特開 2024-68147 二酸化炭素回収のための方法及び大型２ストロークユニフロー掃気内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068147

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】二酸化炭素回収のための方法及び大型２ストロークユニフロー掃気内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20240510BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023185191

(22)【出願日】2023-10-30

(31)【優先権主張番号】PA202270533

(32)【優先日】2022-11-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK

(71)【出願人】

【識別番号】597061332

【氏名又は名称】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

(74)【代理人】

【識別番号】100127188

【弁理士】

【氏名又は名称】川守田 光紀

(72)【発明者】

【氏名】クリステンセン ヘンリック

(72)【発明者】

【氏名】フリートベルク アンヤ ツァラ

(72)【発明者】

【氏名】イェンスン クリスチャン コク

(72)【発明者】

【氏名】ホルト フィリップ

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091AA04

3G091AB08

3G091BA13

3G091CA26

(57)【要約】      （修正有）

【課題】大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関の余剰エネルギーを用いて排気ガスに含まれる二酸化炭素を除去する方法を提供する。
【解決手段】燃焼室に炭素系燃料を供給することと；燃焼室内で炭素系燃料を燃焼させ、二酸化炭素を含む排気ガスを発生させることと；余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎを、第１の温度を有する一次媒体流の形態でヒートポンプに供給することと；ヒートポンプにより、第１の温度よりも高い第２の温度を有する二次媒体流の形態で、エネルギー流Ｑｒを生成することと；二酸化炭素リーンな溶媒を吸収器４２に供給し、二酸化炭素リッチな溶媒を吸収器４２から脱離器６６及び再沸器６２のアセンブリに排出することにより、排気から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収することと；アセンブリに二次媒体流の少なくとも一部を供給して加熱することにより、二酸化炭素リッチな溶媒を再生することと；を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

大型外航船舶推進用クロスヘッド式大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関であって、
シリンダライナと、シリンダライナ内で往復するように構成されるピストンと、シリンダカバーとによって画定される少なくとも１つの燃焼室と；
前記少なくとも１つの燃焼室に掃気ガスを導入するための掃気ポートであって、前記シリンダライナに配置される掃気ポートと；
前記少なくとも１つの燃焼室に炭素系燃料を供給するように構成される燃料システムと；
を備え、
前記少なくとも１つの燃焼室は、炭素系燃料を燃焼して二酸化炭素を含む排気ガスを生成するように構成され、
前記機関は更に、前記シリンダカバーに配され、排気弁により制御される排気出口を備え、前記少なくとも１つの燃焼室は、前記掃気ポートを通じて掃気受けに接続されると共に、前記排気出口を通じて排気受けに接続され、
前記機関は更に、
排気流によって駆動されるタービンであってターボ過給システムのタービンを有する排気システムと；
前記ターボ過給システムのコンプレッサであって加圧された掃気空気を前記掃気受けに供給するように構成されるコンプレッサを有する空気取り入れシステムと；
を備え、少なくとも１つの余剰エネルギー流が機関動作中に前記機関によって生成され、前記機関は更に、
二酸化炭素を溶媒に吸収する吸収器と；
前記溶媒から二酸化炭素を脱離するための脱離器及び再沸器のアセンブリと；
を備え、
前記吸収器は、前記脱離器から二酸化炭素リーン溶媒を受け取る溶媒入口と、前記脱離器に二酸化炭素リッチ溶媒を供給する溶媒出口を有し、
前記吸収器は、該吸収器を通過する排気流について、前記溶媒への化学的吸収によって前記排気流から二酸化炭素を分離するように構成され、
前記アセンブリは、前記吸収器から二酸化炭素リッチ溶媒を受け入れる入口と、前記吸収器に二酸化炭素リーン溶媒を供給する出口を有し、
前記アセンブリは、溶媒から二酸化炭素を放出するために溶媒を加熱するように構成され、
前記装置は更に、前記少なくとも１つの余剰エネルギー流の少なくとも一部を、第１の温度を有する一次媒体の流れの形態で受け取るように構成される少なくとも１つのヒートポンプを備え、
前記少なくとも１つのヒートポンプは、前記第１の温度よりも高い第２の温度を有する二次媒体の流れの形態でエネルギー流Ｑｒを生成するように構成され、前記二次媒体の流れの少なくとも一部は前記アセンブリに供給される、
機関。

【請求項2】

前記少なくとも１つの余剰エネルギー流は、
・ 前記タービンの下流の排気流から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 掃気から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ シリンダ冷却液から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 前記脱離器によって生成された二酸化炭素含有ガスの流れから、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 二酸化炭素液化装置から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 前記脱離器から前記吸収器への二酸化炭素リーン溶媒の流れから、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 潤滑油の流れから、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
のうちの１つ以上によって生成される、請求項１に記載の機関。

【請求項3】

前記ターボ過給システムの前記タービンの下流に第１の熱交換器を備える、請求項１に記載の機関。

【請求項4】

前記第１の熱交換器の下流に第２の熱交換器を備え、前記第２の熱交換器は、排気流から前記ヒートポンプに供給される一次媒体へと熱を伝達するように構成される、請求項３に記載の機関。

【請求項5】

前記ヒートポンプは、ヒートポンプ媒体を蒸発させるための蒸発器を備え、前記蒸発器は、前記一次媒体を通じて、前記少なくとも１つの余剰エネルギー流の少なくとも一部を受け取るように構成される、請求項１に記載の機関。

【請求項6】

前記ヒートポンプは、ヒートポンプ媒体を凝縮する凝縮器を備え、前記凝縮器は、前記アセンブリに供給される前記二次媒体の温度を上昇させるように構成される、請求項１に記載の機関。

【請求項7】

前記ヒートポンプは流体ループを備え、前記流体ループは蒸発器と、凝縮器と、圧縮器と、絞り弁を含み、前記圧縮器は前記ループを通じてヒートポンプ流体を循環させるように構成される、請求項１に記載の機関。

【請求項8】

前記脱離器から前記吸収器への二酸化炭素リーン溶媒の流れと、前記吸収器から前記脱離器への二酸化炭素リッチ溶媒の流れとの間で熱交換するように構成されるクロス熱交換器を備える、請求項１に記載の機関。

【請求項9】

前記溶媒はアミン溶液である、請求項１に記載の機関。

【請求項10】

排気ガス流からアミンを除去するために、前記吸収器の下流の排気流路にアミンスクラバーを備える、請求項１に記載の機関。

【請求項11】

窒素酸化物を還元するために、前記吸収器の上流の排気流に選択触媒反応器が配置されている、請求項１に記載の機関。

【請求項12】

大型外航船舶推進用の、少なくとも１つの燃焼室を有する大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関を運転する方法であって、
前記少なくとも１つの燃焼室に炭素系燃料を供給することと；
前記少なくとも１つの燃焼室内で前記炭素系燃料を燃焼させ、二酸化炭素を含む排気流を生成することと；
少なくとも１つの余剰エネルギー流を生成することと；
を含むと共に、
前記少なくとも１つの余剰エネルギー流の少なくとも一部を、第１の温度を有する一次媒体の流れの形態で、ヒートポンプに供給することと；
前記ヒートポンプにより、前記第１の温度よりも高い第２の温度を有する二次媒体の流れの形態で、エネルギー流を生成することと；
二酸化炭素リーンな溶媒の流れを吸収器に供給し、二酸化炭素リッチな溶媒の流れを吸収器から脱離器及び再沸器のアセンブリに排出することにより、排気から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収することと；
前記アセンブリに二次媒体の流れの少なくとも一部を供給して加熱することにより、前記アセンブリで二酸化炭素リッチな溶媒を再生することと；
を含む、方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つの余剰エネルギー流は、ターボ過給システムのタービンの下流の熱交換器において、一次媒体を排気ガスと熱交換することによって供給される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記脱離器内で発生した二酸化炭素と水蒸気又は湯気を含むガスの流れを、二酸化炭素と水蒸気又は湯気を分離する分離器に供給することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

主に二酸化炭素を含むガスの流れを液化ユニットに供給することと、前記主に二酸化炭素を含むガスの流れを液化して液化二酸化炭素の流れを得ることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

液化装置において、炭素系燃料の燃焼により発生した二酸化炭素を液化することを含む、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の開示事項は、大型２ストローク内燃機関、特に、炭素系燃料（気体又は液体燃料）で運転され、二酸化炭素排出量を削減するように構成されたクロスヘッド式大型２ストロークユニフロー掃気内燃機関に関し、また、このようなタイプのエンジンを運転する方法に関する。

【背景】

【0002】

クロスヘッド式大型２ストロークユニフロー掃気内燃機関は、例えば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。この大型２ストロークディーゼル機関のサイズは巨大である。サイズが巨大であることだけが理由ではないが、この大型２ストロークディーゼル機関は、他の内燃機関とは異なる構造を有する。例えば、排気弁の重量は４００ｋｇに達することもあり、ピストンの直径も１００ｃｍに達することがある。運転中における燃焼室の最大圧力は、典型的には数百ｂａｒにもなる。このような高い圧力レベルとピストンサイズから生まれる力は莫大なものである。

【0003】

大型２ストロークターボ内燃機関は、液体燃料（例：燃料油、船舶用ディーゼル、重油、エタノール、ジメチルエーテル（ＤＭＥ））又はガス燃料（例えばメタンや天然ガス（ＬＮＧ）、石油ガス（ＬＰＧ）、メタノール又はエタン）で運転される。

【0004】

ガス燃料で動作するエンジンは、オットーサイクルに従って動作してもよい。オットーサイクルでは、ガス燃料は、シリンダライナの長手方向中央付近又はシリンダカバーに配される燃料弁から導入される。このタイプのエンジンにおいて、ガス燃料は、ピストンの（下死点から上死点への）上昇ストロークの途中であって、排気弁が閉じるかなり前に、シリンダ内に導入される。エンジンは、燃焼室内においてガス燃料と掃気空気との混合物を圧縮し、圧縮された混合気を上死点（ＴＤＣ）又はその付近で、（例えば液体燃料噴射のような）点火手段によってタイミングを計って点火する。

【0005】

液体燃料で運転されるエンジンや、高圧噴射のガス燃料で運転されるエンジンは、ピストンがＴＤＣに近い位置、つまり燃焼室内の圧縮圧力が最大又はそれに近いときに、気体又は液体の燃料を噴射する。つまりこれらのエンジンは、ディーゼルサイクル、すなわち圧縮着火で運転される。

【0006】

既知の大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関で使用される液体燃料及びガス燃料は、一般に炭素を含んでいる。すなわちこれらは炭素系燃料であり、その燃焼により二酸化炭素が発生する。発生した二酸化炭素は大気中に排出される。二酸化炭素の排出は、一般に気候変動の原因であると考えられており、最小化又は回避されるべきである。

【0007】

既知の炭素回収技術は、通常、燃焼後ＣＯ２回収、燃焼前ＣＯ２回収、オキシフューエル燃焼（Ｏｘｙ－Ｆｕｅｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，酸素燃焼とも呼ばれる）の３つに分類される。燃焼前ＣＯ２回収とは、燃料の燃焼前に炭素質成分を分離・回収することである。

【0008】

燃焼前二酸化炭素回収では、まず燃料を酸素や水蒸気と反応させ、さらに水－ガスシフト反応器で処理してＨ２とＣＯ２の混合ガスを生成する。ＣＯ２は、１５％から４０％のＣＯ２を含む高圧混合ガスから回収される。燃焼前ＣＯ２回収技術の利点は、処理に必要なガス量が大幅に減少し、ガス中のＣＯ２濃度が高まることである。これにより、分離プロセスのエネルギー消費と設備投資を削減することができる。

【0009】

オキシフューエル燃焼では、炭素系燃料は、空気ではなく、再循環された排ガスと純粋なＯ２中で燃焼される。しかし、Ｏ２分離のコストが高いため、商業化の可能性は制限される。オキシフューエル燃焼技術は、空気から窒素を分離する空気分離装置から構成される。その後、再循環された排ガスと純酸素の中で、炭素系燃料が燃焼される。排ガスは主に、燃焼による粒子状物質、ＣＯ２、燃料からの硫黄酸化物、水からなり、粒子状物質除去装置、硫黄除去装置に送られた後、水が凝縮除去され、圧縮可能なＣＯ２流が残される。主な利点は、ＣＯ２をほぼ１００％回収できることである。

【0010】

燃焼後ＣＯ２回収技術では、従来のエネルギー発電と同様に炭素系燃料を燃焼させ、排ガスからＣＯ２を回収する。この炭素分離技術は、吸収、吸着、膜、低温の４つに大別される。排ガスからＣＯ２を吸収して回収するには、アミン溶媒を使用することができる。ここでＣＯ２は溶媒中に捕捉され、その後アミンの再生プロセスが行われる。欠点は、発電所の規模が極めて大きくなることと、二酸化炭素の回収プロセスに多大なエネルギーが必要であることである。特に、アミン溶媒の再生には膨大なエネルギーが必要である。

【0011】

ＵＳ４８９９５４４は、発電機を駆動する原動機（内燃機関、ガスタービン、又は発電ボイラーと蒸気タービンの組み合わせ）と、エンジンからの高温の排ガスを通過させて熱エネルギーを利用可能な形で回収する排熱回収装置と、排熱回収装置から出る排ガスをＣＯ２回収装置へ移送し、ＣＯ２を抽出して販売可能な副産物として利用できるようにする手段とを含む、コージェネレーション／ＣＯ２製造プラントを開示している。

【0012】

特開２０１０－８８９８２号公報は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素ガスを放出させて当該吸収液を再生する再生塔と、再生塔からの吸収液を加熱して水蒸気を生成させ、当該水蒸気を再生塔に供給するとともに加熱した吸収液の一部を前記吸収塔に供給するリボイラーと、吸収塔と再生塔との間に設けられ、吸収塔から再生塔に供給される二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱するヒートポンプとを備える二酸化炭素回収システムを開示している。

【0013】

ＤＫ１８１０１４Ｂ１は、請求項１の前文に従う、大型外航船舶の推進用のクロスヘッド式大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関を開示している。

【摘要】

【0014】

上述の課題を解決するか又は少なくとも緩和する、エンジン及び方法を提供することが目的の一つである。

【0015】

上述の課題やその他の課題が、独立請求項に記載の特徴により解決される。より具体的な実装形態は、従属請求項や明細書、図面から明らかになるだろう。

【0016】

第１の捉え方によれば、次のような、大型外航船舶推進用クロスヘッド式大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関が提供される。この機関は、
シリンダライナと、シリンダライナ内で往復するように構成されるピストンと、シリンダカバーとによって画定される少なくとも１つの燃焼室と；
前記少なくとも１つの燃焼室に掃気ガスを導入するための掃気ポートであって、前記シリンダライナに配置される掃気ポートと；
前記少なくとも１つの燃焼室に炭素系燃料を供給するように構成される燃料システムと；
を備え、前記少なくとも１つの燃焼室は、炭素系燃料を燃焼して二酸化炭素を含む排気ガスを生成するように構成され、
前記機関は更に、前記シリンダカバーに配され、排気弁により制御される排気出口を備え、前記少なくとも１つの燃焼室は、掃気ポートを通じて掃気受けに接続されると共に、前記排気出口を通じて排気受けに接続され、
前記機関は更に、
排気流によって駆動されるタービンであってターボ過給システムのタービンを有する排気システムと；
前記ターボ過給システムのコンプレッサであって加圧された掃気空気を前記掃気受けに供給するように構成されるコンプレッサを有する空気取り入れシステムと；
機関動作中に前記機関によって生成される少なくとも１つの余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎと；
二酸化炭素を溶媒に吸収するための、好ましくは吸収塔である吸収器と；
前記溶媒から二酸化炭素を脱離するための脱離器及び再沸器のアセンブリと；
を備え、
前記吸収器は、前記脱離器から二酸化炭素リーン溶媒を受け取る溶媒入口と、前記脱離器に二酸化炭素リッチ溶媒を供給する溶媒出口を有し、
前記吸収器は、該吸収器を通過する排気流について、前記溶媒への化学的吸収によって前記排気流から二酸化炭素を分離するように構成され、
前記アセンブリは、前記吸収器から二酸化炭素リッチ溶媒を受け入れる入口と、前記吸収器に二酸化炭素リーン溶媒を供給する出口を有し、
前記アセンブリは、溶媒から二酸化炭素を放出するために溶媒を加熱するように構成され、
前記装置は更に、前記少なくとも１つの余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎの少なくとも一部を、第１の温度を有する一次媒体の流れの形態で受け取るように構成される少なくとも１つのヒートポンプを備え、
前記少なくとも１つのヒートポンプは、前記第１の温度よりも高い第２の温度を有する二次媒体の流れの形態でエネルギー流Ｑｒを生成するように構成され、前記二次媒体の流れの少なくとも一部は前記アセンブリに供給される。

【0017】

溶媒の再生に必要なエネルギー量は大きく、大型２ストローク内燃機関が供給する機関軸出力の６０％以上に達することもある。機関のエネルギー効率に対するこのようなペナルティは、二酸化炭素捕捉システムを使用する運転を、二酸化炭素捕捉システムを使用しない機関と比較して著しく高コストにする。しかし本願発明者は、大型２ストロークディーゼル機関が、余剰エネルギーの流れをいくつか発生させることに気付いた。これは無駄にされてきた熱（ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ）とも呼ばれ、例えば、冷却が必要な掃気、冷却が必要なシリンダ、及び相当量の熱力学的エネルギーを含有する排気ガスの中に、そのような余剰エネルギーが存在している。これらの余剰エネルギー源からのエネルギーの流れは、通常、媒体の形態をとっており、例えば脱離器・再沸器アセンブリで使用するには不十分な温度の水の形をしている。ところが本願発明者は、ヒートポンプを使用して脱離器・再沸器アセンブリで使用するのに十分な高温の媒体を生成することにより、これらのエネルギー源からの余剰エネルギーを溶媒の再生に使用できるという洞察を得た。例えば、溶媒としてアミン溶液を使用する場合、再生器の最適な動作温度は、典型的には１２０℃から１３０℃の間であり、一方、上記の余剰エネルギー源を使用して供給できる媒体の温度は、典型的には３５℃から８０℃の間である。

【0018】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記少なくとも１つの余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎは、以下のうちの１つ以上によって生成される。
・ 前記タービンの下流の排気流から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 掃気から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器。
・ シリンダ冷却液から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 前記脱離器によって生成された二酸化炭素含有ガスの流れから、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 二酸化炭素液化装置から、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器；
・ 前記脱離器から前記吸収器への二酸化炭素リーン溶媒の流れから、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器。
・ 潤滑油の流れから、前記少なくとも１つのヒートポンプに供給される一次媒体へと、熱を伝達する熱交換器。

【0019】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記機関は、ターボ過給システムのタービン６の下流に第１の熱交換器を備え、前記第１の熱交換器は好ましくは、蒸気を生成するように構成されるボイラーであり、前記機関は更に、前記第１の熱交換器の下流に第２の熱交換器を備え、前記第２の熱交換器は、排気流から前記ヒートポンプに供給される一次媒体へと熱を伝達するように構成されている。

【0020】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記ヒートポンプは、ヒートポンプ媒体を蒸発させるための蒸発器を備え、前記蒸発器は、前記少なくとも１つの余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎの少なくとも一部を受け取るように構成される。

【0021】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記ヒートポンプは、ヒートポンプ媒体を凝縮する凝縮器を備え、前記凝縮器は、前記脱離器・再沸器アセンブリに供給される媒体の温度を上昇させるように構成される。

【0022】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記ヒートポンプは流体ループを備え、前記流体ループは蒸発器と、凝縮器と、圧縮器と、絞り弁を含み、前記圧縮器は前記ループを通じてヒートポンプ流体を循環させるように構成される。

【0023】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記熱交換器は、前記脱離器から前記吸収器への二酸化炭素リーン溶媒の流れと、前記吸収器から前記脱離器への二酸化炭素リッチ溶媒の流れとの間で熱交換するように構成される。

【0024】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記溶媒はアミン溶液、好ましくはアミン水溶液である。

【0025】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記機関は、排気ガスからアミンを除去するために、前記吸収器の下流の排気流路にアミンスクラバーを備える。

【0026】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記吸収器の上流、好ましくは前記タービンの上流に、窒素酸化物を還元するための選択触媒反応器が排気流内に配置される。

【0027】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記アミン溶液は、第一級、第二級、及び／又は第三級アミンを含む。

【0028】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記溶媒はＮａＯＨ／ＫＯＨ溶液、好ましくはアミンＮａＯＨ／ＫＯＨ溶液である。

【0029】

前記第１の捉え方の実装形態の一例において、前記ヒートポンプに供給される媒体の温度は約３５℃と約８０℃の間であり、前記ヒートポンプから脱離器・再沸器アセンブリに供給される媒体の温度は約１１０℃と約１６０℃の間、好ましくは約１３０℃と約１５０℃の間である。

【0030】

第２の捉え方によれば、大型外航船舶推進用の、少なくとも１つの燃焼室を有する大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関を運転する方法が提供される。この方法は、
前記少なくとも１つの燃焼室に炭素系燃料を供給することと；
前記少なくとも１つの燃焼室内で前記炭素系燃料を燃焼させ、二酸化炭素を含む排気流を生成することと；
を含み、前記機関は少なくとも１つの余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎを生成し、前記方法は更に、
前記少なくとも１つの余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎの少なくとも一部を、第１の温度を有する一次媒体の流れの形態で、ヒートポンプに供給することと；
前記ヒートポンプにより、前記第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２を有する二次媒体の流れの形態で、エネルギー流Ｑｒを生成することと；
二酸化炭素リーンな溶媒の流れを吸収器に供給し、二酸化炭素リッチな溶媒の流れを吸収器から脱離器及び再沸器のアセンブリに排出することにより、排気流から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収することと；
前記アセンブリに前記二次媒体の流れの少なくとも一部を供給して加熱することにより、前記アセンブリで二酸化炭素リッチな溶媒を再生することと；
を含む。

【0031】

前記第２の捉え方の実装形態の一例において、前記少なくとも１つの余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎは、ターボ過給システムのタービンの下流の熱交換器、好ましくはターボ過給システムのタービンの下流に配置されるボイラーの下流の熱交換器において、一次媒体を排気ガスと熱交換することによって供給される。

【0032】

前記第２の捉え方の実装形態の一例において、前記方法は、前記脱離器で発生した二酸化炭素と水を含むガスの流れを、二酸化炭素と水を分離するための分離器に供給することを含み、前記分離器は、好ましくは、主に二酸化炭素を含むガスの流れと主に水を含む液体の流れを得るためのノックアウトドラムである。

【0033】

前記第２の捉え方の実装形態の一例において、前記方法は、主に二酸化炭素を含むガスの流れを液化装置に供給することを含む。

【0034】

前記第２の捉え方の実装形態の一例において、前記方法は、主に二酸化炭素を含むガスの流れを液化装置で液化し、液化二酸化炭素の流れを得ることを含む。

【0035】

前記第２の捉え方の実装形態の一例において、前記方法は、液化二酸化炭素の流れを液化二酸化炭素貯蔵装置に導くことを含む。

【0036】

これらの側面及び他の側面は、以下に説明される実施例により更に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0037】

以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、様々な捉え方や実施形態、実装例を詳細に説明する。

【図1】ある例示的実施形態に従う大型２ストロークディーゼル機関の概観図である。

【図2】図１の大型２ストローク機関を別の角度から見た概観図である。

【図3】ある実施形態に従う、図１及び図２の大型２ストローク機関の略図表現である。

【図4a】図１から図３の実施形態で使用されるヒートポンプの第１の実施形態の略図表現である。

【図4b】図１から図３の実施形態で使用されるヒートポンプの第２の実施形態の略図表現である。

【図5】図１から図４ａの実施形態で使用されるヒートポンプをより詳細に示す図である。

【図6】別の実施形態に従う、図１及び図２の大型２ストローク機関の略図表現である。

【詳細説明】

【0038】

以下の詳細説明では、実施例のクロスヘッド式大型低速２ストロークターボ過給式内燃機関を参照して、内燃機関が説明される。図１－図３は、ターボ過給式大型低速２ストロークディーゼル機関の実施例を描いている。このエンジンは、クランクシャフト８及びクロスヘッド９を有する。図１と図２は、それぞれ異なる角度から見た概観図である。図３は、ある実施形態に従う図１，２のターボ過給式大型低速２ストロークディーゼル機関を、その吸気系及び排気系と共に略図により表現したものである。この実施例において、機関は直列に６本のシリンダを有する。ターボ過給式大型低速２ストローク内燃機関は、直列に配された４本から１４本のシリンダを有することがある。これらのシリンダはエンジンフレーム１１に担持されるシリンダライナを有する。またこのような機関は、例えば、船舶の主機関や、発電所において発電機を動かすための据え付け型の機関として用いられることができる。機関の全出力は、例えば１、０００～１１０、０００ｋＷの範囲でありうる。

【0039】

この実施例における機関は、２ストロークユニフロー掃気機関であり、シリンダライナ１の下部領域に掃気ポート１８が設けられる。シリンダライナ１の上部のシリンダカバー２２には中央排気弁４が配される。掃気ガスは、ピストンが掃気ポート１８より下にある時に、掃気受け２から各シリンダライナ１の掃気ポート１８へと導かれる。

【0040】

機関が予混合機関（オットー原理に基づく機関）として運転される場合、炭素を含むガス燃料（例えばメタノール、石油ガス又はＬＰＧ、メタン、天然ガス（ＬＮＧ）、エタン）は、電子制御部１００の制御下でガス導入弁５０'から導入される。これは、ピストン１０の（ＢＤＣからＴＤＣへの）上昇ストロークの間であって、ピストンが燃料弁（ガス導入弁）５０'を通過する前に行われる。ガス燃料は、ガス燃料供給システム３０'により供給され、比較的低い圧力で燃焼室に導入される。この圧力は３０ｂａｒ未満、好ましくは２５ｂａｒ、より好ましくは２０ｂａｒ未満である。燃料導入弁５０'は、好ましくはシリンダライナの円周上に等間隔に分布するように配される。また好ましくは、シリンダライナの長手方向の中央付近に配される。ガス燃料の導入は、圧縮圧力が比較的低い時に行われる。つまり、ピストンがＴＤＣに達するときの圧縮圧力に比べればずっと低いときに行われるので、比較的低い圧力で導入することが可能となる。

【0041】

機関が圧縮着火機関（ディーゼル原理）として運転される場合、ガス又は液体の炭素含有燃料（例えば燃料油）は、ピストン１０がＴＤＣ又はその近傍にあるときに、高圧（好ましくは３００ｂａｒ以上）で燃料弁５０から燃焼室に噴射される。燃料弁５０を通して噴射するための燃料を含む流れは、燃料システム３０によって供給される。燃料弁５０を通して噴射を行うための高圧は、燃料システム３０（コモンレール）又は燃料弁５０で発生させることができる。

【0042】

シリンダライナ１内のピストン１０は、ガス燃料と掃気ガスの混合気を圧縮し（ＴＤＣでの燃料噴射のみによる動作の場合は掃気ガスを圧縮し）する。そしてＴＤＣ又はその付近で、好ましくシリンダカバー２２に配置される燃料弁５０からの高圧の燃料の噴射により、着火が引き起こされる。ＴＤＣ又はその付近で液体燃料噴射のみの場合は、圧縮により着火が引き起こされる。そして燃焼が生じ、二酸化炭素を含む排気ガスが発生する。

【0043】

排気弁４が開かれると、燃焼ガス（排気ガス）は、シリンダ１に付随する燃焼ガスダクトを通って燃焼ガス受け３に流入し、第１の排気管１９へと流出する。第１の排気管１９には、排気ガス中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）を還元するための選択触媒反応器３３が設けられている。

【0044】

タービン６は、シャフトを介してコンプレッサ７を駆動する。コンプレッサ９には、空気取り入れ口１２を通じて外気が供給される。コンプレッサ７は、圧縮された掃気空気を、掃気受け２に繋がる掃気管１３へと送り込む。掃気管１３の掃気空気は、掃気空気を冷却するためのインタークーラー１４を通過する。

【0045】

インタークーラー１４の上流（図示されている）又は下流（図示せず）のいずれかで、排気再循環管３５は掃気管１３に接続される。再循環された排気ガスはこの位置で掃気空気と混合され、掃気ガスが形成される。掃気ガスは掃気受け２へと流れていく。以下で更に詳しく説明するように、制御部１００（電子制御ユニット）は、掃気ガス中の掃気空気と排気ガスとの比率を調整するように構成される。

【0046】

冷却された掃気空気又は掃気ガスは、電気モータ１７により駆動される補助ブロワ１６を通る。補助ブロワ１６は、ターボ過給器５のコンプレッサ７が掃気受け２のために十分な圧力を提供できない場合、すなわち機関が低負荷又は部分負荷である場合に、掃気流を圧縮する。機関の負荷が高い場合は、ターボ過給器のコンプレッサ７が、十分に圧縮された掃気空気を供給することができるので、補助ブロワ１６は、逆止弁１５によってバイパスされる。機関は、ターボ過給システムを形成する複数のターボ過給機５を備えることができる。

【0047】

制御部１００（電子制御ユニット）は、制御部の機能を果たすためのプロセッサ及び他のハードウェアからなる複数の相互接続された電子ユニットで構成されてもよい。制御部４０は、概して機関の動作を制御し、例えばガス燃料導入（量とタイミング）、液体燃料噴射（量とタイミング）、排気弁４の開閉（タイミングとリフト量）、再循環排気ガス比を制御し、また、各種の冷却器やポンプ等の機器の動作制御も行う。ここで制御部１００には、機関の運転状態を知らせるセンサからの各種信号が入力されるようになっている。これらの信号には、それぞれ機関負荷、機関回転数、ブロワ回転数、掃気温度、様々な場所の排気ガス温度、様々な場所の排気ガス温度を表す信号が含まれてもよい。また、掃気系の圧力、燃焼室内の圧力、排気系の圧力、排気再循環系における圧力を示す信号が含まれてもよい。機関は好ましくは、燃焼室毎に、排気弁タイミングの個別制御を可能とする可変タイミング排気弁作動システムを備える。制御部１００は、燃料弁５０、液体燃料導入弁５０'、排気弁アクチュエータ、角度位置センサ、圧力センサに、信号線又は無線接続を介して接続されている。角度位置センサは、クランクシャフトの角度を検出しクランクシャフトの位置を表す信号を生成する。圧力センサは、好ましくはシリンダカバー２２内に、代替的にはシリンダライナ１内に配され、燃焼室内の圧力を表す信号を生成する。

【0048】

エンジンのサイズに応じて、シリンダライナ１は様々な大きさに作られる。典型的な大きさとしては、シリンダボアの直径が２５０ｍｍから１０００ｍｍであり、それに対応する全長が１０００ｍｍから４５００ｍｍである。

【0049】

シリンダライナ１はシリンダフレーム２３に載置され、シリンダライナ１の上にはシリンダカバー２２が設置される。シリンダライナ１とシリンダカバー２２とは、その間からガスの漏出が生じないようにされている。ピストン１０は、下死点（ＢＤＣ）と上死点（ＴＤＣ）の間を往復するように構成されている。ピストン１０のこれら２つの死点位置は、クランクシャフト８の回転角度で１８０度離れている。シリンダライナ１には、周方向に分散配置された複数のシリンダ潤滑孔が設けられる。これらのシリンダ潤滑孔はシリンダ潤滑ラインに接続されている。シリンダ潤滑ラインは、ピストン１０がシリンダ潤滑孔２５を通過するときにシリンダ潤滑油を供給する。続いてピストン１０の（図示されていない）ピストンリングが、シリンダライナの走行面（内面）全体にシリンダ潤滑油を行き渡らせる。図示されていないが、シリンダライナにはジャケットが設けられており、ジャケットとシリンダライナとの間の空間にはジャケット冷却水が循環している。

【0050】

シリンダカバー２２には、典型的には１気筒あたり複数の、好ましくは３つ又は４つの液体燃料弁５０が取り付けられ、加圧された炭素含有燃料の供給源（図示せず）に接続されている。液体燃料弁５０は、好ましくは、排気弁４の周囲、特に、シリンダカバー２２の中央出口（開口部）の周囲に、円周方向において等間隔に配置される。中央部の外形は排気弁４によって制御される。炭素含有燃料の噴射タイミング及び噴射量は、制御部１００によって制御される。燃料弁５０は、機関が予混合モードで運転されている場合、少量の点火液（パイロット）を噴射するためにのみ使用される。機関が圧縮着火モードで運転されている場合には、実際に使用されている機関負荷で機関を運転するために必要な量の液体燃料が液体燃料弁５０から噴射される。シリンダカバー２２には、前室（プリチャンバ）が設けられていてもよい（図示されていない）。また、液体燃料弁５０の先端部、典型的には１つ又は複数のノズル穴を有するノズルが設けられた先端部が、パイロットオイル（点火液）が前室に注入され霧化するように配置されている。前室は確実な点火を支援する。

【0051】

燃料導入弁５０'は、そのノズルがシリンダライナ１の内面と実質的に面一となり、燃料弁５０'の後端がシリンダライナ１の外壁から突出した状態で、シリンダライナ１（またはシリンダカバー２２）に設置されている。典型的には１つ又は２つ、多くても３つか４つの燃料弁５０'が、各シリンダライナ１に設けられる。これらはシリンダライナ１の円周域に（好ましくは等間隔に）配置される。本実施例において、燃料導入弁５０'は、シリンダライナ１の長手方向のちょうど中央部に配されている。燃料導入弁５０'は、ガス燃料（例えばメタノール、ＬＰＧ、ＬＮＧ、エタン又はアンモニア）の加圧供給源３０'に接続されている。すなわち燃料導入弁５０'に供給されるときに、燃料は気体相である。ガス燃料は、ピストン１０のＢＤＣからＴＤＣへのストロークの間に導入されるので、ガス燃料の供給源の圧力は、シリンダライナ１内に存在する圧力より高ければよい。燃料導入弁５０'に送られるガス燃料にとって、典型的には２０ｂａｒ未満の圧力で十分である。燃料導入弁５０'は制御部１００に接続される。制御部４０は、燃料導入弁５０'の開閉タイミング及び開弁時間を決定する。

【0052】

実施形態によっては、点火用の液体燃料は、重油、船舶用ディーゼル油、重油、エタノール、又はジメチルエーテル（ＤＭＥ）である。

【0053】

ガス運転モードは、機関の幾つかの運転モードのうちの１つでありうる。他のモードには、機関の動作に必要な燃料のすべてが液体燃料弁５０を通じて液体形態で供給される、液体燃料運転モードが含まれることができる。ガス燃料運転モードにおいて、機関は、ＢＤＣからＴＤＣまでのピストンストローク中に比較的低い圧力で導入されるガス燃料を主燃料として運転される。すなわち、機関に供給されるエネルギーの主要部分はそのようなガス燃料により供給される。一方、ガス燃料に比較すると、液体燃料は少量しか用いられず、機関に供給されるエネルギー量に比較的小さな寄与しかしない。液体燃料の目的は所定のタイミングで点火することにある。すなわち液体燃料は点火液として機能する。

【0054】

このように、本実施形態の機関は、液体燃料のみで運転されるモードと、ほぼガス燃料のみで運転されるモードとを有する、二元燃料機関とすることができる。

【0055】

本実施形態では、機関は、オットー原理に従って動作する予混合機関として示されている。しかし機関が（ディーゼル原理に従って動作する）圧縮着火機関である実施形態も存在する。その場合、（気体又は液体の）炭素系燃料は、ピストン１０がＴＤＣ又はその付近にあるときに高圧で噴射される。

【0056】

この機関は、燃焼室に炭素系燃料（液体燃料及び／又はガス燃料）を供給することと、燃焼室内で炭素系燃料を燃焼させ、二酸化炭素を含む排気流を生成することと、二酸化炭素吸収プロセスで排気ガスから二酸化炭素を分離することと、分離した二酸化炭素を貯蔵することと、によって動作させられる。また好ましくは、この機関は、排気流の第１の部分（再循環ガスが燃焼室から直接取り出される実施形態では燃焼ガスの第１の部分）を再循環し、排気流の別の（第２の）部分を排気ガスとして排気することと、排気ガスを含む加圧された掃気ガスを燃焼室に供給することも含んで動作させられる。ここで加圧された掃気ガスは、少なくとも４０質量％、好ましくは４０から５５質量％の再循環燃焼ガスを含む。

【0057】

ターボ過給機のタービン６の下流で、排気ガスは第２の排気管２８に入る。排気管２８は排気ガスをボイラー２０（エコノマイザとも呼ばれる）に導く。ボイラー２０は蒸気を発生するように構成されている。この蒸気は、例えば、機関が設置された船舶内で様々な目的のために使用される。またはこの蒸気は、以下で更に詳細に説明される脱離器６６及び再沸器６２アセンブリに直接供給されるのに十分な温度を有し、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリを加熱するために、直接使用することができる。

【0058】

ボイラー２０の下流側で、第２の排気管２８は第１の熱交換器４０に繋がっている。この熱交換器４０で、排気ガスは、更に詳しく後述する一次媒体と熱交換する。

【0059】

第２の排気管２８は第１の熱交換器４０の下流にも続いており、吸収器４２の底部の入口に接続する。吸収器４２は、好ましくは吸収塔、例えば充填吸収塔である。排気ガスは、吸収塔４２内を通過して、吸収塔４２の上部にある出口へと流れていく。

【0060】

吸収器４２は、溶媒を用いて二酸化炭素を化学的に吸収するシステムの一部である。適切な溶媒の例は、アミン溶液である。アミン溶液は、第一級、第二級、及び／又は第三級アミンを含んでいてもよい。好適な溶液の別の例は、ＮａＯＨ／ＫＯＨ溶液、好ましくはアミンＮａＯＨ／ＫＯＨ水溶液である。

【0061】

二酸化炭素は、充填吸収塔（吸収器）４２によって排気ガスから除去される。この反応は発熱性であり、吸収塔４２に沿って溶媒温度を上昇させる。一例として、機関からの排気ガス中の二酸化炭素濃度は、排気再循環なしの場合は体積比で４～５％、排気再循環ありの場合は体積比で９～１０％である。排気ガスは、吸収塔４２の最上部に入る溶媒とは反対向きの流れとして吸収塔４２に導入される。この溶媒は、二酸化炭素リーンな溶媒又は二酸化炭素リーン溶媒と呼ばれる。この二酸化炭素リーン溶媒は、約３５℃～５５℃、常圧で、脱離器６６から供給される。吸収塔４２の上部には、充填床からなる水洗浄部があり、排気ガスに流出した揮発性アミン吸着剤の大部分を凝縮して可溶化することにより除去する。吸収塔４２の全高は最大５０メートルにもなりうる。吸収塔４２で二酸化炭素が吸収されると、吸収塔４２の底部からの二酸化炭素リッチな溶媒（二酸化炭素リッチ溶媒）の流れは、ポンプ４４によってクロス熱交換器６０に供給され、二酸化炭素リーン溶媒の流れと熱交換された後、脱離器６６と再沸器６２のアセンブリに導入され、再沸器６２で加熱され、溶媒から二酸化炭素が放出される。除去（脱離）温度は１２０℃から１５０℃の間で変化し、動作圧力は５ｂａｒまで達する。

【0062】

脱離塔６６の頂部からは水飽和した二酸化炭素の流れが放出される。これを熱交換器６８で冷却して水分の大部分を凝縮させる。水分はノックアウトドラム６９で分離され、脱離塔６６に戻される。ノックアウトドラム６９からの二酸化炭素の流れは、液化装置７０で圧縮／液化され、貯蔵タンク８５に一時貯蔵される。実施形態によっては、貯蔵タンク８５は極低温貯蔵タンクである一時貯蔵タンク８５から、液化二酸化炭素を最終貯蔵場所又は公共施設（図示せず）に輸送することができる。機関が船舶に搭載されている場合、一時貯蔵タンク８５は船舶内に配置され、船舶が液化二酸化炭素を受け入れるための施設が設けられている港にいるときに空にされる。

【0063】

アミン溶液の再生工程では、溶液中の二酸化炭素の全てを除去しない。再生された二酸化炭素リーン溶媒は、ポンプ６４の作用により、二酸化炭素リーン負荷で吸収塔４２にリサイクルされる。吸収器４２に到達する前に、二酸化炭素リッチ溶媒は、クロス熱交換器６０及び熱交換器６７で二酸化炭素リーン溶媒と熱交換する。

【0064】

吸収塔を通して二酸化炭素を吸収した後の溶媒の二酸化炭素負荷は、二酸化炭素リッチ溶媒と呼ばれる。リーン溶媒とリッチ溶媒の差は、排気ガスから回収される二酸化炭素の量である。

【0065】

吸収器４２から排出される排気ガス中の二酸化炭素濃度は、吸収器４２に流入する排気ガスの二酸化炭素濃度より最大１０倍低い。

【0066】

溶媒のアミンの一部は、吸収器４２を出る排気ガス中にまだ存在する可能性がある。このアミンは、吸収器４２の下流の排気管４９に配置されたアミンスクラバー４４によって除去される。

【0067】

機関は、機関の様々な部分から、廃熱流とも呼ばれる多数の余剰エネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎを発生せる。図３の実施形態では、これらが含まれる。
Ｑ１：掃気冷却器１４の一次冷却媒体（例えば水）。掃気冷却器１４からの冷却水は、通常、約２０～２４０℃の間の温度を有する、
Ｑ２：一次機関潤滑油。通常４５～５５℃の温度である。
Ｑ３：シリンダジャケットクーラーの一次冷却媒体（水など）。シリンダジャケットからの冷却水は、通常、約７０～９０℃の温度を有する。
Ｑ４：排気再循環管冷却器３２の一次冷却媒体（例えば水）。通常約５０～３５０℃の温度を有する。
Ｑ５：ボイラー２０。通常約１６０～１７０℃の蒸気を供給する。
Ｑ６：第１の熱交換器４０で使用される一次媒体（例えば水）。通常１６０～１７０℃の温度を有する。
Ｑ７：第二の熱交換器６７で使用される一次媒体（例えば水）。通常１００～１７０℃の温度を有する。
Ｑ８：第３の熱交換器６８で使用される一次媒体（例えば水）。通常９５～１０５℃の温度を有する。
Ｑ９：液化装置７０を冷却するために使用される一次媒体（例えば水）。液化に使用される技術の種類と液化装置７０に使用される冷却システムの種類に依存する温度を有する。

【0068】

機関によって生成される余剰エネルギー流の上のリストは網羅的なものではなく、余剰エネルギー源の単なる例を提示するものであることに留意されたい。

【0069】

上記の余剰エネルギー源Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎのうち少なくとも１つ、特に、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリを加熱するために必要な温度より低い温度を有するものは、ヒートポンプ８０に供給される。（脱離器６６及び再沸器６２アセンブリは、少なくとも１２０℃、好ましくは少なくとも１３０℃の温度を有する二次媒体を必要とする。）ヒートポンプ８０は、少なくとも１２０℃、好ましくは少なくとも１３０℃の温度の二次媒体（例えば水又は蒸気）の流れの形でエネルギーＱｒの流れを生成するように構成される。好ましくは、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリに供給される二次媒体の温度は、１３０～１４０℃の間であり、最も好ましくは約１３６℃である。

【0070】

図４ａに、ポンプ８０の実装の第一の実施形態を示す。この実施形態では、複数の余剰エネルギー源Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎが単一のヒートポンプ８０に送られ、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリに供給されるエネルギー流Ｑｒがポンプ８０によって生成される。

【0071】

ポンプ８０の実装の第２の実施形態が図４ｂに示されている。この実施形態では、複数の余剰エネルギー源Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎのうちの１つが、複数のヒートポンプ８０のうちの１つに適用され、脱離器６６に供給されるエネルギー流Ｑｒは、複数のヒートポンプ８０によって造られる。または好ましくは、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリへのエネルギーＱｒの１つの流れに組み合わされる。

【0072】

１つ又は複数のヒートポンプ８０は、再沸器６２内のアミン溶液の温度を高めるために使用される。ヒートポンプ８０は、少なくとも蒸発器、凝縮器、圧縮器、及び絞り弁を備える。ヒートポンプ８０内では、図５に示すように、蒸発器、凝縮器、圧縮器、絞り弁からなるサイクルでヒートポンプ（冷却）流体が循環する。ヒートポンプ８０は、蒸発器がエネルギーＱ２の流れから熱を受け取ることで機能する。ヒートポンプ液は蒸発器で蒸発し、圧縮器（コンプレッサ）に入る。圧縮器は、例えば電気モータによって駆動される。電気モータを駆動する電力は、例えば、機関のクランクシャフトから分岐された動力によって駆動されるオルタネーター又は発電機によって供給される。圧縮器は、ヒートポンプ流体の圧力と温度を上昇させる。圧縮器の下流でヒートポンプ液は凝縮器に入り、ヒートシンクに熱が伝達され、ヒートポンプ液が凝縮する。その後、ヒートポンプ液は、蒸発器に再び入る前に絞り弁で膨張し、サイクルが繰り返される。二次媒体、例えば水又は蒸気は、好ましくはポンプによって駆動されるサイクルで、凝縮器から再沸器６２に熱を輸送し、二次媒体は少なくとも１２０℃、好ましくは少なくとも１３０℃の温度を有する。このように、再沸器６２はヒートポンプ８０のヒートシンクを形成する。

【0073】

ヒートポンプ８０の効率を高めるため、実施形態では、凝縮器部分は３つの熱交換器（ＨＥＸ）領域（スーパーヒーター、凝縮器、サブクーラー）に分割されている。スーパーヒーターと凝縮器領域で取り出された熱はヒートシンクに送られる。サブクーラーで取り出された熱は、蒸発器から出るヒートポンプ液の予熱に使われる。凝縮器のこのような構成により、コンプレッサの仕事が減り、システム効率が向上する。更に、凝縮器、スーパーヒーター、再沸器６２の間には、蒸気ＨＥＸと電気コイルを備えた水ループが適用される。蒸気ＨＥＸに入る流体は、実施形態によってはボイラー２０で発生した蒸気である。蒸気ＨＥＸと電気コイルは、再沸器６２が全機関負荷範囲で十分なエネルギーを受け取ることを保証する。

【0074】

図５では、複数のエネルギー流Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎが利用される。Ｑ１，Ｑ２，...Ｑｎのエネルギー流が１つだけであれば、蒸発器下の脱気器は取り除くことができる。Ｑｎであれば、蒸発器下の脱気器を取り除くことができる。

【0075】

実施形態によっては、機関は、第１の排気管１９を掃気管１３に接続する排気再循環管３５を有する排気再循環システムを具備する。好ましくは、排気再循環管３５は、選択触媒反応器３３の上流で第１の排気管１９に接続する。好ましくは、排気再循環管３５は、掃気冷却器１４の上流で掃気管１３に接続する。しかし、排気再循環管３５が、掃気冷却器１４の下流で掃気管１３に接続する実施形態も存在しうる。排気再循環管３５は、排気ガスを排気管から掃気管に強制的に送るためのブロワ３４を備える。これは、機関運転中の掃気管１３内の圧力が、典型的には第１の排気管１９内の圧力よりも高いからである。図示の実施形態では、ブロワ３４は電気モータによって駆動される。実施形態によっては、ブロワは他の回転動力源によって駆動され得る。

【0076】

図示の実施形態では、ブロワ３４は、排気再循環クーラ３２と排気再循環スクラバー３６との間に配置されている。しかし、ブロワ３５の位置は、排気再循環回路３５の他の要素の上流又は下流である場合もありうる。

【0077】

排気再循環冷却器３２は、排気再循環スクラバー３６の上流に配置されている。排気再循環スクラバー３６の主な目的は、不純物（煤）を除去することである。制御部１００は、加圧された掃気ガス中の再循環排気ガスの割合を、好ましくは少なくとも３５質量％の割合に調節すべく、排気再循環システムのブロワ３４の速度を制御するように構成されている。これは、排気ガス中の二酸化炭素濃度を高め、それによって二酸化炭素吸収システムの有効性を高めるためである。排気再循環率は、制御部１００によって制御される弁（図示せず）によっても制御することができる。従って、制御部１００は、運転条件に応じて、加圧された掃気ガス中の再循環排気ガスの割合を、４０％以上や４５％以上、５０％以上などとして機関を運転するように構成される。一般に，制御部１００は，可能な限り高い割合の再循環排気／燃焼ガスで動作するように構成されている。可能な限り高い」とは、燃焼プロセスの品質の低下、燃焼プロセスの信頼性の低下、機関の熱負荷の許容できない増加など、許容できない有害な影響を引き起こさない最も高い比率を意味する。

【0078】

排気再循環冷却器３２において排気ガスと熱交換するために使用される媒体（例えば水や蒸気）は、約１３０～１７０℃の温度で排気再循環冷却器３２を出るので、この媒体は、ヒートポンプ８０を介することなく脱離器６６及び再沸器６２アセンブリに直接使用することができる。再循環排気ガスは、約２６０～４００℃の温度で排気再循環冷却器３２に入る。排気再循環冷却器３２を通る媒体の流量を調整することにより、媒体を所望の温度とすることができる。排気再循環は、吸収器４２に供給される排気ガスの二酸化炭素濃度を増加させ、その結果、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリのエネルギー消費を低減する。また、排気再循環比を高くすると、吸収器４２への排気流の規模が減少するため、排気再循環が使用される場合又は排気再循環比が高くされる場合には、より直径の小さい吸収塔を使用することができる。更に、排気再循環冷却器３２で取り出されたエネルギーは、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリに供給される余剰エネルギー（廃熱）であり、それにより、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリを作動させるために供給される必要があるエネルギー量が大幅に低減される。排気再循環冷却器３２から供給される媒体は、機関の他の余剰熱流と比較して高温である。これは、この媒体が、ターボチャージャ５のタービン６を通過していない排気ガスによって加熱されるためである。従ってこの媒体は、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリで直接使用することができる。

【0079】

図６は、機関の別の実施形態を示している。この実施形態において、既に説明又は図示した構成や特徴と同様の構成及び特徴については、以前に使用したものと同じ符号を付している。この実施形態の機関及びその動作は先の実施形態とほぼ同じであり、従って、先の実施形態との相違点のみを詳細に説明する。

【0080】

この実施形態は、掃気冷却器１４の下流にオプションの第２の掃気冷却器１４ａを備える。掃気冷却器１４は、脱離器６６及び再沸器６２アセンブリにおいて直接使用するのに十分な温度を有する熱交換媒体の流れを生成するように構成されることができる。第２の掃気冷却器１４ａは、一次媒体（例えば水）の流れの形態で、余剰エネルギー流Ｑ１０を生成する。しかし余剰エネルギー流Ｑ１０の温度は、二次媒体の流れを生成するために、ヒートポンプ８０の使用を必要とする。つまり、当該エネルギー流が脱離器６６及び再沸器６２アセンブリにおいて使用され得る前に、ヒートポンプ８０の使用を必要とする。そこで第２の掃気冷却器１４ａで生成されたエネルギー流Ｑ１０は、ヒートポンプ８０に送られる。

【0081】

この実施形態では、第１の熱交換器４０の下流に追加の第４の熱交換器４１を任意に設けることができる。この追加の第４の熱交換器４１により、ヒートポンプ８０に供給される別の余剰エネルギー流Ｑ１１を生成することができる。

【0082】

この実施形態では、ヒートポンプ８０に供給される排気再循環スクラバー３６からの余剰熱から、追加の余剰エネルギー流Ｑ１２を作り出すこともできる。

【0083】

発明の様々な捉え方や実装形態が、いくつかの実施例と共に説明されてきた。上記の実施形態は、様々な方法で組み合わせることができる。また、本願の明細書や図面、特許請求の範囲を検討すれば、当業者は、特許請求の範囲に記載される発明を実施するにおいて、説明された実施例に加えて多くのバリエーションが存在することを理解し、また具現化することができるであろう。特許請求の範囲に記載される「備える」「有する」「含む」との語句は、記載されていない要素やステップが存在することを排除しない。特許請求の範囲において記載される要素の数が複数であると明示されていなくとも、当該要素が複数存在することを除外しない。特許請求の範囲に記載されるいくつかの要素の機能は、単一のプロセッサやコントローラー、その他のユニットによって遂行されてもよい。いくつかの事項が別々の従属請求項に記載されていても、これらを組み合わせて実施することを排除するものではなく、組み合わせて実施して利益を得ることができる。特許請求の範囲で使用されている符号は発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】