JP2017511439A - 車両において使用するための供給システム - Google Patents

Abstract

本発明は、車両上に搭載可能なサブシステム（７）を提案する。このサブシステムは、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物を受領することができ、また、その混合物から、アンモニアリッチな成分と二酸化炭素リッチな成分とを生成することができ、この場合、アンモニアリッチな成分は、混合物と比較して、より少ない重量比率の二酸化炭素しか含有していないものとされ、二酸化炭素リッチな成分は、混合物と比較して、より少ない重量比率のアンモニアしか含有していないものとされる。

Description

本発明は、車両上に搭載可能なサブシステムに関するものであり、また、車両上の構成部材内に、とりわけ、排気ライン内に、あるいは、車両上の燃料電池内に、アンモニアリッチな成分を注入するためのシステムに関するものである。さらに、本発明は、そのようなサブシステムの使用や、車両内のシステム、に関するものである。

ＮＯｘの排出を低減することを目的として、車両の排気ラインに対してアンモニアまたはアンモニア前駆体を供給するための従来システムが存在している。ＳＣＲ（選択的触媒還元）プロセスを使用することにより、車両エンジンからの排気ガスの中の窒素酸化物を、窒素ガスと水とに変換することができる。

排気ラインが十分に高温でないときには、二酸化炭素の存在のために、排気パイプ内には、固体成分および堆積物が形成される。これは、特に、車両の起動直後の場合であり、制御システムによって、二酸化炭素を含有した還元剤の初期注入を遅らせ、これにより、窒素酸化物の還元に関しては、性能が比較的悪いものとなってしまう。特に、これは、検定条件下で得られる性能に関して、不利なものとなる。また、そのような堆積物は、注入モジュールの汚れや詰まりを引き起こしかねない。

２０１３年１２月２０日付けで出願されたＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０７７８５１ ＵＳ ３，１１２，１７７ ＵＳ ４，０６０，５９１ ＵＳ ４，１６３，６４８

より一般的には、車両の様々な構成部材に関して、それら構成部材の性能を妨害することなく、アンモニアを含有した混合物（すなわち、成分）を取得して使用することが望ましい。

本発明の様々な実施形態の目的は、車両のためのサブシステムであって、例えば排気ラインや燃料電池といったような車両上の構成部材において使用するのに適した態様でアンモニア成分を供給し得るサブシステムを提供することである。格別の実施形態は、固体堆積物を低減させ得るようなあるいは除去し得るような改良された供給システムを提供することを目的とする。

本発明の第１見地によれば、車両上に搭載可能な（すなわち、取り付けるのに適した）サブシステムが提供される。このサブシステムは、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物を受領することができ、また、その混合物から、アンモニアリッチな成分と二酸化炭素リッチな成分とを生成することができる。アンモニアリッチな成分は、混合物と比較して、より少ない重量比率の二酸化炭素しか含有していないものとされ、二酸化炭素リッチな成分は、混合物と比較して、より少ない重量比率のアンモニアしか含有していないものとされる。

本発明の第２見地によれば、車両上の構成部材の中にアンモニアリッチな成分を注入する（あるいは、搬送する）ためのシステムが提供され、このシステムは、第１見地によるサブシステムと；第１位置において構成部材の中にアンモニアリッチな成分を注入または噴霧するためのアンモニアインジェクタモジュールと；を具備している。

構成部材は、例えば、排気ラインや、燃料電池や、内燃エンジンといったような構成部材、とすることができる。本発明の様々な実施形態を内部で使用し得る燃料電池は、例えば、本願出願人による特許文献１に記載されている。

混合物や、それから得られるアンモニアリッチな成分や、二酸化炭素リッチな成分が、例えば不純物や他の廃液といったような、アンモニア（水素化されたアンモニア／アンモニウムハイドロオキサイド）や水や二酸化炭素以外の他の成分を含有し得ることに、注意されたい。例えば、混合物が、水性尿素溶液の分解によって得られる場合には、例えばアンモニウムハイドロゲンカーボネートといったような、アンモニア前駆体（例えば、アンモニア前駆体のうちの、未だ分解されていない一部分）および他の組成物の残渣を含有することができる。

そのようなシステムは、システムを低温で使用することができて構成部材の中に堆積物が堆積するというリスクがないという利点を有しているとともに、注入される成分の中のアンモニア濃度が、従来システムと比較して、より大きいという利点を有しており、さらに、二酸化炭素リッチな成分を、第１位置とは異なる位置で使用できる、例えば、固体堆積物を引き起こすリスクがない位置であるいは固体堆積物を引き起こすリスクが少ない位置で使用できる、という利点を有している。二酸化炭素リッチな成分は、例えば、ガスとして除去することができる。

構成部材が排気ラインとされた好ましい実施形態においては、システムは、さらに、選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニットを具備している。選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニットは、排気ライン内の排気ガスの中の窒素酸化物を、触媒を使用して、窒素ガスと水とに変換することができる。その場合、アンモニアインジェクタモジュールは、選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニットよりも上流側のところで、排気ライン内へとアンモニアリッチな成分を注入することができる。

好ましくは、システムは、さらに、二酸化炭素インジェクタモジュールを具備し、二酸化炭素インジェクタモジュールは、第２位置のところで、排気ライン内へと二酸化炭素リッチな成分を注入することができる。第２位置は、第１位置の、上流側とも下流側とも、することができる。第２位置を第１位置よりも上流側であるように選択することにより、排気ラインの温度は、典型的には、エンジンに対してより近くに位置していることのために、より高温となる。これにより、堆積物というリスクが低減される。ＣＯ２リッチな成分の中に水が存在している場合には、この水も、また、エンジンのより近くに注入される。これにより、第１位置と比較して、この位置がより高温であることのために、水は、より速く蒸発することとなる。

例示としての一実施形態においては、システムは、さらに、二酸化炭素リッチな成分を貯蔵するための二酸化炭素バッファを具備することができる。この二酸化炭素バッファは、サブシステムと二酸化炭素インジェクタモジュールとの間に配置される。このようにして、二酸化炭素リッチな成分を、適切なタイミングで注入することができる。この場合、二酸化炭素リッチな成分は、ＮＨ３リッチな成分よりも下流側に注入することができる。タイミングを制御するために、二酸化炭素インジェクタモジュールを制御するための制御ユニットを設けることができる。制御ユニットは、例えば、排気ラインの温度が所定しきい値温度よりも高温である場合に二酸化炭素インジェクタモジュールを駆動し得るように、構成することができる。

好ましい実施形態においては、システムは、さらに、酸素によって、排気ガスの成分の酸化を促進させ得るよう構成されたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニットを具備し、アンモニアインジェクタモジュールは、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニットよりも下流側において、排気ライン内へとアンモニアリッチな成分を注入することができる。例示としての一実施形態においては、二酸化炭素リッチな成分が注入される第２位置は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニットよりも上流側に、配置することができる。

サブシステムは、混合物を加熱および加圧することによって、混合物からＣＯ２を分離させることができ、これにより、液体廃液の上方の蒸気内におけるＣＯ２の分圧を、合計圧力の５０％を超えるものとすることができる。これにより、ＣＯ２リッチな成分を排出することができる。ＮＨ３−ＣＯ２−Ｈ２Ｏからなる三元混合物の分離は、とりわけ特許文献１〜３に記載されているように、産業設備の分野においては、公知である。

例示としての一実施形態においては、サブシステムは、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物を、第１のアンモニアリッチな成分と、二酸化炭素リッチな成分と、に分離させ得る分離ユニットであるとともに、アンモニアリッチな成分が、混合物と比較して、より少ない重量比率の二酸化炭素しか含有していないものとされ、二酸化炭素リッチな成分が、混合物と比較して、より少ない重量比率のアンモニアしか含有していないものとされた、分離ユニットと；第１のアンモニアリッチな成分を乾燥させることにより、典型的にはガス成分として、第２のアンモニアリッチな成分を生成する乾燥ユニットであるとともに、第２のアンモニアリッチな成分が、第１のアンモニアリッチな成分と比較して、より少ない重量比率の水しか含有していないものとされた、乾燥ユニットと；を具備している。その場合、アンモニアインジェクタモジュールは、排気ライン内にアンモニアリッチな成分を注入することができる。

好ましくは、乾燥ユニットは、第１のアンモニアリッチな成分を、分離ユニット内で使用されている圧力と比較してより低い圧力で加熱および／または加圧することにより、第１のアンモニアリッチな成分から水を除去することができる。

付加的には、システムは、さらに、アンモニアリッチな成分を貯蔵するためのアンモニアバッファを具備することができ、このアンモニアバッファは、サブシステムとアンモニアインジェクタモジュールとの間に配置される。より好ましくは、乾燥ユニットを備えた実施形態においては、そのバッファは、乾燥ユニットとアンモニアインジェクタモジュールとの間に配置される。ＮＨ３リッチな成分からの水の除去は、乾燥した第２のアンモニアリッチな成分を貯蔵するためのバッファ内において使用し得る吸収塩の劣化を回避することができ、排気パイプ内におけるＮＨ３リッチな成分の濃度および反応性をさらに増強することができる。

例示としての一実施形態においては、システムは、尿素溶液を、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物へと変換し得るよう構成された尿素分解ユニットを具備している。尿素分解ユニットの出口は、サブシステムに対して（サブシステムの入口ポートに対して）流体連通されており、サブシステムに対して混合物を提供することができる。さらに、尿素溶液を貯蔵するためのタンクを設けることができ、このタンクは、尿素分解ユニットの入口に対して流体連通している。付加的には、サブシステムと尿素分解ユニットとを連結しているライン内に、ポンプを設けることができる。

一実施形態においては、アンモニア前駆体を貯蔵するためのタンクを設けることができる。アンモニア前駆体は、例えば、水の中に、少なくとも１０％の尿素を有した最大で共晶の３２．５重量％の尿素を有した濃縮された尿素溶液とされる。タンクは、アンモニア前駆体分解ユニットに対して連結される。アンモニア前駆体分解ユニットは、アンモニアと二酸化炭素と水と可能であればアンモニウムバイカーボネート等のＣＯ２派生物といったような他の成分とを含有した混合物を生成することができる。特定の一実施形態においては、アンモニア前駆体は、液体アンモニア前駆体とすることができ、特に、溶液とすることができる。他の特定の実施形態においては、アンモニア前駆体は、固体とすることができる。

一実施形態においては、アンモニア前駆体の分解に起因する混合物を貯蔵するためのタンクが設けられる。そのような混合物は、水と、アンモニア（水素化されたアンモニア、あるいは、アンモニウムハイドロオキサイドの態様とされたアンモニア）と、アンモニア前駆体の分解に起因する廃液と、を含有している。そのような廃液は、二酸化炭素と、アンモニア前駆体の残渣（すなわち、アンモニア前駆体のうちの、未だ分解されていない部分）と、可能であれば、例えばアンモニウムハイドロゲンカーボネートといったような他の成分と、を含有している。アンモニア前駆体がアンモニア前駆体溶液とされている特定の場合においては、アンモニア前駆体の分解に起因する混合物を使用することの利点は、そのような混合物が、アンモニア前駆体溶液が利用できない（一般的には、凍ることのために利用できない）温度で、利用可能であって活性である（すなわち、排気ガス内ですぐに利用することができる）ことである。

可能な実施形態においては、サブシステムは、熱ハイドロセクションを備えており、熱ハイドロセクションは、この熱ハイドロセクションの第１部分と第２部分との間に温度差を生成することができ、この温度差により、第１部分内において混合物を蒸発させるとともに、第２部分において混合物を凝縮させ、これにより、第１部分と第２部分との間において振動流を生成させ、さらに、第２部分は、アンモニアインジェクタモジュールに対して連結される。好ましくは、第１部分は、例えばガス解放バルブを介して、二酸化炭素インジェクタモジュールに対して連結される。これが、例示としての一実施形態に過ぎないこと、また、例えばサブシステムが複数の加熱ステージおよび複数の加圧ステージを備えるといったように、本発明の範囲内においてサブシステムの多様な他の変形例が可能であることに、注意されたい。

例示としての一実施形態においては、システムは、熱ハイドロセクションに対しての供給ラインと、この供給ライン内に設けられたバルブと、を備えている。バルブは、熱ハイドロセクションから供給ラインへと戻る流れを阻止し得るとともに、熱ハイドロセクションに対しての流れを許容することができる。

熱ハイドロセクションは、第１部分を加熱するために、以下の構成部材のうちの任意の１つまたは複数のものを有することができる。すなわち、排気ライン、エンジンブロック、エンジンの冷却システム、燃料電池の冷却システム、および／または、第２部分を冷却するための１つまたは複数の以下の構成部材、すなわち、外部雰囲気からのエアを使用した冷却部材、エアコンシステム。

システムの他の例示としての一実施形態においては、構成部材は、例えば燃料電池といったような発電機とされ、発電機は、アンモニアリッチな成分を使用して電力を生成し得るものとされる。

第２の見地によれば、本発明は、車両内における上記のサブシステムあるいは上記のシステムの使用に関するものである。

可能な実施形態においては、サブシステムは、熱ハイドロセクションを備えており、熱ハイドロセクションは、この熱ハイドロセクションの第１部分と第２部分との間に温度差を生成することができ、この温度差により、第１部分内において混合物を蒸発させるとともに、第２部分において混合物を凝縮させ、これにより、第１部分と第２部分との間において振動流を生成させることができる。

好ましい実施形態においては、サブシステムは、１．５ｂａｒｓ（絶対圧力）よりも大きな圧力でＣＯ２リッチな成分を分離するための少なくとも１つのステップを使用して混合物を分離し得るよう構成されている。ＣＯ２リッチな成分（なおかつ、ＮＨ３プアな成分）は、ＤＯＣユニットの上流側または下流側において、ＳＣＲまたはＳＣＲＦ触媒ユニットの上流側において、排気パイプに対して送出することができる。

本発明の様々な実施形態は、残渣／固体堆積物というリスクを引き起こすことなく低温で動作しつつも水の蒸発のために少ない熱量しか消費しないことのために、ＮＯｘ還元のためのより大きな活性度を提供する高濃度のアンモニアを含有したアンモニアリッチな成分を使用して動作する可能性を提示し、これにより、より良好なＮＯｘ還元性能を提供することができる。さらにまた、ＣＯ２リッチな成分は、付加的には水を含有したＣＯ２リッチな成分は、固体堆積物を引き起こすことなく除去することができ、排気ガスの温度が低すぎて汚染除去性能に関する条件が良好でない場合にはいつでも、注入を遅らせることができる。さらに、ＣＯ２リッチな成分（なおかつ、ＮＨ３プアな成分）が、ＤＯＣユニットの下流側に注入される場合には、残っているＮＨ３は、ＳＣＲ触媒によって利用可能であり、ＮＨ３の低消費量を確保することができる。この残渣が典型的には少ないことのために、投与の擾乱は、限定的である。ＣＯ２リッチな成分（なおかつ、ＮＨ３プアな成分）が、ＤＯＣユニットの上流側に注入される場合には、残っているＮＨ３は、ＤＯＣユニット内において除去される（ＮＯｘへと変換される）。

本発明の第１の見地に関して上述した様々な特徴点は、また、本発明の他の見地に対しても、適用することができる。

添付図面は、本発明によるデバイスの現時点で好ましい非限定的な例示としてのいくつかの実施形態を図示するために使用されている。本発明の上記の利点や他の理由や上記の特徴点や他の特徴点や上記の目的や他の目的は、添付図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。また、それにより、本発明がより明瞭に理解されるであろう。

排気ライン内にアンモニアを注入するためのシステムの第１実施形態を示す図である。 排気ライン内にアンモニアを注入するためのシステムの第２実施形態を示す図である。 排気ライン内にアンモニアを注入するためのシステムの第３実施形態を示す図である。 排気ライン内にアンモニアを注入するためのシステムの第４実施形態を示す図である。 排気ライン内にアンモニアを注入するためのシステムの第５実施形態を示す図である。 サブシステムの一実施形態を示す図である。 排気ライン内にアンモニアを注入するためのシステムのさらに進化した実施形態を示す図である。 燃料電池内にアンモニアを注入するためのシステムの一実施形態を示す図である。

図１は、排気ガス内にアンモニアを供給するためのシステムの第１実施形態を示している。このシステムは、車両エンジン１５からの排気ライン１４内の排気ガスからＮＯｘを除去するためのアンモニアを提供することを、目的としている。図１のシステムは、ＳＣＲ（選択的触媒還元）プロセスを使用している。ＳＣＲプロセスにおいては、排気ライン１４内に設けられた選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット１２を通過する際に触媒を使用して、排気ライン内の排気ガスの中の窒素酸化物を、窒素ガスと水とに変換する。

システムは、尿素溶液によって充填されたタンク１を備えている。尿素溶液は、例えば、市販の、３２．５％の尿素を含有した AdBlue（登録商標） 溶液とされる。タンク１は、好ましくは、プラスチックや例えば高密度ポリエチレンといったようなポリマーから形成され、射出成型プロセスやブロー成型プロセスによって成型される。タンク内の尿素溶液をアンモニアと二酸化炭素と水とを含有した溶液へと変換するための尿素分解ユニット２が設けられている。尿素分解ユニット２は、タンク１内に一体化することができる、あるいは、タンク１の外部に設けることができる。タンク１と尿素分解ユニット２との間の流体連通は、入口２ａを介して行われる。尿素分解ユニット２は、例えばバイオ剤３（好ましくは、酵素、ウレアーゼ）を使用したユニットとすることができ、ＮＨ３／ＣＯ２混合物を得ることができる。ＮＨ３／ＣＯ２混合物は、水性溶液とすることができる、および／または、液体とすることができる、および／または、粒子が懸濁した液体とすることができる。バイオ剤は、ヒータ４によって熱的に活性化することができる。このような尿素分解ユニットの例は、本願出願人によるＥＰ１３１８２９１９．４およびＥＰ１２１９９２７８．８に記載されている。これら文献の記載内容は、参考のためここに組み込まれる。これら文献において、本願出願人は、車両（乗用車、トラック、等）上でアンモニアを生成するための、生物学的触媒をベースとした新規な２つの方法を提案した。生物学的触媒は、活性種（すなわち、生物学的触媒）が生物学的物質や生物学的物質の組合せとされているようなすべての態様の触媒を含有している。とりわけ、酵素や、細胞より小さい小器官や細胞全体や多細胞器官、が挙げられる。より詳細には、第１の方法においては、タンパク質成分を使用することにより、アンモニア前駆体溶液（例えば、尿素）を、少なくともアンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物へと加水分解（すなわち、分解）するための触媒作用を及ぼす。そのような第１の方法は、ＥＰ１３１８２９１９．４において詳細に説明されている。本願出願人による第２の方法においては、タンパク質成分を使用することにより、アンモニア前駆体溶液（例えば、尿素）を、アンモニアガスへと加水分解（すなわち、分解）するための触媒作用を及ぼす。例えば、生成されたアンモニアガスは、固体吸収マトリクスへと案内（すなわち、搬送）することができ、その固体吸収マトリクスへの吸着によって貯蔵される。そのような第２の方法は、ＥＰ１２１９９２７８．８において詳細に説明されている。

ＮＨ３／ＣＯ２混合物は、例えば付加的なポンプ５の動作によりあるいは単に重力の作用により、尿素分解ユニット２からのライン６を通して、分離セクション７の態様とされたサブシステムへと、抽出される。サブシステムすなわち分離セクション７は、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物を、アンモニアリッチな成分と二酸化炭素リッチな成分とに分離することができる。アンモニアリッチな成分は、典型的には、二酸化炭素をごくわずかしか含有しておらず、二酸化炭素リッチな成分は、典型的には、混合物からの二酸化炭素を大部分として含有している。サブシステム７は、加熱および加圧することができる。これにより、ＣＯ２リッチな流れを、ＮＨ３リッチな溶液から分離することができ、１つまたは複数の分離ステージを有したものとして構成することができる。

ＮＨ３リッチな溶液は、ＳＣＲユニット１２の上流側とされた第１位置に配置されたアンモニアインジェクタ１１を使用して、車両の排気ライン１４内へと噴霧される。アンモニアインジェクタ１１は、排気ライン１４内へと、アンモニアリッチな成分を注入することができる。

ＣＯ２リッチな成分は、サブシステム７と排気ライン１４との間のライン８を通して、例えばジェットの態様とされたインジェクタモジュール９を使用して、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）ユニット１３よりも下流側において、排気ライン１４内へと導入される。二酸化炭素インジェクタモジュール９は、二酸化炭素リッチな成分を、第２位置において、排気ライン１４内へと注入することができる。第２位置は、ＮＨ３リッチな成分が注入される第１位置と比較して、より上流側とされている。ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニット１３は、酸素によって、排気ガス成分の酸化を促進することができる。ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）は、酸化によって、複数の排気ガス成分の酸化を促進することができる。ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）は、ディーゼル排気ガス内において十分な量で存在している。酸化触媒を通過した後に、排気ガス内のある種のディーゼル汚染物質は、酸化によって、無害な物質へと変換することができる。第２位置を第１位置よりも上流側として選択することにより、排気ラインの温度を、典型的には、より高温とすることができる。なぜなら、エンジンに近いからである。これにより、堆積物の発生というリスクを、低減することができるあるいは回避することができる。

付加的には、排気ガス内へと注入する前にアンモニアリッチな成分を貯蔵するためのバッファ２０を設けることができる、および／または、排気ガス内へと注入する前に二酸化炭素リッチな成分を貯蔵するためのバッファ２１を設けることができる。

システムの全体は、電子ユニット（図１には図示されていない）によって、制御することができる。電子ユニットは、特定のタイミングでもって、アンモニアインジェクタモジュール１１および／または二酸化炭素インジェクタモジュール９を動作させることができる。好ましくは、二酸化炭素インジェクタモジュール９は、堆積を避ける目的で、排気ライン１４が十分に高温である場合にのみ、注入を行う。

図２は、例示としての第２実施形態を示す図であって、同様の構成部材には同じ参照符号が付されている。この第２実施形態は、第１実施形態と同様ではあるものの、排気ライン１４内に二酸化炭素を注入するための例えばジェットといったようなインジェクタモジュール９が、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニット１３の上流側とされた第２位置に配置されている点において、相違している。これにより、ＣＯ２リッチな流れは、ＤＯＣユニット１３よりも上流側に導入される。このようにして、二酸化炭素リッチな成分は、より高温が利用可能であるような、よりエンジン１５に近いところにおいて、注入される。固体堆積物を、容易に回避することができる。また、二酸化炭素リッチな成分の中に水が存在している場合には、この水は、エンジンに近くてより高温であることのために、より容易に蒸発することとなる。

図３は、例示としての第３実施形態を示す図であって、同様の構成部材には同じ参照符号が付されている。この第３実施形態においては、サブシステム７は、分離ユニット１７と、乾燥ユニット１６と、を有している。分離ユニット１７は、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有する溶液を、アンモニアリッチな成分と二酸化炭素リッチな成分とに、分離することができる。乾燥ユニット１６は、アンモニアリッチな成分を乾燥させることができ、これにより、典型的にはガス成分として、乾燥した第２のアンモニアリッチな成分を得ることができる。第２のアンモニアリッチな成分は、第１のアンモニアリッチな成分と比較して、より少ない重量％の水しか含有していない。アンモニアインジェクタモジュール１１は、排気ライン１４内へと、第２のアンモニアリッチな成分を注入することができる。

第１のアンモニアリッチな成分から抽出された水は、ライン１９を通して尿素分解ユニット２へと戻され、これにより、タンク１からのアンモニア前駆体を希釈することができる。尿素分解ユニット２が酵素を使用している場合には、戻された水は、酵素の活性をさらに促進することができる。他の非限定的な変形例においては、ライン１９は、タンク１に対して連結することができる。これにより、水の流れを使用することにより、タンク１内の内容物を希釈することができる。さらに、ドレインバルブ２２を設けることができる。これにより、多すぎる量の水が、タンク１へとあるいは尿素分解ユニット２へと、戻ることを回避することができる。

図４は、例示としての第４実施形態を示す図であって、同様の構成部材には同じ参照符号が付されている。この第４実施形態は、第３実施形態と同様ではあるものの、典型的にはガス成分といったような、乾燥した第２のアンモニアリッチな成分が、吸着／脱着ユニット２０内に吸着される点において、相違している。吸着／脱着ユニット２０は、ＳＣＲの目的のためにインジェクタ１１に対して乾燥した第２のアンモニアリッチな成分を提供し得るバッファとして機能する。乾燥ユニット１６内における第１のアンモニアリッチな成分の乾燥の結果として生じる水は、ライン１９を通して排出することができる。付加的には、ライン１９は、図３を参照して上述したように、タンク１に対してあるいは尿素分解ユニット２に対して接続することができる。

図５は、例示としての第５実施形態を示す図であって、同様の構成部材には同じ参照符号が付されている。この第５実施形態は、第４実施形態と同様ではあるものの、ＣＯ２リッチな流れを注入するためのインジェクタモジュール９が、エンジン１５の出口とＤＯＣユニット１３の入口との間に配置されている点において、相違している。

図６は、熱ハイドロセクションという態様とされたサブシステム７の可能な一実施態様を示している。熱ハイドロセクションは、この熱ハイドロセクションの第１部分と第２部分との間において温度差を生成することができ、この温度差によって、第１部分においては、蒸発させ得るとともに、第２部分においては、凝縮させることができる。これにより、第１部分と第２部分との間において、振動流を生成することができる。熱ハイドロ振動は、加熱デバイス７１と冷却デバイス７２とを有してなる熱ハイドロユニットの作用に基づいて振動流を引き起こすことによって、得られる。加熱デバイス７１は、例えば、排気ラインや、内燃エンジンそのものや、内燃エンジンの冷却回路の派生ラインまたはメインライン、等とすることができる。好ましくは、加熱デバイス７１は、温度が上昇して冷却が必要な構成部材や、あるいは、熱を除去することが有利な構成部材、とされる。熱ハイドロユニットの冷却デバイス７２は、例えば、外部雰囲気や、あるいは、エアコンシステムの派生ラインまたはメインライン、とすることができる。冷却デバイス７２は、さらに、冷却性能を高める目的で、公知の熱伝達デバイスおよび断熱材料を有することができる。サブシステム７においては、効果的な蒸発および凝縮が、加熱デバイス７１および冷却デバイス７２において行われ、これにより、振動流が引き起こされる。加熱デバイス７１内で蒸発した流体は、尿素分解ユニット２とサブシステム７との間のライン６内に設置された一方向バルブ７４の存在のために、冷却デバイス７２に向けて流れる。一方向バルブ７４は、サブシステム７から尿素分解ユニット２へと戻る向きの流れを阻止し得るものの、尿素分解ユニット２からサブシステム７への流れは許容する。加熱デバイス７１の存在による蒸発は、また、ライン１０内の流体を加圧することとなる。流体は、冷却デバイス７２内において凝縮し、これにより、加熱デバイス７１のところに負圧を生成する。これにより、尿素分解ユニット２からサブシステム７内へと、再度、流体が吸引される。典型的には、サブシステム７内へと流入する流体は、ＮＨ３／ＣＯ２水性混合物である。この混合物が加熱されたときには、ＣＯ２が、ガス解放バルブ７３を通して、先の実施形態の場合と同様にして排気ラインに対して接続可能とされたライン８へと、流出する。ガス解放バルブ７３は、ガスだけを逃がすことができて、液体を通し得ないように、構成される。加えて、ガス解放バルブ７３を通しては、ガスも液体も、サブシステム７内へと流入することはできない。排気ラインへと伝達される液相は、ＮＨ３リッチな成分である。さらなる進展した実施形態（図示せず）においては、サブシステム７は、分離ステージとポンピングステージとの双方として機能することができる。それは、一方向バルブ７４の存在のためである。これにより、図１〜図５の実施形態において、ポンプ５を省略することができる。

図７は、本発明によるシステムのさらなる進展した実施形態を示している。このシステムは、タンク１と、連結チューブ６を介して連結されたループ回路６０と、を備えている。連結チューブ６には、オリフィスバルブ２５が設けられており、ループ回路６０には、オリフィスバルブ２６と、一方向バルブ３１と、熱ハイドロユニット３０と、２つの制御バルブ２３，２４の間に位置したバッファ４０と、が設けられている。インジェクタ１１は、バッファ４０に対して連結されており、排気ライン１４内へと流体を注入することができる。さらに、制御バルブ２３，２４の位置を制御し得る制御手段を設けることができる。サブシステム７は、連結チューブ６とループ回路６０との間に、追加される。バッファ２から搬送される流体は、ＮＨ３／ＣＯ２水性混合物である。サブシステム７は、ＮＨ３リッチな溶液からＣＯ２リッチな流れを抽出することができる。ＣＯ２リッチな流れは、抽出される。例えば、インジェクタへと送られて、インジェクタ１１の上流側の第２位置において、排気ライン１４内へとＣＯ２リッチな成分が注入される。ＮＨ３リッチな溶液は、ループ回路６０内において流体流れを形成する。サブシステム７は、図７に示すようにメインフローラインとリターンラインとの交差箇所のところに配置することができる、あるいは、リターンラインの前においてメインフローライン上に配置することができるすなわち連結チューブ６上に配置することができる（この態様は図示されていない）、あるいは、リターンラインの後においてメインフローライン上に配置することができるすなわち交差箇所と熱ハイドロユニット３０との間に配置することができる（この態様も図示されていない）。これに代えて、サブシステム７は、図６の構成と同様に、熱ハイドロユニット３０内に組み合わせることができる。

図８は、さらなる例示としての実施形態を示す図であって、同様の構成部材には同じ参照符号が付されている。図８のシステムにおいては、アンモニアリッチな成分を、燃料電池８０内へと注入する。サブシステム７は、図３におけるサブシステムと同一であり、図３を参照して上述した説明を参照することができる。乾燥ユニット１６からの、乾燥した第２のアンモニアリッチな成分は、ライン１８を通して、燃料電池８０に対して送出される。燃料電池は、例えば本願出願人による特許文献１に記載されているように、アンモニアリッチな成分を使用することにより、電力を生成することができる。二酸化炭素リッチな成分は、ライン８を通して、別の場所へと流れることができる。

図３の実施形態の場合と同様に、アンモニアリッチな成分から抽出された水は、ライン１９を通して尿素分解ユニット２へと戻る。これにより、タンク１からのアンモニア前駆体を希釈することができる。図示していない他の変形例においては、ライン１９は、タンク１に対して接続することができ、これにより、水流を使用して、タンク１の内容物を希釈することができる。さらに、多すぎる量の水をタンク１へとあるいは尿素分解ユニット２へと戻すことを回避する目的で、排出バルブ２２を設けることができる。図示していないさらに他の変形例においては、図４の実施形態と同様にして、水流を排出することができる。

本発明の原理につき、いくつかの特定の実施形態を参照して上述したけれども、上記に説明が、例示に過ぎないこと、および、特許請求の範囲によって決定される本発明の範囲を何ら制限するものでないことは、理解されるであろう。

１ タンク
２ 尿素分解ユニット
５ ポンプ
７ サブシステム
９ 二酸化炭素インジェクタモジュール
１１ アンモニアインジェクタモジュール
１２ 選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット
１３ ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニット
１６ 乾燥ユニット
１７ 分離ユニット
２０ アンモニアバッファ
２１ 二酸化炭素バッファ

Claims (14)

1. 車両上に搭載可能なサブシステム（７）であって、
   このサブシステムが、
   −アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物を受領することができ、
   −その混合物から、アンモニアリッチな成分と二酸化炭素リッチな成分とを生成することができ、この場合、前記アンモニアリッチな成分が、前記混合物と比較して、より少ない重量比率の二酸化炭素しか含有していないものとされ、前記二酸化炭素リッチな成分が、前記混合物と比較して、より少ない重量比率のアンモニアしか含有していないものとされ、
   前記サブシステムが、尿素分解ユニットのうちの、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した前記混合物を流出させるための出口に対して、流体連通している、
   ことを特徴とするサブシステム。
2. 請求項１記載のサブシステムにおいて、
   前記サブシステムが、
   −アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した前記混合物を、第１のアンモニアリッチな成分と、二酸化炭素リッチな成分と、に分離させ得る分離ユニット（１７）であるとともに、前記アンモニアリッチな成分が、前記混合物と比較して、より少ない重量比率の二酸化炭素しか含有していないものとされ、前記二酸化炭素リッチな成分が、前記混合物と比較して、より少ない重量比率のアンモニアしか含有していないものとされた、分離ユニット（１７）と；
   −前記第１のアンモニアリッチな成分を乾燥させることにより、第２のアンモニアリッチな成分を生成する乾燥ユニット（１６）であるとともに、前記第２のアンモニアリッチな成分が、前記第１のアンモニアリッチな成分と比較して、より少ない重量比率の水しか含有していないものとされ、前記第２のアンモニアリッチな成分が、前記サブシステムが生成する前記アンモニアリッチな成分とされた、乾燥ユニット（１６）と；
   を具備している、
   ことを特徴とするサブシステム。
3. 請求項１または２記載のサブシステムにおいて、
   前記サブシステムが、
   前記混合物を受領する熱ハイドロセクションであるとともに、この熱ハイドロセクションの第１部分と第２部分との間に温度差を生成し、この温度差により、前記第１部分内において前記混合物を蒸発させるとともに、前記第２部分において前記混合物を凝縮させ、これにより、前記第１部分と前記第２部分との間において振動流を生成させ、さらに、前記第２部分が、生成された前記アンモニアリッチな成分のための出口を有し、さらに、前記第１部分が、前記二酸化炭素リッチな成分のための出口を示している、熱ハイドロセクション、
   を具備している、
   ことを特徴とするサブシステム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のサブシステムにおいて、
   前記サブシステムが、前記混合物を加熱および加圧することによって、前記混合物から二酸化炭素を分離させ、これにより、液相の上方の蒸気内における二酸化炭素の分圧が、合計圧力の５０％を超えるものとされ、これにより、前記二酸化炭素リッチな成分を排出することができる、
   ことを特徴とするサブシステム。
5. 車両上の構成部材の中にアンモニアリッチな成分を注入するためのシステムであって、
   −尿素溶液を、アンモニアと二酸化炭素と水とを含有した混合物へと変換し得るよう構成された尿素分解ユニット（２）と；
   −請求項１〜４のいずれか１項に記載されたサブシステムと；
   −第１位置において前記構成部材の中に前記アンモニアリッチな成分を注入または噴霧するためのアンモニアインジェクタモジュール（１１）と；
   を具備している、
   ことを特徴とするシステム。
6. 請求項５記載のシステムにおいて、
   前記構成部材が、排気ラインとされ、
   前記システムが、さらに、
   −前記排気ライン内の排気ガスの中の窒素酸化物を、触媒を使用して、窒素ガスと水とに変換し得るよう構成された選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット（１２）；
   を具備し、
   前記アンモニアインジェクタモジュールが、前記選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニットよりも上流側のところで、前記排気ライン内へと前記アンモニアリッチな成分を注入するものとされている、
   ことを特徴とするシステム。
7. 請求項５または６記載のシステムにおいて、
   前記構成部材が、排気ラインとされ、
   前記システムが、さらに、
   −前記第１位置よりも上流側に位置した第２位置のところで、前記排気ライン内へと前記二酸化炭素リッチな成分を注入するための二酸化炭素インジェクタモジュール（９）；
   を具備している、
   ことを特徴とするシステム。
8. 請求項７記載のシステムにおいて、
   前記システムが、さらに、前記二酸化炭素リッチな成分を貯蔵するための二酸化炭素バッファ（２１）を具備し、
   この二酸化炭素バッファ（２１）が、前記サブシステム（７）と前記二酸化炭素インジェクタモジュール（９）との間に配置されている、
   ことを特徴とするシステム。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
   前記構成部材が、排気ラインとされ、
   前記システムが、さらに、酸素によって、前記排気ガスの成分の酸化を促進させ得るよう構成されたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニット（１３）を具備し、
   前記アンモニアインジェクタモジュールが、前記ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ユニットよりも下流側において、前記排気ライン内へと前記アンモニアリッチな成分を注入するものとされている、
   ことを特徴とするシステム。
10. 請求項５または６記載のシステムにおいて、
    前記構成部材が、例えば燃料電池といったような発電機とされ、
    前記発電機が、前記アンモニアリッチな成分を使用して電力を生成し得るものとされている、
    ことを特徴とするシステム。
11. 請求項５〜１０のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
    前記システムが、請求項２に記載されたサブシステムを具備し、
    前記アンモニアインジェクタモジュール（１１）が、前記構成部材内に前記アンモニアリッチな成分を注入するものとされている、
    ことを特徴とするシステム。
12. 請求項５〜１１のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
    前記システムが、さらに、前記アンモニアリッチな成分を貯蔵するためのアンモニアバッファ（２０）を具備し、
    このアンモニアバッファ（２０）が、前記サブシステム（７）と前記アンモニアインジェクタモジュール（１１）との間に配置されている、
    ことを特徴とするシステム。
13. 請求項５〜１２のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
    前記システムが、さらに、水性尿素溶液を貯蔵するためのタンク（１）を具備し、
    このタンクが、前記尿素分解ユニット（２）に対して流体連通している、
    ことを特徴とするシステム。
14. 請求項５〜１３のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
    前記システムが、さらに、前記サブシステム（７）と前記尿素分解ユニットとの間のライン内に配置されたポンプ（５）を具備している、
    ことを特徴とするシステム。

Images