[发明专利]工作气体循环型发动机系统

说明书

技术领域

本次公开是关于含氩气的工作气体在从发动机的排气部至供气部的体系内循环的工作气体循环型发动机系统。

背景技术

以往，含氩气(以下有时记作“Ar”)的工作气体在从发动机的排气部至供气部的体系内循环的工作气体循环型的氢气发动机系统是已知的。例如，专利文献1中，本发明人申请了关于将氩气用作工作气体的氢气发动机的发明。此外，专利文献2公开了关于将氩气用作工作气体的工作气体循环型氢气发动机的发明。

这些以往的氢气发动机系统，将替代空气的氩气和氧气(以下有时记作“O₂”)供给至燃烧室，氩气作为通过氢气的燃烧所产生的热而形成的膨胀体(即工作气体)起作用。从发动机排出的氩气在体系内循环，和新供给的氧气一起再次被供入发动机。如此一来，作为工作气体，通过利用氩气替代氮气，可抑制氮氧化物(NO_X)的产生。此外，氩气是单原子分子气体，比热较高，因而具有可构建热效率优异的发动机系统的优点。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第3631891号公报

[专利文献2]日本特开2006-77639号公报

发明内容

[发明要解决的课题]

然而，以往以重油作为燃料的内燃机被广泛使用，但在如今的重油价格高企，天然气革命带来的天然气价格的下落中，使用天然气作为燃料的气体发动机正在吸引注意。此外例如赋予船舶推进力的船用主机发动机等，在如今的NO_X的控制强化的大潮中，将液化天然气(LNG)作为燃料的气体发动机和除重油以外也可将天然气作为燃料利用的被称作所谓双燃料发动机的发动机也被实用化了。在这样的以重油和天然气作为燃料的发动机中，期待更进一步的热效率的提高。

本发明的至少一个实施方式是鉴于上述背景而做出的，其目的在于，提供在以重油和天然气等含碳燃料作为使用燃料的发动机中，热效率性优异的发动机系统。

[解决课题的装置]

本发明的至少一个实施方式的特征在于，

在含氩气的工作气体在从发动机的排气部至供气部的体系内循环的工作气体循环型发动机系统中，具备

含碳燃料作为使用燃料的发动机、

用于从上述发动机所排出的燃烧气体中除去水分的凝缩器、

用于将从上述发动机所排出的燃烧气体的一部分排出体系外的剩余气体排出器、

用于将从上述发动机所排出的燃烧气体中的二氧化碳排出体系外的二氧化碳除去装置、和

用于将体系外的空气中所含的氧气及氩气向体系内供给的氧气供给装置。

根据上述的工作气体循环型发动机系统，在具备将体系外的空气中所含的氧气及氩气向体系内供给的氧气供给装置的同时，还具备将从发动机中排出的燃烧气体中的二氧化碳(以下有时记作“CO₂”)排出体系外的二氧化碳除去装置。因此，由于能将体系内循环的气体中的氧气及氩气维持在一定浓度以上，同时将从发动机排出的二氧化碳排出体系外，所以在以燃烧时产生二氧化碳的重油和天然气等含碳燃料作为使用燃料的发动机中，可良好地使用本发动机系统，可使发动机的热效率大幅提高。

此外，将氩气作为工作气体利用的上述发动机系统，不仅在高负荷时，低负荷时也会提高热效率。这一点上，如果是通过增压机在涡轮发电机等中回收排气能量的方法，则在低负荷时无法有效地提高热效率，本系统在这一点上也具备较高优势。

此外，由于将氩气作为工作气体循环利用，除了几乎不排出废气以外，还具有发动机燃烧时几乎不产生NO_X的优点。

本发明的一个实施方式中，上述二氧化碳除去装置和上述氧气供给装置分别是由另外构成的单独的装置组成，上述二氧化碳除去装置是由吸附式CO2除去装置组成的，所述吸附式CO₂除去装置能够在所述发动机排出的燃烧气体的压力和温度的至少任一方变动的气氛中，将燃烧气体中的二氧化碳用吸附剂吸附分离排出体系外，上述氧气供给装置是由吸附式O₂供给装置构成的，所述吸附式O₂供给装置能够在从体系外通入的空气的压力和温度的至少任一方变动的气氛中，通过将空气中的氮气和二氧化碳用吸附剂吸附，从空气中分离氧气和氩气，将该分离出的氧气和氩气供应到体系内。

根据这样的本发明的一个实施方式，上述的二氧化碳除去装置和氧气供给装置分别由吸附式CO₂除去装置和吸附式O₂供给装置构成，据此，可实现热效率性优异的上述本发动机系统。