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特許5760097ＣＯ２の車両内回収及び貯蔵のための廃熱を利用した可逆的な固体吸着方法及びシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5760097
(24)【登録日】2015年6月12日
(45)【発行日】2015年8月5日
(54)【発明の名称】ＣＯ２の車両内回収及び貯蔵のための廃熱を利用した可逆的な固体吸着方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
F01N 3/08 20060101AFI20150716BHJP
F01N 3/18 20060101ALI20150716BHJP
F01N 5/02 20060101ALI20150716BHJP
B01D 53/92 20060101ALI20150716BHJP
C01B 31/20 20060101ALN20150716BHJP
【ＦＩ】
F01N3/08 AZAB
F01N3/18 B
F01N5/02 Z
B01D53/92 240
!C01B31/20 B
【請求項の数】18
【全頁数】27
(21)【出願番号】特願2013-550613(P2013-550613)
(86)(22)【出願日】2012年1月20日
(65)【公表番号】特表2014-509360(P2014-509360A)
(43)【公表日】2014年4月17日
(86)【国際出願番号】US2012022008
(87)【国際公開番号】WO2012100149
(87)【国際公開日】20120726
【審査請求日】2013年9月17日
(31)【優先権主張番号】61/434,694
(32)【優先日】2011年1月20日
(33)【優先権主張国】US
【早期審査対象出願】
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】511304464
【氏名又は名称】サウジ アラビアン オイル カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100087398
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 勝文
(74)【代理人】
【識別番号】100128783
【弁理士】
【氏名又は名称】井出 真
(74)【代理人】
【識別番号】100128473
【弁理士】
【氏名又は名称】須澤 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100105072
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 英宣
(72)【発明者】
【氏名】ハマド，エサム，ザキ
(72)【発明者】
【氏名】アル‐サダト，ワジディ，イッサム
【審査官】
今関 雅子
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−１７７６８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−０７９０５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６１−２５４２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−３４７３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表平１０−５０９３７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０１Ｎ ３／０２−５／０２
Ｂ０１Ｄ ５３／９２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に動力を供給するのに使用される内燃機関（Internal Combustion Engine：ＩＣＥ）によって放出される排気ガス流により、大気中に排出されるＣＯ２の量を減らす方法であって、
ａ．排気ガス流を、車両に搭載され、排気流からＣＯ２を抽出する予め定められた容量を有する捕捉剤であって少なくとも一つの容器内に固定されたＣＯ２捕捉剤との接触に渡すこと、
ｂ．減少されたＣＯ２容量を有する処理済みの排気ガス流を大気中に排出すること、
ｃ．前記捕捉剤によって抽出されたＣＯ２の濃度が予め定められたレベルに達した場合に、前記排気ガス流を前記捕捉剤との接触に渡すことを中止すること
ｄ．前記ＩＣＥによって放出された熱排気ガス流との熱交換により前記ＣＯ２捕捉剤を加熱して、抽出されたＣＯ２を放出して該捕捉剤を再生すること、
ｅ．前記抽出されたＣＯ２をＣＯ２が濃厚なガス流として回収すること、
ｆ．エネルギー転換媒質との接触により、前記ＩＣＥによって放出された熱排気ガス流から熱エネルギーを回収すること；
ｇ．前記ＣＯ２が濃厚なガス流をステップ（ｆ）で回収された熱エネルギーにより稼働される一つ以上の圧縮機に渡すこと
ｈ．前記一つ以上の圧縮機を使用して、前記ＣＯ２が濃厚なガス流を前記車両内で圧縮して当該容量を縮小すること、及び、
ｉ．前記圧縮されたＣＯ２が濃厚なガス流を、前記車両内で一時的に貯蔵するためにＣＯ２貯蔵区域に渡すこと、
を含む方法。
ａ．排気ガス流を、車両に搭載され、排気流からＣＯ２を抽出する予め定められた容量を有する捕捉剤であって少なくとも一つの容器内に固定されたＣＯ２捕捉剤との接触に渡すこと、
ｂ．減少されたＣＯ２容量を有する処理済みの排気ガス流を大気中に排出すること、
ｃ．前記捕捉剤によって抽出されたＣＯ２の濃度が予め定められたレベルに達した場合に、前記排気ガス流を前記捕捉剤との接触に渡すことを中止すること
ｄ．前記ＩＣＥによって放出された熱排気ガス流との熱交換により前記ＣＯ２捕捉剤を加熱して、抽出されたＣＯ２を放出して該捕捉剤を再生すること、
ｅ．前記抽出されたＣＯ２をＣＯ２が濃厚なガス流として回収すること、
ｆ．エネルギー転換媒質との接触により、前記ＩＣＥによって放出された熱排気ガス流から熱エネルギーを回収すること；
ｇ．前記ＣＯ２が濃厚なガス流をステップ（ｆ）で回収された熱エネルギーにより稼働される一つ以上の圧縮機に渡すこと
ｈ．前記一つ以上の圧縮機を使用して、前記ＣＯ２が濃厚なガス流を前記車両内で圧縮して当該容量を縮小すること、及び、
ｉ．前記圧縮されたＣＯ２が濃厚なガス流を、前記車両内で一時的に貯蔵するためにＣＯ２貯蔵区域に渡すこと、
を含む方法。
【請求項2】
前記車両のＩＣＥの始動に続いて実質的に継続して稼働することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項3】
ステップ（ａ）で前記ＣＯ２捕捉剤との接触に渡す前の前記排気ガス流及びステップ（ｂ）で処理された排気ガス流の両方のＣＯ２の濃度を測定し、該測定された濃度を比較し、前記ＣＯ２捕捉剤が飽和状態に達したかを判定することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項4】
前記ＣＯ２捕捉剤の飽和状態は、前記ＣＯ２捕捉剤との接触に渡す前の前記排気ガス流のＣＯ２の濃度と、前記処理された排気ガス流のＣＯ２の濃度が同じである場合に、判定されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項5】
前記熱交換は、シェルアンドチューブ（ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ）熱交換器で発生する請求項１記載の方法。
【請求項6】
前記ＣＯ２捕捉剤は、マグネシウム化合物の混合塩を含有する混合塩組成物及びグループＩＡ金属、アルミン酸塩に基づいた材料、アミンに基づいた材料、アミンに担持されるもの、金属酸化物、ハイドロタルサイト、ジルコン酸塩、ケイ酸塩、及び炭酸塩の内の少なくとも一の塩を包含する化学吸着剤及び、活性炭、ゼオライト、有機骨格の金属物質及び有機と無機のハイブリッドを包含する物理的吸着剤から成るグループから選択された固体吸着剤であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項7】
前記ＣＯ２捕捉剤は、金属酸化物、ハイドロタルサイト、ジルコン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、炭酸塩、及びアミンに担持されるもの、を含む、固体吸着剤及び固体担体上の液体吸着剤から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項8】
ＣＯ２捕捉剤は、固定床または流動床で排気ガス流と接触される固体吸着剤であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項9】
前記排気流の熱エネルギーの一部は、前記再生ステップ（ｄ）及びステップ（ｇ）の圧縮で利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項10】
前記捕捉剤は、別個の吸着及び脱着セルに含まれる容器に固定され、前記セルの一方を排気ガスが通過する間、他方のセルが加熱されてＣＯ２を放出して前記捕捉剤を再生することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項11】
ステップ（ｃ）で、前記捕捉剤の温度または温度の上昇率が、前記捕捉剤の飽和状態に対応する予め定められた値に達する場合、前記排気ガス流を前記捕捉剤との接触に渡すことが中止されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項12】
前記温度は、前記捕捉剤と接触する複数の温度センサーによって測定されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項13】
前記捕捉剤を含む容器中の圧力又は圧力の上昇率が、前記捕捉剤の飽和状態に対応する予め定められた値に達する場合、前記ステップ（ｃ）で前記排気ガス流を前記捕捉剤との接触に渡すことが中止されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項14】
車両から大気中に放出されるＣＯ２の量を縮小するために、車両に動力を供給するのに用いられる炭化水素燃料を燃料とする内燃機関（ＩＣＥ）により放出されるＣＯ２含有の排気ガス流の車両内処理のためのシステムであって、
ａ．前記排気ガス流からＣＯ２を抽出するための予め定められた容量を有する捕捉剤を各々含む少なくとも二つの容器を備えた車両に搭載された処理区域であって、
前記容器は、ＣＯ２の抽出のために、前記車両の排気ガス流を前記少なくとも二つの容器の一のみの容器に向ける弁を用いて、吸着、及び、その後の再生のために択一的に作動するように設定及び構築され、
前記処理区域は、排気ガス流を受け入れるための流入口、及びＣＯ２量が縮小された処理済み排気流の通過のための流出口を備え、
前記処理区域は、前記ＩＣＥからの熱排気ガス流を受け入れ、前記捕捉剤との熱交換関係に通し、ＣＯ２を放出して前記捕捉剤を再生するための流入口と、冷却された排気ガス流のための流出口と、を備えた熱交換器をさらに含み、
前記処理区域は、前記再生された捕捉剤から放出されたＣＯ２のためのＣＯ２排出口を備え、
ｂ．前記処理区域の前記ＣＯ２排出口と流体連結する圧縮区域であって、該圧縮区域はＣＯ２の容量を縮小するための１つ以上の圧縮機を含み、
ｃ．圧縮されたＣＯ２を、車両内の一時貯蔵用に受け入れるための貯蔵区域、及び、
ｄ．前記処理区域からの処理済み排気ガス流出口と流体連結する排気ガス導管
を含むシステム。
ａ．前記排気ガス流からＣＯ２を抽出するための予め定められた容量を有する捕捉剤を各々含む少なくとも二つの容器を備えた車両に搭載された処理区域であって、
前記容器は、ＣＯ２の抽出のために、前記車両の排気ガス流を前記少なくとも二つの容器の一のみの容器に向ける弁を用いて、吸着、及び、その後の再生のために択一的に作動するように設定及び構築され、
前記処理区域は、排気ガス流を受け入れるための流入口、及びＣＯ２量が縮小された処理済み排気流の通過のための流出口を備え、
前記処理区域は、前記ＩＣＥからの熱排気ガス流を受け入れ、前記捕捉剤との熱交換関係に通し、ＣＯ２を放出して前記捕捉剤を再生するための流入口と、冷却された排気ガス流のための流出口と、を備えた熱交換器をさらに含み、
前記処理区域は、前記再生された捕捉剤から放出されたＣＯ２のためのＣＯ２排出口を備え、
ｂ．前記処理区域の前記ＣＯ２排出口と流体連結する圧縮区域であって、該圧縮区域はＣＯ２の容量を縮小するための１つ以上の圧縮機を含み、
ｃ．圧縮されたＣＯ２を、車両内の一時貯蔵用に受け入れるための貯蔵区域、及び、
ｄ．前記処理区域からの処理済み排気ガス流出口と流体連結する排気ガス導管
を含むシステム。
【請求項15】
大気中に放出される前に前記処理区域へ進む排気ガス流の容積量を規制するための誘導弁を含むことを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【請求項16】
前記誘導弁は、前記ＩＣＥの稼働状況に基づいて制御されることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
【請求項17】
前記排気ガス流の全て又は一部を、前記処理区域を通過させずに大気中に放出するための制御手段を含むことを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【請求項18】
前記処理区域は、圧縮も膨張もされていない排気ガス流を処理するように構成されたことを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、廃熱を生成する内燃機関及び他の熱機関によって動力が供給される車両の排気ガス流からの二酸化炭素排出の削減に関する。
【背景技術】
【0002】
現在受け入れられている考えは、地球温暖化が二酸化炭素（ＣＯ２）及びメタン（ＣＨ４）のような温室効果ガスの排出が原因であるということである。現在、人間に起因する地球規模なＣＯ２放出の約４分の１は、移動発生源すなわち、内燃機関（ＩＣＥ：Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ）によって動力が供給される自動車、トラック、バス、及び列車から生じるものと見積もられる。この比例的な寄与は、開発途上国の自動車及びトラック所有の予測される急増で近い将来に急速に増大するであろう。現在、輸送セクタは、原油のための主要輸出先であり、また、ＣＯ２放出の制御は、環境上の責任と、代替技術（例えば、電動機と蓄電池によって動力が供給される自動車）からの挑戦に直面した輸送セクタにおける原油市場の生存を維持するための望ましい目標の両面性を有する。
【0003】
移動発生源からの二酸化炭素管理は、移動発生源に動力を供給するＩＣＥの、空間と重量の制限、スケールの任意の経済性の欠如、及び稼働の動的性質を含む多くの課題を有している。
【0004】
燃焼ガスからのＣＯ２の捕集のための先行技術方法は、発電所のような固定汚染源に主に注目した。移動発生源からのＣＯ２放出を削減する問題に対処するものは、酸素を使用する燃焼を採用し、ＣＯ２捕捉剤を再生及び再使用するための手段及び／又は、熱源から回収された廃熱の利用を提供しない。酸素を使用する燃焼は、酸素と窒素の分離を必要とし、これは、排気ガスからＣＯ２を分離することよりも多くのエネルギーが必要となり、もしも車両に搭載されて試みられたならば一層困難になるであろう。
【0005】
ＣＯ２捕集技術の焦点は、静止の、すなわち固定発生源に関して当てられており、移動発生源からのＣＯ２の捕集は、それが規模の非経済性を伴う分布システムを含んでいるので、高価すぎると一般に考えられてきた。かかる問題の解決策は、車両の内蔵（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）空間の制限、付加的なエネルギー及び装置の必要条件、及び車両の稼働サイクル（例えば、急加速及び減速の断続的な期間）の動的な性質により、非実用的とみなされていた。
【0006】
したがって、本発明の目的は、かかる課題に対処し、ＣＯ２の一時的な内蔵の貯蔵によって、車両からのＣＯ２放出を効率的かつコスト効率が良く削減する方法、システム及び装置を提供することである。そのようなシステムの大量生産に対する適応性は、これらの移動発生源の分配される性質に関連した他のコストを少なくとも部分的に相殺するであろう。
【0007】
本書で使用される用語「内燃機関（Internal Combustion Engine）」、すなわちＩＣＥは、炭素含有の燃料が燃焼されて、動力または仕事を生み出し、除去または放散されなければならない廃熱を生成する熱機関を含む。
【0008】
本書で使用される用語「移動発生源（mobile source）」は、ＣＯ２を含有する排気ガス流を生み出す１つ以上の内燃機関によって動力が供給され、物品及び／又は人々を輸送するために使用されることができる既知の運搬手段の広い種類の内の任意のものを意味する。
【0009】
これは、ＩＣＥからの排気が大気中に放出される前に導管へ放出される、地上移動の全ての種類のエンジン駆動車両、飛行機、及び船を含む。
【0010】
本書で使用される用語「車両(vehicle)」は、便宜的な略語として理解され、「移動発生源」と同義であり、上で使用されたように、一般に、「運搬（conveyance）」を伴う。
【0011】
本書で使用される用語である、「ＣＯ２捕捉剤」及び「捕捉剤（ｃａｐｔｕｒｅ ａｇｅｎｔ）」は、ＩＣＥの排気ガス流から抽出されたＣＯ２を可逆的に抽出し保持する、固体の吸着性の物質または組成物を意味する。さらに、液体の吸収性の組成物で覆われた及び／又は含浸させられた固形物が含まれる。かかる用語は、さらに、ＣＯ２と可逆的に反応して新たな組成物を形成する試薬を意味することができる。
【0012】
本書で使用されるように、用語「廃熱(waste heat)」は、典型的なエンジンが生み出す熱であり、主として、高温排気ガス（〜３００℃−６５０℃）及び高温冷却剤（〜９０℃−１２０℃）に含まれる。追加の熱がエンジンブロックから出射され、 その排気ガスがマニホールド、配管、触媒コンバータと消音器を含む関連コンポーネント、及び他のコンポーネントを通過して、対流及び放散によって失われる。この熱エネルギーの合計は、典型的な炭化水素（ＨＣ）燃料が提供するエネルギーの約６０％になる。
【発明の概要】
【0013】
本発明は、大気中に放出されるＣＯ２の量を縮小するために、車両に動力を供給するのに用いられる炭化水素燃料を燃料とする内燃機関（ＩＣＥ）により放出されるＣＯ２含有の排気ガス流の車両内処理のための方法とシステムを広く含み、前記システムは、ａ．排気流からＣＯ２を抽出するための予め定められた容量を備えた捕捉剤を含む、車両に搭載された処理区域であって、
該処理区域は、排気ガス流を受け入れるための流入口、及びＣＯ２量が縮小された処理済み排気流の通過のための流出口を備え、
前記処理区域は、前記ＩＣＥからの高温熱交換流体、例えば熱排気ガス流を受け入れ、前記捕捉剤との熱交換関係に通し、ＣＯ２を放出して前記捕捉剤を再生するための流入口と、冷却された熱交換流体、例えば排気ガス流のための流出口と、を備えた熱交換器をさらに含み、
前記処理区域は、前記再生された捕捉剤から放出されたＣＯ２のためのＣＯ２排出口を備え、
ｂ．前記処理区域からの前記ＣＯ２排出口と流体連結する圧縮区域であって、該圧縮区域はＣＯ２の容量を縮小するための１つ以上の圧縮機を含み、
ｃ．該圧縮されたＣＯ２を、車両内の一時貯蔵用に受け入れるための貯蔵区域、及び、
ｄ．前記処理区域からの処理済み排気ガス流出口と流体連結する排気ガス導管
を含む。
【0014】
本発明は、車両に廃熱として内蔵され利用できるフリーエネルギーを用いてＣＯ２を捕集し、燃料補給されるまでの一時的貯蔵用にその密度を高めることにより、スペース制限及び補助電源の必要性という問題を解決する。本発明は、（ａ）エンジン排気ガスからＣＯ２の全てまたは多くの部分を除去するために捕捉剤を用いた吸着分離方法、（ｂ）エンジン廃熱の幾らかを使用して実質的に純粋なＣＯ２を回収し、捕捉剤を再生すること、（ｃ）エンジンの廃熱の幾らかを力（つまり仕事エネルギー）に転換すること、及び、（ｄ）この力を使用して、一時的な内蔵の貯蔵装置のために、捕集されたＣＯ２密度を増加させること、を含む。捕集、再生、及び高密度化のためのエネルギーを提供する廃熱の使用は、捕集コストを著しく引き下げ、また、高密度化は、ＣＯ２の一時的な車内貯蔵のための必要容量を縮小するであろう。
【0015】
本発明は、さらに、ＣＯ２圧縮機を稼働するために、エンジンの仕事のある部分のオプションの使用を含む。かかるエンジンの仕事は、該エンジンが減速モードで作動しており、エンジンを遅くする働きをするであろう場合、及びエンジンがアイドリング状態である場合に利用することができる。内蔵のプロセッサ及び制御機は、予め定められた適切なエンジン稼働状況で該エンジンへの圧縮機駆動リンクを取るために利用することができる。
【0016】
本発明は、化石に基づく、または炭化水素燃料の燃焼によって作動する乗用車、トラック、バス、丈夫な車両、列車、船、飛行機及びその他同種のもののような、広範囲の移動発生源で使用されることができる。本発明のシステム及び装置は、新たな移動発生源に、及び／又は既存の移動発生源を改造することによって、実装されることができる。
【0017】
車両のＩＣＥから回収された廃熱を使用して、燃焼後の効率的なＣＯ２捕集、高密度化及び続く当該乗物に搭載される一時的貯蔵装置用のシステムを形成するために、本発明は、様々なコンポーネントの統合に基づく。かかるシステムは、（ａ）エンジン排気ガスからのＣＯ２の捕集のための吸着／分離区域、（ｂ）エンジン廃熱のうちの幾らかを使用する捕捉剤からのＣＯ２の放出のための再生区域、（ｃ）廃熱のうちの幾らかが力（仕事エネルギー）に変換される転換区域、及び、（ｄ）廃熱から引き出された力が、一時的な車内貯蔵のために、捕集されたＣＯ２の密度を増加させるために使用される高密度化区域、が含まれることができる。本発明の方法の実施では、システムを稼働するのに必要とされるエネルギーの全てまたは多くの部分は、エンジン廃熱によってもたらされる。
【0018】
典型的なエンジンが生産する廃熱は、主として約３００℃から６５０℃の温度範囲の熱排気ガス及び約９０℃から１２０℃の温度に熱せられた冷却液から成る。図１の図表中に示されるように、この熱エネルギーは、典型的な炭化水素（ＨＣ）燃料がＩＣＥ中の燃焼で生産するエネルギーの約６０％になる。エネルギーは、排気ガスからＣＯ２を分離して、かつ、効率的な内蔵の貯蔵装置用に、捕集されたＣＯ２の全てあるいは一部を圧縮し、液化し、或いは凍らせるために必要である。このエネルギーは、通常、仕事と熱エネルギーのミックスである。エネルギーの仕事成分は、廃熱の一部を使用してこの仕事を生産することにより生成される。ある廃熱は、吸着性物質あるいは反応生成物として形成される固体の炭酸塩のようなＣＯ２分離の中で使用される任意の物質を再生成するために、使用されることができる。
【0019】
排気ガスからのＣＯ２分離は、炭酸塩あるいは他の合成物を形成するために、物理的吸着、化学的吸着、及び／又は化学反応の１つ以上の可逆的プロセスによって生じる。これらのメカニズムは当分野で良く知られており、また、幾らかは図２及び図３中に概要的に示される。図２中で例示されるように、燃料のエネルギー価の約６０％は廃熱に変換され、その一部は、ＣＯ２を脱着して捕捉剤を再生し、かつ電気的なエネルギー及び力の他の形式を生成するために、あるいはＣＯ２を圧縮するのに必要な仕事に使用されることができる。図３は、ＣＯ２を脱着し、かつ捕捉剤を再生するために排気ガスの熱の使用の一例を示す。水も、冷やされた排気ガスの凝縮液として除去され、縮小されたＣＯ２容量の排気ガスは、大気中に放出されることができる。
【0020】
移動発生源に搭載されて利用可能になることができる、制限のあるスペースの特定の用法は、多くのパラメータの綿密な分析を必要とする。捕捉剤の再生は、望ましくは、搭載された温度動揺（ｓｗｉｎｇ）または圧力動揺のプロセスによって発生するであろう。しかしながら、捕捉剤がＣＯ２の捕集及び高密度化することの両方に役立つ極めて高容量を有している場合、その再生は、燃料補給中にまたは固定ステーションで完了することができる。後者の場合、再生温度必要条件及び／又は伝熱条件は、車両搭載では実際に達することが可能ではない。吸着剤は、適切な設備で再生のために除去されることが可能なカートリッジまたは他の除去可能なコンテナ内で、維持されることができる。拡張された車両稼働のために、多数のカートリッジが並列で実装されることができる。
【0021】
再生及び高密度化のステップは、さらに、同時に進行することができる。捕捉剤が加熱されると、それはＣＯ２を放出し始めるであろう。ＣＯ２が除去されない又は膨張する部屋を与えられない場合は、高い圧力及び高温のＣＯ２が蓄積するであろう。この場合、捕捉剤の再生は、放出されたＣＯ２が除去される場合ほど完全にはならない。
【0022】
先行技術のプロセスに従って、吸着及び脱着の床あるいはセルの間の動揺（ｓｗｉｎｇ）稼働は、流出物の成分のモニタリングに基づく。収着剤ベッドからのＣＯ２の予め定められた濃度を超過することは、収着剤物質の飽和が完全である或いは近いことを示す。同様に、脱着ベッドからのフロー中の減少したまたは最小化したＣＯ２濃度は、収着剤の再生の完了を示す。
【0023】
本発明に従って、収着剤への排気ガス流のフローを終了し、関連する脱着ステップを開始する時を判定するための新しい基準が開発される。かかる新しい基準は、吸着と脱着のセルの温度プロフィール及び圧力に基づく。吸着セルの収着剤の温度の増加は継続的な吸着を示し、他方、脱着セルの圧力の増加は、ＣＯ２の継続的な再生を示している。このプロセス制御方略は、吸着と脱着のセルの間で切り替えるために、ＣＯ２濃度測定ではなく、温度及び圧力計に依存する点において目新しい。
【0024】
特定のシステムのための温度と圧力のプロフィールの判定は、収着剤の有用なサイクル寿命に関しての試験中に得られた経験的なデータに基づくことができる。動揺（ｓｗｉｎｇ）点は、温度及び圧力の内の一方、他方、あるいは両方に基づくことができる。また、動揺点は、温度及び圧力のいずれか又は両方の変化の割合に基づくことができる。そのような判定は、技能の範囲であり、セル中に及び収着剤に接して位置したセンサからのデータに基づくことができる。
【0025】
好ましい実施形態では、チューブ・アンド・シェル・ユニット内で捕捉剤から放出されたＣＯ２は、正の圧力を生成するであろうし、また、圧縮機の吸入は下流に低圧区域を生成するものであり、それによって、圧縮のための脱着されたＣＯ２ガス流のフローに帰着する。予め定められた量のＣＯ２が脱着された場合、当該吸着ユニットは、サービスに戻されてエンジン排気流を受け取ることができる。
【0026】
効率的な内蔵の一時的貯蔵装置用の濃厚なＣＯ２の形成は、圧縮、液化、あるいは固体のＣＯ２、すなわちドライアイスを形成するためにガスを凍結することによって遂行される。ＣＯ２の最終的な密度は、その状態（すなわち、気体、液体及び／又は固体）に依存するものであり、５乃至１６００ｋｇ／ｍ３の範囲にあるだろう。高密度化に必要とされる総仕事エネルギーの少なくとも一部は、かかる廃熱から、熱電変換の使用により得られる。
【0027】
ＣＯ２捕集サイクルの稼働立ち上げ中に、あるいは、他の特別の稼働上のニーズの要求に合致して、エンジンの出力の一部、またはそうでなければ搭載されたバッテリーに貯蔵された電気が使用されることができる。システムの正常な定常的な稼働中に、ＣＯ２捕集及び高密度化に必要とされるエネルギーの少なくとも一部は、ＩＣＥの廃熱から来るであろう。
【0028】
固定発生源からのＣＯ２放出を減少させるための先行技術のプロセスを凌ぐ本発明により得られる１つの利点は、廃熱温度を相対的に高いものから適度にすることの即時の有効性である。石炭またはガス燃料の発電設備からの燃焼ガスの温度は、燃料のエネルギー価を最大限にし、かつ廃熱の環境への放出を最小限にするために、より多く引き下げられており、熱エネルギーのコストは、固定発生源からＣＯ２を捕集するための費用の主要な品目である。
【図面の簡単な説明】
【0029】
本発明は、以下に、同一又は同様の要素が同一番号により識別される添付図面を参照してさらに説明される。【図1】典型的な内燃機関によって、熱し、動力供給または作動する炭化水素燃料エネルギーの転換の概要を表した図である。
【図3】捕捉剤を再生するためにＩＣＥからの廃熱を使用し、動揺（ｓｗｉｎｇ）モードで操作される、本発明のシステムで用いられる方法と装置の一の実施形態の概要を示す図である。
【図4】２つの並列のＣＯ２捕集／再生サブシステム及び代表的な熱回収装置を備えたシステム及び装置の一の実施形態の概要を示す図である。
【図5】２つの並列のサブシステム及び代表的な熱回収装置を備えたシステムの他の実施形態の概要を示す図である。
【図5A】サブシステムのうちの１つで再生成され、他方は排気ガス流からＣＯ２を抽出している設定での５Ａのシステムの概要を示す図である。
【図6】固体のアルカリ土類金属及びアルカリ金属化合物の実用温度に関してのＣＯ２吸着容量の典型的な変化を例示する図表である。
【図7】温度及び水蒸気のある及び水蒸気のないＣＯ２ガス流に対する固体のアルミン酸塩の吸着性の合成物のＣＯ２吸着容量の増加を例示する図表である。
【図8】固体の収着剤を含む１対のセルのうちの一方からＣＯ２を脱着するための、本発明の方法に従って稼働されたシステムの実施形態の概要を示す図である。
【図11】本発明のシステムの稼働開始及びシャット・ダウンで用いられるための段階的なプロトコルの実施形態の処理フローチャートである。
【図12】本発明のシステムでの脱着プロセス及び装置の制御のための段階的なプロトコルの実施形態の処理フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0030】
（発明の詳細な説明）本発明は、捕捉剤の容量が到達し、続いてＣＯ２が該捕捉剤から回収され、捕捉剤が同時に再生されるまで、ＣＯ２ガスがエンジンの排気ガスから抽出される実施形態に関して説明される。ガス流として回収されたＣＯ２は、その後、気体、液体及び／又は固体として貯蔵用に圧縮される。ステップの幾つか或いは全てに必要となるエネルギーの幾らか或いは全ては、エンジン排気流から回収された熱から引き出され、かかるエネルギーは、捕捉剤の再生に直接使用され、及び／又は、他の従来の装置によって電気または仕事に変換することができる。
【0031】
図４で概要的に例示された本発明の１つの実施形態では、排気が熱回収装置を通過した後に、該排気流からＣＯ２が吸着されることができる適切なシステム及び装置が示される。それぞれのセル内の破線は、それらが接続される導管中の流体の流路を示す。稼働の方法及び気体の流路は、後の図中に例示される。本システムは、２つのサブシステムあるいはセルで例示的に示される；但し、捕捉剤の容量、排気ガスの流速、及びシステムの他の特性に基づいて、追加のサブシステムが使用されることができる。捕捉剤が各々の管に固定床として設置される場合、チューブ・アンド・シェル（ｔｕｂｅ ａｎｄ ｓｈｅｌｌ）熱交換器のための設計において類似し得る。また、捕捉剤は、当該外殻の側に配置されることができ、その場合には、かかる管に加熱及び冷却される気体が通過される。
【0032】
図４Ａ及び図４Ｂは、２個のセル間の動揺（ｓｗｉｎｇ）動作の方法を実証するものであり、ここでは他方のセル（脱着セル）で使用済みの捕捉剤（例えば固体の吸着剤物質）の再生が発生する間に、一方のセル（吸着セル）で、ＣＯ２が捕集される。この一連の図において、明るい弁は開位置を示し、暗くなった弁は、閉じた或いは、非流出入位置を示す。
【0033】
図４Ａ及び４Ｂの実施形態では、熱排気ガスは、脱着セルの外殻側を通過し、廃熱が捕捉剤に脱着の熱を供給するために使用されて、ＣＯ２を放出し、捕捉剤を再生成する。熱排気ガスは、脱着セルの外殻側を通過した後、熱を失って温度が減少する。
【0034】
排気ガスは、捕捉剤上でＣＯ２が物理的に及び／又は化学的に吸着される吸着セルの管側に入る。かかる排気ガスは、ＣＯ２が低下されて該吸着セルを出る。ＣＯ２は、捕捉剤で吸着されるとともに、吸着熱を放出する。熱の除去は、空気を外殻側に通過させることによって、遂行することができる。捕捉剤が最大容量に達すると、図４Ａ及び４Ｂ中で示されるように、排気ガス及び冷却空気が捕集セル間で動揺（ｓｗｉｎｇ）される。かかる吸着及び脱着セル間の動揺プロセスは、排気ガス中のＣＯ２濃度のモニタリングをトリガーすることができ、あるいは、稼働経験に基づいて予め定められた最適の稼働時間の後に生じさせることができる。
【0035】
ＣＯ２が減少されたガスは、大気に放出される。ＣＯ２に富んだガスは、一時的な内蔵の貯蔵装置のために、気圧調節、液化或いは凝固される高密度化区域へ渡される。当該貯蔵されたＣＯ２は、車両が燃料を補給される場合、或いは専門の回収設備にいる場合に、回収されることができる。
【0036】
この実施形態は物理または化学吸着に使用することができる。物理的な吸着剤は、これらの材料での吸着熱が、化学吸着剤と比較して一般に相対的により低いために、現在好まれている。一般に、化学吸着剤は、固形物上でのＣＯ２の高い積載能力という長所を有しており、それにより、ＣＯ２の比較可能な容量に対するより小さな収着剤セルに帰着する。
【0037】
ガソリン又はディーゼル燃料を供給されたＩＣＥからの排気ガス流は、約１３％の水蒸気を含んでいる。水蒸気の存在は、排気流からＣＯ２を除去する特定の収着剤の能力に関して、正、負、或いは効果なし、となる。例えば、図７でグラフ的に例示されるように、水蒸気の存在は、比較的低い温度では、固体収着剤のＣＯ２のパーセンテージでの重量利得を増加させる。５００℃の温度かつ水がない状態での収着剤に対する重量利得が約２２％であるのに対し、水蒸気が存在する場合の重量利得は、ほぼ２倍の約４２％である。３００℃及び４００℃での相対的な重量利得は、水蒸気がある状態でＣＯ２に対して約３倍である。水蒸気の存在がその物質のＣＯ２吸着容量を増強する吸着剤の場合には、ＣＯ２の規定容量に対してより少ない収着剤が使用されることができる。排気流中の水の存在から利益を得る収着剤は、カルシウム・アルミン酸塩、ポリ（アリルアミン）、及び多孔性の固体で支持された高沸点液アミンのような、アルミン酸塩に基づいた、及びアミンに基づいた材料を含む。
【0038】
水蒸気によって逆の影響が出る吸着性の物質は、当該物質が、ＣＯ２保持について、最初の２つのカテゴリに分類される合成物を超過する初期の高容量を有していれば、本発明の実施で利用することができる。
【0039】
どのような場合も、実質的に、水蒸気は全て、窒素及び任意の残りのＣＯ２とともに大気に放出されるだろう。
【0040】
ここで図５、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、吸着熱が除去され、脱着熱が閉ループの中で熱交換液体を用いて供給される、本発明のシステムの他の実施形態が例示される。かかるシステム及び装置は、図５に概要的に示され、及び図５Ａ及び５Ｂに稼働の特定の方法が示される。熱排気ガス及び空気は、当該セルの外殻（ｓｈｅｌｌ）側で通過されない。熱は、熱交換器によって液体に供給される。その後、液体は、第１のセルの外殻側を通過して、捕捉剤に脱着熱を供給する。かかる液体は、脱着セルを通過後に熱を失い、温度が減少する。熱交換液の温度は、さらに空冷式熱交換器を使用して減少させることができる。
【0041】
冷却された液体は、その後、吸着セルの外殻側を通過して、排気ガス流が管側を通過してＣＯ２が捕捉剤によって物理的及び／又は化学的に吸着されたときに、吸着熱を除去する。吸着及び脱着セル間の動揺プロセスは、前述されたように、排気ガス中のＣＯ２濃度の検出により、または、経験的な稼働時間の予め定められた期間の後に、あるいは以下により詳細に説明されるように、様々なタイプのセンサによりモニタリングされる幾らかの他のパラメータ（ら）及びエンジン管理システムによって処理されるデータ、をトリガーとして実行することができる。
【0042】
残部のＣＯ２に乏しい排気ガス流は大気中へ放出され、また、ＣＯ２が濃厚なガス流は、それが収集可能になるまで一時的に貯蔵される前に、気圧調節されて液化または凝固される高密度化区域へ渡される。
【0043】
本発明の実施形態の他の運転モードは、図８，図９及び図１０を参照して説明される。この実施形態では、固体の収着剤は、動揺モードで稼働される各々の１ペアのセル、すなわち、他方が以前に捕集されたＣＯ２を除去することで再生成されている間に、一方がＣＯ２を吸着しているセルに配置される。かかるセルは、概して、外殻（ｓｈｅｌｌ）を二者択一で通過する熱／冷温ガスと熱交換するための管内に配置された収着剤を備えた外殻及び管（ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ）のデザインである。この実施形態では、捕集されたＣＯ２は、気体として貯蔵装置用に圧縮される。ＣＯ２の密度を一層高めるために、さらなる圧縮及び急速膨張が使用され得ることが理解されるであろう。
【0044】
図に関してさらに詳細に説明すると、記載される特定の稼働モード中、実線は、エンジン１０から放出された排気流２０を概要的に表わし、点線は、吸着セルの下流の排気ガス流５６のバランスを表わし、破線は、脱着後のＣＯ２に富んだ流５２を表わし、鎖（ｄａｓｈ−ｄｏｔ）線は、冷媒空気を表わし、鎖点（ｄａｓｈ−ｄｏｔ−ｄｏｔ）線は、回路を冷やす熱電素子であり、鎖々点（ｄａｓｈ−ｄａｓｈ−ｄｏｔ）線は、活発な流れのない導管及び弁を表わす。
【0045】
図８は、エンジン１０の始動の後に、セル５０Ａで生じる脱着プロセス及びセル５０Ｂで生じる吸着すなわちＣＯ２の捕集の定常状態中のシステムの稼働を概要的に例示する。排気ガス流２０は、セル５０Ａの外殻側を通過して、ＣＯ２を放出するための脱着に必要な熱を提供するために収着剤を加熱する。続いて排気流が熱電素子３０を通過して、知覚可能な廃熱のうちの幾らかを回収し、電気的なコンダクタ３２によって引き出される電力を産出する。その後、排気流は、セル５０ＢのＣＯ２と接触される管側または内部を通過して、収着剤によって吸着される。吸着プロセスを経るセルを冷やすために、８４で空気も供給されて、発熱を伴う吸着熱を除去して最適の収着剤温度を維持する。吸着されなかったＮＯｘ、水蒸気及び任意の残部ＣＯ２を含有する残りの排気ガス流５６は、出口５８経由で大気に放出される。
【0046】
脱着されたＣＯ２流５２は、セル５０Ａから放出され、真空ポンプ７２によって引き出される。ＣＯ２に富んだ流れは、ＣＯ２圧縮機７４によって圧縮され、ＣＯ２貯蔵タンク７０に貯蔵される前に、一連の空気及び液体熱交換器６２，６４，６６によって冷却される。貯蔵タンク７０中の圧力がその予め定められた極大値に達する場合、タンク遮断弁７９は、システム管理ユニットの制御機から当該アクチュエータへの信号によって閉じられる。
【0047】
熱電素子３０は、冷却液ポンプ３６及び熱交換器３８を含む閉じた循環する液体冷却システム３４を使用して冷却される。空冷式、フィン式、或いは薄型プレート式の熱交換器を含め、他の冷却手段が使用されることができる。
【0048】
熱電素子３０によって生産された電気的なエネルギーは、例えば冷却液ポンプ３６，送風機８２，真空ポンプ７２，或いは圧縮機７４のような任意の１又は２以上のシステム構成部に電力を供給するために使用されることができる。あるいは、電気的なエネルギーは、車両の蓄電池（図示せず）に向けることができる。
【0049】
脱着プロセスがセル５０Ｂで発生し、吸着がセル５０Ａの中で発生している場合、継続的な稼働の段階を例示する図９がここで参照される。三方弁５４は、セル５０Ｂの外殻側を現在通過する排気流２０を転換するために作動され、収着剤及び吸着されたＣＯ２を内部で熱して、脱着の必要な熱を提供する。排気流２０は、続いて熱電素子３０を通過し、その廃熱値の幾らかを変換して電力を生産する。排気流は、その後、ＣＯ２が収着剤上で吸着されるセル５０Ａの内部又は管側へ導入される。また、排気流５６の残余は、セル５０Ａから通過し、出口５８経由で大気へ放出される。
【0050】
他の観点では、システムの機能及びその稼働の方法は、実質的に図８に関して上述された。
【0051】
ここで図１０を参照すると、ＣＯ２捕集システムが完全にバイパスされ、排気ガス２０が排気出口５８を通じて大気に直接放出される稼働モードが例示される。この稼働モードで必要とする条件は、貯蔵タンク７０で最大圧力限界に達していること、または、安定状態の条件がシステムの制御能力を超えるようになるまでエンジン１０が急激に加速されること、を含むことができる。
【0052】
さらに、真空ポンプ７２とＣＯ２圧縮機７４の間のラインに、調整可能な３方向のバイパス弁７６及びＣＯ２バイパス導管７８が位置する。例えば、貯蔵タンク７０中で予め定められたＣＯ２の最大圧力に達しており、該状況がシステムからＣＯ２を除去すると望まれる場合、バイパス弁７６は、かかる状況で内蔵のエンジン管理プロセッサ／制御機によって作動される。この例では、バイパス弁７６及び導管は、大気（図示せず）へＣＯ２を放出することができる。後にさらに詳細に説明されるように、バイパス導管７６からのＣＯ２もエンジン１０に再利用することができる。
【0053】
当業者に明白であるように、システムの稼働は、搭載されたコンピュータで最先端技術エンジン・マネジメント・プログラムを使用して、好ましく自動化される。簡明のために、圧力及び温度センサーは、添付した概要図面には示されない。稼働上のフィード・バック・ループは、真空ポンプ７２、ＣＯ２圧縮機７４、冷却液ポンプ３６及び冷却送風機８２を含むコンポーネント上で規定通りに提供される。
【0054】
警告信号及び／又は自動遮断スイッチを備えた圧力センサーは、送風機８２、ＣＯ２真空ポンプ７２、ＣＯ２圧縮機７４及びＣＯ２貯蔵タンク７０の稼働特性に関連する。特に、タンク７０中で最大圧力に達した場合、プログラムされた信号は、誘導弁９０を作動させて、排気出口５８経由でエンジン排気２０を全て大気へ放出する。
【0055】
熱電対の形態の温度センサーは、システムの稼働を制御するために有利に使用されることができる。例えば、吸着剤または吸着剤のコンテナの温度は、多くの熱電対によって測定され、予め定められた温度に達する場合に、吸着剤のＣＯ２の所望の容量にに達したことを示すと判定するプログラムによってモニタリングされる。その後、プログラム制御機は、排気ガス流２０を別のセルに転換し、その間の時間、脱着モードで稼働し、その収着剤が再生されてＣＯ２を吸着し始め、その一方で隣接したセルは、その脱着サイクルを開始する。
【0056】
他の自動弁及びスイッチ機能が含まれることができるが、圧力が予め定められた最小値（例えば、１．５ｐｓｉｇ）に落ちる場合または極大値（１６００ｐｓｉｇ）に達する場合に、ＣＯ２貯蔵タンク入り口弁７１を閉じることに制限されるものではなく、ＣＯ２貯蔵タンク温度が予め定められたレベル（例えば、５０℃）を超過する場合または最大圧力に達する場合に、ＣＯ２圧縮機を切ること、が含まれ得る。
【0057】
稼働プログラムは、さらに、排気ガス流の流速と関係するデータを受信し、該データは、例えばエンジンｒｐｍまたは同種のものから引き出され、それは経験的に、先の研究所かプロトタイプ試験によってセル５０Ａ及び５０Ｂ中の収着剤の吸着容量に関連付けられる。これらの相関性は、排気ガスシステムの容積測定での流速の合計に基づいたセルについての吸着サイクルの時間と関係があり、それは次に、サイクル期間を制御するために変数として使用される。したがって、セルの転換の時間を計るために排気ガス流流速を使用することは、より低いエンジンｒｐｍで（つまり、より低い車両速度またはエンジンがアイドリングである間は）より長い稼働サイクルに帰着し、また、より高いｒｐｍ及び車両速度では相対的により短い時間のサイクルとなる。
【0058】
本発明のさらなる実施形態では、捕捉剤の再生の後に回収されるＣＯ２の一部は、バイパス導管７６を通じて、大気の空気及び燃料と混合させられるエンジン１０の吸気口に戻される。システム稼働のこの側面は、エンジン稼働温度を下げて、これにより、燃料の燃焼の間に生み出されるＮＯｘ化合物の量を減らすために現在用いられる、排気ガス再循環（ＥＧＲ）と類似する。排気ガス容量の５〜１５パーセントと等価なＣＯ２の量は、吸気口に戻すことができる。かかるＣＯ２の戻しは、さらに燃料混合で引き出された空中窒素の量を減らすものであり、これは排気でのＮＯｘ化合物をさらに縮小する有益な効果が得られる。排気ガス流中のＣＯ２のパーセントも増加させられる。
【0059】
自動車上の排気ガス再循環のために慣例通りに使用された同じ装置及び制御システムは、ＣＯ２の再循環を実行することができる。ＣＯ２の再循環も既存のＥＧＲシステムと共に試みることができる。ＣＯ２は、エンジン稼働状況に基づいて、あるいは現在の慣習に従って、全てあるいは排気ガスの予め定められた一部を交換することができ、或いは、エンジンが冷たい時の起動時のような場合、または急激な加速中及び／又はＩＣＥが重い負荷状態にある場合に、再循環の全体を中止することができる。
【0060】
熱電対は、本システムの稼働のための制御方略において有利に使用される。１つの、しかし望ましくは複数の熱電対は、吸着剤温度を、特定された種類のセル及びセル中に位置した特定の吸着剤のために経験的に先決された目標の吸着又は脱着温度と比較することにより、セル５０Ａ及び５０Ｂ間の動揺（ｓｗｉｎｇ）稼働を決定するために使用される。また、熱電対は、吸着熱を消散させる吸着サイクル中に要求されるような捕集セルを冷却する送風機を稼働するために使用される。さらに、熱電対は、排気ガス流の温度が熱電素子に対する限度を越える場合に、損害を回避するために、バイパス弁を制御するために使用されることができる。また、個別の熱電対は、ＣＯ２の吸込温度が極大値を超過する場合に、ＣＯ２圧縮機７０を保護するために使用され、その場合には、導管７８を通じてＣＯ２を放出するためにバイパス弁７６が作動される。
【0061】
システム制御を促進するために、圧力センサーも使用される。例えば、システムを通した圧力低下がエンジンの性能に影響する値を超過する場合に、システム・バイパス弁９０を始動させるために、エンジン排気の圧力センサーが使用される。かかる圧力センサーは、吸気圧力が予め定められた最小値以下に落ちる場合に、ＣＯ２圧縮機７４をオフにするために使用される。蓄積された圧力がタンクの設計圧力に近い値に達する場合、ＣＯ２圧縮機７４をオフにしてＣＯ２貯蔵タンク７０を分離するために、個別の圧力センサーが使用される。
【0062】
好ましい実施形態では、本発明のＣＯ２捕集システムの稼働及び制御、及びプロセスは、自動化される。プログラミングされたエンジン管理ユニットは、システムをモニターするセンサ及び他の装置からのデータ及び信号に基づいて機能する、プロセッサ及び制御機を含む。当該稼働の種々の側面のための好適な制御プロトコルの例は、図１１乃至図１４の詳細な処理フローチャートで提供される。かかる一連の図において、「ＴＥ」は「熱電素子」を意味する。
【0063】
図１１を参照すると、システムの起動及びシャットダウンの時に様々な装置を作動させて弁を開く及び閉じるように設定された稼働のシーケンスが図式で識別される。システムのシャットダウン中に、全ての弁は、プロセッサ／制御機によって弁アクチュエータに出された信号に応答して閉じられる。真空貯蔵所バイパスは、本システムが止められた場合であっても、加熱の影響で温度が上昇するのを回避するために、ＣＯ２圧縮機の入口を１００°Ｆ以下に維持するように機能する。
【0064】
図１２を参照すると、脱着ユニット稼働制御方略のためのステップ及びセンサ・チェックの詳細なシーケンスが示される。
【0065】
図１３を参照すると、バイパス制御方略のためのステップ及びセンサ・チェックのシーケンスが示される。この実施形態では、システムバイパス弁についてのデフォルト位置は開状態である；排気ガス流をＣＯ２の捕集用の吸着剤へ渡すために、弁アクチュエータは、プロセッサ／制御機から「閉」コマンドあるいは信号を受信する。図示されたシーケンスは、ステップ「車両性能が大幅に妨げられるか？」を含む。エンジン速度、アクセルペダル位置及びエンジン連結管背圧のような機能は、ＣＯ２吸着システムがバイパスされるべきか否か判定するために使用される。車両性能の大幅な妨げは、車両稼働に対する顕著な出力の縮小として定義される。図中のこのステップは、排気ガス流が脱着手段を通過されるときは常に車両の性能が著しく縮小されないことが分かる場合には、省略されることができる。
【0066】
ここで図１４を参照すると、送風機の制御のためのステップ及び稼働のシーケンスが示される。かかるステップの各々の記載の詳細な機能、及び、図８乃至図１０に関して上に提供されたことを考慮すると、これ以上の説明は不要であると考えられる。本発明のシステムは、車両に従来通りに実装された触媒コンバーター（ら）の下流の排気ガス流からＣＯ２を受け取り捕集するように、好ましく実装される。排気ガス流において窒素を含有する合成物を窒素に転換することは、吸着剤の容量及び吸着剤物質の循環の寿命に影響し得る燃焼生成物の潜在的な存在及びを最小限にする。触媒コンバーター（ら）の下流の排気ガス流温度は、より高いものであり、より多くの発熱量が回収されることができる。さらに、エンジンが稼働開始で冷たい場合、触媒コンバーターの下流の排気ガスは、該コンバーターに生じる発熱を伴う反応によって、上流よりもより熱くなる。さらに、設計されたエンジン性能特性に悪影響を及ぼさないようにするために、温度及び触媒コンバーターの下流の排気ガス流からの二酸化炭素の除去に関連して、圧力低下を生じさせることが望ましい。車両の触媒コンバーター（ら）の下流にシステムを配置することは、さらに、残部の排気ガス流の、吸着剤セルを通過した後の放出を簡素化する。
【0067】
ＣＯ２捕集コンポーネント（ら）の実施形態は、以下のものを含むことができるが、これらに制限されるものではない。
【0068】
１．捕捉剤は、排気ガスからの分離のために、ＣＯ２の化学的または物理的吸着に基づくことができる、すなわち化学吸着剤または物理吸着剤である。物理吸着剤は、活性炭、ゼオライト、有機骨格の金属（ＭＯＦ）物質及び有機と無機のハイブリッドを含む。
【0069】
２．捕捉剤を選択する際に、それが配備される特定の車両の種類及びシステムの各々の排気ガス温度での長期安定性について考慮されなければならない。ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとでは、排気ガス温度が変わり得るものであり、ガソリン燃料でのエンジン排気は、一般に、比較可能な稼働状況の下では、より熱い。他に考慮されるべき要素は、次のものを含む。ａ．異なる生産者によって使用された、精製過程での固有の制限により燃料の中に存在する任意の種類の不純物；
ｂ．窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）のように、特定の種類の燃料に特有であり、燃焼中に酸化する化合物；及び、
ｃ．浄化剤、染料、アンチノック及び潤滑添加剤のように、精製所で燃料に導入される化合物。
【0070】
３．捕捉剤は、ＣＯ２吸着ができる固体の吸着剤、固体の炭酸塩あるいは他の材料として使用されることができる。捕捉剤の例は、金属酸化物、ハイドロタルサイト、ジルコン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、炭酸塩、及びアミンに担持されるもの、を含む。捕捉剤は、カリウムに促進されたアルミナのような、促進された高表面積支援の形態とすることができる。ＣＯ２捕捉剤は、物質の単一のクラス或いは多数のクラスを含むことができる。
【0071】
４．捕捉剤は、異なる形態とされることができる。固体の吸着剤は、特に例えば、球状の粒子、小球（ｐｅｌｌｅｔ）、小粒（ｇｒａｎｕｌｅ）、モノリス、粉末、及び成形品として、充填されることができる。捕捉剤は、中空繊維吸着剤の形態とされることができる。薄い繊維マトリックス管は、ＣＯ２捕捉剤を支援マトリックス内に含むことが可能であり、内部に不浸透性の管を含むことができる。流体は、ＣＯ２捕捉剤の吸着及び再生を管理するために必要とされる熱を供給及び除去するために、分離されたインナー管の内部で使用されることができる。好ましい実施形態では、熱伝導材料で作られ、高温に耐えることができる繊維マトリックスが使用される。多くの並列の中空繊維吸着剤管は、ＣＯ２捕集コンポーネントとして使用されることができる。排気ガスがアウタ管を通過する場合、そのＣＯ２が捕捉剤と反応し、また、熱はインナー管からの流体を使用して除去される。ＣＯ２の再生のために、流体は、インナー管からの脱着のための熱を供給する。
【0072】
捕捉剤は、さらに、モノリスの表面に適用されることができ、それは本書に定義されたように、モノリスの長手方向に沿って伸びる木立（ｇｒｏｖｅ）を備えたパイプのように、異なる形状とすることができる高表面積領域支援部である。吸着剤は、高い表面の気体との相互作用を供給し、さらに、ＩＣＥ効率にとって不可欠である圧力低下の縮小のために、モノリスの表面に適用されることができる。吸着剤はまた、モノリスの木立の内部に充填されることができる。モノリスは、熱伝導性の材料、例えば、吸着／脱着中に捕集のコンポーネントの伝熱特性を増強する金属で構築されることができる。
【0073】
捕捉剤のためのキャリアとして、非常に多孔性の発泡金属が使用されることができる。上述されたモノリスと全く同じように、固い発泡金属から様々な構造の形が形成されることができ、捕捉剤で覆う及び／又は含浸させることができる。
【0074】
５．吸着と脱着のセルは異なったデザインとされることができる。図４及び図５は、吸着剤が管内で充填される場所で、シェル・アンド・チューブ（ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ）熱交換器として捕集区域のコンポーネントを例示する。捕捉剤を保持するために、他のタイプの熱交換器が使用されることができる。これらは、プレート式、スパイラル式、対向流式、及び他のタイプを含む。大変優れたコンパクト性及び吸収／脱着剤の熱の非常に効率的な交換を可能にするために、一つのユニットで、吸収と脱着の両方の区域を組み合わせることができる。例えば、吸着剤は、動揺（ｓｗｉｎｇ）型の装置の両側に充填されることができる。吸着熱は、ＣＯ２が捕集される際に放出され、吸着剤の再生に必要な熱の少なくとも一部を提供するために、伝導され、或いは、反対側に伝搬されるであろう。
【0075】
固定床の稼働に加えて、１セットの流動床は、捕集コンポーネントに使用されることができる。
【0076】
６．吸着及び脱着間の転換プロセスのための２個の捕集セルが例示された。また、異なる吸着／脱着サイクルに備えるために、多数のセルが使用されることができる。
【0077】
７．図３，図４及び図５と共に説明された温度変動吸着に加えて、圧力変動、真空動揺（ｓｗｉｎｇ）及び電気的な動揺（ｓｗｉｎｇ）吸着のような他のプロセスが使用されることができる。捕集セルを通すガスの流れを転換することは、捕捉剤のＣＯ２容量の最大／最適利用を保証するために選択された、排気出口で検知されたＣＯ２濃度、定義された稼働回数、及び他の基準に基づいて、引き起こされることができる。
【0078】
気体のＣＯ２に対して特に有用な固体の吸着剤は、ＭｇＣＯ３またはＭｇＯのようなマグネシウム化合物とグループＩＡ金属の少なくとも１つの塩との混合塩からなる混合塩組成物であって、Ｍｇ対グループＩＡ金属のモル比は、８：１から３：１、望ましくは６：１から４：１であることが見出された。マグネシウム化合物は、望ましくはＭｇＯであり、また、グループＩＡ金属の少なくとも１つの塩は、望ましくは炭酸塩及び／又は硝酸塩である。特に好ましい吸着剤の組成は、ＭｇＯ：Ｎａ２ＣＯ３：ＮａＮＯ３であり、ここで、Ｍｇ：Ｎａのモル比は、約４：８から１までである。Ｌｉ，ＫあるいはＲｂの塩類は、好ましい組成では、ナトリウム塩類と置き換えることができる。
【0079】
本発明の混合塩吸着剤は、例えば、後の実施例１に記載されるようなゲル化反応を通じて、または、望ましくは実施例２に記載されるような沈降反応によって作ることができる。マグネシウム塩及びグループＩＡ金属塩は、溶液の形態で準備され、反応混合物を形成するために混合させられる。この反応は、付随的に、沈殿剤とともに行なわれる。塩類は、互いに反応する際に、ＭｇＯまたはＭｇＣＯ３が沈殿物中に形成されるようなものが選択される。望ましくは、ＭｇＯそれ自体、Ｍｇ（ＯＨ）２、最も望ましくはＭｇ（ＮＯ３）２のような、きわめて可溶性に優れたＭｇ合成物が使用される。以前に注記されたように、ＭｇＣｌ２またはＭｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２も使用されることができる。ひとたびＭｇ塩が選択されると、当業者は、所望のＭｇＯ／ＭｇＣＯ３を産出するために、どのＮａ塩あるいは塩類がＭｇ塩と反応するかを決定することができるであろう。
【0080】
準備の後に、吸着剤粉末は、ベーマイトのようなバインダーを加えることによって、あるいは、吸着性の損失に帰着することができる既知の特別の予備的な技術（但し、当該技術は、充填床において圧力低下を低く保つのに、及び材料をより容易に取り扱えるようにするのに役立つもの）によって、成形品に作られることができる。記載された粉末状の塩類を使用して、バインダーなしで作られた成形品に対して、より大きなＣＯ２吸着容量が見出され、３００℃で約２０重量％のＣＯ２荷重が達成された。
【0081】
バインダーのない成形品の粉砕強度は、０．５１ＭＰａであり、ベーマイト（０．５５ＭＰａ）で準備された成形品と等価であることが分かった。
【0082】
この反応は、反応性の塩の濃度で行われるものであり、ここでは、マグネシウムとＩＡ族金属との比率が３：１から８：１、最も望ましくは４：１から６：１と規定される。この選択は、上述のように、比率を変えることによって異なる特性を有する吸着剤が生成されるため、当業者に委ねられる。吸着剤が作用する条件を知ることによって、採用する比率が決定される。必要に応じて、例えばＮａＮＯ３などの反応を促進するために、沈殿剤が添加されることができる。かかる沈殿剤は、望ましくは、ＩＡ族金属の塩である。
【0083】
実施例１
【0084】
この実施例は、ゼラチン法と呼ばれる方法により、本発明のプロセスで使用するための固体ＣＯ２吸着剤の準備について説明する。脱イオン化された水に溶かされた炭酸ナトリウム（４２．１８ｇ）及び硝酸ナトリウム（２１．６３ｇ）の溶液の８００ｍｌに対して、炭酸マグネシウム水酸化物（ＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２ ｘ Ｈ２０）の量（３９５ｇ）が加えられた。これは、３０分間撹拌されて、混合塩スラリーを産出した。かかるスラリーは、続いて遮蔽され、ＭｇＯ：Ｎａ２ＣＯ３：ＮａＮＯ３の乾燥したケーキを形成するために、１６時間１２０℃で乾燥させた後に、室温で１６時間放置した。分析によって、７５．８：１６：８．２の質量比、及び、約４．８のＭｇ：Ｎａのモル比を示した。次に、この乾燥したケーキは、３℃／分のランプ速度で１２０℃から４５０℃まで加熱され、続いて４５０℃で４時間加熱されることにより、焼成された。焼成されたケーキは、粉砕され、残りの体積を占めるためのＳｉＣのような不活性物質での充填層での使用に適した１５０乃至４２５メッシュの画分を収集するために、篩い分けされた。 試験結果は、吸着剤のＣＯ２の負荷が３００℃で最大に達するが、かかる吸着剤は、温度の広い範囲で有効であったことを示した。
【0085】
実施例２
【0086】
この実施例では、沈殿プロセスと呼ばれる方法によって、発明に使用されるのと同じ混合塩組成物の固体のＣＯ２吸着剤の準備について説明する。３０００ｍｌの脱イオン化された水でのＮａ２ＣＯ３の２３３．４ｇの溶液が５．０リットルのプラスチックビーカー内に入れられ、機械的な振動器で活発に撹拌された。脱イオン化された５００ｍｌの水に１８８．４ｇのＭｇ（ＮＯ３）２：６Ｈ２Ｏの第２の溶液が、およそ３０ｍｌ／分のレートで最初の溶液中に送り込まれた。１時間撹拌されてスラリーとなった。前述されたように、かかるスラリーは夜通しで貯蔵され、次に濾過されて、多湿の沈殿ケーキを産出した。濾液を約３２００ｍｌｓ回収した。これは、１２０℃で２４時間乾燥させ、実施例１で説明され処理された乾燥ケーキを形成した。試験結果は、吸着剤上のＣＯ２負荷の量が３２５℃でピークに達することを示し、さらに、例１による吸着剤でのように、この実施例での吸着剤産品は、広い温度範囲に亘って有効であった。
【0087】
最終的な吸着剤製品を準備するために、Ｌｉ，Ｎａ，またはＫ塩類を使用して、混合塩吸着剤組成物中のアルカリ成分の影響を評価した。塩類は、Ｍｇ：アルカリ金属のモル比が６：１を用いて、前述された方法で準備された。その結果物は、シミュレートされた排気ガス流からＣＯ２を除去するそれらの能力に関して試験された。吸着は３，１２５／時間のＧＨＳＶで１００℃乃至４５０℃の温度範囲で実行された。吸着剤は、ランプ温度が４５０℃まで、１０℃／分の速度で、及び２５００／時間のＧＨＳＶにより再生された。
【0088】
結果は、Ｎａが最良の運用上の温度範囲を示し、ＬｉとＫのアルカリ金属が異なる温度で良く機能することを示した。ナトリウムを含有する吸着剤は、２００℃から４００℃の温度範囲にわたってＣＯ２を吸着し、３２５℃で最大に達した。リチウムを含有する粉末は、２００℃で最も効果的で、２５０℃まで有効であったのに対し、カリウムを含有する合成物は、約３００℃から約４００℃の高温でＣＯ２を吸着した。
【0089】
追加の試験は、本発明の混合塩構成がＭｇ２ＣＯ３またはＭｇＯのいずれかを成分として有すべきことを示し、また、これらの吸着剤の準備では、これらのうちの１つをもたらすＭｇの合成物が好ましく選択される。
【0090】
Ｍｇ（ＮＯ３）２，ＭｇＯ，及びＭｇ（ＯＨ）２は、全て実施例１及び実施例２と同じパラメータを使用して試験された。これらは全てＣＯ２を吸着したが、硝酸塩は、ＭｇＯまたはＭｇ（ＯＨ）２塩よりも、ＣＯ２を吸着する能力が著しく大きい能力を持った吸着剤を産出した。
【0091】
Ｍｇ（ＮＯ３）２が他の合成物よりも水での著しく大きな可溶性を持っていることは注目すべきである。かかる可溶性の差違は、さらに、最終生産物が異なる反応機構に起因することを示す。硝酸塩は、例えば、ナトリウム塩類との陰イオン交換に参加するが、他方、酸化物と水酸化物はそうではない。従って、より可溶なのがマグネシウム塩であり、最終生産物の吸着能力がより大きい。Ｍｇ（ＮＯ３）２、ＭｇＣｌ２、Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２及び他の高溶解性マグネシウム塩は、発明の吸着剤を作る際にこのように好まれる。
【0092】
ナトリウムの濃度は、異なる温度での最適な吸着容量とともに、吸着剤の性能に影響を及ぼす。Ｎａに対するＭｇの濃度の減少は、ＣＯ２充填温度のピークを３２５℃−３５０℃に対して２５０℃−２７５℃に変化させる結果となった。対照的に、吸着剤上に充填されたＣＯ２の増加は、１２−１３重量％と比較してより高い濃度である約２０重量％から観察された。
【0093】
上記の試験は沈殿剤としてＮａ２ＣＯ３を使用したが、（ＮＨ４）２ＣＯ３で例示されたように、他のものが使用されることができる。
【0094】
Ｎａ２ＣＯ３で吸着剤を準備するために、ＭｇＮＯ３の溶液に、沈殿剤が溶液の形態でゆっくりと加えられた。ＭｇＮＯ３とＮａ２ＮＯ３の溶液に、Ｍｇ：Ｎａの６：１のモル比を維持しながら（ＮＨ４）２ＣＯ３が加えられた。
【0095】
その結果、Ｎａ２ＣＯ３で得られた産品は広範囲での活性を示し、他方、（ＮＨ４）２ＣＯ３で準備された産品は、３００℃でＣＯ２吸着活性における非常に鋭いスパイクを示し、他の温度ではほとんど活性を示さなかった。これらの結果は、異なった適用に対する吸着剤を準備するために、沈殿剤を変えて使用することができることを示唆する。
【0096】
本発明の実施では、ＣＯ２は、約１００℃から約４５０℃、好ましくは約２５０℃から約３５０℃の範囲の温度で、排気ガス流から吸着剤がＣＯ２の全て又は一部分を除去するのに十分な時間、説明した混合塩吸着剤と接触させることにより、排気ガス流から吸着される。前述のように、吸着剤がＣＯ２で飽和される状態となるが、このことは、吸着剤と接触する前と後の排気ガス流中のＣＯ２の含有量を測定及び比較することによって判定することができる。ＣＯ２が排気流からそれ以上除去されないことが明白な場合、該吸着剤は、例えば、その脱着温度（例えば約５００℃）に加熱されることによって、再生することができる。再び、排気ガスに含まれるＣＯ２の量を測定することによって、当業者は、吸着剤が再使用の準備ができる時期を決定することができる。
【0097】
ＣＯ２高密度化成分は、内蔵の一時的貯蔵装置のためにＣＯ２の気圧調節、液化或いは凝固化を保証するための適切な能動／受動の冷却システムとともに、単一又は多段の圧縮機によって達成されることができる。かかるＣＯ２貯蔵装置は、移動発生源に搭載された単一のタンク或いは多数のタンクに存することができる。燃料タンクも、燃料側とＣＯ２側の間の移動する区分を備えることで、捕集されたＣＯ２を貯蔵するために使用することができる。全てのシステム構成部の制御は、性能を最適化するために、当該移動発生源の制御システムまたは個別の制御システムに統合されることができる。
【0098】
ＣＯ２捕捉剤の吸着と脱着のサイクルを制御するために、熱管理が必要とされる。図６でグラフ的に示されるように、吸着剤のＣＯ２吸収容量は、温度に応じて著しく変わり得る。図示された例では、容量は、３５０℃に接近するにつれて最大に増加し、かつ３５０℃と４００℃の間で急速に縮小する。
【0099】
一般に、商業上利用可能なプレート式のコンパクトな熱交換器は、排気ガス流の温度を縮小するのに有効であることが見出された。それらは、様々なサイズ及び材料の制作において利用できる。大きな伝熱表面は、比較的小型な装置の使用を許可し、車両に加えられる容量と重量の両方を節約する。
【0100】
ＣＯ２が吸着剤に（物理的または化学的に）吸着されると吸着熱が放出されるので、熱は当該捕集部から除去される必要があるだろう。ＣＯ２が吸着剤から放出される場合に、脱着／再生に必要な熱を提供するために、当該捕集部に熱が供給される必要があるだろう。熱の供給及び除去は、伝導、対流、放射、生成、及び／又はこれらの方法の組み合わせを含む異なる方法を使用して遂行することができる。
【0101】
伝導の場合には、金属のような熱導伝性の材料を使用して、熱が供給され又はＣＯ２捕捉剤から除去されることができる。ＣＯ２捕捉剤が管の中で充填される場合、熱は、外殻構造による伝導を用いて、管の外部から除去することができる。管の外部の外殻からの熱を供給または除去するために、流体を使用することができる。管の内部のフィン、金属網及び他のデザイン及び既知の技術は、捕捉剤に接する表面積を増加させて、かつ伝熱を増強するために使用することができる。フィン及び他の表面の変形も、システムの伝熱を増強するために管の外側の外殻構造により使用することができる。また、ＣＯ２捕捉剤は、流体を用いて熱を供給または除去するために使用される管の外部及び内部に充填または搭載されることができる。かかるＣＯ２捕捉剤は、上に覆われるか、あるいは支持材が金属のように熱伝導性に優れている場合、モノリス型の捕集コンポーネントに搭載されることができる。熱は、単一体の支持物を通じた熱伝導を使用して、供給または除去することができる。
【0102】
対流熱交換については、熱は、流体を使用して、ＣＯ２捕捉剤から供給されまたは除去される。例えば、ＣＯ２捕捉剤が管の内部に搭載されると、流体は、管の外部の外殻から、あるいは捕捉剤との直接の接触により、熱を供給または除去することができる。ＣＯ２捕捉剤がモノリス型の捕集コンポーネントに覆われる又は搭載される場合、例えば、捕捉剤との直接の接触によって、または単一体の支持物に浸透する管の使用によって、流体は、モノリス型の外部の外殻から熱を供給または除去することができる。
【0103】
放射熱交換については、熱は、再生のために捕捉剤に供給することができる。熱を供給するために、高温源またはマイクロ波が使用されることができる。例えば熱電素子により電力が供給される電気ヒーターのような熱生成コンポーネントを通じて、ＣＯ２捕捉剤に熱を供給することもできる。
【0104】
図４，図４Ａ，図４Ｂ，図５，図５Ａ及び図５Ｂは、さらに、熱エネルギーをシステムの高密度化装置及び弁のような他の補助的設備を操作するために使用することができる機械的仕事あるいは電力に変換する役目をする熱回収（ＨＲ）コンポーネントのための任意的な位置を示す。液体は、これらの吸着剤が吸着及び再生間で交換する大きな量の熱を運び伝えることができる。液体の容量の１ユニット当たりの熱容量（すなわちそれらの体積熱容量）は、気体のそれの約１００倍以上である。したがって、同じ容量について、液体は、気体の約１００倍以上の速度で熱を除去または提供することができる。同様に、加えられるまたは除去されるべき熱の同量について、液体の必要とされる容量は、気体の容量の約１／１００である。
【0105】
単一または複合的な技術は、廃熱を電気的なエネルギー又は仕事に変換して、ＣＯ２を圧縮する或いは補助の設備に動力を供給するために、使用することができる。ＨＲコンポーネントの寸法または容量、位置及び稼働状況は、（例えばエンジン排気流からの）廃熱の有効性に基づいて決定される。これは、排気であろうとエンジン冷却液であろうと、温度及び廃熱流の容積測定の流速の両方を含むであろう。単一あるいは２以上の種類の熱回収コンポーネントは、排熱流の性質及びその温度及びフロー条件に依存して使用することができる。
【0106】
熱／エネルギー回収システムの稼働は、温度及び流速センサからデータを受信し、流量調整弁と通信を制御するプリプログラムされたプロセッサ及び制御機によって制御されることができる。例えば、エンジン排気ガスの温度は、飽和された吸着剤のコンテナとの熱交換接触へ渡すことによってその温度を十分に上げてＣＯ２を放出するために、制御されることができる。低い温度を備える排気ガスは、続いて、電気を生成する熱電素子で、さらなる熱交換をされることができる。最後に、比較的低温の排気ガスは、大気へ放出される前に、そのＣＯ２容量の縮小のために、吸着区域に導入されることができる。
【0107】
本発明の実施で使用される熱回収（ＨＲ）コンポーネント（ら）の種類は、以下の種類の装置を含むことができるが、但しこれらに制限されるものではない。
【0108】
１．電力を生成する熱電素子又はモジュール。熱電素子モジュールの高温側は排気ガス側に実装され、冷温側は、（能動的システム）と呼ばれる閉じた冷却システムに実装され、或いは、大気（受動的システム）にさらされる。熱電モジュールは、高温側から熱の一部を除去し、高密度化装置及び／又は他の搭載された設備を稼働させるために使用することができる電力を生成する。
【0109】
廃熱を電気的なエネルギーに変換するために使用される熱電素子は、エネルギー転換を最適化するために、異なる位置及び配列で設置することができる。かかる熱電素子は、排気管、捕集コンポーネント、エンジンブロックあるいは装置の高温側としての他のエンジンコンポーネントと熱伝導性接触するように固着される。熱電素子の冷温側は、該素子を冷却するために空気対流するように露出されることができる。熱電素子の冷温側は、伝熱を促進し、さらに熱電モジュールの能力を制御するために、能動的な冷却システム（例えば循環する液体）に接触することができる。
【0110】
熱電素子は、排気ガスに対する圧力低下効果を最小限にするために、断面円筒状または矩形状の管のような異なる形を担うことができる。内部及び／又は外部のフィンも、熱電素子の伝熱を増強し、その結果それらの性能を増強するために使用することができる。
【0111】
熱電素子は、高い温度を活用するために、エンジンブロックに非常に接近して或いはその上に搭載されることができる。かかる高温に耐えるように、適切な材料が選択される。
【0112】
２．熱電モジュール（ら）を使用して生成された電力は、電気的な貯蔵システム（例えばバッテリー）に供給され、次には高密度化装置及び／又は他の設備に電力を供給する。熱電モジュール用の半導体の選択は、適用される温度範囲に基づく。熱回収とその結果の電気的なエネルギー生成を最適化するために、異なる熱電素子の積み重ねを用いることができる。
【0113】
３．ＩＣＥ排気からの廃熱がエンジンのシリンダの一つ以上の壁に供給されてシリンダ内のガスを膨張させ、それによって高密度化圧縮を実行するのに、又はＣＯ２を液化または固化する冷温冷媒を提供する圧縮式冷却サイクルユニットの圧縮機を実行するのに必要な、機械的な仕事を遂行可能なピストンを駆動する、スターリングエンジン。
【0114】
４．高密度化圧縮機を稼働し或いはＣＯ２を液化又は凝固する冷却冷媒を提供する圧縮冷却サイクルユニットの圧縮機を稼働するための機械的仕事を生成するタービンに蒸気を供給するための蒸気発生器。
【0115】
５．（ＣｕＳｎ、ＩｎＴｉ、ＴｉＮｉ及びＭｎＣｕのような）合金の形状を変更するために廃熱を利用し、捕集されたＣＯ２の密度を増加させるために使用される機械的仕事を生成する、小型の形状記憶合金エンジンまたは圧縮機。かかるエンジン・圧縮機は、当該合金の高温側及び冷温側を備えることにより動作し、必要とされる圧縮を生成する。以下の特許は、これら独特な合金の種類に基づいた熱機関について記述する：米国特許第３，９１３，３２６号明細書；米国特許第４，０５５，９５５号明細書；米国特許第５，４４２，９１４号明細書；米国特許第７，４４４，８１２号明細書；及び米国特許公開第２００９／０３１５４８９号明細書。これらの特許文献の開示は、参照によって本書に組込まれる。
【0116】
６． 単一の熱回収システムまたは複数の熱回収システムは、排気ガス及び冷却システムに実装されることができる。
【0117】
７． 単一の熱回収システムまたは複数の熱回収システムは、必要な力を生成し、かつ排気ガスの温度を効果的に制御するために実装されることができる。
【0118】
８． 動力供給に加えて、熱回収コンポーネント（ら）は、排気ガスの温度を制御し、その結果、ＣＯ２捕捉剤の能力を最適化するために使用されることができる。
【0119】
本発明のさらなる実施形態では、捕捉剤の再生の後に回収されるＣＯ２の一部は、適切な導管によって、大気の空気及び燃料と混合させるために、エンジンの吸気口に戻される。システム稼働のこの側面は、エンジン稼働温度を下げて、これにより、燃料の燃焼の間に生み出されるＮＯｘ化合物の量を減らすために現在用いられる、排気ガス再循環（ＥＧＲ）のための既知の方法と類似する。排気ガス容量の５〜１５パーセントと等価なＣＯ２の量は、吸気口に戻すことができる。Ｃ０２の返還は、さらに燃料混合で引き出された空中窒素の量を減らすものであり、これは排気でのＮＯｘ化合物をさらに縮小する有益な効果が得られる。排気ガス流中のＣＯ２のパーセントも増加させられ、それによって、回収を増強する。
【0120】
自動車の排気ガス再循環のために従来通りに使用される同一の装置及び制御システムによって、ＣＯ２の再循環を実行することができる。ＣＯ２の再循環も、既存のＥＧＲシステムと共に試みることができる。かかるＣＯ２は、エンジン稼働状況に基づいた排気ガスの全て或いは予め定められた部分と置き換えることが可能であり、または現在の実施に従って、エンジンが冷えている場合での始動時、または急速なアクセル及び／又はＩＣＥが大負荷下にある間のような場合に、再循環が全体で中止とされる。
【0121】
本発明のさらなる実施形態では、排気ガス流から直接回収され或いは密度が高められた貯蔵容器からのＣＯ２の一部が、水と混じり合って、その場所で形成される水素及び一酸化炭素の一時的な反応によりメタン及び水を形成する既知の方法を使用して、触媒現象的に反応した。その後、メタンと水は、エンジン吸入部に供給された従来の炭化水素燃料を補足するために使用される。ＣＯ２と反応させられた水は、排気ガス流または個々の目的のために供給される個別に搭載された源所から回収されることができる。
【0122】
本発明の方法及びシステムの他の利点は、車両の空調装置で使用される車両に搭載された気圧調節されたＣＯ２の有用性である。かかるＣＯ２は、環境を損なうために危険をもたらすと指摘された人造のハイドロフルオロカーボン化学薬品及びフロン・タイプの冷媒の代わりに使用される。
【0123】
この発明の方法及びシステムは、炭化水素燃料の燃焼によって作動する乗用車、トラック、バス、大型車両、列車、船、及び他のもののような広範囲の移動発生源で使用するのに適している。この発明は、新しい移動発生源に、あるいは既存の移動発生源を改造することにより実装されることができる。
【0124】
本発明は、移動発生源からの燃焼後のＣＯ２捕集及び内蔵の貯蔵装置に対処する。運転費と設備の必要条件を最小限にするために、従来通り大気中に放出される有効熱量は、燃焼ガスから抽出された吸着剤すなわち捕捉剤からのＣＯ２を分離すること、及び、効率的な内蔵の貯蔵装置用の生成されたＣＯ２の全て或いは一部を圧縮／液化するのに必要なエネルギーを提供するために使用される。給油所で回収のために放出または除去される場合、捕集されたＣＯ２は、燃料を補給するまで内蔵され貯蔵されることができる。本発明の装置は、改質のような化学反応を含んだり、ＣＯ２に対して透過性のあるシリンダー壁を設けるなどのエンジン設計に大きな変更を伴うことが提案されている方法と比較して、車両内に配置するのがより容易である。
【0125】
発明の様々な実施形態が上述され及び添付図面に記載されたが、この記載から他の修正及び変形例が当業者に明白になるものであり、また、本発明の範囲は続く請求項によって決定されるべきである。