JP2019217465A - 内燃機関を動力として用いる車両に搭載するためのｃｏ２分離システム - Google Patents

内燃機関を動力として用いる車両に搭載するためのｃｏ２分離システム Download PDF

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Abstract

【課題】内燃機関を動力として用いる車両における排ガス中のＣＯ２を、排ガスよりも高い濃度で分離することができるＣＯ２分離システムを提供する。【解決手段】本開示のＣＯ２分離システムは、（Ａ）内燃機関が作動しており、かつ車両が走行しているときに、第１のＣＯ２供給側導入流路を介してＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ第１のＣＯ２透過側導入流路を介して第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に車両の外部から走行風を利用して空気を導入し、それによって、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、排ガス中のＣＯ２を、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に透過させる、第１のモードを行う。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関を動力として用いる車両に搭載するためのＣＯ２分離システムに関する。
内燃機関を有する車両の排ガスには、ＮＯｘ、ＣＯ、及びＣＨ等の成分が含まれていることが知られている。これらの成分は、通常は、内燃機関から生じる排ガスを浄化するための排ガス浄化触媒によって、Ｎ２、ＣＯ２、及びＨ２Ｏ等に変換されて、車両の外部に排出される。
車両の外部に排出されるガスのうち、ＣＯ２は、温室効果を有すると考えられており、その排出量を削減することが求められている。
特許文献１は、内燃機関の排気流からＣＯ２を捕捉して、例えば車両の燃料補給中に回収ステーションで排出するまでの間、一時的にＣＯ２を圧縮してその密度を高めることを開示している。
また、特許文献２は、排ガスから水及びＣＯ２を膜分離器により分離し、ＣＯ２を炭化水素燃料に変換することにより、車両のＣＯ２排出を低減することを開示している。
特表２０１５−５１０９９１号公報 特表２０１５−５０２４７４号公報
車両のＣＯ２排出を低減する観点から、内燃機関を動力として用いる車両において、排ガス中のＣＯ２を効率よく分離して回収することが求められている。
また、一般的に、多くの車両が往来する車道周辺の大気は、他の場所の大気よりもＣＯ２の濃度が高いと考えられる。そのため、車道周辺の大気中のＣＯ２も削減することができれば、より環境への負荷を軽減することができる。
本開示は、内燃機関を動力として用いる車両における排ガス中のＣＯ２及び車道周辺の大気中のＣＯ２を効率的に分離することができるＣＯ２分離システムを提供する。
本開示者らは、以下の手段により、上記課題を解決することができることを見出した：
〈態様１〉
内燃機関を動力源として用いる車両に搭載するためのＣＯ２分離システムであって、
内燃機関、
ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第１のＣＯ２分離装置、
前記内燃機関から生じる排ガスを前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第１のＣＯ２供給側導入流路、及び
前記車両の外部から空気を前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に導入する第１のＣＯ２透過側導入流路を有しており、
（Ａ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が走行しているときに、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記ＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２透過側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に、走行風を利用して前記車両の外部から空気を導入し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第１のモードを行う、
ＣＯ２分離システム。
〈態様２〉
前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第１の減圧装置を更に有しており、
（Ｂ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が停止しているときに、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第１の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第２のモードを行う、
態様１に記載のシステム。
〈態様３〉
ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第２のＣＯ２分離装置、
前記車両の外部から空気を前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路、及び
前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第２の減圧装置を更に有しており、
（Ｃ）前記内燃機関が停止しているときに、
前記第２のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記車両の外部から空気を導入し、かつ前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第２の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第３のモードを行う、
態様１又は２に記載のシステム。
〈態様４〉
前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第１の減圧装置、
ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第２のＣＯ２分離装置、
前記車両の外部から空気を前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路、及び
前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第２の減圧装置を更に有しており、
（Ｂ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が停止しているときに、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第１の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第２のモードを行い、
（Ｃ）前記内燃機関が停止しているときに、
前記第２のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記車両の外部から空気を導入し、かつ前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第２の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第３のモードを行う、
態様１に記載のシステム。
〈態様５〉
前記第１のＣＯ２分離装置と、前記第２のＣＯ２分離装置とが同一であり、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路と、前記第２のＣＯ２供給側導入流路とが同一であり、かつ
前記第１の減圧装置と、前記第２の減圧装置とが同一である、態様４に記載のシステム。
〈態様６〉
前記車両が、電気モーターを更に有し、それによって前記内燃機関及び前記電気モーターの少なくとも一方を切り替えて動力として用いるハイブリッド車両である、態様１〜５のいずれか一つに記載のシステム。
本開示によれば、内燃機関を動力として用いる車両における排ガス中のＣＯ２を、効率的に分離することができるＣＯ２分離システムを提供することができる。
図１は、第１のモードを行っている、本開示のＣＯ２分離システムの一部分の一例の模式図である。 図２は、第２のモードを行っている、本開示のＣＯ２分離システムの一部分の一例の模式図である。 図３は、第３のモードを行っている、本開示のＣＯ２分離システムの一部分の一例の模式図である。 図４は、第１のモード、第２のモード及び第３のモードを行うことができる、本開示のＣＯ２分離システムの他の例の概略図である。 図５は、第１のモード、第２のモード及び第３のモードを行うことができる、本開示のＣＯ２分離システムのさらに他の例の概略図である。
以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
《ＣＯ２分離システム》
本開示のＣＯ２分離システムは、内燃機関を動力源として用いる車両に搭載するためのＣＯ２分離システムである。本開示のＣＯ２分離システムは、内燃機関、ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第１のＣＯ２分離装置、内燃機関から生じる排ガスを第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第１のＣＯ２供給側導入流路、及び車両の外部から空気を第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に導入する第１のＣＯ２透過側導入流路を有する。
本開示のＣＯ２分離システムは、
（Ａ）内燃機関が作動しており、かつ車両が走行しているときに、
第１のＣＯ２供給側導入流路を介してＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ第１のＣＯ２透過側導入流路を介して第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に、走行風を利用して車両の外部から空気を導入し、それによって、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、排ガス中のＣＯ２を、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第１のモードを行う。
なお、本願明細書において、「走行風」とは、車両が走行している際に、車両と車両の外部との間に相対的に生じる空気の流れを意味する。
本開示のＣＯ２分離システムによって分離されたＣＯ２は、例えばプラズマにより分解し、Ｃ及びＯ２として排出することもできる。
更には、分離されたＣＯ２を回収して、炭化水素を合成するための原料とすることもできる。合成された炭化水素は、内燃機関に用いる燃料として再利用することができる。ＣＯ２から炭化水素を合成する方法としては、例えば排ガス中の水を電気分解して生成したＨ２を用いて炭化水素を合成する方法、水中に反応器と共にＣＯ２を導入して人工光合成によって炭化水素を合成する方法。
〈第１のモード〉
本開示のＣＯ２分離システムは、（Ａ）内燃機関が作動しており、かつ車両が走行しているときに、上記の第１のモードを行う。
図１は、第１のモードを行っている、本開示のＣＯ２分離システムの一部分の一例の模式図である。図１において明示されていないが、内燃機関は作動しており、かつ車両は走行している。
図１において、内燃機関１００から排出された排ガスは、矢印で示すように、第１のＣＯ２供給側導入流路４１０を介して第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１に導入される。また、車両の外部２００の空気は、矢印で示すように、走行風を動力として、第１のＣＯ２透過側導入流路４２０を介して第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２透過側３１２に供給される。これにより、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１には排ガスが存在し、かつＣＯ２透過側３１２には空気が存在する。
排ガス中のＣＯ２の分圧は、空気中のＣＯ２の分圧より高く、またベルヌーイの定理により、走行風によってＣＯ２透過側においてＣＯ２の静圧が低下しているので、第１のＣＯ２分離置３１０のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧に差が生じる。
この分圧の差を駆動力として、排ガス１０中のＣＯ２は、矢印で示すように、ＣＯ２透過膜３１３を介してＣＯ２供給側３１１からＣＯ２透過側３１２に透過する。
ＣＯ２透過側３１２に透過したＣＯ２は、矢印で示すように、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５を介して空気と共に第１のＣＯ２分離装置３１０の外部に排出される。また、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１に導入された排ガスの残りの成分は、矢印で示すように、第１のＣＯ２供給側排出流路４１５を介して、第１のＣＯ２分離装置３１０の外部に排出される。
なお、図１は、本開示のＣＯ２分離システムを、第１のＣＯ２供給側排出流路４１５及び第１のＣＯ２透過側排出流路４２５を有する態様に限定する趣旨ではない。
このように、第１のモードでは、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を利用することにより、ＣＯ２透過側において、ＣＯ２をより効率よく分離することができる。
〈第２のモード及び第３のモード〉
本開示のＣＯ２分離システムは、車両の状態に応じて、更に以下の第２のモード及び第３のモードを行うことができる。
（第２のモード）
本開示のＣＯ２分離システムは、（Ｂ）内燃機関が作動しており、かつ車両が停止しているときに、第２のモードを行ってもよい。本開示のＣＯ２分離システムが第２のモードを行う場合には、本開示のＣＯ２分離システムは、第１の減圧装置を更に有している。
第２のモードは、第１のＣＯ２供給側導入流路を介して第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を第１の減圧装置によって減圧し、それによって、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、排ガス中のＣＯ２を、第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる。
図２は、第２のモードを行っている、本開示のＣＯ２分離システムの一部分の一例の模式図である。図２において明示されていないが、内燃機関は作動しており、かつ車両は停止している。
図２において、内燃機関１００から排出された排ガスは、矢印で示すように、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１に導入される。また、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２透過側３１２は、第１の減圧装置５１０によって減圧される。これにより、ＣＯ２供給側３１１とＣＯ２透過側３１２との間にＣＯ２の分圧の差が生じる。
この分圧の差を駆動力として、排ガス中のＣＯ２は、矢印で示すように、ＣＯ２透過膜３１３を介してＣＯ２供給側３１１からＣＯ２透過側３１２に透過する。
ＣＯ２透過側３１２は、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５に配置された第１の減圧装置５１０によって減圧されているため、ＣＯ２透過側３１２に透過したＣＯ２は、矢印で示すように、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５を介して第１のＣＯ２分離装置３１０の外部に効率よく排出される。また、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１に導入された排ガスの残りの成分は、矢印で示すように、第１のＣＯ２供給側排出流路４１５を介して第１のＣＯ２分離装置３１０の外部に排出される。
なお、図２は、本開示のＣＯ２分離システムを、第１のＣＯ２供給側排出流路４１５及び第１のＣＯ２透過側排出流路４２５を有する態様に限定する趣旨ではない。また、図２は、本開示のＣＯ２分離システムを、第１のＣＯ２分離装置３１０の外部にＣＯ２を排出するための動力を第１の減圧装置５１０によって与える態様に限定する趣旨ではない。
このように、第２のモードでは、ＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧を利用することにより、ＣＯ２透過側において、ＣＯ２をより効率よく分離することができる。
本開示のＣＯ２分離システムが第１のモードに加えて第２のモードを行うことにより、内燃機関を動力として用いる車両における排ガス中のＣＯ２をより効率よく分離することができる。
（第３のモード）
本開示のＣＯ２分離システムは、更に（Ｃ）内燃機関が停止しているときに、第３のモードを行うことができる。本開示のＣＯ２分離システムが第３のモードを行う場合には、ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第２のＣＯ２分離装置、車両の外部から空気を第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路、及び第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第２の減圧装置を更に有している。
第３のモードは、第２のＣＯ２供給側導入流路を介して第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、車両の外部から空気を導入し、かつ第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を第２の減圧装置によって減圧し、それによって、第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、空気中のＣＯ２を、第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる。
図３は、第３のモードを行っている、本開示のＣＯ２分離システムの一部分の一例の模式図である。図３において明示されていないが、内燃機関は停止している。車両は、走行していても停止していてもよい。
図３において、車両の外部２００から導入された空気は、矢印で示すように、第２のＣＯ２供給側導入流路４３０を介して第２のＣＯ２分離装置３２０のＣＯ２供給側３２１に導入される。また、第２のＣＯ２分離装置３２０のＣＯ２透過側３２２は、第２の減圧装置５２０によって減圧される。これにより、ＣＯ２供給側３２１とＣＯ２透過側３２２との間においてＣＯ２の分圧の差が生じる。
この分圧の差を駆動力として、空気中のＣＯ２は、ＣＯ２透過膜３２３を介してＣＯ２供給側３２１からＣＯ２透過側３２２に透過する。
ＣＯ２透過側３２２は、第２のＣＯ２透過側排出流路４４５に配置された第２の減圧装置５２０によって減圧されているため、ＣＯ２透過側３２２に透過したＣＯ２は、矢印で示すように、第１のＣＯ２透過側排出流路４４５を介して第２のＣＯ２分離装置３２０の外部に効率よく排出される。また、ＣＯ２供給側３２１に導入された空気の残りの成分は、矢印で示すように、第２のＣＯ２供給側排出流路４３５を介して第２のＣＯ２分離装置３２０の外部に排出される。
また、図３は、本開示のＣＯ２分離システムが第２のＣＯ２供給側排出流路４３５及び第２のＣＯ２透過側排出流路４４５を有する態様に限定する趣旨ではない。また、図３は、本開示のＣＯ２分離システムを、第２のＣＯ２分離装置３２０の外部にＣＯ２を排出するための動力を第２の減圧装置５２０によって与える態様に限定する趣旨ではない。
このように、第３のモードでは、ＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧を利用することにより、ＣＯ２透過側において、ＣＯ２をより効率よく分離することができる。
また、本開示のＣＯ２分離システムが第１のモードに加えて第３のモードを行うことにより、内燃機関を動力として用いる車両における排ガス中のＣＯ２のみでなく、車道周辺の大気中のＣＯ２も分離することができる。
〈車両〉
本開示のＣＯ２分離システムが搭載される車両は、内燃機関を動力として用いる車両である。本開示のＣＯ２分離システムが搭載される車両は、電気モーターを更に有し、それによって内燃機関及び電気モーターの少なくとも一方を切り替えて動力として用いるハイブリッド車両であってよい。
このようなハイブリッド車両に本開示のＣＯ２分離システムを搭載する場合、車両の内燃機関が停止しており、電気モーターで車両が走行しているときにも、第３のモードを行うことが可能であり、車道周辺の大気中のＣＯ２をより効率よく分離することができる。この場合、第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差は、第２の減圧装置による第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側の減圧に加えて、又はこれに代えて、ベルヌーイの定理により、走行風によってＣＯ２透過側においてＣＯ２の静圧を低下させることによっても生じさせることができる。
〈ＣＯ２分離装置〉
本開示のＣＯ２分離システムは、第１のＣＯ２分離装置を有する。第１のＣＯ２分離装置は、ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する。
第１のＣＯ２分離装置が有するＣＯ２透過膜は、排ガス中からＣＯ２を選択的に透過することができるものであれば、特に限定されない。第１及び第２のモードにおいてＣＯ２透過膜を排ガスからＣＯ２を分離させるために用いる観点からは、このＣＯ２透過膜は、ゼオライト膜、又はシリカ膜等が好ましい。これらの透過膜は、機械的耐久性が高いためである。
また、本開示のＣＯ２分離システムが第３のモードを行う場合には、本開示のＣＯ２分離システムは、第２のＣＯ２分離装置を有する。第２のＣＯ２分離装置は、ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する。
第２のＣＯ２分離装置が有するＣＯ２透過膜は、空気中からＣＯ２を選択的に透過させることができるものであれば、特に限定されない。第３のモードにおいてＣＯ２透過膜を空気からＣＯ２を分離させるために用いる観点からは、このＣＯ２透過膜は、高分子膜等、比較的分圧差が小さい場合でも高効率で分離できるものを用いることが好ましい。
本開示のＣＯ２分離システムが第１〜第３のモードを行う場合において、第１のモード及び第２のモードにおいて用いられる第１のＣＯ２分離装置と、第３のモードにおいて用いられる第２のＣＯ２分離装置とは、別個のもの又は同一のものを利用することができる。この場合、ＣＯ２分離装置が有するＣＯ２透過膜は、排ガス及び空気中からＣＯ２を選択的に透過させることができるものが用いられる。
第１のモード及び第２のモードにおいて用いられる第１のＣＯ２分離装置と、第３のモードにおいて用いられる第２のＣＯ２分離装置とが別個である場合には、第１のモード及び第２のモードにおいて用いられる第１のＣＯ２分離装置については排ガス中のＣＯ２を透過させるのに適したＣＯ２透過膜を用い、第３のモードにおいて用いられる第２のＣＯ２分離装置については空気中のＣＯ２を透過させるのに適したＣＯ２透過膜をそれぞれ利用できる。そのため、ＣＯ２の透過に使用するＣＯ２透過膜をモードに合わせてＣＯ２透過膜を切り替えることができ、ＣＯ２分離を効率よく行うことができる。
また、第１のモード及び第２のモードにおいて用いられる第１のＣＯ２分離装置と、第３のモードにおいて用いられる第２のＣＯ２分離装置とが同一である場合には、本開示のＣＯ２分離システムを搭載するために必要な空間を縮小することができ、本開示のＣＯ２分離システムが搭載された車両の省スペース化が可能である。
〈流路〉
本開示のＣＯ２分離システムは、内燃機関から生じる排ガスを第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第１のＣＯ２供給側導入流路、及び車両の外部から空気を第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に導入する第１のＣＯ２透過側導入流路を有する。
第１のＣＯ２供給側導入流路は、内燃機関から生じる排ガスを第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入することができるものであれば、形態は特に限定されない。第１のＣＯ２供給側導入流路は、例えば内燃機関と第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とを連通する配管の形態を有していることができる。
第１のＣＯ２透過側導入流路は、車両の外部の空気を第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に導入することができるものであれば、形態は特に限定されない。第１のＣＯ２透過側導入流路は、例えば車両の外部と第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側とを連通する配管の形態を有していることができる。
本開示のＣＯ２分離システムにおいて、第３のモードを行う場合には、ＣＯ２分離システムは、車両の外部から空気を第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路を有する。
第２のＣＯ２供給側導入流路は、車両の外部の空気を第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入することができるものであれば、形態は特に限定されない。第２のＣＯ２供給側導入流路は、例えば車両の外部と第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とを連通する配管の形態を有していることができる。
第１のモード及び第２のモードにおいて用いられる第１のＣＯ２分離装置と、第３のモードにおいて用いられる第２のＣＯ２分離装置とが同一である場合には、第１のＣＯ２供給側導入流路と、第２のＣＯ２供給側導入流路とは同一であって良い。
第１のＣＯ２供給側導入流路と、第２のＣＯ２供給側導入流路とが同一の場合、ＣＯ２供給側導入流路は、例えばＣＯ２分離装置側の反対側において枝分かれした配管構造を有していることができる。この枝分かれした配管の一方が内燃機関とＣＯ２分離装置とを連通し、かつ他方の配管が車両の外部とＣＯ２分離装置とを連通させた構造を有していてもよい。
さらに、この枝分かれした配管のうち車両の外部とＣＯ２分離装置とを連通している配管にバルブ等の切替装置が設けられ、モードに応じてＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する気体を切り替えることができる構造を有していてもよい。
〈減圧装置〉
本開示のＣＯ２分離システムにおいて、第２及び第３のモードを行う場合には、ＣＯ２分離システムはそれぞれ第１及び第２の減圧装置を有する。減圧装置は、公知のものを用いることができる。減圧装置としては、例えば減圧ポンプを挙げることができる。
減圧装置は、第２及び第３のモードを行う際に、ＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧するために用いられる。また、減圧装置は、ＣＯ２透過側に透過したＣＯ２を、ＣＯ２分離装置の外部に排出するための動力として用いることができる。
第１の減圧装置と第２の減圧装置とは、同一又は別個のものであってよい。
《構成例》
本開示のＣＯ２分離システムは、例えば以下に示すような構成を有することができる。なお、これらの構成は、本開示のＣＯ２分離システムの態様を限定するものではない。
〈構成例１〉
図４は、第１のモード、第２のモード及び第３のモードを行うことができる、本開示のＣＯ２分離システムの他の例の概略図である。
図４において、ＣＯ２分離システムは、内燃機関１００、第１のＣＯ２分離装置３１０、第１のＣＯ２供給側導入流路４１０、第１のＣＯ２透過側導入流路４２０、第２のＣＯ２分離装置３２０、第２のＣＯ２供給側導入流路４３０、及び減圧装置５００を有する。
ここで、第１のＣＯ２分離装置３１０は、ＣＯ２供給側及３１１及びＣＯ２透過側３１２を隔てているＣＯ２透過膜３１３を有する。また、第２のＣＯ２分離装置３２０は、ＣＯ２供給側及３２１及びＣＯ２透過側３２２を隔てているＣＯ２透過膜３２３を有する。
第１のＣＯ２供給側導入流路４１０は、内燃機関１００と第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側３１１とを連通している。また、第１のＣＯ２透過側導入流路４２０は、車両の外部２００と第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２透過側３１２とを連通している。また、第２のＣＯ２供給側導入流路４３０は、車両の外部２００と第２のＣＯ２分離装置３２０のＣＯ２供給側３２１とを連通している。
ここで、図４において、ＣＯ２分離システムは、更に第１のＣＯ２透過側導入流路４２０の第１のＣＯ２分離装置３１０側の反対側に、車両の外部２００からの空気の導入量を調節可能なバルブ８０１が設けられている。また、第２のＣＯ２供給側導入流路４３０の第２のＣＯ２分離装置３２０側の反対側に、車両の外部２００からの空気の導入量を調節可能なバルブ８０２が設けられている。
また、図４において、ＣＯ２分離システムは、更に排ガス浄化用触媒装置６００、第１のＣＯ２供給側排出流路４１５、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５、第２のＣＯ２供給側排出流路４３５、第２のＣＯ２透過側排出流路４４５、及びＣＯ２貯蔵装置７００を有する。
図４のＣＯ２分離システムにおいて、第１のモードを行った場合、本開示のＣＯ２分離システムは、次のように機能する。
内燃機関１００から発生した排ガスは、排ガス浄化用触媒装置６００を通過した後、第１のＣＯ２供給側導入流路４１０を介して第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１に導入される。また、バルブ８０１は開かれており、車両の外部２００の空気は、例えば走行風によって車両内に取り入れられ、第１のＣＯ２透過側導入流路４２０を介して第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２透過側３１２に供給される。
これにより、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１には排ガスが、かつＣＯ２透過側３１２には空気が導入され、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１とＣＯ２透過側３１２との間にＣＯ２の分圧が生じる。
この分圧の差を駆動力として、排ガス中のＣＯ２は、ＣＯ２透過膜３１３を介してＣＯ２供給側３１１からＣＯ２透過側３１２に透過する。
ＣＯ２透過側３１２に透過したＣＯ２は、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５を介して空気と共に第１のＣＯ２分離装置３１０の外部に排出され、ＣＯ２貯蔵装置７００において貯蔵される。
図４のシステムを用いて、第２のモードを行った場合、本開示のＣＯ２分離システムは、次のように機能する。
内燃機関１００から発生した排ガスは、排ガス浄化用触媒装置６００を通過した後、第１のＣＯ２供給側導入流路４１０を介して第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１に導入される。ここで、バルブ８０１は閉じている。
第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２透過側３１２は、減圧装置５００によって減圧される。これにより、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１とＣＯ２透過側３１２との間にＣＯ２の分圧が生じる。
この分圧の差を駆動力として、排ガス中のＣＯ２は、ＣＯ２透過膜３１３を介してＣＯ２供給側３１１からＣＯ２透過側３１２に透過する。
ＣＯ２透過側３１２に透過したＣＯ２は、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５を介して空気と共に第１のＣＯ２分離装置３１０の外部に排出され、ＣＯ２貯蔵装置７００において貯蔵される。
図４のＣＯ２分離システムを用いて、第３のモードを行った場合、本開示のＣＯ２分離システムは、次のように機能する。
第２のＣＯ２供給側導入流路４３０の第２のＣＯ２分離装置３２０の反対側に設けられているバルブ８０２は開かれており、これによって第２のＣＯ２供給側導入流路４３０を介して車両の外部２００から第２のＣＯ２分離装置３２０のＣＯ２供給側３２１に空気が導入される。また、減圧装置５００によって第２のＣＯ２分離装置３２０のＣＯ２透過側３２２は、減圧される。
これにより、第２のＣＯ２分離装置３２０のＣＯ２供給側３２１とＣＯ２透過側３２２との間におけるＣＯ２の分圧に差が生じる。この分圧の差を駆動力として、空気のＣＯ２は、ＣＯ２透過膜３２３を介してＣＯ２供給側３２１からＣＯ２透過側３２２に透過する。ＣＯ２透過側３２２に透過したＣＯ２は、第２のＣＯ２透過側排出流路４４５を介して第２のＣＯ２分離装置３２０の外部に排出され、ＣＯ２貯蔵装置７００において貯蔵される。
〈構成例２〉
図５は、第１のモード、第２のモード及び第３のモードを行うことができる、本開示のＣＯ２分離システムの他の一例の概略図である。
図５のＣＯ２分離システムは、第１のＣＯ２分離装置と、第２のＣＯ２分離装置とが同一であり、第１のＣＯ２供給側導入流路と、第２のＣＯ２供給側導入流路とが同一であり、かつ第１の減圧装置と、第２の減圧装置とが同一である構成を有している。
図５において、ＣＯ２分離システムは、内燃機関１００、第１のＣＯ２分離装置３１０、第１のＣＯ２供給側導入流路４１０、第１のＣＯ２透過側導入流路４２０、及び減圧装置５００を有する。
ここで、第１のＣＯ２分離装置３１０は、ＣＯ２供給側３１１及びＣＯ２透過側３１２を隔てているＣＯ２透過膜３２３を有する。第１のＣＯ２供給側導入流路４１０は、内燃機関１００と第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１とを連通しており、かつ車両の外部２００と第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１とを連通している。また、第１のＣＯ２透過側導入流路４２０は、車両の外部２００と第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２透過側３１２とを連通している。
さらに、第１のＣＯ２供給側導入流路４１０の車両の外部２００側、及び第1のＣＯ２透過側導入流路４２０の車両の外部２００側には、それぞれバルブ８０１及びバルブ８０２が設けられている。この２つのバルブの開閉により、車両の外部２００の空気を、第１のＣＯ２分離装置３１０のＣＯ２供給側３１１及びＣＯ２透過側３１２に切り替えて導入することができる。
また、図５において、ＣＯ２分離システムは、更に排ガス浄化用触媒装置６００、第１のＣＯ２供給側排出流路４１５、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５、及びＣＯ２貯蔵装置７００を有する。ここで、減圧装置５００は、第１のＣＯ２透過側排出流路４２５の第１のＣＯ２分離装置３１０の反対側に設けられている。
図５のＣＯ２分離システムは、図４のＣＯ２分離システムと同様に、内燃機関が作動しているか停止しているか否か、及び車両が走行しているか否かに応じてバルブ８０１及びバルブ８０２の開閉により、第１のモード、第２のモード及び第３のモードを行うことができる。
１００ 内燃機関
２００ 車両の外部
３１０ 第１のＣＯ２分離装置
３１１ ＣＯ２供給側
３１２ ＣＯ２透過側
３１３ ＣＯ２透過膜
３２０ 第２のＣＯ２分離装置
３２１ ＣＯ２供給側
３２２ ＣＯ２透過側
３２３ ＣＯ２透過膜
４１０ 第１のＣＯ２供給側導入流路
４１５ 第１のＣＯ２供給側排出流路
４２０ 第1のＣＯ２透過側導入流路
４２５ 第１のＣＯ２透過側排出流路
４３０ 第２のＣＯ２供給側導入流路
４３５ 第２のＣＯ２供給側排出流路
４４５ 第２のＣＯ２透過側排出流路
５００ 減圧装置
５１０ 第１の減圧装置
５２０ 第２の減圧装置
６００ 排ガス浄化用触媒装置
７００ ＣＯ２貯蔵装置
８０１ バルブ
８０２ バルブ
本開示者らは、以下の手段により、上記課題を解決することができることを見出した：
〈態様１〉
内燃機関を動力源として用いる車両に搭載するためのＣＯ２分離システムであって、
内燃機関、
ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第１のＣＯ２分離装置、
前記内燃機関から生じる排ガスを前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第１のＣＯ２供給側導入流路、及び
前記車両の外部から空気を前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に導入する第１のＣＯ２透過側導入流路を有しており、
（Ａ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が走行しているときに、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記ＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２透過側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に、走行風を利用して前記車両の外部から空気を導入し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第１のモードを行う、
ＣＯ２分離システム。
〈態様２〉
前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第１の減圧装置を更に有しており、
（Ｂ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が停止しているときに、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第１の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第２のモードを行う、
態様１に記載のシステム。
〈態様３〉
ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第２のＣＯ２分離装置、
前記車両の外部から空気を前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路、及び
前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第２の減圧装置を更に有しており、
（Ｃ）前記内燃機関が停止しているときに、
前記第２のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記車両の外部から空気を導入し、かつ前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第２の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記空気中のＣＯ２を、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第３のモードを行う、
態様１又は２に記載のシステム。
〈態様４〉
前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第１の減圧装置、
ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第２のＣＯ２分離装置、
前記車両の外部から空気を前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路、及び
前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第２の減圧装置を更に有しており、
（Ｂ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が停止しているときに、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第１の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第２のモードを行い、
（Ｃ）前記内燃機関が停止しているときに、
前記第２のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記車両の外部から空気を導入し、かつ前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第２の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記空気中のＣＯ２を、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第３のモードを行う、
態様１に記載のシステム。
〈態様５〉
前記第１のＣＯ２分離装置と、前記第２のＣＯ２分離装置とが同一であり、
前記第１のＣＯ２供給側導入流路と、前記第２のＣＯ２供給側導入流路とが同一であり、かつ
前記第１の減圧装置と、前記第２の減圧装置とが同一である、態様４に記載のシステム。
〈態様６〉
前記車両が、電気モーターを更に有し、それによって前記内燃機関及び前記電気モーターの少なくとも一方を切り替えて動力として用いるハイブリッド車両である、態様１〜５のいずれか一つに記載のシステム。

Claims (6)

  1. 内燃機関を動力源として用いる車両に搭載するためのＣＯ２分離システムであって、
    内燃機関、
    ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第１のＣＯ２分離装置、
    前記内燃機関から生じる排ガスを前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第１のＣＯ２供給側導入流路、及び
    前記車両の外部から空気を前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に導入する第１のＣＯ２透過側導入流路を有しており、
    （Ａ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が走行しているときに、
    前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記ＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２透過側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側に、走行風を利用して前記車両の外部から空気を導入し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第１のモードを行う、
    ＣＯ２分離システム。
  2. 前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第１の減圧装置を更に有しており、
    （Ｂ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が停止しているときに、
    前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第１の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第２のモードを行う、
    請求項１に記載のシステム。
  3. ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第２のＣＯ２分離装置、
    前記車両の外部から空気を前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路、及び
    前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第２の減圧装置を更に有しており、
    （Ｃ）前記内燃機関が停止しているときに、
    前記第２のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記車両の外部から空気を導入し、かつ前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第２の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第３のモードを行う、
    請求項１又は２に記載のシステム。
  4. 前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第１の減圧装置、
    ＣＯ２供給側及びＣＯ２透過側を隔てているＣＯ２透過膜を有する第２のＣＯ２分離装置、
    前記車両の外部から空気を前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に導入する第２のＣＯ２供給側導入流路、及び
    前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を減圧する第２の減圧装置を更に有しており、
    （Ｂ）前記内燃機関が作動しており、かつ前記車両が停止しているときに、
    前記第１のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記内燃機関から発生する排ガスを導入し、かつ前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第１の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第１のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第２のモードを行い、
    （Ｃ）前記内燃機関が停止しているときに、
    前記第２のＣＯ２供給側導入流路を介して前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側に、前記車両の外部から空気を導入し、かつ前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過側を前記第２の減圧装置によって減圧し、それによって、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側とＣＯ２透過側とのＣＯ２の分圧の差を駆動力として、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２透過膜によって、前記排ガス中のＣＯ２を、前記第２のＣＯ２分離装置のＣＯ２供給側からＣＯ２透過側に選択的に透過させる、第３のモードを行う、
    請求項１に記載のシステム。
  5. 前記第１のＣＯ２分離装置と、前記第２のＣＯ２分離装置とが同一であり、
    前記第１のＣＯ２供給側導入流路と、前記第２のＣＯ２供給側導入流路とが同一であり、かつ
    前記第１の減圧装置と、前記第２の減圧装置とが同一である、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記車両が、電気モーターを更に有し、それによって前記内燃機関及び前記電気モーターの少なくとも一方を切り替えて動力として用いるハイブリッド車両である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
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