特開 2022-152088 内燃機関のＣＯ２分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022152088

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】内燃機関のＣＯ２分離装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20221004BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20221004BHJP

   F01N 3/02 20060101ALI20221004BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20221004BHJP

   B01D 53/04 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 A ZAB

F01N3/24 E

F01N3/24 G

F01N3/24 L

F01N3/02 101F

F01N3/02 101L

B01D53/92 240

B01D53/92 352

B01D53/04 220

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021054727

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095566

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 友雄

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(72)【発明者】

【氏名】小沢 英隆

【テーマコード（参考）】

3G091

4D002

4D012

【Ｆターム（参考）】

3G091AB08

3G091BA05

3G091BA13

3G091CA01

3G091CA26

3G091EA33

3G091GB02Y

3G091GB09Y

3G091HA37

3G091HA42

3G091HB02

4D002AA09

4D002AC10

4D002BA04

4D002CA07

4D002DA01

4D002DA11

4D002DA45

4D002EA04

4D002EA08

4D002EA13

4D002FA01

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB02

4D002GB20

4D012BA01

4D012BA02

4D012CA03

4D012CB16

4D012CD04

4D012CE01

4D012CE02

4D012CF05

4D012CF10

4D012CG01

4D012CJ05

4D012CJ10

4D012CK03

4D012CK04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ＣＯ２を効率良く安定的に低減することができるコンパクトな、内燃機関のＣＯ２分離装置を提供する。
【解決手段】内燃機関のＣＯ２分離装置は、排気通路に設けられ排気中のＣＯ２を吸着するための吸着ユニットと、前記吸着ユニットによって前記排気中の前記ＣＯ２を吸着させ、その後吸着されたＣＯ２を脱離させる制御を行う制御手段と、を有し、前記吸着ユニットは、前記排気通路と連通する吸脱離経路と、前記吸脱離経路に導入された排気中のＣＯ２を低温時に吸着させる吸着動作と、吸着されたＣＯ２を高温時に脱離させる脱離動作とを行うＣＯ２吸着材を備える吸脱離経路層と、前記ＣＯ２吸着材を加熱するための排気が導入される加熱経路を備える加熱経路層と、前記ＣＯ２吸着材を冷却するための外気が導入される冷却経路を備える冷却経路層と、を有すると共に、前記吸脱離経路層と前記加熱経路層と前記冷却経路層が一体化された構造を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＣＯ２を吸着するための吸着ユニットと、
前記吸着ユニットによって前記排気中の前記ＣＯ２を吸着させ、その後吸着されたＣＯ２を脱離させる制御を行う制御手段と、を有し、
前記吸着ユニットは、前記排気通路と連通する吸脱離経路と、前記吸脱離経路に導入された排気中のＣＯ２を低温時に吸着させる吸着動作と、吸着されたＣＯ２を高温時に脱離させる脱離動作とを行うＣＯ２吸着材を備える吸脱離経路層と、
前記ＣＯ２吸着材を加熱するための排気が導入される加熱経路を備える加熱経路層と、
前記ＣＯ２吸着材を冷却するための外気が導入される冷却経路を備える冷却経路層と、を有すると共に、前記吸脱離経路層と前記加熱経路層と前記冷却経路層が一体化された構造を有することを特徴とする内燃機関のＣＯ２分離装置。

【請求項2】

前記吸着ユニットは、前記吸脱離経路層、前記加熱経路層、前記冷却経路層を夫々少なくとも１層以上有すると共に、前記吸脱離経路層、前記加熱経路層、前記冷却経路層が積層した状態で一体化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。

【請求項3】

前記吸脱離経路層を挟んで前記加熱経路層、前記冷却経路層が積層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。

【請求項4】

前記冷却経路層が前記吸着ユニットの外側に露出するように積層されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関のＣＯ２分離装置。

【請求項5】

前記吸着ユニットは、第１の吸着ユニットと第２の吸着ユニットとを有し、
前記内燃機関からの前記排気を前記第１の吸着ユニットに導入した後、前記第２の吸着ユニットに導入させる第１の排気通路と、
前記排気を前記第２の吸着ユニットに導入した後、前記第１の吸着ユニットに導入させる第２の排気通路と、
前記第１の排気通路と前記第２の排気通路を切り替える切り替え手段と、
前記制御手段は、前記切り替え手段によって前記第１の排気通路に切り替えられている際に、前記第１の吸着ユニットに排気を導入することによって、前記ＣＯ２吸着材に吸着されていたＣＯ２を前記排気の熱により脱離すると共に、前記第２の吸着ユニットに外気を導入し、冷却することによって、前記排気中のＣＯ２を吸着し、
前記切り替え手段によって前記第２の排気通路に切り替えられている際に、前記第２の吸着ユニットに排気を導入することによって、前記ＣＯ２吸着材に吸着されていたＣＯ２を前記排気の熱により脱離すると共に、前記第１の吸着ユニットに外気を導入し、冷却することによって、前記排気中のＣＯ２を吸着させるように制御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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関のＣＯ２分離装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の内燃機関の排ガスに含まれる二酸化炭素（以下ＣＯ２と略す。）は、地球温暖化の一因であるといわれており、排ガスから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。

【0003】

例えば特許文献１には、内燃機関より排出された排気中のＣＯ２を吸着するために２つの吸着材を有し、一方の吸着材によって排気中のＣＯ２を吸着している間、他方の吸着材に水素を供給することによって混合ガスを生成する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１６４４２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、内燃機関の排ガスからＣＯ２を分別回収するＴＳＡ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）システムにおいては、熱交換器とＣＯ２吸脱離部とは夫々大型で別々に配置されている。従ってＣＯ２吸着システムの小型化、ひいては自動車等全体の小型化の妨げになっていた。

【0006】

そこで、本発明は、ＣＯ２を効率良く安定的に低減することができるコンパクトな、内燃機関を有するＣＯ２分離装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関を有するＣＯ２分離装置（２００等）は、
内燃機関（ＥＮＧ）の排気通路に設けられ排気中のＣＯ２を吸着するための吸着ユニット（ユニットＡ、ユニットＢ）と、
前記吸着ユニットによって前記排気中の前記ＣＯ２を吸着させ、その後吸着されたＣＯ２を脱離させる制御を行う制御手段（ＥＣＵ）と、を有し、
前記吸着ユニット（ユニットＡ、ユニットＢ）は、前記排気通路と連通する吸脱離経路と、前記吸脱離経路に導入された排気中のＣＯ２を低温時に吸着させる吸着動作と、吸着されたＣＯ２を高温時に脱離させる脱離動作とを行うＣＯ２吸着材を備える吸脱離経路層（ＳＬ１、ＳＬ２）と、
前記ＣＯ２吸着材を加熱するための排気が導入される加熱経路を備える加熱経路層（ＨＬ１、ＨＬ２）と、
前記ＣＯ２吸着材を冷却するための外気が導入される冷却経路を備える冷却経路層（ＣＬ１、ＣＬ２）と、を有すると共に、前記吸脱離経路層（ＳＬ１、ＳＬ２）と前記加熱経路層（ＨＬ１、ＨＬ２）と前記冷却経路層（ＣＬ１、ＣＬ２）が一体化された構造を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

請求項１に係る内燃機関を有するＣＯ２分離装置（２００等）によれば、ＣＯ２を効率良く安定的に低減することができると共に大幅なコンパクト化ができる。

【0009】

請求項２に係る内燃機関を有するＣＯ２分離装置（２００等）は、請求項２に記載のＣＯ２分離装置（２００等）において、前記吸着ユニット（ユニットＡ、ユニットＢ）は、前記吸脱離経路層（ＳＬ１、ＳＬ２）、前記加熱経路層（ＨＬ１、ＨＬ２）、前記冷却経路層（ＣＬ１、ＣＬ２）を夫々少なくとも１層以上有すると共に、前記吸脱離経路層（ＳＬ１、ＳＬ２）、前記加熱経路層（ＨＬ１、ＨＬ２）、前記冷却経路層（ＣＬ１、ＣＬ２）が積層した状態で一体化されていることを特徴とする。
このように、積層することによって、より効率的で、よりコンパクトなＣＯ２分離装置（２００等）を実現できる。

【0010】

請求項３に係る内燃機関を有するＣＯ２分離装置（２００等）は、請求項２に記載のＣＯ２分離装置（２００等）において、前記吸脱離経路層（ＳＬ１、ＳＬ２）を挟んで前記加熱経路層（ＨＬ１、ＨＬ２）、前記冷却経路層（ＣＬ１、ＣＬ２）が積層されていることを特徴とする。従って、吸脱離経路層（ＳＬ１、ＳＬ２）の温度を応答性良く制御することができる。

【0011】

請求項４に係る内燃機関を有するＣＯ２分離装置（２００等）は、請求項１～３のいずれか１項に記載のＣＯ２分離装置（２００等）において、前記冷却経路層（ＣＬ１、ＣＬ２）が前記吸着ユニット（ユニットＡ、ユニットＢ）の外側に露出するように積層されていることを特徴とする。従って冷却効率を大幅に向上することができる。

【0012】

請求項５に係る内燃機関を有するＣＯ２分離装置（２００等）は、請求項１に記載のＣＯ２分離装置（２００等）において、前記吸着ユニット（ユニットＡ、ユニットＢ）は、第１の吸着ユニット（ユニットＡ）と第２の吸着ユニット（ユニットＢ）とを有し、
前記内燃機関（ＥＮＧ）からの前記排気を前記第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に導入した後、前記第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に導入させる第１の排気通路と、
前記排気を前記第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に導入した後、前記第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に導入させる第２の排気通路と、
前記第１の排気通路と前記第２の排気通路を切り替える切り替え手段（通路切り替えバルブＶＬＶ１）と、
前記制御手段（ＥＣＵ）は、前記切り替え手段（通路切り替えバルブＶＬＶ１）によって前記第１の排気通路に切り替えられている際に、前記第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に排気を導入することによって、前記ＣＯ２吸着材に吸着されていたＣＯ２を前記排気の熱により脱離すると共に、前記第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に外気を導入し、冷却することによって、前記排気中のＣＯ２を吸着し、
前記切り替え手段（通路切り替えバルブＶＬＶ１）によって前記第２の排気通路に切り替えられている際に、前記第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に排気を導入することによって、前記ＣＯ２吸着材に吸着されていたＣＯ２を前記排気の熱により脱離すると共に、前記第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に外気を導入し、冷却することによって、前記排気中のＣＯ２を吸着させるように制御することを特徴とする。

【0013】

このように構成することによって、第１の吸着ユニットと第２の吸着ユニットとを交互に使用して連続的かつ効率的にＣＯ２を分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係るＣＯ２吸着システムの概略を示す模式図である。

【図2】実施形態に係る各ユニットのＣＯ２吸着器と２つの熱交換器の概略構成を示す模式図である。

【図3】実施形態に係るＣＯ２吸着材の温度に対するＣＯ２吸着特性の例を示す図である。

【図4】実施形態に係る水吸着材の温度に対する水吸着特性を示す図である。

【図5】実施形態に係るユニットＡの構成例を示す模式図である。

【図6】図５のユニットＡに設けられたボックスユニットの構成例を示す図である。

【図7】図６の構造に対して設けられた仕切り枠ユニットの構成例を示す図である。

【図8】図５の構造をカバー５０で覆った構成例を示す図である。

【図9】図５に示した多層構造のユニットの断面の他の例を示す図である。

【図10】実施形態のユニットＡやＢに対するガス等の供給と、排気の種類を示す図である。

【図11】実施形態に係るＣＯ２分離装置２００の各動作を説明するためのフローチャートである。

【図12】Ｔｃｏ２ｒｅｃセンサーＡ、Ｂの出力特性図である。

【図13】モードＡにおいて、高温の排気ガスがユニットＢに供給されている状態を示す図である。

【図14】モードＢに切り替えられ、高温の排気ガスがユニットＡ側に切り替えられて供給開始された直後の状態を示す図である。

【図15】モードＢにおけるユニットＡとユニットＢに対する夫々の入力と出力の関係を示す図である。

【図16】高温の排気ガスがユニットＢに供給開始された直後の状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について実施例等を用いて説明する。尚、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。

【0016】

図１は本発明の実施形態に係るＣＯ２分離装置の概略を示す模式図である。
本実施形態のＣＯ２分離装置２００は、通路切り替えバルブＶＬＶ１、一体化されたユニットＡ（第１の吸着ユニット）、ユニットＢ（第２の吸着ユニット）、通路切り替えバルブＶＬＶ２、ＶＬＶ３、Ｔｃｏ２ｒｅｃセンサーＡ、Ｂ、一方向バルブ１ＷＹ－ＶＬＶ、制御部ＥＣＵ等を含む。
又、本実施形態においては、ユニットＡは一体化された熱交換器Ａ１とＣＯ２吸着器Ａと熱交換器Ａ２を有し、ＣＯ２吸着器Ａは熱交換器Ａ１と熱交換器Ａ２に挟まれて密着（隣接）され一体化されている。熱交換器Ａ２はＣＯ２吸着器Ａの冷却を促進するためのものである。

【0017】

又、本実施形態においては、ユニットＢは一体化された熱交換器Ｂ１とＣＯ２吸着器Ｂと熱交換器Ｂ２を有し、ＣＯ２吸着器Ｂは熱交換器Ｂ１と熱交換器Ｂ２に挟まれて密着（隣接）され一体化されている。熱交換器Ｂ２はＣＯ２吸着器Ｂの冷却を促進するためのものである。尚、ここで密着（隣接）とは直接的に接触するものに限定されず、間に例えば熱伝導性の高い物質を挟んだ構造であっても良い。
又、熱交換器Ａ２、Ｂ２は冷却効果を高めるための構造であれば良く、簡単な形態としては断面が凹凸の放熱面積を増大させた溝形状のもの（例えば放熱フィン構造）であっても良い。

【0018】

又、本実施形態において、ＣＯ２分離装置２００は、例えば自動車等の移動装置に、内燃機関ＥＮＧとともに搭載されており、ユニットＡとユニットＢは、内燃機関ＥＮＧの排気通路に設けられ排気中のＣＯ２を吸着するための吸着ユニットとして機能している。又、ＣＯ２分離装置は、ＣＯ２吸着器Ａ又Ｂから脱離されたＣＯ２を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮されたＣＯ２を貯蔵する交換可能な耐圧タンク等を有する。

【0019】

そして、内燃機関ＥＮＧから排出される排ガスは排気路を介して、ＣＯ２分離装置２００に供給され、切り替え手段としての通路切り替えバルブＶＬＶ１によって排気経路が切り替え制御されてユニットＡ又はユニットＢに供給される。尚、移動装置は自動車に限定されず内燃機関を有し、内燃機関の動力を用いて負荷に伝達し、それらの負荷を駆動することによって移動するものを含む。

【0020】

図１の状態は、モードＢ、即ちユニットＡを加熱し、ユニットＢを冷却するモードを示しており、切り替え手段としての通路切り替えバルブＶＬＶ１によって排気経路が熱交換器Ａ１側に接続されている。この状態では高温の排気は熱交換器Ａ１で熱交換された後にＣＯ２吸着器Ｂに供給される。即ち、内燃機関からの排気を第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に導入した後、第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に導入させる第１の排気通路が形成されている。

【0021】

高温の排気熱は熱交換器Ａ１によって熱交換されてＣＯ２吸着器Ａを加熱する。そして、ＣＯ２吸着器Ａに吸着されていたＣＯ２は脱離され、ＣＯ２排気経路を介して通路切り替えバルブＶＬＶ２に供給され、通路切り替えバルブＶＬＶ２を介して圧縮機で圧縮されて耐圧ボンベに貯蔵される。尚、ＣＯ２吸着材は図３で後述するように、低温でＣＯ２を吸着し、高温でＣＯ２を離脱する特性を有する。

【0022】

又、熱交換器Ａ１で熱交換された後にＣＯ２吸着器Ｂに供給される排ガスは温度が低下しているので、排ガス中のＣＯ２はＣＯ２吸着器Ｂにおいて吸着され、一方向バルブ１ＷＡＹ－ＶＬＶを介して大気に放出される。このとき、冷却用の外気が通路切り替えバルブＶＬＶ３を介して熱交換器Ｂ２に供給される。それによってＣＯ２吸着器Ｂは急速に冷却されＣＯ２吸着が促進される。

【0023】

ＣＯ２吸着器Ｂの排気経路にはＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＢが配置されており、ＣＯ２吸着器Ｂから排出されるガス中のＣＯ２濃度を検出可能になっている。
同様に、ＣＯ２吸着器Ａの排気経路にはＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＡが配置されており、ＣＯ２吸着器Ａから排出されるガス中のＣＯ２濃度を検出可能になっている。

【0024】

このように、切り替え手段によって、第１の排気通路に切り替えられている際に、第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に吸着されていたＣＯ２を排気の熱により脱離する。更にそのとき、第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に外気を導入して冷却することによって排気中のＣＯ２の吸着を促進している。
尚、冷却用の外気を熱交換器に導く際に、更に冷却ファン等を用いて冷却効果を高めるようにしても良い。

【0025】

ＥＣＵは制御部であって、コンピュータとしてのＣＰＵを内蔵し不図示のメモリに記憶されたコンピュータプログラムを実行することによってＣＯ２分離装置２００等の動作の制御を行う。ここで、制御部ＥＣＵは、吸着ユニットによって前記排気中の前記ＣＯ２を吸着させ、その後吸着されたＣＯ２を脱離させる制御を行う制御手段として機能している。

【0026】

図２は、本実施形態に係る各ユニットのＣＯ２吸着器と２つの熱交換器の概略構成を示す模式図である。例えばユニットＡにおいて、熱交換器Ａ１、Ａ２の間に、ＣＯ２吸着材が内側に塗られたＣＯ２吸着器Ａが挟まれて密着（隣接）し一体化されており、加熱及び冷却効率が高められている。ユニットＢについても同様である。従って、前述のように高温の排ガスは熱交換器Ａ１に供給されＣＯ２吸着器Ａを効率的に加熱することができる。

【0027】

それによってＣＯ２が効率良く脱離され、一方熱交換器Ａ１で熱交換された後の冷えた排ガスはＣＯ２吸着器Ｂに供給されＣＯ２を分離吸着した後にＮ２やＨ２Ｏが大気に放出される。しかも本実施形態においては、この吸着動作中に、ＣＯ２吸着器Ｂに密着（隣接）して一体化された熱交換器Ｂ２によりＣＯ２吸着器Ｂが効率的に冷却されるように構成されているので、速やかに効率よくＣＯ２の吸着を行うことができる。

【0028】

図５の状態において、ＣＯ２吸着器Ｂにおける吸着が飽和に近づくと、排気経路中のＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＢにより検出されるＣＯ２濃度が上昇し所定値を上回る。すると、モードＡ（ユニットＢを加熱し、ユニットＡを冷却するモード）に切換わる。モードＡへの切り替えに応じて通路切り替えバルブＶＬＶ１により排気経路が熱交換器Ｂ１側に接続され、高温の排ガスは熱交換器Ｂ１で熱交換された後にＣＯ２吸着器Ａに供給される。

【0029】

それにより、内燃機関からの排気を第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に導入した後、第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に導入させる第２の排気通路が形成される。このように、通路切り替えバルブＶＬＶ１は第１の排気通路と第２の排気通路を切り替える切り替え手段として機能している。又、このとき、通路切り替えバルブＶＬＶ１の切り替えに連動して通路切り替えバルブＶＬＶ３は冷却用外気を熱交換器Ａ２に供給するように切換わる。

【0030】

熱交換器Ｂ１もＣＯ２吸着器Ｂに密着（隣接）し一体化されている。従って、高温の排気熱によりＣＯ２吸着器Ｂが加熱され、ＣＯ２吸着器Ｂに吸着されていたＣＯ２は効率的に脱離されＣＯ２排気経路を介して通路切り替えバルブＶＬＶ２に供給され圧縮機で圧縮されて耐圧ボンベに貯蔵される。
一方、熱交換器Ｂ１で熱交換された後にＣＯ２吸着器Ａに供給される排ガスは温度が低下しているので、排ガス中に含まれるＣＯ２はＣＯ２吸着器Ａにおいて吸着され、その後、一方向バルブ１ＷＡＹ－ＶＬＶを介して大気に放出される。

【0031】

又、このとき冷却用外気が通路切り替えバルブＶＬＶ３を介して熱交換器Ａ２に供給されるので、ＣＯ２吸着器Ａは急速に冷却され、ＣＯ２の吸着が促進される。ＣＯ２吸着器ＡでＣＯ２が吸着されクリーン化された排ガスは、その後一方向バルブを介して大気に放出される。
このように、切り替え手段によって、第２の排気通路に切り替えられている際に、第２の吸着ユニット（ユニットＢ）に吸着されていたＣＯ２を排気の熱により脱離する。それと共に、第１の吸着ユニット（ユニットＡ）に外気を導入して冷却することによって排気中のＣＯ２の吸着を促進させることができる。

【0032】

即ち、本実施形態では、高温の排ガスをユニットＡで熱交換してからユニットＢへ供給するルートとその逆のルートを交互に切り替えることで、連続して排ガス中のＣＯ２を吸着、脱離できるようにしている。更に、上記の切り替えに連動して吸着中のＣＯ２吸着器に対する冷却動作も行っているので吸着効率を高めることができる。
ボンベに貯蔵されたＣＯ２は例えばガスステーション等で空のボンベと交換され、ボンベに貯蔵されたＣＯ２は再生工場等に持ち込まれて再利用される。

【0033】

尚、本実施形態においては、２つのユニットＡ、Ｂを交互に用いているが、３つ以上のユニットを順番に循環的に用いるようにしても良い。
図３は本実施形態に係るＣＯ２吸着材の温度に対するＣＯ２吸着特性の例を示す図である。本実施形態では、ＣＯ２吸着材として、例えばリチウム複合酸化物、ゼオライト等を用いているが、これらに限定されない。

【0034】

図３においてＤＲＹ線に示すようにＣＯ２吸着材は低温（Ｔ１）で吸着、高温（Ｔ２）で脱離作用を持つが、一般的に水分が存在すると、図３のＷＥＴ線のように大幅にＣＯ２吸着量が低減する。これはＣＯ２との競争吸着が発生するためである。よってＣＯ２吸着材に排気ガスを供給する前に脱水処理を行うことで効率的にＣＯ２吸着を行うことができる。従って、例えば熱交換器Ａ１、Ｂ１からＣＯ２吸着器Ｂ、Ａへの排ガス経路中に夫々水吸着材を有する不図示の水吸着器Ａ、Ｂを配置することが望ましい。

【0035】

図４は本実施形態に係る水吸着材の温度に対する水吸着特性を示す図であり、低温（Ｔ３）で水を吸着し、高温（Ｔ４）で水を脱離する。尚Ｔ３、Ｔ４は夫々例えばＴ１、Ｔ２と略同じ温度であっても良い。
従って、夫々の水吸着器Ａ、Ｂは熱交換器Ａ１、Ｂ１に密着（隣接）して配置することが望ましい。それによって熱交換器Ａ１、Ｂ１からＣＯ２吸着器Ｂ、Ａへ供給される排ガス中の水分を事前に効率的に除去することができる。尚、水吸着材としては、例えばリチウム複合酸化物、ゼオライト等吸着材を用いることができる。

【0036】

図５は、本実施形態に係るユニットＡの構成例を示す模式図である。吸着ユニットとしてのユニットＡ、ユニットＢは同じ構成を有するのでユニットＢの構成についての説明は省略する。
図５において、ＨＬ１、ＨＬ２は熱交換器Ａ１を構成し内燃機関からの、ＣＯ２吸着材を加熱するための排気が導入される加熱経路を備える加熱経路層である。又、ＣＬ１、ＣＬ２は熱交換器Ａ２を構成しＣＯ２吸着材を冷却するための外気が導入される冷却経路を備える冷却経路層である。又、ＳＬ１、ＳＬ２はＣＯ２吸着器Ａを構成する吸脱離経路層である。吸脱離経路層は排気通路と連通する吸脱離経路と、吸脱離経路に導入された排気中のＣＯ２を低温時に吸着させる吸着動作と、吸着されたＣＯ２を高温時に脱離させる脱離動作とを行うＣＯ２吸着材を備える。

【0037】

ユニットＡは図５に示すように多層構造の３次元構造を有する。即ち、吸脱離経路層と加熱経路層と冷却経路層を夫々少なくとも１層以上有し、それらを積層した状態で一体化されている。又、本実施形態では、ユニットＡは、ＣＯ２吸着器を構成する吸脱離経路層を、熱交換器Ａ１を構成する加熱経路層と、熱交換器Ａ２を構成する冷却経路層とで挟んで密着（隣接）する３層構造を少なくとも含んでいる。尚、層の数は３に限定されない。

【0038】

図５の構成例では６層の例が示されている。又、層の順番も図５の順番に限定されない。但し、熱交換器Ａ２を構成する冷却経路層は吸着ユニットとしてのユニットＡの外側に露出するように積層されることが望ましい。尚、これらの多層構造の変形例については図９を参照して後述する。
図５に示すように、各層は、断面が例えば矩形のパイプが複数連結された構成となっている。

【0039】

Ｈは熱交換器Ａ１（加熱経路層）を構成する加熱経路パイプ、Ｃは熱交換器Ａ２（冷却経路層）を構成する冷却経路パイプ、ＳはＣＯ２吸着器Ａ（吸脱離経路層）を構成する吸脱離経路パイプである。尚、各パイプの断面形状は矩形に限定されない。また各パイプの断面形状や断面積等は各層毎に或いはパイプ毎に異なっていても良い。

【0040】

ＣＯ２吸着器を構成する吸脱離経路層の各パイプの内面にはＣＯ２吸着材として、例えばリチウム複合酸化物、ゼオライト等吸着材が例えば塗布等により設けられている。
又、各層を構成するパイプは比熱容量が小さい素材によって構成するのが望ましい。従って素材としては金属系やセラミクスが好ましい。

【0041】

又、セラミクスで構成する場合は炭化珪素などが望ましい。尚、各層を構成するパイプは、パイプ形状でなくても良く、連通した穴を有する多孔質の素材（例えばセラミクス等）であっても良い。
又、前述のように、熱交換器Ａ２、Ｂ２は冷却効果を高めるための構造であれば良く、簡単な形態としては断面が凹凸の放熱面積を増大させた溝形状のもの（例えば放熱フィン構造）であっても良い。

【0042】

図６は図５のユニットＡに設けられたボックスユニットの構成例を示す図である。
ユニットＡのガス等が供給される右側（以下入口側）には、図６のように、ボックス３１～３６の積層構造から成るボックスユニット３０が配置されている。ボックス３１～３６の、入口側とは反対の出口側（図中左側）は開放状態となっている。

【0043】

又、ボックス３１、３４は入口側に開口３１ａ、３４ａを夫々有し、ボックス３２、３５は入口側に開口３２ａ、３５ａを夫々有し、ボックス３３、３６は入口側に開口３３ａ、３６ａを夫々有する。
尚、このボックスユニット３０と同様の構造のボックスユニット３０ｂが、図６のユニットＡの左端（ガス排出側、出口側）に、ボックスユニット３０に対して１８０度回転した向きに設けられている。

【0044】

図７は図６の構造に対して設けられた仕切り枠ユニットの構成例を示す図である。
即ち、図６の構造の入口側（図中右側）には、仕切り枠４０１、４０２、４０３を図７のように並べた構造の仕切り枠ユニット４０が設けられている。仕切り枠４０１、４０２、４０３は夫々ガス供給側とガス排出側が全面開口となっている。
尚、この仕切り枠ユニット４０と同じ構造の仕切り枠ユニット４０ｂが、図７のようにボックスユニット３０ｂの左端（ガス排出側、出口側）に設けられている。

【0045】

図７のような仕切り枠４０１、４０２、４０３の開口に対して不図示の３つの配管を介して夫々高温排気導入路６０から高温排気ガス、外気導入路６１からは冷却用外気、低温排気導入路６２からは低温排気の３種類を供給（入力）可能である。
図７の仕切り枠４０１から入った高温の排ガスはボックス３１、３４の開口３１ａ、３４ａを介して熱交換器Ａ１を構成する加熱経路層ＨＬ１、ＨＬ２の全ての加熱経路パイプＨに供給される。そしてガス排出側に設けたボックスユニット３０ｂと仕切り枠ユニット４０ｂを介してまとめられて排出される。

【0046】

又、図７の４０２から入った冷却用の外気はボックス３２、３５の開口３２ａ、３５ａを介して熱交換器Ａ２を構成する冷却経路層ＣＬ１、ＣＬ２の全ての冷却経路パイプＣに供給される。そしてガス排出側に設けたボックスユニット３０ｂと仕切り枠ユニット４０ｂを介してまとめて排出される。

【0047】

又、図７の４０３から入った低温の排ガスはボックス３３、３６の開口３３ａ、３６ａを介してＣＯ２吸着器Ａを構成する吸脱離経路層ＳＬ１、ＳＬ２の全ての吸脱離経路パイプＳに供給される。そしてガス排出側に設けたボックスユニット３０ｂと仕切り枠ユニット４０ｂを介してまとめて排出される。

【0048】

図８は、図７の構造をカバー５０で覆った構成例を示す図である。カバー５０は環境影響を小さくするために断熱特性が良好な（熱伝導率が低い）材料を用いることが望ましい。
尚、図５～図８はユニットＡについて説明したが、ユニットＢも同様の構成を有する。

【0049】

図９は図５に示した多層構造のユニットの断面の他の例を示す図である。図９（Ａ）はユニットＡやＢを３層で積層した例を示す。前述したように、Ｈは熱交換器Ａ１を構成する加熱経路パイプ、Ｃは熱交換器Ａ２を構成する冷却経路パイプ、ＳはＣＯ２吸着器Ａを構成する吸脱離経路パイプである。

【0050】

図のように、ＣＯ２吸着器Ａを構成する吸脱離経路層は複数の吸脱離経路パイプＳから構成され、熱交換器Ａ１を構成する加熱経路層は複数の加熱経路パイプＨから構成され、熱交換器Ａ２を構成する冷却経路層は複数の冷却経路パイプＣから構成されている。そしてユニットが３層から構成される場合には、吸脱離経路層は加熱経路層と冷却経路層とで挟んで密着するように構成するのが望ましい。

【0051】

尚、図９（Ａ）においては、各層は複数のパイプにより構成されているが、夫々１つだけの、例えば断面が細長い矩形のパイプによって各層を構成するようにしても良い。即ち、１つ以上の吸脱離経路パイプＳから成る吸脱離経路層を、熱交換器Ａ１を構成する１つ以上の加熱経路パイプＨから成る加熱経路層と、熱交換器Ａ２を構成する１つ以上の冷却経路パイプＣから成る冷却経路層とで挟んで密着するように構成しても良い。

【0052】

図９（Ｂ）はユニットＡやＢを例えば５層で構成した例を示す。ユニットが５層の場合には、吸脱離経路層を、加熱経路層と冷却経路層とで挟んで密着（隣接）するように構成すると共に、２つの冷却経路層は図のように吸着ユニットの外側に露出するように配置するのが望ましい。

【0053】

図９（Ｃ）は図９（Ｂ）の変形例を示す。図９（Ｃ）のように、加熱経路パイプＨと、冷却経路パイプＣは例えば１つの層内に交互にかつ所定の周期で配置されていても良い。

【0054】

図９（Ｄ）～（Ｈ）に示すように、熱交換器Ａ１としての加熱経路層、加熱経路パイプＨと、熱交換器Ａ２としての冷却経路層、冷却経路パイプＣと、ＣＯ２吸着器Ａとしての吸脱離経路層、吸脱離経路パイプＳの適宜の組み合わせが可能である。但し、吸脱離経路パイプＳは加熱経路パイプＨと冷却経路パイプＣに挟まれるようにすると共に、冷却経路パイプＣはユニットの外側に露出するように配置することが望ましい。

【0055】

又、図９（Ａ）～（Ｈ）などにおいて、ユニットの外側に露出し外気を導入させる冷却経路層は断面が矩形や円形などの、断面の周囲が閉じたパイプ形状ではなく、断面の周囲の一部がオープンとなっている凹凸形状の溝（フィン形状の溝）としても良い。本実施形態における冷却経路層はそのような断面の一部がオープンとなっている、断面が凹凸の溝状の構造（放熱フィン構造）も含む。尚、冷却用の外気を導入する際に、冷却用のファンを用いて冷却効率を上げても良い。
尚、図９（Ａ）～（Ｈ）では縦に多層化した例を示しているが、横に多層化したものであっても良い。

【0056】

図９（Ａ）～（Ｈ）では、ユニットＡについて説明したが、ユニットＢも同様の構成を有するものとする。
又、前述のように、熱交換器Ａ、ＢからＣＯ２吸着器Ｂ、Ａへの排ガス経路中に夫々水吸着器Ａ、Ｂを配置する場合、水吸着器を図５～図９に示す一体化された多層構造の中の、特に、加熱経路パイプＨに隣接して配置するようにしても良い。水吸着器の構成はＣＯ２吸着器Ａを構成する吸脱離経路層と同様の構成で良く、水吸着器の各パイプの内面に水吸着材として、例えばリチウム複合酸化物、ゼオライト等吸着材を例えば塗布すれば良い。

【0057】

図１０は、本実施形態のユニットＡやＢに対するガス等の供給と、排気の種類を示す図である。前述のように、ユニットＡやＢに対しては高温排気導入路６０から高温排気ガス、外気導入路６１からは冷却用外気、低温排気導入路６２からは低温排気の３種類を供給（導入、入力）可能である。一方、排気（出力）としては低温排気ガス、高温外気、Ｎ２等の種類がある。

【0058】

次に図１１～図１６を用いて本実施形態におけるＣＯ２分離装置２００の動作を詳細に説明する。
図１１は、本実施形態に係るＣＯ２分離装置２００の各動作を説明するためのフローチャートであり、制御部ＥＣＵがメモリに記憶されたコンピュータプログラムを実行することによってＣＯ２分離装置２００等における図１１の各ステップの処理を行う。

【0059】

図１２はＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＡ、Ｂの出力特性図である。図１２に示すように、センサー出力Ｃｃｏ２とＣＯ２濃度の関係は所定の範囲において略リニアな特性を有し、ＣＯ２濃度が所定の閾値Ｃｃｏ２ｌｉｍｉｔに達するとＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＡ、ＢはＣｃｏ２ｖを出力する。

【0060】

図１１のステップＳ１でフローを開始し、ステップＳ２において、ＣＯ２を回収中か否か判断し、ＮｏであればステップＳ１０に進み、ステップＳ１にリターンする。ステップＳ２でＹｅｓであればステップＳ３において、フラグＦ＿ＣＯ２ＲＥＣが１であるか判別する。フラグＦ＿ＣＯ２ＲＥＣ＝１であればモードＡ（ユニットＢを加熱し、ユニットＡを冷却するモード）の状態であることを意味する。

【0061】

図１３は、モードＡにおいて、高温の排気ガスがユニットＢに供給されている状態を示す図である。図１３において、高温の排気熱により熱交換器Ｂ１を介してＣＯ２吸着器Ｂが加熱され、ユニットＢにおいてＣＯ２の脱離が行われている。
又、ユニットＢの熱交換器Ｂ１で熱交換された後の低温排気ガス（ＣＯ２やＮ２）は、ユニットＡのＣＯ２吸着器Ａに供給され、低温排気ガス（ＣＯ２やＮ２）中のＣＯ２はユニットＡのＣＯ２吸着器Ａにおいて吸着され、Ｎ２が大気に排気される。

【0062】

このとき、冷却用の低温の外気がユニットＡの熱交換器Ａ２に供給されているので、ＣＯ２吸着器Ａは十分に冷却されＣＯ２吸着率は高い状態にある。
この状態においては、ステップＳ３でＹｅｓとなり、ステップＳ４に進み、Ｔｃｏ２ｒｅｃセンサーＡによるＣＯ２濃度検出を行う。

【0063】

Ｔｃｏ２ｒｅｃセンサーＡにより検出されたＣＯ２濃度Ｃｃｏ２が、ステップＳ５で所定の閾値Ｃｃｏ２ｌｉｍｉｔに対応した値Ｃｃｏ２ｖより大きいと判別されればステップＳ６に進む。ステップＳ５でＮｏであればステップＳ１０に進み、ステップＳ１にリターンする。ここでＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＡの出力がＣｃｏ２ｖより大きいということは、ユニットＡのＣＯ２吸着器Ａによる吸着が飽和に近づき、一部のＣＯ２が吸着されずに放出され始めたことを示している。

【0064】

従って、ステップＳ６ではフラグＦ＿ＣＯ２ＲＥＣ＝０に切り替えてモードＢ（ユニットＡを加熱しユニットＢを冷却するモード）に切り替える。これに伴って、ステップＳ７で通路切り替えバルブＶＬＶ１をユニットＡ側に切り替えると共にステップＳ８で切り替えバルブＶＬＶ２をユニットＡ側に切り替える。更に、ステップＳ９で切り替えバルブＶＬＶ３をＢ側に切り替えて、ユニットＢに冷却用外気を供給して冷却を始める。それによりユニットＡ、Ｂは図１３の状態から図１４の状態に切り替わる。

【0065】

図１４は、モードＢに切り替えられ、高温の排気ガスがユニットＡ側に切り替えられて供給開始された直後の状態を示す図である。図１４において、通路切り替えバルブＶＬＶ１をユニットＡ側に切り替えることによって、高温の排気熱により熱交換器Ａ１を介してＣＯ２吸着器Ａが加熱され始める。これによって、ユニットＡにおいてＣＯ２の脱離の準備がなされる。

【0066】

又、ユニットＡの熱交換器Ａ１で熱交換された低温排気ガスはユニットＢのＣＯ２吸着器Ｂに供給され、低温排気ガス（ＣＯ２やＮ２）中のＣＯ２はユニットＢのＣＯ２吸着器Ｂにおいて吸着され始め、ＣＯ２が低減されたＮ２が大気に排気される。又、ステップＳ９で冷却用の低温の外気がユニットＢの熱交換器Ｂ２に供給されるので、ＣＯ２吸着器Ｂは急速に冷却され始め、ＣＯ２吸着率が上昇していく。従ってユニットＡ、Ｂは速やかに図１５の状態に移行する。

【0067】

図１５は、モードＢにおけるユニットＡとユニットＢに対する夫々の入力と出力の関係を示す図であり、高温の排気ガスがユニットＡに供給され、熱交換器Ａ１を介して高温の排気熱によりＣＯ２吸着器Ａが加熱され、ＣＯ２が脱離されて出力される。又、このときステップＳ８で切り替えバルブＶＬＶ２がユニットＡ側に切り替えられているので、脱離されたＣＯ２は圧縮機で圧縮されて耐圧ボンベに貯蔵される。

【0068】

ユニットＡの熱交換器Ａ１で熱交換された低温排気ガスはユニットＢのＣＯ２吸着器Ｂに供給され、低温排気ガス（ＣＯ２やＮ２等）中のＣＯ２は、ユニットＢのＣＯ２吸着器Ｂにおいて吸着され、Ｎ２が大気に排気される。このとき、冷却用の低温の外気がユニットＢの熱交換器Ｂ２に供給されているので、ＣＯ２吸着器Ｂは安定的に冷却されＣＯ２吸着効率が高い状態で維持される。
ステップＳ９の後はステップ１０に進みステップＳ２に戻る。このときモードＢの状態なので、ステップＳ６でＦ＿ＣＯ２ＲＥＣ＝０と判別され、ステップＳ３においてＮｏとなり、ステップＳ１１に進む。

【0069】

ステップＳ１１において、Ｔｃｏ２ｒｅｃセンサーＢによるＣＯ２濃度検出を行う。ステップＳ１２でＣＯ２濃度Ｃｃｏ２が所定の閾値Ｃｃｏ２ｌｉｍｉｔに対応した値Ｃｃｏ２ｖより大きければステップＳ１３に進む。ＮｏであればステップＳ１０に進み、ステップＳ１にリターンする。それにより図１５のモードＢの状態が暫く続くことになる。その後、時間が経過すると、ユニットＢのＣＯ２吸着器Ａによる吸着が飽和し始め、一部のＣＯ２が吸着されずに放出され始めると、Ｔｃｏ２ｒｅｃセンサーＢの出力がＣｃｏ２ｖより大きくなる。

【0070】

するとステップＳ１２がＹｅｓとなり、ステップＳ１３に進み、フラグＦ＿ＣＯ２ＲＥＣ＝１に切り替えて、モードＡ（ユニットＢを加熱しユニットＡを冷却するモード）に切り替える。これに伴い、ステップＳ１４で通路切り替えバルブＶＬＶ１をユニットＢ側に切り替えてユニットＢを加熱開始すると共に、ステップＳ１５で切り替えバルブＶＬＶ２をユニットＢ側に切り替え、ユニットＢから離脱されたＣＯ２を圧縮し耐圧ボンベに供給する。又、ステップＳ１６で切り替えバルブＶＬＶ３をＡ側に切り替えて、ユニットＡを冷却開始する。これによってユニットＡ、Ｂは図１５の状態から図１６の状態に切り替わる。又、ステップＳ１０に進んでステップＳ１にリターンする。

【0071】

図１６は、高温の排気ガスがユニットＢに供給開始された直後の状態を示す図である。即ち、図１６はモードＡに切り替わった直後の状態を示している。図１６において、通路切り替えバルブＶＬＶ１をユニットＢ側に切り替えたことにより、高温の排気熱により熱交換器Ｂ１を介してＣＯ２吸着器Ｂが加熱され始める。これによって、ユニットＢにおいてＣＯ２の脱離の準備がなされる。

【0072】

又、ユニットＢの熱交換器Ｂ１で熱交換された低温排気ガスはユニットＡのＣＯ２吸着器Ａに供給され、低温排気ガス（ＣＯ２やＮ２）中のＣＯ２は、ユニットＡのＣＯ２吸着器Ａにおいて吸着され始め、ＣＯ２が低減されつつＮ２が大気に排気される。このとき、冷却用の低温の外気がユニットＡの熱交換器Ａ２に供給され、ＣＯ２吸着器Ａは冷却され始め、ＣＯ２吸着率が上昇していく。

【0073】

尚、このとき、ユニットＡはまだ熱い状態なので冷却用の外気が暖められて高温外気として出力される。その後、ユニットＡの冷却が速やかに進み、図１３に示されるモードＡの安定状態に移行する。
ステップＳ１にリターンした後は、再びステップＳ２を介してステップＳ３に進む。このとき、モードＡ状態、即ちＦ＿ＣＯ２ＲＥＣ＝１なので、ステップＳ４でＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＡによりＣＯ２濃度を検出する。そして、検出されたＣＯ２濃度Ｃｃｏ２がステップＳ５で所定の閾値Ｃｃｏ２ｌｉｍｉｔに対応した値Ｃｃｏ２ｖより大きくなるまで暫く図１３に示されるモードＡの安定状態を維持する。

【0074】

以上のようにして、ユニットＡとユニットＢとをＴｃｏ２ｒｅｃセンサーＡ、Ｂの出力に応じて交互に切り替えることで、ＣＯ２を連続的にかつ安定的に低減することができる。
以上実施形態を用いて説明したように、本実施形態によれば、内燃機関の排気ガスからＣＯ２を効率的に回収することができ、大気中ＣＯ２濃度の増大抑止に貢献するコンパクトなＣＯ２分離装置を実現することができる。又、移動装置としても、排出するＣＯ２を効率的に低減することができると共に、移動装置全体を小型軽量化できる。又、内燃機関のＣＯ２分離装置の制御手段による制御をコンピュータにより実行させることによって、複雑なハードウェアに依存せずに制御手段による制御を簡単に実現できると共に、調整や修正を適宜、容易にできる。

【0075】

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば前述のように、本実施形態における密着や隣接とは、間に例えば熱伝導性の高い物質を挟んだ構造を含む。

【0076】

尚、本実施形態における制御の一部又は全部を上述した実施形態の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介してＣＯ２分離装置や移動装置等に供給するようにしてもよい。そしてそのＣＯ２分離装置や移動装置等におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

【符号の説明】

【0077】

ＨＬ１、ＨＬ２ 加熱経路層
ＣＬ１、ＣＬ２ 冷却経路層
ＳＬ１、ＳＬ２ 吸脱離経路層
Ｈ 加熱経路パイプ
Ｃ 冷却経路パイプ
Ｓ 吸脱離経路パイプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】