JP2025162995A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素系燃料で運転され、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する。
【解決手段】燃焼室に炭素系燃料を供給すること，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，排気流の第１の部分を再循環させ、排気流の第２の部分を排気すること，溶媒を用いて排気系中の再循環排気ガス流の第１の部分を冷やし、溶媒を加熱すること，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、排気流の第２の部分から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収すること，溶媒を加熱するために、再循環排気ガスの少なくとも一部をアセンブリに供給することにより、アセンブリ内の炭素リッチな溶媒を加熱により再生すること，を含む。
【選択図】図５

Description

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

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。

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。

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。

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。

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。

既知の炭素回収技術は、通常、燃焼後ＣＯ_２回収、燃焼前ＣＯ_２回収、オキシフューエル燃焼（Ｏ_ｘｙ－Ｆｕｅｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，酸素燃焼とも呼ばれる）の３つに分類される。燃焼前ＣＯ_２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。

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ＣＯ_２の混合ガスを生成する。ＣＯ_２は、１５％から４０％のＣＯ_２を含む高圧混合ガスから回収される。燃焼前ＣＯ_２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ＣＯ_２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。

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Ｏ_２中で燃焼される。しかし、Ｏ_２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、ＣＯ_２、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ＣＯ_２流が残される。主な利点は、ＣＯ_２をほぼ１００％回収できることである。

燃焼後ＣＯ_２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ＣＯ_２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ＣＯ_２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ＣＯ_２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。アミン吸収のもうひとつの課題は、排気ガスの体積流量に関係する吸収塔の大きさである。吸収器はターボ過給機の低圧側に配置されるため、体積流量は大きく、機関負荷によって変化する。

ＤＫ２０２２７０５３４Ａ１には、ＥＧＲシステム内の高圧ボイラーからエネルギーを伝達して再沸器内のアミン溶液（溶媒）を加熱するために、熱伝達媒体（例えば、蒸気または水）が提案されている。しかし、蒸気は船舶では限られた高価な資源であり、さらに、追加の熱伝達プロセスのために、ストリッピングプロセスにおいて、利用可能なエネルギーの損失が生じる。

摘要

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。

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。

第１の捉え方によれば、次のような、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、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給気システムと；
前記掃気受けへの排気ガスの流れを補助するための第１のブロワを有し、前記少なくとも１つの燃焼室から排出される排気流の一部を、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流から前記掃気受けへと再循環させるように構成される排気再循環システムと；
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又は再循環排気流の少なくとも一部について、前記溶媒への化学的吸収によって排気ガス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、
前記再沸器は前記排気再循環システム内に配置されると共に、該再沸器は、再循環排気ガスと前記溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方を流れ、前記溶媒が他方を流れる熱交換器として構成され、
及び／又は、
前記再沸器は前記排気システム内に配置され、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流に配置されると共に、該再沸器は、排気ガスと前記溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方を流れ、前記溶媒が他方を流れる熱交換器として構成される。

ＥＧＲ系において機関のリッチなアミン溶液からＣＯ_２を気化する再沸器を熱交換器として利用することで、アミン吸収剤によるＣＯ_２回収のランニングコストを削減し、熱媒体の取り扱いと制御のためのシステムを追加することを回避することができる。

機関において、高圧ボイラーと脱離器と再沸器とを組み合わせることで、船舶における設置面積を小さくすることができる。

前記第１の様相の実装形態の一例において、前記再沸器は、前記排気再循環システム内の排気ガスと前記溶媒との間で熱交換し、それによって前記排気再循環システム内の排気ガスを冷却し、前記溶媒を加熱するように構成される。

前記第１の様相の実装形態の一例において、前記排気再循環システムは、スクラバー、好ましくは湿式スクラバーを有し、前記スクラバーは、好ましくは、前記排気再循環システムにおいて、前記再沸器の下流に配置される。

前記第１の様相の実装形態の一例において、前記機関は、掃気ガス中の再循環排気ガスの質量比率を少なくとも４０％、好ましくは５０％に調整するように構成された制御部を備える。

前記第１の様相の実装形態の一例において、前記制御部は、前記第１のブロワの速度を制御して、再循環される排気ガスの割合を調節するように構成され、及び／又は、前記制御部は、前記排気システムの制御弁の位置を制御して、再循環される排気ガスの割合を調節するように構成される。

第２の様相によれば、複数の燃焼室及びターボ過給システムを有する大型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流を生成することと；
前記排気流の第１の部分を、前記ターボ過給システムの高圧側からシリンダへと再循環させ、前記排気流の第２の部分を排気することと；
再循環排気ガスを含む加圧された掃気の流れを前記燃焼室に供給することと；
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、前記排気流の前記第１の部分及び／又は前記第２の部分から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収することと；
を含むと共に、
前記排気流の少なくとも前記第１の部分を前記アセンブリを通すことによる加熱により、前記アセンブリにおいて前記炭素リッチな溶媒を再生し、それによって、前記排気流の前記第１の部分と前記溶媒との間の熱交換により、前記溶媒を加熱し、前記排気流の前記第１の部分を冷却すること；
及び／又は、
前記ターボ過給システムの高圧側で前記排気流の少なくとも前記第２の部分を前記アセンブリを通すことによる加熱により、前記アセンブリにおいて前記炭素リッチな溶媒を再生し、それによって、前記排気流の前記第１の部分と前記溶媒との間の熱交換により、前記溶媒を加熱し、前記排気流の前記第１の部分を冷却すること；
を含む。

前記第２の様相の実装形態の一例において、前記方法は、排気流の少なくとも４０質量％を再循環させることを含む。好ましくは、排気流の少なくとも５０質量％を再循環させる。

前記第２の様相の実装形態の一例において、前記方法は、排気再循環システムの第１のブロワの速度を制御し、加圧された掃気ガス中の再循環排気ガスの割合を調整すること、及び／又は、再循環される排気ガスの割合を制御すべく、前記排気システムの制御弁の位置を制御することを含む。

前記第２の様相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及び水蒸気若しくは湯気を含むガスの流れを、二酸化炭素と水蒸気若しくは湯気と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流と主に水を含む液体流を得るためのノックアウトドラムである。

前記第２の様相の実装形態の一例において、前記方法は、前記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み、好ましくは更に、液化二酸化炭素流を液化二酸化炭素貯蔵装置に導くことを含む。

第３の様相によれば、次のような、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、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給気システムと；
前記掃気受けへの排気流を補助するための第１のブロワを有し、前記少なくとも１つの燃焼室から排出される排気ガスの一部を、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流から前記掃気受けへと再循環させるように構成される排気再循環システムと；
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、
前記吸収器は、
・ 溶媒への化学的吸収によって排気ガスから二酸化炭素を分離するために、再循環排気流の少なくとも一部が該吸収器を通過するように構成され、及び／又は、
・ 溶媒への化学的吸収によって排気ガスから二酸化炭素を分離するために、前記ターボ過給機の前記タービンの上流の排気流の少なくとも一部が、該吸収器を通過するように構成される。

ターボ過給システムの高圧側のＥＧＲ流路、又はターボ過給システムの高圧側の排気ガス流路に吸収器を配置することで、反応時間が一定と仮定した場合、圧力とガス密度が高くなるため、吸収器容積の要件を緩和することができる。

ＥＧＲシステムでは、ＥＧＲガスを冷却する必要があるため、冷却器を追加する必要がある。吸収器は、あるＣＯ_２捕捉効率を有する。ＥＧＲガスを再循環させると、吸収器をすり抜けたＣＯ_２が燃焼後に排気受けに戻されるため、効率が向上する。

前記第３の様相の実装形態の一例において、再循環排気ガスの全てが前記吸収器を通過するように、前記吸収器は前記排気再循環システム内に配置される。

前記第３の様相の実装形態の一例において、前記再沸器は前記排気再循環システム内に配置されると共に、該再沸器は、前記再循環排気ガスと前記溶媒との間で熱交換を行うために、前記再循環排気ガスが一方を流れ、前記溶媒が他方を流れる熱交換器として構成される。

前記第３の様相の実装形態の一例において、前記排気再循環システムは第１のストリングと第２のストリングとに分岐し、前記第１のストリングは、前記ターボ過給システムの前記コンプレッサの下流の位置で前記給気システムに接続し、前記第２のストリングは、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流で前記排気システムに接続し、前記吸収器は、前記分岐する位置の上流で前記排気再循環システムに配置され、前記第１のストリングは好ましくは第１のブロワを備え、前記第２のストリングは好ましくは第２のブロワを備え、前記再沸器は好ましくは前記分岐する位置の上流に配置される。

前記第３の様相の実装形態の一例において、前記第２のストリングは、第２のストリング内の再循環排気ガスと前記分岐する位置の上流における前記排気再循環システム内の再循環排気ガスとの熱交換のために、熱交換器を通る。この熱交換器は好ましくは前記再沸器に一体化された要素である。

前記第３の様相の実装形態の一例において、前記排気再循環システムは第１のストリングと第２のストリングとに分岐し、前記第１のストリングは、前記ターボ過給システムの前記コンプレッサの下流の位置で前記給気システムに接続し、前記第２のストリングは、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流で前記排気システムに接続し、前記吸収器は前記第２のストリング内に配置され、前記再沸器は好ましくは前記分岐する位置の上流に配置される。

前記第３の様相の実装形態の一例において、前記第１のストリングは第１のブロワを備え、前記第２のストリングは第２のブロワを備え、前記機関は好ましくは、前記第１のストリング及び前記第２のストリングを流れる排気ガスの量を制御するべく前記第１のブロワ及び前記第２のブロワの回転数を制御する制御部を備える。

前記第３の様相の実装形態の一例において、前記第２のストリングは、第２のストリング内の再循環排気ガスと前記分岐する位置の上流における前記排気再循環システム内の再循環排気ガスとの熱交換のために、該熱交換器を通り、前記熱交換器は好ましくは前記再沸器に一体化された要素である。

第４の様相によれば、複数の燃焼室及びターボ過給システムを有する大型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流を生成することと；
前記ターボ過給システムの高圧側において、シリンダからの前記排気流の第１の部分を再循環させ、前記シリンダからの前記排気流の第２の部分を排気することと；
前記シリンダからの前記排気流の前記第１の部分を含む加圧された掃気の流れを前記燃焼室に供給することと；
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、前記シリンダからの前記排気流の前記第１の部分から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収すること、及び／又は、前記ターボ過給システムの高圧側においてのみ、前記シリンダからの前記排気流の前記第２の部分から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収することと；
前記アセンブリで炭素リッチな溶媒を再生することと；
を含む。

前記第４の様相の実装形態の一例において、前記吸収器は、前記排気流の前記第１の部分の少なくとも一部が前記吸収器を通過するように、及び／又は、前記排気流の前記第２の部分の少なくとも一部が前記吸収器を通過するように構成される。

前記第４の様相の実装形態の一例において、前記排気流の前記第１の部分が前記アセンブリを通され、それによって、前記排気流の前記第１の部分と前記溶媒との間の熱交換により、前記溶媒を加熱して前記排気流の前記第１の部分を冷却する。

前記第４の様相の実装形態の一例において、前記方法は、排気流の少なくとも４０質量％を再循環させることを含む。好ましくは、排気流の少なくとも５０質量％を再循環させる。

前記第４の様相の実装形態の一例において、前記方法は、排気再循環システムの第１のブロワの速度を制御し、加圧された掃気ガス中の再循環排気ガスの割合を調整すること、及び／又は、再循環される排気ガスの割合を制御すべく、前記排気システムの制御弁の位置を制御することを含む。

前記第４の様相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及び水蒸気若しくは湯気を含むガスの流れを、二酸化炭素と水蒸気若しくは湯気と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流と主に水を含む液体流を得るためのノックアウトドラムである。

前記第４の様相の実装形態の一例において、前記方法は、前記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み、好ましくは更に、液化二酸化炭素流を液化二酸化炭素貯蔵装置に導くことを含む。

これらの様相及び他の様相は、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。

以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、様々な様相や実施形態、実装例を詳細に説明する。
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斜視図である。 図１の大型２ストローク機関を別の角度から見た斜視図である。 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。 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。 更に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。 更に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。 図５及び図６の実施形態で用いられる熱交換器の略図表現である。

詳細説明

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。

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。

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。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。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。

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、ガス導入弁５０'はなく、（気体又は液体の）炭素含有燃料は、ピストン１０がＴＤＣ又はその近傍にあるときに、燃料弁５０を通して高圧で噴射される。

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。

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（ＮＯ_ｘ）を還元するための選択触媒反応器３３が設けられている。

ターボ過給システム５はタービン６とコンプレッサ７とを備える。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。なお、タービン６からコンプレッサ７へのエネルギーの伝達は、必ずしもシャフトを通じる必要はなく、電気的な伝達機構や油圧式の伝達機構を採用することもできる。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。

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。

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、ターボ過給システム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。

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、排気再循環システム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。

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。

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。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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。

機関は、燃焼室に炭素系燃料（液体燃料及び／又は気体燃料）を供給し、燃焼室内で炭素系燃料を燃焼させ、それによって、二酸化炭素を含む排気流を発生させることにより、運転される。機関運転中、排気ガスの一部は、ターボ過給システム５の高圧側に配置された排気再循環システムを通じて再循環される。再循環される排気ガスの割合は可変である。実施形態によっては、排気流の第１の部分が再循環され、排気流の第２の部分は排気ガスとして大気中に排出される。排気ガスを含む加圧された掃気ガスは燃焼室に供給される。実施形態によっては、加圧された掃気ガスは少なくとも４０質量％の再循環排気ガスを含み、好ましくは５０質量％以上の再循環排気ガスを含む。実施形態によっては、再循環されるガスは、燃焼室内の燃焼ガスから直接取り出される。

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、例えば機関が搭載された船舶内で様々な目的に使用される。

第２の排気管２８はボイラー２０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。

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。

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。再沸器（Ｒｅｂｏｉｌｅｒ）は、本願の技術分野では、「再生器」（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）と呼ばれることもある。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。

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。貯蔵タンク８５は極低温貯蔵タンクでありうる。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。

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。

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。

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。

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４１によって除去される。

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。すなわち、排気ガス再循環はターボ過給システム５の高圧側で行われる。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。図示される実施形態においては、ブロワ３４は、湿式スクラバー３６の下流且つウォーターミストキャッチャー３８の下流に配されている。しかし、ブロワ３４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。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。

ウォーターミストキャッチャー３８は、再循環排気ガスから水粒子を除去し、水粒子が燃焼室に入らないようにする。

再沸器６２は、排気再循環システム内に配置され、排気ガス再循環冷却器として機能する。再沸器６２は、排気再循環システム内において、好ましくは排気再循環スクラバー／噴射器３６の上流に配置される。再沸器６２において、溶媒は再循環排気ガスと熱交換し、溶媒は加熱され、再循環排気ガスは冷却される。再沸器６２は、再循環排気ガスと溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方を流れ、溶媒が他方を流れる熱交換器として構成される。

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４０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５０％以上、６０％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。再循環排気ガスは、約２６０～４００℃の温度で再沸器６２に入る。再沸器６２を通る溶媒の流量を調整することにより、溶媒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。

図４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。

本実施形態では、再沸器６２は、機関に関連する蒸気システムから熱を受け取る。蒸気は、排気再循環システムに配置されて再循環排気ガスを冷却するための熱交換器３２で生成されうる。本実施形態における吸収器４２は排気再循環管３５に配置され、好ましくはウォーターミストキャッチャー３８の下流に位置し、好ましくはＥＧＲブロワ３４の上流に位置する。

すなわち吸収器４２は、溶媒への化学的吸収によって排気流から二酸化炭素を分離するために、再循環排気流が吸収器４２を通過するように、配置される。図示されていない、この実施形態の別のバージョンでは、吸収器４２は、溶媒への化学的吸収によって排気流から二酸化炭素を分離するために、ターボ過給機６のタービンの上流の排気流が、吸収器４２を通過するように、配置される。

図５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。

この実施形態では、吸収器４２は、図４の実施形態と同様に配置されている。すなわち吸収器４２は、溶媒への化学的吸収によって排気流から二酸化炭素を分離するべく、再循環排気流が吸収器４２を通過するように配置されている。また再沸器６２は、図３の実施形態と同様に配置されている。すなわち再沸器６２は、排気再循環システム内に配置され、再循環排気ガスと溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方に流れ、溶媒が他方に流れる熱交換器として構成される。これによって、２つ実施形態の利点が組み合わされている。

これを可能にすべく、排気再循環システムは、第１のストリング３５と第２のストリング９２とに分岐されている。第１のストリング３５はターボ過給システム５のコンプレッサ７の下流の位置で給気システムに接続し、第２のストリング９２はターボ過給システム５のタービン６の上流で排気システムに接続している。吸収器４２は、排気再循環システムにおいて、第１のストリング３５と第２のストリング９２が分岐する位置の上流に配置される。第１のストリング３５は、好ましくは第１のブロワ３４を備え、第２のストリング９２は、好ましくは第２のブロワ９３を備える。再沸器６２も、好ましくは分岐位置の上流に配置される。

第２のストリング９２は、第２のストリング９２内の再循環排気ガスと、前記分岐位置の上流における排気再循環システム内の再循環排気ガスとの熱交換のために、熱交換器を通る。この交換器は好ましくは再沸器６２に一体化されている。

第１のストリング３５は第１のブロワ３４を備え、第２のストリング９２は第２のブロワ９３を備える。制御部１００は、第１のブロワ３４及び第２のブロワ９３の回転数を制御して、第１のストリング及び第２のストリングを流れる排気ガス量を制御する。

排気再循環システムにおいて前記分岐位置の上流にある第１の制御弁５５と、第１の排気管１９にある第２の制御弁５６は、好ましくは電子制御ユニット１００の指令の下で、それぞれの管を通る流れを調整するために使用される。

最も高いＣＯ_２除去率では、全ての（又はほぼ全ての）排気ガスが第１の制御弁５５を通って導かれる（即ち、第１制御弁は開いており、第２制御弁は閉じているか又はほぼ閉じている）。従って、排気流の全てが再沸器６２及び吸収器４２を通る。排気ガスの４０～５０％は、ＥＧＲブロワ３４によって掃気受け２に送られる。残りのガスは、専用の排気ガスブロワ９３によって、管９２を通じて再沸器６２を通される。それによって当該残りのガスは、排気ガス再循環管３５の一部としての再沸器６２を流れる排気ガスと熱交換する（加熱される）。その後ターボ過給システム５のタービン６の入口側に送られる。

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。

この実施形態では、吸収器４２は、図４の実施形態と同様に配置されている。すなわち吸収器４２は、溶媒への化学的吸収によって排気流から二酸化炭素を分離するべく、再循環排気流が吸収器４２を通過するように配置されている。また再沸器６２は、図３の実施形態と同様に配置されている。すなわち再沸器６２は、排気再循環システム内に配置され、再循環排気ガスと溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方に流れ、溶媒が他方に流れる熱交換器として構成される。これによって、２つ実施形態の利点が組み合わされている。

これを可能にすべく、排気再循環システムは、第１のストリング３５と第２のストリングとに分岐されている。第１のストリングはターボ過給システム５のコンプレッサ７の下流の位置で給気システムに接続し、第２のストリングはターボ過給システム５のタービン６の上流で排気システムに接続している。吸収器４２は前記第２のストリング内に配置され、再沸器６２は好ましくは第１のストリング３５と第２のストリングが分岐する位置の上流に配置される。

第１のストリング３５は第１のブロワ３４を備え、第２のストリングは第２のブロワ９３を備える。制御部１００は、第１のブロワ３４及び第２のブロワ９３の回転数を制御して、第１のストリング及び第２のストリングを流れる排気ガス量を制御する。

第２のストリング９２は、第２のストリング内の再循環排気ガスと、前記分岐位置の上流における排気再循環システム内の再循環排気ガスとの熱交換のために、熱交換器を通る。この交換器は再沸器６２に一体化されている。

排気再循環システムにおいて前記分岐位置の上流にある第１の制御弁５５と、第１の排気管１９にある第２の制御弁５６は、好ましくは電子制御ユニット１００の指令の下で、それぞれの管を通る流れを調整するために使用される。

全ての（又はほぼ全ての）排気ガスは、第１の制御弁５５及び再沸器６２を通るように導かれる。排気ガスの４０～５０％は、ＥＧＲブロワ３４によって掃気受け２に送られる。残りのガスは、専用の排気ガスブロワ９３によって、管９２を通じて、吸収器４２を通され、続いて再沸器６２を通される。それによって当該残りのガスは、排気ガス再循環管３５の一部としての再沸器６２を流れる排気ガスと熱交換する（加熱される）。その後ターボ過給システム５のタービン６の入口側に送られる。

図７は、再沸器６２によって形成され、図５及び図６の実施形態で使用される熱交換器の略図表現である。熱交換器／再沸器６２は、排気再循環管３５に接続された入口及び出口と、溶媒管８３に接続された溶媒用の入口及び出口と、管９２内の排気ガス用の入口と出口を有する。それによって、排気再循環管３５内の排気ガスと溶媒との間、及び、管９２内の排気ガスと排気再循環管３５内の排気ガスとの間の熱交換を可能にする。

発明の様々な様相や実装形態が、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段階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、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。

Claims (34)

1. 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給気システムと；
   前記掃気受けへの排気ガスの流れを補助するための第１のブロワを有し、前記少なくとも１つの燃焼室から排出される排気流の一部を、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流から前記掃気受けへと再循環させるように構成される排気再循環システムと；
   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又は再循環排気流の少なくとも一部について、前記溶媒への化学的吸収によって排気ガス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、
   前記再沸器は、
   ・ 前記排気再循環システム内に配置されると共に、再循環排気ガスと前記溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方を流れ、前記溶媒が他方を流れる熱交換器として構成され、及び／又は、
   ・ 前記排気システム内に配置され、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流に配置されると共に、排気ガスと前記溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方を流れ、前記溶媒が他方を流れる熱交換器として構成される、
   機関。
2. 前記再沸器は、前記排気再循環システム内の排気ガスと前記溶媒との間で熱交換し、それによって前記排気再循環システム内の排気ガスを冷却し、前記溶媒を加熱するように構成される、請求項１に記載の機関。
3. 前記排気再循環システムは湿式スクラバーを備える、請求項１又は２に記載の機関。
4. 前記湿式スクラバーは前記排気再循環システムにおいて前記再沸器内に配置される、請求項３に記載の機関。
5. 掃気ガス中の再循環排気ガスの質量比率を少なくとも４０％又は少なくとも５５％に調整するように構成された制御部を備える、請求項１に記載の機関。
6. 前記制御部は、前記第１のブロワの速度を制御して、再循環される排気ガスの割合を調節するように構成され、及び／又は、前記制御部は、前記排気システムの制御弁の位置を制御して、再循環される排気ガスの割合を調節するように構成される、請求項５に記載の機関。
7. 複数の燃焼室及びターボ過給システムを有する大型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流を生成することと；
   前記排気流の第１の部分を、前記ターボ過給システムの高圧側からシリンダへと再循環させ、前記排気流の第２の部分を排気することと；
   再循環排気ガスを含む加圧された掃気の流れを前記燃焼室に供給することと；
   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、前記排気流の前記第１の部分及び／又は前記第２の部分から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収することと；
   を含むと共に、
   前記排気流の少なくとも前記第１の部分を前記アセンブリを通すことによる加熱により、前記アセンブリにおいて前記炭素リッチな溶媒を再生し、それによって、前記排気流の前記第１の部分と前記溶媒との間の熱交換により、前記溶媒を加熱し、前記排気流の前記第１の部分を冷却すること；
   及び／又は、
   前記ターボ過給システムの高圧側で前記排気流の少なくとも前記第２の部分を前記アセンブリを通すことによる加熱により、前記アセンブリにおいて前記炭素リッチな溶媒を再生し、それによって、前記排気流の前記第１の部分と前記溶媒との間の熱交換により、前記溶媒を加熱し、前記排気流の前記第１の部分を冷却すること；
   を含む、方法。
8. 前記排気流の少なくとも４０質量％を再循環させること、又は、前記排気流の少なくとも５０質量％を再循環させることを含む、請求項７に記載の方法。
9. 排気再循環システムの第１のブロワの速度を制御し、加圧された掃気ガス中の再循環排気ガスの割合を調整すること、及び／又は、再循環される排気ガスの割合を制御すべく、排気システムの制御弁の位置を制御することを含む、請求項７又は８に記載の方法。
10. 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７又は８に記載の方法。
11. 前記分離器は、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を備える、請求項１０に記載の方法。
12. 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１０に記載の方法。
13. 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給気システムと；
    前記掃気受けへの排気流を補助するための第１のブロワを有し、前記少なくとも１つの燃焼室から排出される排気ガスの一部を、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流から前記掃気受けへと再循環させるように構成される排気再循環システムと；
    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、
    前記吸収器は、溶媒への化学的吸収によって排気ガスから二酸化炭素を分離するために、
    ・ 再循環排気流の少なくとも一部が該吸収器を通過するように構成され、及び／又は、
    ・ 前記ターボ過給システムの前記タービンの上流の排気流の少なくとも一部が、該吸収器を通過するように構成される、
    機関。
14. 再循環排気ガスの全てが前記吸収器を通過するように、前記吸収器は前記排気再循環システム内に配置される、請求項１３に記載の機関。
15. 前記再沸器は前記排気再循環システム内に配置されると共に、該再沸器は、再循環排気ガスと前記溶媒との間で熱交換を行うために、再循環排気ガスが一方を流れ、前記溶媒が他方を流れる熱交換器として構成される、請求項１３に記載の機関。
16. 前記排気再循環システムは第１のストリングと第２のストリングとに分岐し、前記第１のストリングは、前記ターボ過給システムの前記コンプレッサの下流の位置で前記給気システムに接続し、前記第２のストリングは、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流で前記排気システムに接続し、前記吸収器は前記第２のストリング内に配置され、前記吸収器は、前記排気再循環システム内において、前記第１のストリングと前記第２のストリングとが分岐する位置の上流に配置される、請求項１３から１５のいずれかに記載の機関。
17. 前記第１のストリングは第１のブロワを備え、前記第２のストリングは第２のブロワを備える、請求項１６に記載の機関。
18. 前記再沸器は、前記第１のストリングと前記第２のストリングとが分岐する位置の上流に配置される、請求項１６に記載の機関。
19. 前記第２のストリングは、前記第２のストリング内の再循環排気ガスと前記分岐する位置の上流における前記排気再循環システム内の再循環排気ガスとの熱交換のために、熱交換器を通る、請求項１６に記載の機関。
20. 前記熱交換器は前記再沸器に一体化された要素である、請求項１９に記載の機関。
21. 前記排気再循環システムは第１のストリングと第２のストリングとに分岐し、前記第１のストリングは、前記ターボ過給システムの前記コンプレッサの下流の位置で前記給気システムに接続し、前記第２のストリングは、前記ターボ過給システムの前記タービンの上流で前記排気システムに接続し、前記吸収器は前記第２のストリング内に配置される、請求項１３に記載の機関。
22. 前記再沸器は、前記第１のストリングと前記第２のストリングとが分岐する位置の上流に配置される、請求項２１に記載の機関。
23. 前記第１のストリングは第１のブロワを備え、前記第２のストリングは第２のブロワを備え、前記機関は、前記第１のストリング及び前記第２のストリングを流れる排気ガスの量を制御するべく前記第１のブロワ及び前記第２のブロワの回転数を制御するコントローラを備える、請求項２１に記載の機関。
24. 前記第２のストリングは、前記第２のストリング内の再循環排気ガスと前記分岐する位置の上流における前記排気再循環システム内の再循環排気ガスとの熱交換のために、熱交換器を通る、請求項２１又は２２に記載の機関。
25. 前記熱交換器は前記再沸器に一体化された要素である、請求項２４に記載の機関。
26. 複数の燃焼室及びターボ過給システムを有する大型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流を生成することと；
    前記ターボ過給システムの高圧側において、シリンダからの前記排気流の第１の部分を再循環させ、前記シリンダからの前記排気流の第２の部分を排気することと；
    前記シリンダからの前記排気流の前記第１の部分を含む加圧された掃気の流れを前記燃焼室に供給することと；
    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、前記シリンダからの前記排気流の前記第１の部分から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収すること、及び／又は、前記ターボ過給システムの高圧側においてのみ、前記シリンダからの前記排気流の前記第２の部分から二酸化炭素を溶媒に化学的に吸収することと；
    前記アセンブリで炭素リッチな溶媒を再生することと；
    を含む、方法。
27. 前記吸収器は、前記排気流の前記第１の部分の少なくとも一部が前記吸収器を通過するように、及び／又は、前記排気流の前記第２の部分の少なくとも一部が前記吸収器を通過するように構成される、請求項２６に記載の方法。
28. 前記排気流の前記第１の部分が前記アセンブリを通され、それによって、前記排気流の前記第１の部分と前記溶媒との間の熱交換により、前記溶媒を加熱して前記排気流の前記第１の部分を冷却する、請求項２６に記載の方法。
29. 前記排気流の少なくとも４０質量％を再循環させること、又は、前記排気流の少なくとも５０質量％を再循環させることを含む、請求項２６から２８のいずれかに記載の方法。
30. 排気再循環システムの第１のブロワの速度を制御し、加圧された掃気ガス中の再循環排気ガスの割合を調整すること、及び／又は、再循環される排気ガスの割合を制御すべく、排気システムの制御弁の位置を制御することを含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記脱離器で発生した二酸化炭素及び水蒸気若しくは湯気を含むガスの流れを、二酸化炭素と水蒸気若しくは湯気と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、主に二酸化炭素を含むガス流と主に水を含む液体流を得るためのものである、請求項２６から２８のいずれかに記載の方法。
32. 前記分離器はノックアウトドラムを備える、請求項３１に記載の方法。
33. 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３１に記載の方法。
34. 液化二酸化炭素流を液化二酸化炭素貯蔵装置に導くことを含む、請求項３３に記載の方法。