のＮＯｘ量を低減させるものである。このような技術において高湿潤空気の生成は、内燃機関とは独立した加湿器で行っている。すなわち、外部の熱や超音波などを利用した加湿器、あるいはファンを備えた冷却塔を利用した加湿器を別途設置し、この加湿器によって高湿潤空気を生成して、内燃機関に供給するものである。
【特許文献１】特開２００６−０２９３０９号公報
【特許文献２】特開２００２−０４８０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような従来の加湿器では、熱や超音波などを生成するために、あるいはファンを回転させるために、エネルギー源が必要となる。この結果、設備が大掛かりになるとともに、費用がかさむという問題があった。
【０００４】
そこでこの発明は、簡単な構成で、かつ低コストで、内燃機関からのＮＯｘ量を低減することが可能な内燃機関のＮＯｘ低減装置およびＮＯｘ低減方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、内燃機関からの排ガスで温水を生成する温水生成手段と、前記温水生成手段で生成された温水で加湿空気を生成する加湿手段と、前記加湿手段で生成された加湿空気を前記内燃機関の吸気側に供給する供給手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のＮＯｘ低減装置である。
【０００６】
この発明によれば、温水生成手段によって内燃機関からの排ガスを利用して温水が生成され、続いて、加湿手段によって温水を利用して加湿空気が生成され、供給手段によって加湿空気が内燃機関の吸気側に供給される。これにより、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が低減される。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のＮＯｘ低減装置において、前記加湿手段は、前記温水によって水槽内の水を加熱することで加湿空気を生成する第１の加湿手段と、前記温水を大気に飛散することで加湿空気を生成する第２の加湿手段とを備え、前記第１の加湿手段および前記第２の加湿手段の少なくとも一方による加湿空気の生成が選択自在となっている、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、内燃機関からの排ガスで温水を生成し、生成された温水で加湿空気を生成し、生成された加湿空気を前記内燃機関の吸気側に供給する、ことを特徴とする内燃機関のＮＯｘ低減方法である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１および３に記載の発明によれば、内燃機関からの排ガスの排熱を利用して温水を生成し、この温水で加湿空気を生成するため、加湿空気を生成するためのエネルギー源が別途不要となる。この結果、設備を簡素化（簡単な構成で）、省エネルギー化し、費用を低減することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、第２の加湿手段は温水を大気に飛散することで加湿空気を生成するため、即座に大量の加湿空気を生成することが可能で、第１の加湿手段では、温水によって水槽内の水を加熱して加湿空気を生成するため、第２の加湿手段に比べて生成速度が遅い（生成量が少ない）。そして、第１の加湿手段および第２の加湿手段の少なくとも一方による加湿空気の生成が選択自在となっているため、内燃機関の運転状態や外気状態などに基づいて適正（適量）な加湿空気を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態に係る内燃機関のＮＯｘ低減装置（以下、「ＮＯｘ低減装置」という）を含むエンジン（内燃機関）１周りの設備を示す図である。
【００１３】
この実施の形態では、一階層にエンジン１と発電機２が設置され、二階層に排ガス消音器３などが設置され、地下層に加湿器（加湿手段）４などが設置されている。エンジン１と発電機２は連結され、エンジン１からの排ガスが、排ガス管６を介して排ガス消音器３に送られ、煙突１２から排気されるようになっている。
【００１４】
また、エンジン１と排ガス消音器３との間には、温水器（温水生成手段）５が配設されている。この温水器５は、エンジン１からの排ガスで温水を生成する熱交換器であり、エンジン１から排出された排ガスと、加湿器４からの戻り水とが流入するようになっている。そして、高温の排ガスと低温の戻り水との間で熱交換することで、戻り水を昇温して温水を生成するものである。加湿器４は、温水器５で生成された温水で高湿潤空気（加湿空気）を生成するものであり、温水器５と加湿器４とは、温水管５１および還水管５２を介して接続されている。
【００１５】
すなわち、図２に示すように、温水管５１の下流端部が加湿器４の第１の加湿管４１に接続され、この第１の加湿管４１は水槽４６内を通り、三方弁４７を介して第２の加湿管４２および第３の加湿管４３に接続されている。ここで、水槽４６は上面が大きく開口した容器で、後述する高湿潤空気が生成されやすいように、つまり水槽４６内の水が蒸発して大気中に放出されやすいようになっている。第２の加湿管４２および第３の加湿管４３の下流端部は第４の加湿管４４に接続され、この第４の加湿管４４の下流端部が還水管５２に接続されている。また、第３の加湿管４３は、水槽４６の上方を水平に延びる水平部４３ａを有し、この水平部４３ａには複数の水流孔４３ｂが形成され、この水流孔４３ｂから温水が水槽４６側の大気に向ってシャワー状に流れる（飛散する）ようになっている。
【００１６】
さらに、水槽４６内には水中ポンプ４８が配置され、この水中ポンプ４８の吐出し口に第５の加湿管４５が接続されている。この第５の加湿管４５は、水槽４６の上方に延びて、下流端部が還水管５２側に接続され、水中ポンプ４８が稼動することで、水槽４６内の水が還水管５２側に流れるようになっている。
【００１７】
そして、温水器５からの温水が温水管５１を介して第１の加湿管４１に供給されると、第１の加湿管４１を流れる温水によって水槽４６内の水が加熱され蒸発し、高湿潤空気が生成される（外気が加湿される）。続いて、三方弁４７が第２の加湿管４２側に開状態の場合には、第１の加湿管４１内の温水が第２の加湿管４２を経由して還水管５２に流入し、戻り水として温水器５に還流される。一方、三方弁４７が第３の加湿管４３側に開状態の場合には、第１の加湿管４１内の温水が、第３の加湿管４３に流入して水流孔４３ｂからシャワー状に流出し、高湿潤空気が生成される。
【００１８】
このように、第１の加湿管４１と水槽４６内の水とによって、温水によって水槽内の水を加熱することで高湿潤空気を生成する第１の加湿手段が構成され、第３の加湿管４３によって、温水を大気に飛散することで高湿潤空気を生成する第２の加湿手段が構成されている。そして、第２の加湿手段は温水を大気に飛散することで高湿潤空気を生成するため、即座に大量の高湿潤空気を生成することが可能で、第１の加湿手段では、温水によって水槽４６内の水を加熱して高湿潤空気を生成するため、第２の加湿手段に比べて生成速度が遅い（生成量が少ない）。
【００１９】
また、三方弁４７の開方向を切り替えることで、第１の加湿手段のみによる高湿潤空気の生成とするか、第１の加湿手段と第２の加湿手段とによる高湿潤空気の生成とするかを選択できるようになっている。ここで、三方弁４７の切り替え、すなわち、温水を第２の加湿管４２経由で還流するか（高湿潤空気を大量に生成する必要がないか）、第３の加湿管４３経由で還流するか（高湿潤空気を大量に生成する必要があるか）は、エンジン１の運転状態や外気状態などに基づいて設定する。例えば、外気が乾燥している場合や急速な加湿を要する場合には、第３の加湿管４３経由としてより多くの高湿潤空気を迅速に生成したり、エンジン１が休止時には第２の加湿管４２経由として待機状態としたりする。あるいは、エンジン１からの排ガス中のＮＯｘ量を計測し、その計測結果に基づいて開方向を切り替える。そして、このような切り替えは、手動で行ってもよいし、自動制御してもよい。
【００２０】
一方、水槽４６内の水が一定量以上になると、水中ポンプ４８が稼動して、上記のように水槽４６内の水が還水管５２を介して温水器５に還流されるようになっている。
【００２１】
このような加湿器４の前方（エンジン１側）に、加湿器４で生成された高湿潤空気をエンジン１の吸気管１１（吸気側）に供給する吸気ファン（供給手段）７が設置されている。また、この吸気ファン７と加湿器４との間にフィルタ８が設置されている。そして、吸気ファン７が稼動することで、加湿器４によって生成された高湿潤空気が、吸気（外気）とともにフィルタ８を介してエンジン１側に送られ、吸気管１１を介してエンジン１に供給されるようになっている。
【００２２】
以上のような温水器５（温水管５１および還水管５２を含む）と加湿器４と吸気ファン７とによって、ＮＯｘ低減装置が構成されている。
【００２３】
次に、このような構成のＮＯｘ低減装置によるエンジン１のＮＯｘ低減方法などについて説明する。
【００２４】
まず、エンジン１を稼働すると、エンジン１から排出された排ガスが温水器５に送られ、上記のようにして温水器５で温水が生成される。次に、この温水が温水管５１を介して加湿器４に供給される。続いて上記のように、水槽４６内の水が加熱されて高湿潤空気が生成され、さらに三方弁４７が第３の加湿管４３側に開状態の場合には、第３の加湿管４３の水流孔４３ｂから温水がシャワー状に流出して高湿潤空気が生成される。そして、生成された高湿潤空気が、吸気ファン７によって外気とともに吸気管１１に送気され、エンジン１に供給される。これにより、エンジン１のシリンダ内の空気の湿度が上がり、燃料燃焼時の最高燃焼温度が下がって、排ガス中のＮＯｘ量が低減する。一方、水槽４６内を通過して温度降下した温水は、第２の加湿管４２または第３の加湿管４３を経由して、戻り水として第４の加湿管４４および還水管５２を介して、温水器５に還流される。そして、この戻り水が再び温水器５によって温水となり、このようなサイクルを繰り返すものである。
【００２５】
以上のように、このＮＯｘ低減装置およびＮＯｘ低減方法によれば、エンジン１からの排ガスの排熱を利用して温水を生成し、この温水で高湿潤空気を生成するため、別途熱源（エネルギー源）を確保する必要がなく、設備を簡素化、省エネルギー化し、費用を低減することが可能となる。また、設備の簡素化に伴って保守性が高まり、しかも、加湿器４がエンジン１から離れて設置されているため、加湿状況を容易に確認することが可能となる。
【００２６】
また、加湿器４に、高湿潤空気の生成速度が比較的に遅い第１の加湿手段のほかに、即座に大量の高湿潤空気を生成可能な第２の加湿手段を備え、三方弁４７を選択手段として、第１の加湿手段のみによる生成か、双方による生成かを選択可能となっている。このため、エンジン１の運転状態や外気状態などに基づいて適正（適量）な高湿潤空気を供給することが可能となる。
【００２７】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、第１の加湿手段のみによる高湿潤空気の生成とするか、第１の加湿手段と第２の加湿手段とによる高湿潤空気の生成とするかを選択できるようになっているが、第１の加湿手段または第２の加湿手段の一方のみによる高湿潤空気の生成を選択できるようにしてもよい。また、吸気ファン７が供給手段となっているが、高湿潤空気を内燃機関の吸気側に導く管などを供給手段としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態に係るＮＯｘ低減装置を含むエンジン周りの設備を示す図である。
【図２】図１のＮＯｘ低減装置の加湿器を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１        エンジン（内燃機関）
２        発電機
３        排ガス消音器
４        加湿器（加湿手段）
４１      第１の加湿管
４３      第３の加湿管
４３ｂ    水流孔
４６      水槽
４７      三方弁
４８      水中ポンプ
５        温水器（温水生成手段）
５１      温水管
５２      還水管
７        吸気ファン（供給手段）
【図１】
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【図２】
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