JP2007177684A - 車両用二酸化炭素回収装置及びそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【目的】化石燃料を用いる内燃機関を動力源としながらも、排出する二酸化炭素の量を大幅に削減することができる車両及びそれに用いるための車両用二酸化炭素回収装置を提供する。
【構成】本発明の車両用二酸化炭素回収装置は、自動車の排気系における消音器２と排気管３との間に取付けられており、排気ガス中の二酸化炭素を吸収するための二酸化炭素吸収剤を収容するＣＯ_２吸収部４を備えている。消音器２とＣＯ_２吸収部４とは三方性の電磁弁５を介して接続されており、ＣＯ_２吸収部４と排気管３との間にはＣＯ_２吸収部４からミストとなって散逸してくる二酸化炭素吸収剤を回収するためのオイルフィルターを内蔵するトラップ６が設けられている。また、電磁弁５からは、バイパス管７を介し直接排気管３に接続されるバイパス経路が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の排気ガスから二酸化炭素を除去するための車両用二酸化炭素回収装置及びそれを備えた車両に関する。

化石燃料の大量消費による大気中の二酸化炭素の濃度増加は、地球温暖化現象を引き起こすとして、世界規模の環境汚染が問題となっている。京都議定書の署名国である我国においても、議定書に定められた低減率まで二酸化炭素の総排出量を削減する義務を負っている。こうした社会的要請に基づき、排気ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収剤によって回収・除去する方法が開発されている（例えば特許文献１）。

また、自動車産業においては、エンジンの構造改善による燃費の効率化や、ハイブリッド車によるエネルギーの節約など、二酸化炭素排出量の削減のための様々な技術が開発されている（例えば特許文献２）。

特開平８−２５７３５５号公報 特開平２００４−２５７２５９号公報

しかし、上記従来の二酸化炭素吸収剤を用いた二酸化炭素の回収・除去方法では、対象が化学プラント排ガスや火力発電所排ガス等の固定された排出源から排出される排ガスを処理するためのものであり、車両の排気ガス中の二酸化炭素を回収・除去するものは知られていない。

また、内燃機関を用いた車両では、エネルギー源として化石燃料を使用する以上、燃焼ガスに二酸化炭素が含まれることは避けて通ることはできず、エンジンの構造改善による燃費の効率化やハイブリッド車によるエネルギーの節約などの技術のみでは、二酸化炭素の排出量の削減には限界があった。
これに対し、燃料電池や蓄電池など、化石燃料を用いない電気自動車の開発も進められているが、コスト面や技術面での課題も多い。

本発明は、上記従来の実情に鑑みなされたものであり、化石燃料を用いる内燃機関を動力源としながらも、排出する二酸化炭素の量を大幅に削減することができる車両及びそれに用いるための車両用二酸化炭素回収装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の第１の局面の車両用二酸化炭素回収装置は、車両の排気系に取付けられて排気ガス中の二酸化炭素を除去することを特徴とする。
この車両用二酸化炭素回収装置を車両の排気系に取付け、排気ガス中の二酸化炭素を除去すれば、車両から排出される二酸化炭素濃度を大幅に削減することができる。

第２の局面の発明は、車両の排気ガスに接触する二酸化炭素吸収部と、該二酸化炭素吸収部の温度を調整する温度調整部とを備え、前記温度調整部は車両の走行風及び／又は内燃機関の冷却水を利用して前記二酸化炭素吸収部の温度を調整するものである。
第２の局面の発明では、内燃機関から排出された排気ガス中の二酸化炭素が二酸化炭素吸収部において吸収されることにより、排気ガス中の二酸化炭素濃度が低減される。二酸化炭素吸収部の温度は温度調節部によって調整可能とされているため、二酸化炭素吸収のための最適温度条件を設定することにより、二酸化炭素の吸収効率を高めることができる。さらに、温度調整部は車両の走行風及び／又は内燃機関の冷却水を利用して二酸化炭素吸収部の温度を調整するため、温度調節のためのエネルギー源を新たに設ける必要がなくなり、エネルギー効率に優れたものとなる。このような車両用二酸化炭素回収装置としては特に限定はないが、例えば図１に示すような構造が考えられる。

また、第３の局面の発明においては、二酸化炭素吸収部は排気系において消音器内若しくは消音器の下流側に配置されるものとした。
二酸化炭素吸収部において排気ガス中の二酸化炭素を吸収するためには、内燃機関から排出された直後の高温の排気ガスよりも、ある程度下流側の温度が下がった排気ガスの方が吸収効率が良く、二酸化炭素吸収部の腐食速度を遅くすることができる。車両における消音器若しくは消音器の下流側における排気ガスの温度は、二酸化炭素の吸収に適した温度に近いため、ここへ二酸化炭素吸収部を配置すれば、温度調節が容易となる。また、二酸化炭素吸収部を消音器に配置した場合、二酸化炭素吸収部が消音機能を兼ねることとなり、別途消音器を配置する必要がなく、省スペースを実現することもできる。

さらに、第４の局面の発明によれば、排気系には二酸化炭素吸収部と並列にバイパス部が設けられ、排気ガスを二酸化炭素吸収部とバイパス部とに分配又は切替える分配装置が更に備えられる。
このような構造とすれば、二酸化炭素吸収部が何らかの理由によって圧力損失が大きくなったり、排気ガスの流量が二酸化炭素吸収部の能力を超えた場合などの場合に、バイパス部を通じて排気ガスを逃がすことができ、各部の破損等のトラブルを回避することができる。
また、このような構造とする場合において、分配装置は車両の内燃機関の回転数に基づき、排気ガスの分配又は切替えを制御することが好ましい。内燃機関の回転数と排気ガスの流量とは比例関係にあるため、排気ガスの流量に応じた適切な制御が可能となるからである。

また、第５の局面の発明は、排気ガスを圧縮して二酸化炭素吸収部へ送る、排気ガス圧縮装置が更に備えられるものである。二酸化炭素吸収部において二酸化炭素吸収剤を用いて二酸化炭素を吸収させる場合、排気ガスの圧力が高いほど吸収速度が速くなり、吸収量も増大するからである。このような車両用二酸化炭素回収装置としては特に限定はないが、例えば図２に示すような構造が考えられる。

さらに、第５の局面の発明は、二酸化炭素吸収部へ二酸化炭素吸収剤を供給する手段と、二酸化炭層吸収部から二酸化炭素吸収剤を回収する手段と、回収された二酸化炭素吸収剤から二酸化炭素を分離する手段と、分離された二酸化炭素を保管する手段とが更に備えられる。
こうであれば、二酸化炭素を吸収し終えた二酸化炭素吸収剤から二酸化炭素を回収し、再び二酸化炭素吸収剤としてのリサイクル使用が可能となる。このため、二酸化炭素吸収剤の使用量を大幅に低減することができる。また、分離されて保管されている二酸化炭素を車両から分離することにより、二酸化炭素の回収も可能となる。このような車両用二酸化炭素回収装置としては特に限定はないが、例えば図３に示すような構造が考えられる。

本発明の車両用二酸化炭素回収装置を備えた車両は、排気ガス中の二酸化炭素が車両用二酸化炭素回収装置によって回収されるため、化石燃料を用いる内燃機関を動力源としながらも、排出する二酸化炭素の量を大幅に削減することができる。

本発明において、二酸化炭素を除去するために二酸化炭素と化学反応して固定化することができる二酸化炭素吸収剤であれば特に限定はない。このような二酸化炭素吸収剤として、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン、２−アミノ−２−メチル−１プロパノール、２−イソプロピルアミノ−２−メチル−１−プロパノール、ジエタノールアミン等のアルカノールアミン化合物の水溶液を用いることができる。これらのアミン化合物は下記化学反応式にしたがって化学平衡状態が保たれる。

この反応では、温度が高くなるほど二酸化炭素を放出する左方向に平衡が移動するため、二酸化炭素の固定化率は温度が低いほうがよいが、あまり温度が低くなると反応速度が遅くなり二酸化炭素の吸収効率が悪くなる。このため、二酸化炭素を迅速に吸収させるためには、最適な温度となるように制御することが望ましい。二酸化炭素の吸収に適した温度は化合物の種類によって異なり、適宜最適な温度を選択すればよいが、一般的には１60℃よりも低い温度が好ましい。２−アミノ−２−メチル−１プロパノール水溶液を二酸化炭素吸収剤として用いる場合には、４０〜５０°Ｃが適当である。また、アミン化合物の沸点は２００°Ｃ以上の高いもが好ましい。沸点が低い場合には、排気ガス中のアミン化合物の分圧が高くなり、外部へ排出されてしまうからである。また、温度によって二酸化炭素を吸収したり、放出したりする性質を利用し、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収剤から二酸化炭素を放出させて、再生利用することも可能である。こうして放出させた二酸化炭素は冷却して液化あるいは固化して他の用途に利用することもできる。

二酸化炭素吸収剤がアルカノールアミン化合物水溶液のように液体である場合には、二酸化炭素吸収部にその溶液を収容しておき、排気ガスをバブリングすれば排気ガス中の二酸化炭素が二酸化炭素吸収剤に吸収される（図４参照）。この場合において、迅速な吸収を実現するためにはバブリングはなるべく細かい泡とすることが好ましい。このためには、排気ガスを多孔体に通過させたり、マイクロバブル発生装置（例えば特願２０００−６１８００２に記載の旋回式微細気泡発生装置）を用いたりすることができる（図５参照）。
また、こうした二酸化炭素吸収剤の水溶液を排気ガス中に霧状に噴霧してもよい。噴霧のための装置としては、霧吹きの原理を用いたピトー管方式、インクジェットプリンターで採用されている毛細管から熱パルスによる噴霧方法（図６参照）、超音波を利用して噴霧する方式などを採用することができる。
さらには、二酸化炭素吸収部に筒状や塊状の充填剤を充填しておき、そこへ二酸化炭素吸収剤の水溶液を注ぎながら、充填剤間の隙間を介して向流方向に排気ガスを流しても良い（図７参照）。

また、二酸化炭素吸収部から蒸発したりミストとなって散逸したりする二酸化炭素吸収剤を回収するためのトラップを設けることが好ましい。トラップの構造としては、排気ガスを冷却させて二酸化炭素吸収剤を凝集させたり、液体中に排気ガスをバブリングさせて二酸化炭素吸収剤を溶解させたり（図８参照）、フィルターによってミストを回収したりすることが考えられる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（ 実施形態１ ）
図９に示すように、実施形態１の車両用二酸化炭素回収装置１は、自動車の排気系における消音器２と排気管３との間に取付けられており、排気ガス中の二酸化炭素を吸収するための二酸化炭素吸収剤を収容するＣＯ_２吸収部４を備えている。消音器２とＣＯ_２吸収部４とは三方性の電磁弁５を介して接続されており、ＣＯ_２吸収部４と排気管３との間にはＣＯ_２吸収部４からミストとなって散逸してくる二酸化炭素吸収剤を回収するためのオイルフィルターを内蔵するトラップ６が設けられている。また、電磁弁５には、バイパス管７を介し直接排気管３に接続されるバイパス経路が接続されている。

ＣＯ_２吸収部４には、二酸化炭素吸収剤を貯留する吸収貯留槽９及び使用済みの二酸化炭素吸収剤を貯留する使用済吸収剤貯留槽１０が三方性の電磁弁８を介して接続されている。そして、電磁弁８を操作することにより、吸収貯留槽９に貯留されている二酸化炭素吸収剤をＣＯ_２吸収部４に流入させたり、ＣＯ_２吸収部４に収容されている二酸化炭素吸収剤を使用済吸収剤貯留槽１０に流入させたりすることが可能とされている。
また、ＣＯ_２吸収部４は圧力配管１２によってコンプレッサ１１と接続されており、圧力配管１２の途中には二方性の電磁弁１３が設けられている。
さらに、ＣＯ₂吸収部4内部には図示しない熱交換器が設けられており、熱交換器は冷却水配管１５によってラジエター１６と接続され、ラジエター１６から供給される冷却水と二酸化炭素吸収剤との熱交換を可能としている。冷却水配管１５の途中には二方性の電磁弁１７が設けられている。また、ＣＯ_２吸収部４は走行風があたることによって冷却可能とされている。
また、ＣＯ_２吸収部４の内部には温度センサー１９及び圧力センサー２０が設けられており、温度センサー１９は温度調節装置１８に接続されており、圧力センサー２０は電磁弁制御部１４に接続されている。温度調節装置１８は温度センサー１９からの出力信号に基づき、ＣＯ₂吸収部4内部が所定の温度となるように電磁弁１７の開閉制御を行う。また、電磁弁制御装置１４は圧力センサー２０からの出力信号に基づき、ＣＯ_２吸収部４の内部を所定の圧力となるように電磁弁８の開閉制御を行う。なお、ＣＯ_２吸収部４の内部が所定の圧力以上となった場合、及び、エンジンの回転数が所定以上の回転数となった場合には、電磁弁制御装置１４はバイパス管７に排気ガスが流れるように電磁弁５を制御する。

以上のように構成された実施形態の車両用二酸化炭素回収装置１の制御方法について説明する。
図１０に示すように、エンジンが始動されると、図示しないエンジン回転数センサーからの回転数信号が電磁弁制御部１４に入力され、エンジン回転数があらかじめ設定された回転数Ｘ以上であるか否かが判断される。そして、エンジンの回転数がＸ以上の場合には、電磁弁制御部１４から電磁弁５へ制御信号が送られ、電磁弁５が駆動し消音器２とバイパス管７とが連通状態となる。これにより、ＣＯ_２吸収部４への排気ガスの過剰な流入が回避される。
一方、エンジンの回転数がＸよりも小さい場合には、さらに圧力センサー２０から送られた圧力信号に基づき、ＣＯ_２吸収部４内の圧力があらかじめ設定された圧力Ｐx以上であるか否かが判断される。そして、ＣＯ_２吸収部４内の圧力があらかじめ設定された圧力Ｐx以上である場合には、電磁弁制御部１４から電磁弁５へ制御信号が送られ、電磁弁５が駆動し消音器２とバイパス管７とが連通状態となる。これによってＣＯ_２吸収部４内の圧力が高くなりすぎて破損することを防止することができる。
一方、ＣＯ_２吸収部４内の圧力があらかじめ設定された圧力Ｐxよりも低い場合には、電磁弁制御部１４から電磁弁５へ制御信号が送られ、電磁弁５が駆動し消音器２とＣＯ_２吸収部４とが連通状態となり、排気ガスがＣＯ_２吸収部４へ流入し、二酸化炭素吸収剤によって排気ガス中の二酸化炭素が吸収される。また、電磁弁制御部１４から電磁弁１３へ制御信号が送られ、電磁弁１３が開状態となり、コンプレッサ１２から圧縮空気がＣＯ_２吸収部４内に送られ、内部の圧力が高められる。こうして、ＣＯ_２吸収部４内の圧力が常に設定圧力Ｐｘに保たれることにより、排気ガス中の二酸化炭素の分圧が高められ、二酸化炭素吸収剤への二酸化炭素の吸収反応が促進される。
そして、さらに温度センサー１９から送られた温度信号が温度調節装置１８に送られ、ＣＯ_２吸収部４内の温度があらかじめ設定された温度Ｔx以下であるか否かが判断される。そして、ＣＯ_２吸収部４内の温度があらかじめ設定された温度Ｔx以下である場合には、温度調節装置１８から電磁弁１７へ制御信号が送られ、電磁弁１７が閉じられラジエター１６からの冷却水が停止する。
一方、ＣＯ_２吸収部４内の温度があらかじめ設定された温度Ｔxより高い場合には、電磁弁１７が開きラジエター１６から冷却水がＣＯ_２吸収部４内の熱交換器に流入する。こうして、ＣＯ_２吸収部４内の温度は常に設定されたＴｘとなるように制御が行われる。
また、ＣＯ_２吸収部４内で二酸化炭素が除去された排気ガスはトラップ６を通過し、排気管３から外気に排出される。トラップ６では、ＣＯ_２吸収部４から飛散してきた二酸化炭素吸収剤のミストがフィルターによって吸着除去される。

以上のように、実施形態１の車両用二酸化炭素回収装置では、大気中に排気ガスを排出する前に排気ガス中に含まれている二酸化炭素を除去することができる。このため、車両から排出される二酸化炭素の量を大幅に削減することができる。
また、排気系には二酸化炭素吸収部４と並列にバイパス管７が設けられ、さらに排気ガスを二酸化炭素吸収部４とバイパス管７とに切替える分配装置としての電磁弁５及び電磁弁制御部１４が設けられているため、二酸化炭素吸収部４が何らかの理由によって詰まったり、排気ガスの流量が二酸化炭素吸収部４の能力を超えた場合などの場合に、バイパス管７を通じて排気ガスを逃がすことができ、各部の破損等のトラブルを回避することができる。

（ 実施形態２ ）
実施形態２の車両用二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を吸収した使用済みのアルカノールアミン化合物水溶液から二酸化炭素を回収することができるものである。この車両用二酸化炭素回収装置は、図１１に示すように、ＣＯ_２貯留タンク２１が配管２０を介して使用済吸収剤貯留槽１０に接続されており、配管２０の途中には二方性の電磁弁２２が設けられている。また、使用済吸収剤貯留槽１０は配管２４を介してエンジン冷却管２３に接続されており、配管２４の途中には二方性の電磁弁２５が設けられている。電磁弁２２及び電磁弁２５は電磁弁制御部１４によって制御可能とされている。他の構造は実施形態１の車両用二酸化炭素回収装置１と同様であり、説明を省略する。

この車両用二酸化炭素回収装置において、使用済吸収剤貯留槽１０に貯留されている使用済みのアルカノールアミン化合物水溶液から二酸化炭素を回収する場合には、電磁弁制御部１４によって電磁弁８を閉状態とするとともに、電磁弁２２及び電磁弁２５を開状態にする。電磁弁２５が開状態にされると、使用済吸収剤貯留槽１０からアルカノールアミン化合物水溶液がエンジン冷却管２３に流れ、エンジンから熱を吸収して再び使用済吸収剤貯留槽１０に戻る。こうして暖められたアルカノールアミン化合物水溶液は吸収した二酸化炭素を放出する。そして、放出された二酸化炭素は配管２０を通ってＣＯ_２貯留タンク２１に貯留され、使用済のアルカノールアミン化合物水溶液が再生される。
他の作用効果は実施形態１の車両用二酸化炭素回収装置と同様である。

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

本発明の車両用二酸化炭素回収装置のブロック図の例である。 排気ガス圧縮装置を備えた本発明の車両用二酸化炭素回収装置のブロック図の例である。 二酸化炭素吸収剤を回収する手段と、分離する手段と、保管する手段とが備えられた本発明の車両用二酸化炭素回収装置のブロック図の例である。 バブリングによる二酸化炭素吸収部の模式図である。 マイクロバブル発生装置による二酸化炭素吸収部の模式図である。 噴霧方式による二酸化炭素吸収部の模式図である。 充填剤を用いた二酸化炭素吸収部の模式図である。 バブリングによるに二酸化炭素トラップの模式図である。 実施形態１の車両用二酸化炭素回収装置のブロック図である。 実施形態１の車両用二酸化炭素回収装置のフローチャートである。 実施形態２の車両用二酸化炭素回収装置の一部ブロック図である。

符号の説明

４…二酸化炭素吸収部
１８…温度調製装置（温度調整部）
１９…温度センサー
２…消音器
７…バイパス管（バイパス部）
５…電磁弁（分配装置）
１１…コンプレッサ（排気ガス圧縮装置）
９…吸収剤貯留槽（二酸化炭素吸収剤を供給する手段）
１０…使用済吸収剤貯留槽（二酸化炭素吸収剤を回収する手段）
２３…エンジン冷却管２３（二酸化炭素を分離する手段）
２１…ＣＯ_２貯留タンク（二酸化炭素を保管する手段）

Claims (8)

1. 車両の排気系に取付けられて排気ガス中の二酸化炭素を除去する、ことを特徴とする車両用二酸化炭素回収装置。
2. 車両の排気ガスに接触する二酸化炭素吸収部と、
   該二酸化炭素吸収部の温度を調整する温度調整部と、を備え、
   前記温度調整部は車両の走行風及び／又は内燃機関の冷却水を利用して前記二酸化炭素吸収部の温度を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用二酸化炭素回収装置。
3. 前記二酸化炭素吸収部は前記排気系において消音器内若しくは該消音器の下流側に配置される、ことを特徴とする請求項２に記載の車両用二酸化炭素回収装置。
4. 前記排気系には前記二酸化炭素吸収部と並列にバイパス部が設けられ、前記排気ガスを前記二酸化炭素吸収部と前記バイパス部とに分配又は切替える分配装置が更に備えられる、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用二酸化炭素回収装置。
5. 前記分配装置は前記車両の内燃機関の回転数に基づき、前記排気ガスの分配又は切替えを制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の車両用二酸化炭素回収装置。
6. 前記排気ガスを圧縮して前記二酸化炭素吸収部へ送る、排気ガス圧縮装置が更に備えられる、ことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の車両用二酸化炭素回収装置。
7. 前記二酸化炭素吸収部へ二酸化炭素吸収剤を供給する手段と、前記二酸化炭層吸収部から前記二酸化炭素吸収剤を回収する手段と、該回収された二酸化炭素吸収剤から二酸化炭素を分離する手段と、分離された二酸化炭素を保管する手段と、が更に備えられる、ことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の車両用二酸化炭素回収装置。
8. 車両の排気ガスに接触する二酸化炭素吸収部と、
   該二酸化炭素吸収部の温度を調整する温度調整部とを備え、
   前記温度調整部は車両の走行風及び／又は内燃機関の冷却水を利用して前記二酸化炭素吸収部の温度を調整することを特徴とする車両。

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