JP2022152234A - 内燃機関のｃｏ２分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト性及び省エネルギ性に優れるとともに、圧損を低減して内燃機関の背圧の上昇を抑制することが可能な内燃機関のＣＯ２分離装置を提供する。【解決手段】内燃機関１のＣＯ２分離装置３は、所定方向に延びる軸線を中心に所定の回転方向に回転可能に設けられ、ＣＯ２を吸着可能なＣＯ２吸着材を担持するハニカムロータ３２と、前記ハニカムロータの回転通過領域に設けられ、ハニカムロータ３２に内燃機関１の排気ガスに含まれるＣＯ２を吸着して分離する吸着エリア３２Ａと、ハニカムロータ３２から吸着したＣＯ２を脱離する脱離エリア３２Ｂとを有する。ハニカムロータ３２は、排気ガスが通過する複数の排気ガス通路１０４を備え、複数の排気ガス通路１０４は軸線に対し回転方向と逆方向にねじれた形状に構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスからＣＯ２を分離する内燃機関のＣＯ２分離装置に関する。

自動車などに搭載される内燃機関の排気ガスに含まれるＣＯ２（二酸化炭素）は、地球温暖化の一因であるといわれており、排気ガスからＣＯ２を分離、回収し、自動車から排出されるＣＯ２濃度を低減することが求められている。

従来、排気ガスのガス分離技術としては、プラント等において、ＰＳＡ法（圧力変動吸収法）、ＴＳＡ法（温度変動吸収法）、アミン吸着法等のバッチ式のシステムが多用されている。主に小型プラントにおいては、分離膜方式のような連続処理システムも使用されている。

また、従来、発電機の排気ガスを外気と混合し、所定の速度で回転する吸着ハニカムロータの吸着ゾーンに導入してＣＯ２を吸着し、吸着ハニカムロータの脱着ゾーンにおいて脱着したＣＯ２を含むガスを植物工場に供給する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６５７８４９２号公報

自動車の内燃機関の排気ガスを処理する場合、上記のＰＳＡ法やＴＳＡ法等のバッチ式のシステムでは、ＣＯ２の吸着工程と脱離工程の切替えに複雑な制御システムが必要である。さらに、二酸化酸素の吸着及び脱離に際して、圧力又は温度の変動を繰り返す必要があるため、運用に多大なエネルギが必要である。しかも、そもそも、上記のシステムは、車両への搭載性が低い。

これに対して、分離膜方式の場合は、分離膜によって連続処理が可能であり、上記のバッチ式のシステムに比べて車両への搭載性に優れると考えられる。分離膜の容量は、内燃機関からの排気ガスの最大流量（内燃機関の最大出力時の排気ガスの流量）を処理可能となるように設定される必要がある。

しかしながら、自動車の内燃機関の運転は定点運転ではなく、ドライバーの要求に応じて、停車から最大出力時まで頻繁且つ大きく変動し、それに応じて、内燃機関からの排気ガスの流量は常に大幅に変動する。その上、一般的なドライバーは、内燃機関の最大出力を必要とするような運転を行うことは少ない。したがって、内燃機関からの排気ガスの最大流量を処理する容量を持つ分離膜を車両に設置するということは、通常運転時に過剰な能力を持つシステムを搭載することになる。そのため、分離膜方式では、コンパクト性及び省エネルギの面で課題がある。

特許文献１に記載されるハニカムロータを用いる場合は、ハニカムロータを所定の速度で回転させるための動力源を新たに設ける必要がある。しかも、ハニカムロータは所定の速度で回転するため、ハニカムロータの容量及び回転速度は、内燃機関からの排気ガスの流量の変動に関わらず、最大流量を処理可能となるような容量及び速度に設定される必要がある。そのため、特許文献１に記載されるハニカムロータを使用する場合も、通常運転時に過剰な能力を持つシステムを搭載することになることに変わりはなく、分離膜方式と同様に、コンパクト性及び省エネルギの面で課題がある。

また、内燃機関の排気ガス流路上にハニカムロータを設置した場合、排気ガスが回転するハニカムロータを通過する際に大きな流路抵抗が生じ、それにより大きな圧力損失（圧損）が生じる。これにより、内燃機関の背圧が上昇して負荷が上がり、内燃機関の出力を低下させるという課題もある。

そこで、本発明は、コンパクト性及び省エネルギ性に優れるとともに、圧損を低減して内燃機関の背圧の上昇を抑制することが可能な内燃機関のＣＯ２分離装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る内燃機関のＣＯ２分離装置（実施形態における（以下、本項において同じ）ＣＯ２分離装置３）は、所定方向に延びる軸線を中心に所定の回転方向に回転可能に設けられ、ＣＯ２を吸着可能なＣＯ２吸着材を担持するハニカムロータ（ハニカムロータ３２、４２）と、ハニカムロータの回転通過領域に設けられ、ハニカムロータに対して内燃機関（エンジン１）の排気ガスに含まれるＣＯ２を吸着させて分離する吸着エリア（吸着エリア３２Ａ）と、ハニカムロータに吸着したＣＯ２を脱離する脱離エリア（脱離エリア３２Ｂ）とを有し、ハニカムロータは、排気ガスが通過する複数の排気ガス通路（孔１０４、２０４）を備え、複数の排気ガス通路の各々は、軸線に対し回転方向と逆方向にねじれた形状に構成されていることを特徴とする。

この内燃機関のＣＯ２分離装置では、ハニカムロータが備える複数の排気ガス通路をねじれ形状とすることにより、排気ガスが回転しているハニカムロータの排気ガス通路を通過する際の流路抵抗が低減するため圧損を低減するとともに、ハニカムロータを回転させるための駆動エネルギを削減することが可能になる。したがって、装置の省エネルギ性が向上するとともに、圧損を低減して内燃機関の背圧の上昇を抑制することができる。また、複数の排気ガス通路をねじれ形状としない場合と比較して流路長を長く設定できるので、ＣＯ２吸着材の塗布面積を増加でき、ハニカムロータを大型化することなく効率よくＣＯ２を吸着することが可能となるので、コンパクト性も向上する。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置において、複数の排気ガス通路の前記形状に係るねじれ角は、通過する排気ガスの流速と単位時間当たりのハニカムロータの回転数とに基づいて設定されることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の仕様等に応じてねじれ角を適切に設定することが可能になるため、流路抵抗をさらに低減させることができる。したがって、内燃機関の背圧の上昇をより抑制することが可能となる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置において、ねじれ角は、
ねじれ角＝（ハニカムロータ回転角速度）×（ハニカムロータ長手方向長さ）/（通過する排気ガスの流速）
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の仕様等に応じてねじれ角をより適切に設定することが可能になるため、流路抵抗をさらに低減させることができる。したがって、内燃機関の背圧の上昇をさらに抑制することが可能となる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置において、ハニカムロータを内燃機関の回転に同期させて回転させる同期機構３３を備えることを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の回転を利用してハニカムロータを回転させるため、ハニカムロータを回転させるための動力源を新たに設ける必要はないので、装置のコンパクト性がより向上する。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置において、ハニカムロータは、排気ガスがねじれ形状の複数の排気ガス通路を通過することにより発生する回転力により回転することを特徴とする。

この構成によれば、ハニカムロータを回転させるための動力源を新たに設ける必要はないので、装置のコンパクト性がより向上する。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置において、複数の排気ガス通路は、軸線より外側に向かうにつれてハニカムロータの回転方向と反対側に湾曲する回転羽根形状の複数の仕切り壁と、軸線を中心とする同心の円弧状の複数の仕切り壁によって画成されていることを特徴とする。

この構成によれば、排気ガスがハニカムロータを通過する際の流路抵抗がさらに低減するので、効率よく排気ガスを通過させて、ハニカムロータを回転させることができるので、装置の省エネルギ性がさらに向上する。

本発明の請求項７に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置において、ハニカムロータの下流側における吸着エリアと脱離エリアとの境界は、ハニカムロータの上流側における吸着エリアと脱離エリアとの境界に対して、ねじれ角に相当する位相をもって設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数の排気ガス通路のねじれた形状に沿うように吸着エリアと脱離エリアとを適切に区画することができるので、ＣＯ２の吸着／脱離を良好に行うことができ、装置の省エネルギ性がさらに向上する。

本発明によれば、コンパクト性及び省エネルギ性に優れるとともに、圧損を低減して内燃機関の背圧の上昇を抑制することが可能な内燃機関のＣＯ２分離装置を提供することができる。

本発明に係る内燃機関のＣＯ２分離装置を搭載した車両の構成の一実施形態を示す図である。 本発明に係る内燃機関のＣＯ２分離装置の第１実施形態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るハニカムロータ（ａ）及び従来のハニカムロータ（ｂ）の構造を示す図である。 本発明に係る内燃機関のＣＯ２分離装置の第２実施形態を示す模式図である。 本発明に係る内燃機関のＣＯ２分離装置の第３実施形態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る内燃機関のＣＯ２分離装置を搭載した車両Ｖの構成の一実施形態を示す図である。本実施形態に示す車両Ｖは、液体の炭化水素燃料を燃焼させることによって発生する熱エネルギを機械エネルギに変換する内燃機関１（以下、「エンジン」という）を備え、このエンジン１によって得られた機械エネルギを利用して駆動輪（図示せず）を駆動することにより走行する。

車両Ｖは、エンジン１と、エンジン１に燃料を供給する燃料供給装置２と、エンジン１の排気管１６を流れる排気ガスからＣＯ２を分離して回収するＣＯ２分離装置３と、排気管１６を流れる排気ガスを浄化する排気浄化装置４と、ＣＯ２分離装置３によって分離されたＣＯ２を圧縮する圧縮機５と、圧縮機５により圧縮されたＣＯ２を貯蔵するための耐圧タンク６とを備える。耐圧タンク６は着脱可能に車両Ｖに装着されている。

エンジン１は、例えば、複数の気筒と、各気筒内に往復動自在に設けられたピストンと、各気筒内においてピストンによって区画された燃焼室に設けられた点火プラグと、ピストンの往復運動によって回転するクランクシャフトと、を備える多気筒レシプロエンジンである。これら点火プラグは、図示しない制御装置からの指令に応じて点火し、各気筒内に供給された燃料と空気の混合気を燃焼させる。

吸気管１５は、エンジン１の各気筒に連通する吸気ポートと車外とを接続し、車外の空気を各気筒へ導く配管である。排気管１６は、エンジン１の各気筒に連通する排気ポートと車外とを接続する配管である。排気管１６には、排気上流側から下流側へ向かって順に、排気浄化装置４と、ＣＯ２分離装置３と、が設けられている。エンジン１の各気筒内で混合気を燃焼させることによって生じる排気ガスは、排気浄化装置４、及びＣＯ２分離装置３を経て車外に排出される。

燃料供給装置２は、燃料を貯留する燃料タンク２０と、エンジン１の各気筒に連通する吸気ポートに設けられた燃料噴射弁２１と、燃料タンク２０と燃料噴射弁２１とを接続する燃料供給管２４と、を備える。

燃料タンク２０は、ガソリン、メタノール、又はこれらガソリンとメタノールとを混合した混合燃料等の液体の炭化水素燃料を貯留する。燃料供給管２４は、燃料タンク２０内に貯留されている燃料を図示しない高圧ポンプによって圧縮し、燃料噴射弁２１に供給する。燃料噴射弁２１は、図示しない制御装置からの指令に応じて開弁し、燃料供給管２４から供給される燃料を噴射する。燃料噴射弁２１から噴射される燃料と吸気管１５から供給される空気とを混合した混合気は、エンジン１の各気筒内に供給される。

排気浄化装置４は、排気浄化触媒（例えば、三元触媒）を備え、この排気浄化触媒の作用下で、エンジン１の排気ガスに含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する。

ＣＯ２分離装置３は、ＣＯ２配管３１によって圧縮機５と接続されている。ＣＯ２分離装置３は、排気管１６を流れる排気ガスからＣＯ２を分離、回収し、ＣＯ２配管３１を介して圧縮機５に供給する。より具体的には、ＣＯ２分離装置３は、排気管１６を流れる排気ガスを、ＣＯ２を主成分とする回収ガスと、窒素（Ｎ２）を主成分とする脱ＣＯ２排気ガスとに分離し、回収ガスをＣＯ２配管３１へ排出し、脱ＣＯ２排気ガスを図示しないテールパイプを介して車外へ排出する。このＣＯ２分離装置３の具体的な構成については、後述する。また、ＣＯ２配管３１へ排出されたＣＯ２は圧縮機５により圧縮されたのち耐圧タンク６に回収される。耐圧タンク6が回収されたＣＯ２により満杯になると、別の耐圧タンクに交換される。

次に、ＣＯ２分離装置３の具体的な構成について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、ＣＯ２分離装置３の第１実施形態を示す模式図、図３（ａ）は本実施形態におけるハニカムロータ３２の構成を示す斜視図である。ＣＯ２分離装置３は、ＣＯ２吸着材を担持し、排気ガスが通過する流路である複数の孔１０４がハニカム状に配列された円筒形状のハニカムロータ３２を用いることによって、エンジン１の排気ガスを回収ガスと脱ＣＯ２排気ガスとに分離する。ＣＯ２吸着材は、例えば、所定の吸着条件下で排気管１６を流れる排気ガス中のＣＯ２を選択的に吸着し、吸着したＣＯ２を所定の脱離条件下で脱離する。ＣＯ２吸着材としては、例えばリチウム複合酸化物、ゼオライト等が用いられる。しかし、ハニカムロータ３２に担持される具体的なＣＯ２吸着材は、これらに限定されない。

本実施形態においては、複数の孔１０４を長手方向（回転軸方向）にねじれ形状としている。従来のハニカムロータは、図３（ｂ）に示す様に、排気ガスの流路である複数の孔３０１の各々が、ハニカムロータ３００の回転軸方向に対して略平行で直線状に延びる形状の貫通孔となっている。これに対し、本実施形態におけるハニカムロータ３２は、図３（ａ）に示すように、複数の孔１０４の各々が、回転軸方向（長手方向）に関してハニカムロータ３２の前面から後面に貫通する貫通孔であり、更に複数の孔１０４の長手方向の形状が、前面から後面に向かってハニカムロータ３２の回転方向Ａと逆方向にねじれた形状で、更にそのねじれ量が前面から後面に向かう程大きくなるような直線形状となっている。

孔１０４の形状のねじれ量に係るねじれ角は、エンジンの仕様等に応じて適切に設定することができる。本実施形態においては、孔１０４を通過する排気ガスの流速とハニカムロータ３２の回転数に基づいて以下のように設定されている。
ねじれ角＝（ハニカムロータ回転角速度）×（ハニカムロータ長手方向長さ）/（通過する排気ガスの流速）

ハニカムロータ３２は、回転軸１０１周りに回転可能に設けられている。ＣＯ２分離装置３の内部は、排気管１６から導入される排気ガスからＣＯ２をＣＯ２吸着材によって選択的に吸着して分離する吸着エリア３２Ａと、吸着したＣＯ２をＣＯ２吸着材から脱離する脱離エリア３２Ｂとの少なくとも２つのエリアに分割されている。吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとは、ハニカムロータ３２が図示しないケーシング等によってそれぞれ覆われることによって、実質的に排気ガスがエリア間を直接行き来しないように物理的に区画されている。本実施形態においては、ハニカムロータ３２の複数の孔１０４のねじれた形状に沿った形状の仕切り壁で吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとが区画されている。ハニカムロータ３２は回転軸１０１周りに回転することにより、各々ハニカムロータ３２の回転通過領域に配置された吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとを繰り返し通過する。

エンジン１の始動によって排出され、排気管１６からＣＯ２分離装置３に流入する排気ガスは、吸着エリア３２Ａに導入される。吸着エリア３２Ａでは、ハニカムロータ３２に担持されるＣＯ２吸着材によって、排気ガスからＣＯ２を選択的に吸着して分離し、ＣＯ２濃度が低下した窒素を主成分とする脱ＣＯ２排気ガスを図示しないテールパイプを介して車外へ排出する。

脱離エリア３２Ｂでは、ハニカムロータ３２のＣＯ２吸着材に吸着されたＣＯ２を脱離させ、ポンプ３４によってエンジンルーム内、車外等のＣＯ２分離装置３の外部の空気を導入して、ＣＯ２濃度の高い回収ガスをＣＯ２配管３１へ排出する。ポンプ３４は、ファン、ブロア等によって構成される。

ＣＯ２分離装置３において、吸着エリア３２Ａ及び脱離エリア３２Ｂは、ハニカムロータ３２に担持されるＣＯ２吸着材の特性に合わせた定常環境にそれぞれ設定されている。

具体的には、ＣＯ２吸着材の吸着特性及び脱離特性が環境温度に依存し、ＣＯ２の吸着が低温環境下で進行し、ＣＯ２の脱離が高温環境下で進行する場合には、吸着エリア３２Ａは、ＣＯ２吸着材の吸着特性に応じた所定の低温環境に設定され、脱離エリア３２Ｂは、ＣＯ２吸着材の脱離特性に応じた所定の高温環境に設定される。これらの温度環境の設定に要する熱源には、例えばエンジン１からの廃熱を利用することができる。

例えばゼオライト等のように、ＣＯ２吸着材の吸着特性及び脱離特性がＣＯ２分圧に依存し、ＣＯ２の吸着が高ＣＯ２分圧の環境下で進行し、ＣＯ２の脱離が低ＣＯ２分圧の環境下で進行する場合には、吸着エリア３２Ａは、ＣＯ２吸着材の吸着特性に応じた所定の高ＣＯ２分圧環境に設定され、脱離エリア３２Ｂは、ＣＯ２吸着材の脱離特性に応じた所定の低ＣＯ２分圧環境に設定される。

ＣＯ２吸着材の吸着特性及び脱離特性が電気エネルギの有無に依存し、ＣＯ２の吸着が電気エネルギの印加環境下で進行し、ＣＯ２の脱離が電気エネルギの非印加環境下で進行する場合には、吸着エリア３２Ａは、ＣＯ２吸着材の吸着特性に応じた所定電圧の通電が行われるように設定され、脱離エリア３２Ｂは絶縁環境に設定される。ＣＯ２の脱離に要する電気エネルギには、例えば車両Ｖに搭載されるバッテリ（図示せず）に蓄えられる電力を利用することができる。

ＣＯ２分離装置３は、ハニカムロータ３２をエンジン１の回転に同期させて回転させる同期機構３３を有する。同期機構３３は、エンジン１の回転によって回転するクランクシャフト１１の回転を、例えば複数のギヤ、ベルト等の動力伝達機構３３１を介して、ＣＯ２分離装置３に配置される駆動シャフト３３２に伝達し、さらにベルト３３３やギヤ等を介して、駆動シャフト３３２の回転をハニカムロータ３２に伝達するように構成される。エンジン１の始動によってクランクシャフト１１が回転すると、クランクシャフト１１の回転が同期機構３３を介してハニカムロータ３２に伝達され、クランクシャフト１１の回転数に対応する回転数でハニカムロータ３２が回転する。エンジン１の回転数が高低に変化すると、それに応じてハニカムロータ３２の回転数も高低に変化する。エンジン１が停止すると、ハニカムロータ３２の回転も停止する。

ハニカムロータ３２は、回転によって吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとに交互に配置され、ＣＯ２の吸着及び脱離を行う。具体的には、吸着エリア３２ＡにおいてＣＯ２を吸着したハニカムロータ３２は、回転によって脱離エリア３２Ｂに移動し、脱離エリア３２ＢにおいてＣＯ２の脱離を行う。脱離エリア３２ＢにおいてＣＯ２を脱離したハニカムロータ３２は、回転によって再び吸着エリア３２Ａに移動し、吸着エリア３２ＡにおいてＣＯ２の吸着を行う。

ハニカムロータ３２の回転数は、エンジン１の回転数に応じた排気ガスの流量に対して、ハニカムロータ３２が所定のＣＯ２の吸着及び脱離性能を発揮し得るように設定される。具体的には、ハニカムロータ３２のＣＯ２の吸着及び脱離性能が、エンジン１の１回転当たりの排気ガスに対してある程度の時間を要する性能である場合には、同期機構３３は、ハニカムロータ３２の回転数がエンジン１の回転数に対して低い回転数になるように減速させる減速機構によって構成される。ハニカムロータ３２のＣＯ２の吸着及び脱離性能が、エンジン１の１回転当たりの排気ガスに対して十分に高い性能を有する場合には、同期機構３３は、ハニカムロータ３２の回転数がエンジン１の回転数に対して高い回転数になるように増速させる増速機構によって構成されてもよい。

ハニカムロータ３２のＣＯ２の吸着及び脱離性能は、エンジン１の１回転当たりのハニカムロータ３２の回転におけるＣＯ２の吸着及び脱離性能が、エンジン１の１回転当たりの最大排気量を処理可能な性能を有するものとなるように設定される。これによって、ＣＯ２分離装置３は、ハニカムロータ３２による効率的なＣＯ２の処理を行うことが可能である。

ハニカムロータ３２が、エンジン１の１回転当たりの最大排気量を処理可能なＣＯ２の吸着及び脱離性能を有するようにするための具体的な手段としては、エンジン１の回転数に対するハニカムロータ３２の回転数を適宜設定すること、ハニカムロータ３２に担持されるＣＯ２吸着材の種類を適宜選択すること、ハニカムロータ３２の外径を適宜設定すること、ハニカムロータ３２の軸方向の長さを適宜設定すること等を例示することができる。これらの手段は、いずれか一つを採用してもよいし、二つ以上の手段を組み合わせて採用してもよい。

このように構成されるＣＯ２分離装置３は、エンジン１の回転に同期してハニカムロータ３２が回転することによって、排気ガスからのＣＯ２の吸着、分離と、吸着したＣＯ２の脱離とを連続して行うことができる。ハニカムロータ３２は、エンジン１の回転を利用して回転するため、ハニカムロータ３２を回転させるための動力源を新たに設ける必要はない。エンジン１に対して同期機構３３を一括で設計できるため、部品の共用等も可能である。そのため、コンパクト性が向上する。ハニカムロータ３２の回転は、同期機構３３によってエンジン１の回転に同期するため、頻繁に変動するエンジン１の運転に自動的に対応することができる。例えば、車両Ｖが、アイドルストップ機能を有する場合や図示しない電動モータを搭載するハイブリッド車両である場合には、車両Ｖの停車及び電動モータ駆動等によるエンジン１の停止時等のように排気ガスが排出されないときには、ハニカムロータ３２の回転は停止し、ＣＯ２の処理は行われない。そのため、ＣＯ２分離装置３は、通常運転時に過剰な能力を持つ必要はなく、省エネルギ性が向上する。

また本実施形態においては、複数の孔１０４を長手方向にねじれ形状としている。排気ガスはこのねじれ形状の孔１０４を矢印Ｂ方向に通過するため、ハニカムロータ３２には回転力が発生する。図３（ｂ）に示す様な従来のハニカムロータを用いた構成では、排気ガスが回転するハニカムロータを通過することで圧損が生じ、エンジン1の背圧上昇が生じて負荷が上がり、エンジン1の出力低下が生じていたが、本実施形態によれば排気ガスを効率よくハニカムロータ３２に取り込むことが可能になる。これにより、従来のハニカムロータを用いた構成に比べ排気ガスがハニカムロータを通過する際の圧損を低減でき、エンジンの出力低下等の発生を抑制することが可能となり、またハニカムロータ３２を回転させるための駆動エネルギを低減することが可能になる。更に、流路長をハニカムロータ３２の長手方向の長さよりも長く設定できるので、ＣＯ２吸着材の塗布面積を増加でき、ハニカムロータ３２を大型化することなく効率よくＣＯ２を吸着することが可能になる。

次に本発明の第２の実施形態のＣＯ２分離装置について図４を参照して説明する。図４（ａ）は本発明の第２実施形態であるＣＯ２分離装置３の構成を示す模式図、図４（ｂ）はハニカムロータ３２の正面図、図４（Ｃ）はハニカムロータ４２の斜視図である。図４において、図２に示す第１実施形態と同一符号の部位は同一部位を示すため、それらの説明は上記の説明を援用し以下においては省略する。ハニカムロータ４２は回転軸２０１を中心にしてＡ方向に回転する。吸着エリア３２ＡにおいてＣＯ２を吸着したハニカムロータ４２は、回転によって脱離エリア３２Ｂに移動し、脱離エリア３２ＢにおいてＣＯ２の脱離を行う。脱離エリア３２ＢにおいてＣＯ２を脱離したハニカムロータ４２は、回転によって再び吸着エリア３２Ａに移動し、吸着エリア３２ＡにおいてＣＯ２の吸着を行う。尚、本実施形態においては、ハニカムロータ４２の下流側における吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとの境界は、ハニカムロータ４２の上流側における吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとの境界に対して、ハニカムロータ４２の孔２０４のねじれ角に相当する位相をもって設定されている。

ハニカムロータ４２は、前方回転軸方向から見て回転軸２０１より外側に向かうにつれてハニカムロータ４２の回転方向と反対側に湾曲する回転羽根形状の複数の仕切り壁２０２と、回転軸２０１を中心とする同心の円弧状の複数の仕切り壁２０３によって画成されることで形成される複数の孔２０４を有する。複数の孔２０４の各々は、ハニカムロータ４２を回転軸方向（長手方向）に関して前面から後面に貫通する貫通孔であり、更に複数の孔２０４の長手方向の形状は、前面から後面に向かってハニカムロータ２０４の回転方向Ａと逆方向にねじれた形状で、更にそのねじれ量が前面から後面に向かう程大きくなるような曲線形状となっている（図４（Ｃ）参照）。

ハニカムロータ４２の複数の孔の形状をこのようにすることで、排気ガスが複数の孔１０４を矢印Ｂの方向に通過することにより発生するハニカムロータ４２の回転力を第１実施形態よりも大きくすることができるため、排気ガスをより効率よくハニカムロータ４２に取り込むことができ、複数の孔２０４を通過する際の圧損をより低減するとともに、ハニカムロータ４２を回転させるための駆動エネルギをより低減することができる。

次に、図５は、本発明の第３実施形態のＣＯ２分離装置３の構成を示す模式図である。図５において、図２に示す第１実施形態及び図４に示す第２実施形態と同一符号の部位は同一部位を示すため、それらの説明は上記の説明を援用し以下においては省略する。第２実施形態において上述したように、排気ガスが孔２０４を矢印Ｂ方向に通過することによりハニカムロータ４２に回転力が発生する。第３実施形態においては、エンジンやモータ等からの動力を用いることなく、この回転力のみを用いてハニカムロータ４２の回転駆動を行う。

本実施形態において、ハニカムロータ４２の回転は、排気ガスの流量に応じて自動的に同期することとなる。このため本実施形態では、ハニカムロータ４２の中央に軸受け２００を設置し、ハニカムロータ４２の自転によるフリクションを低減するようにして、排気ガスの流路上に配置している。吸着エリア３２ＡにおいてＣＯ２を吸着したハニカムロータ４２は、排気ガスの通過による回転力により回転して脱離エリア３２Ｂに移動し、脱離エリア３２ＢにおいてＣＯ２の脱離を行う。脱離エリア３２ＢにおいてＣＯ２を脱離したハニカムロータ４２は、排気ガスの通過による回転力により回転して再び吸着エリア３２Ａに移動し、吸着エリア３２ＡにおいてＣＯ２の吸着を行う。尚、本実施形態においても、第２実施形態と同様に、ハニカムロータ４２の下流側における吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとの境界は、ハニカムロータ４２の上流側における吸着エリア３２Ａと脱離エリア３２Ｂとの境界に対してハニカムロータ４２の孔２０４のねじれ角に相当する位相をもって設定されている。

このように構成することにより、ハニカムロータを回転させるための機構が不要となり、その動力エネルギの削減とシステムのコンパクト化が可能になる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。また、実施形態は、本発明を車両に搭載された炭化水素燃料エンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの他の種類のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 内燃機関
３ ＣＯ２分離装置
５ 圧縮機
６ 耐圧タンク
３２，４２ ハニカムロータ
３２Ａ 吸着エリア
３２Ｂ 脱離エリア
３３ 同期機構
１０４，２０４ 孔

Claims (7)

1. 所定方向に延びる軸線を中心に所定の回転方向に回転可能に設けられ、ＣＯ２を吸着可能なＣＯ２吸着材を担持するハニカムロータと、前記ハニカムロータの回転通過領域に設けられ、前記ハニカムロータに対して内燃機関の排気ガスに含まれるＣＯ２を吸着させて分離する吸着エリアと、前記ハニカムロータに吸着したＣＯ２を脱離する脱離エリアとを有し、
   前記ハニカムロータは、排気ガスが通過する複数の排気ガス通路を備え、前記複数の排気ガス通路の各々は、前記軸線に対し前記回転方向と逆方向にねじれた形状に構成されていることを特徴とする、内燃機関のＣＯ２分離装置。
2. 前記複数の排気ガス通路の前記形状に係るねじれ角は、通過する排気ガスの流速と単位時間当たりの前記ハニカムロータの回転数とに基づいて設定されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置。
3. 前記ねじれ角は、
   ねじれ角＝（ハニカムロータ回転角速度）×（ハニカムロータ長手方向長さ）/（通過する排気ガスの流速）
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置。
4. 前記ハニカムロータを前記内燃機関の回転に同期させて回転させる同期機構を備えることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置。
5. 前記ハニカムロータは、排気ガスが前記形状の前記複数の排気ガス通路を通過することにより発生する回転力により回転することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置。
6. 前記複数の排気ガス通路は、前記軸線より外側に向かうにつれて前記ハニカムロータの前記回転方向と反対側に湾曲する回転羽根形状の複数の仕切り壁と、前記軸線を中心とする同心の円弧状の複数の仕切り壁によって画成されていることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置。
7. 前記ハニカムロータの下流側における前記吸着エリアと前記脱離エリアとの境界は、前記ハニカムロータの上流側における前記吸着エリアと前記脱離エリアとの境界に対して、前記ねじれ角に相当する位相をもって設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置。

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