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(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】
(24)【登録日】2025-04-25
(45)【発行日】2025-05-08
(54)【発明の名称】エンジン排気中の粒子状物質の排出低減
(51)【国際特許分類】
F01N 3/023 20060101AFI20250428BHJP
F01N 3/027 20060101ALI20250428BHJP
F02M 25/10 20060101ALI20250428BHJP
【ＦＩ】
F01N3/023 A
F01N3/027 A
F01N3/027 H
F02M25/10 B
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022543014
(86)(22)【出願日】2021-01-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-20
(86)【国際出願番号】 US2021013068
(87)【国際公開番号】W WO2021146186
(87)【国際公開日】2021-07-22
【審査請求日】2024-01-12
(31)【優先権主張番号】16/741,432
(32)【優先日】2020-01-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】506018363
【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】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マフフーズ、レミ
(72)【発明者】
【氏名】ジャヴェド、タムール
【審査官】小関 峰夫
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５９－１０１５２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－２０３９１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０８９０５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２２７３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０４１４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０７９５４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０６３４２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３９８５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６２９０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１７８７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５２５５７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１６４６６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０２６１３９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１１４２４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｎ ３／０２
Ｆ０１Ｎ ５／００
Ｆ０２Ｇ ５／０２
Ｆ０２Ｍ ２５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に搭載され、電気化学セルに接続された太陽電池により、太陽エネルギーを電力に変換するステップと、前記太陽電池によって変換された前記電力を用いて、前記車両に搭載された前記電気化学セルに電力を供給するステップと、
ガソリン又はディーゼルエンジンによって生成され前記車両の運転中に前記車両より発生される排気ガスから水を回収するステップと、
前記電気化学セルによって、前記ガソリン又はディーゼルエンジンの排気ガスから回収した前記水を電気分解することにより、第１の酸素流及び第１の水素流を生成するステップと、
前記車両に搭載された粒子状物質フィルタに熱及び前記第１の酸素流を供給するステップであって、それによって前記粒子状物質フィルタ上に配置された粒子状物質を酸化する、ステップと、
前記車両に搭載され且つ前記車両に搭載された光触媒セルに結合されたソーラーコレクタによって、太陽光を収集するステップと、
光ファイバによって、前記収集した太陽光を前記光触媒セルに運ぶステップと、
前記光触媒セルによって、前記収集された太陽光を受け取ることに応答して、第２の酸素流と第２の水素流を生成するステップと、
前記第２の酸素流を前記粒子状物質フィルタに供給するステップと、を備える、
車両に搭載された排気ガスを処理するための方法。
【請求項2】
前記第１の水素流を前記車両のエンジンに供給するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の水素流を燃焼させて熱を生成するステップを備え、前記粒子状物質に熱を供給するステップは、前記第１の水素流を燃焼させることによって生成された熱を供給するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記粒子状物質フィルタの近傍に配置された点火装置を用いて前記第１の水素流を燃焼させるステップであって、それによって前記粒子状物質フィルタ上に配置された粒子状物質を燃焼させる、ステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記車両に搭載され且つエンジンの排気口に結合された排熱回収システムによって、前記エンジンの排気ガスからエネルギーを回収するステップと、前記排熱回収システムによって、前記回収されたエネルギーを電力に変換するステップと、
前記排熱回収システムによって変換された前記電力を用いて前記電気化学セルに電力を供給するステップと、を備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記太陽電池によって変換された前記電力、又は前記排熱回収システムによって変換された前記電力の少なくとも一方を用いて、電気ヒータに電力を供給するステップであって、前記電気ヒータは、通電に応答して熱を発生し、前記粒子状物質フィルタを加熱するステップは、前記電気ヒータによって発生した前記熱を用いる、ステップを備える、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記第２の酸素流と前記第２の水素流を生成するステップは、前記エンジンの排気ガスから水を回収するステップと、前記回収した水を光触媒的に分解するステップと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第２の水素流を前記車両のエンジンに供給するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記第２の水素流を燃焼させて熱を発生させるステップを備え、前記粒子状物質フィルタに熱を提供するステップは、前記第２の水素流を燃焼させることで生成される熱を提供するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
車両の運転中に前記車両から排気ガスを放出するように構成されたガソリン又はディーゼルエンジンと、車両に取り付けられ、太陽エネルギーを電力に変換するように構成された太陽電池と、
前記車両に取り付けられ、前記太陽電池に結合された電気化学セルであって、前記太陽電池から電力を受け取ることに応答して、前記ガソリン又はディーゼルエンジンの排気ガスから回収した水を電気分解することにより、第１の酸素流及び第１の水素流を生成するように構成された、前記電気化学セルと、
前記第１の酸素流を前記電気化学セルから前記車両の粒子状物質フィルタへ流すように構成された酸素流通通路と、
前記車両に取り付けられ、太陽光を収集するように構成されたソーラーコレクタと、
前記収集された太陽光を前記ソーラーコレクタから光触媒セルに運ぶように構成された光ファイバと、
前記車両に取り付けられ、前記収集された太陽光を受け取ることに応答して、第２の酸素流と第２の水素流を生成するように構成された前記光触媒セルと、
前記第２の水素流を前記光触媒セルから前記車両のエンジンに流すように構成された水素流通通路と、を備える、
車両に搭載された車両排気ガス処理システム。
【請求項11】
熱電発電機又はタービンのうちの少なくとも１つを含む排熱回収システムであって、前記車両に取り付けられ、
前記車両のガソリン又はディーゼルエンジンの排気口に結合され、
前記車両から排出される前記ガソリン又はディーゼルエンジンの排気ガスからエネルギーを回収し、
前記回収したエネルギーを電力に変換し、
前記電気化学セルに電力を供給する、前記排熱回収システムを備える、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
前記車両に取り付けられ、前記太陽電池又は前記排熱回収システムの少なくとも一方に結合され、前記太陽電池又は前記排熱回収システムの少なくとも一方から電力を受け取ることに応答して熱を生成するように構成された電気ヒータを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記第１の水素流を前記電気化学セルから前記車両のエンジンに流すように構成された水素流通通路を備える、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、２０２０年１月１３日に出願された米国特許出願第１６／７４１，４３２号の優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、車両排気ガスの処理に関する。
【背景技術】
【0003】
粒子状物質は、運転中に車両によって生成される排気ガス中に存在し得る。粒子状物質が大気中に排出されると、大気汚染の一因となり得る。そのような車両によって排出される粒子状物質の量を低減するために、エンジン排気ガスの後処理を用いることができる。このような後処理の効率及び有効性を改善することは、環境的にも商業的にも有利な取り組みとなり得る。
【発明の概要】
【0004】
本開示は、車両排気ガスの処理、より具体的にはエンジン排気中の煤及び粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、ＰＭ）の排出の軽減に関する技術について説示する。
【0005】
第１の一般的な態様では、車両に搭載された排気ガスを処理するための方法が実施される。車両に搭載され、電気化学セルに結合された太陽電池は、太陽エネルギーを電力に変換する。車両に搭載された電気化学セルは、太陽電池によって変換された電力を用いて給電される。電気化学セルは、第１の酸素流及び第１の水素流を生成する。熱及び第１の酸素流は、車両に搭載された粒子状物質フィルタに供給され、それによって、粒子状物質フィルタ上に配置された粒子状物質を酸化する。
【0006】
第２の一般的な態様では、車両に搭載された車両排気ガス処理システムは、太陽電池、電気化学セル及び酸素流通通路を含む。太陽電池は、車両に搭載され、太陽エネルギーを電力に変換するように構成される。電気化学セルは、車両に取り付けられるように構成される。電気化学セルは、太陽電池に結合するように構成される。電気化学セルは、太陽電池から電力を受け取ることに応答して、第１の酸素流及び第１の水素流を生成するように構成される。酸素流通通路は、第１の酸素流を電気化学セルから車両の粒子状物質フィルタへ流すように構成される。
【0007】
第１及び第２の一般的な態様は、単独で又は組み合わせて、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【0008】
いくつかの実施の形態では、第１の酸素流及び第１の水素流を生成するステップは、車両動作中に車両によって生成されたエンジン排気ガスから水を回収するステップと、回収された水を電気分解するステップとを含む。
【0009】
いくつかの実施の形態では、第１の水素流は、車両のエンジンに提供される。
【0010】
いくつかの実施の形態では、第１の水素流が熱を生成するために燃焼される。いくつかの実施の形態では、第１の水素流を燃焼させることで生成される熱は、粒子状物質フィルタに提供される。
【0011】
いくつかの実施の形態では、第１の水素流が粒子状物質フィルタの近傍に配置された点火装置を使用して燃焼され、それによって粒子状物質フィルタ上に配置された粒子状物質を燃焼させる。
【0012】
いくつかの実施の形態では、車両に搭載され、エンジン排気ガスに結合された排熱回収システムが、エンジン排気ガスからエネルギーを回収する。いくつかの実施の形態では、排熱回収システムは、回収されたエネルギーを電力に変換する。いくつかの実施の形態では、電気化学セルは、排熱回収システムによって変換された電力を用いて給電される。
【0013】
いくつかの実施の形態では、電気ヒータは、太陽電池によって変換された電気又は排熱回収システムによって変換された電気のうちの少なくとも１つを使用することによって給電される。電気ヒータは、電力供給に応じて発熱する。いくつかの実施の形態では、粒子状物質フィルタが電気ヒータによって生成された熱を使用することによって加熱される。
【0014】
いくつかの実施の形態では、車両に搭載され、車両に搭載された光触媒セルに結合されたソーラーコレクタが、太陽光を収集する。いくつかの実施の形態では、光ファイバが収集された太陽光を光触媒セルに運ぶ。いくつかの実施の形態では、光触媒セルが収集された太陽光を受け取ることに応答して、第２の酸素流及び第２の水素流を生成する。いくつかの実施態様では、第２の酸素流が粒子状物質フィルタに供給される。
【0015】
いくつかの実施の形態では、第２の酸素流及び第２の水素流を生成するステップは、エンジン排ガスから水を回収するステップと、回収された水を光触媒的に分解するステップを含む。
【0016】
いくつかの実施の形態では、第２の水素流は、車両のエンジンに供給される。
【0017】
いくつかの実施の形態では、第２の水素流は、熱を生成するために燃焼される。いくつかの実施の形態では、第２の水素流を燃焼させることで生成される熱は、粒子状物質フィルタに供給される。
【0018】
いくつかの実施の形態では、システムは排熱回収システムを含む。いくつかの実施の形態では、排熱回収システムは、熱電発電機又はタービンのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施の形態では、排熱回収システムは、車両に搭載されるように構成される。いくつかの実施の形態では、排熱回収システムは、車両のエンジン排気口に結合するように構成される。いくつかの実施の形態では、排熱回収システムは、エンジン排気ガスからエネルギーを回収するように構成される。いくつかの実施の形態では、排熱回収システムは、回収されたエネルギーを電力に変換するように構成される。いくつかの実施の形態では、排熱回収システムが電気化学セルに電力を供給するように構成される。
【0019】
いくつかの実施の形態では、システムは、電気ヒータを含む。いくつかの実施の形態では、電気ヒータは、車両に搭載されるように構成される。いくつかの実施の形態では、電気ヒータは、太陽電池又は排熱回収システムのうちの少なくとも１つに結合するように構成される。いくつかの実施の形態では、電気ヒータは、太陽電池又は排熱回収システムのうちの少なくとも１つから電力を受け取ることに応答して熱を生成するように構成される。
【0020】
いくつかの実施の形態では、システムは、第１の水素流を電気化学セルから車両のエンジンに流すように構成された水素流通通路を含む。
【0021】
いくつかの実施の形態では、システムは、第１の水素流を電気化学セルから粒子状物質フィルタの近傍に配置された点火装置に流すように構成された水素流通通路を含む。
【0022】
いくつかの実施の形態では、システムは、ソーラーコレクタと、光ファイバと、光触媒セルとを含む。いくつかの実施の形態では、ソーラーコレクタは、車両に搭載され、太陽光を収集するように構成される。いくつかの実施の形態では、光ファイバは、収集された太陽光をソーラーコレクタから光触媒セルに運ぶように構成される。いくつかの実施の形態では、光触媒セルが車両に搭載され、収集された太陽光を受け取ることに応答して第２の酸素流及び第２の水素流を生成するように構成される。
【0023】
いくつかの実施の形態では、システムは、第２の水素流を光触媒セルから車両のエンジンに流すように構成された水素流通通路を含む。
【0024】
いくつかの実施の形態では、システムは、第２の水素流を光触媒セルから粒子状物質フィルタの近傍に配置された点火装置に流すように構成された水素流通通路を含む。
【0025】
本開示の主題の１つ又は複数の実施の形態の詳細は、添付の図面及び明細書に記載されている。主題の他の特徴、態様及び利点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1A】一実施の形態に係る車両排気ガスを処理するために使用することができる例示的なシステムの概略図である。
【0027】
【図1B】別の実施の形態に係る車両排気ガスを処理するために使用することができる例示的なシステムの概略図である。
【0028】
【図1C】別の実施の形態に係る車両排気ガスを処理するために使用することができる例示的なシステムの概略図である。
【0029】
【図1D】別の実施の形態に係る車両排気ガスを処理するために使用することができる例示的なシステムの概略図である。
【0030】
【図2】車両排気ガスを処理するための例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0031】
本開示は、車両排気ガスの処理を説示する。本明細書に記載の技術は、一般に、例えばディーゼルエンジンの排気及びガソリンエンジンの排気を含む、エンジン排気における煤及び粒子状物質（ＰＭ）の排出を軽減することに関する。本開示で説明される主題は、以下の利点のうちの１つ又は複数を実現するために、特定の実施の形態で実施され得る。ＰＭ排出は、ＰＭを二酸化炭素及び水蒸気などのより有害でない生成物へ酸化することによって軽減することができる。ガソリンエンジンでは、ＰＭの酸化を促進するために、酸素及び熱を供給することができる。ディーゼルエンジンでは、ＰＭの酸化を促進するために、熱を供給することができ、追加の酸素がＰＭの酸化を改善する場合には、酸素を供給することもできる。酸素は例えば、電気化学的水分解による酸素のオンボード（ｏｎｂｏａｒｄ、車両での）生成によって、光触媒水分解による酸素のオンボード生成によって、空気の供給によって、あるいはこれらの組み合わせによって提供され得る。いくつかの実施の形態では、熱はオンボード排熱回収によって、車両の屋根又は車両の他の場所から収集された太陽光束によって、太陽光発電によってオンボードで生成された電力によって、オンボード水分解から生成された水素の燃焼によって、あるいはこれらの組み合わせによって提供される。いくつかの実施の形態では、１つ又は複数の構成要素が、オンボード排熱回収によって、車両の屋根又は車両の他の場所から収集された太陽光束のオンボード変換によって、太陽光発電によってオンボードで生成された電力によって、光触媒水分解によってオンボードで生成された電力によって、あるいはこれらの組み合わせによって、電力供給される。したがって、通常は周囲環境に浪費され又は放散される熱を回収し、エネルギーに変換することができる。さらに、記載された技術の構成要素の各々は、車両に搭載され得る。例えば、記載された技術の全ての構成要素は、システム全体が車両に搭載され、したがって、車両と共に走行し、車両が動作している間に使用できるように構成される。記載された技術は、点火プラグ、ヒートプラグ、又は他のタイプの点火器のような点火器（イグナイタ）又は圧縮点火を使用するエンジンを備えた車両に実施することができる。
【0032】
図１Ａは、車両１５０に搭載された車両排気ガス処理システム１００を示す。車両１５０は、エンジン１５２を含む。いくつかの実施の形態では、車両１５０が後処理システム１５４を含む。いくつかの実施の形態では、後処理システム１５４は、車両１５０の動作中にエンジン１５２によって生成される排気ガス１５３を処理するように構成される。いくつかの実施の形態では、後処理システム１５４が粒子状物質フィルタ１５６を含むことができる。処理済み排ガス１５７は、車両１５０から排出される。
【0033】
いくつかの実施の形態では、車両排気ガス処理システム１００は、後処理システム１５４を補完する。車両排気ガス処理システム１００は、車両１５０に搭載されるように構成される。いくつかの実施の形態では、車両排気ガス処理システム１００は、電気化学セル１０２ａ、太陽電池（光電池）１０４ａ及び電気ヒータ１０６を含む。いくつかの実施の形態では、電気化学セル１０２ａは、太陽電池１０４ａに連結されている。いくつかの実施の形態では、電気ヒータ１０６は、太陽電池１０４ａに連結されている。
【0034】
電気化学セル１０２ａは、水を保持するように構成されている。電気化学セル１０２ａには、電極が含まれる。この電極の各々は、例えば、白金、ステンレス鋼又はイリジウムを含むことができる。いくつかの実施の形態によれば、電気化学セル１０２ａのＬＥＤが太陽電池１０４ａに接続され、それによって電力が供給されている。電気化学セル１０２ａは、受電電力に応じて水を電気分解して酸素及び水素を製造するように構成されている。いくつかの実施の形態によれば、電気化学セル１０２ａは、太陽電池１０４ａによって全面的に又は部分的に電力を供給されている。いくつかの実施の形態では、水はエンジン排気ガス１５３から回収されるか、凝縮されるか、又はその両方である。いくつかの実施の形態では、水は例えばエンドユーザによって充填され得る補助水タンクによって供給される。
【0035】
いくつかの実施の形態では、システム１００は、電気化学セル１０２ａから粒子状物質フィルタ１５６へ酸素を流すように構成された酸素流通通路１０３ａを含む。粒子状物質フィルタ１５６に供給される酸素は、（粒子状物質フィルタ１５６上に配置される）粒子状物質を酸化させることができる。粒子状物質の酸化は、粒子状物質を、二酸化炭素及び水蒸気等の気体成分に変換することができる。粒子状物質の気体成分への変換は、次に、粒子状物質フィルタ１５６を再生する。
【0036】
いくつかの実施の形態では、システム１００は、電気化学セル１０２ａからエンジン１５２へ水素を流すように構成された水素流通通路１０５ａを含み、そこで水素は燃料と混合して燃焼され得る。エンジン１５２が火花点火エンジンである場合、エンジン１５２に（例えば、その燃焼室に）水素を添加することは、全体的な効率を改善することができ、エンジン動作を改善することができ、そしてエンジン１５２によって生成される排出物の量を低減することができる。エンジン１５２が圧縮点火エンジンである場合、エンジン１５２に（例えば、その燃焼室に）水素を添加することは、排出物中の亜酸化窒素及び煤の量を低減し、非ディーゼル燃料（例えば、ガソリン）の自己点火を促進し、又はその両方を行うことができる。
【0037】
いくつかの実施の形態では、システム１００は、電気化学セル１０２ａから粒子状物質フィルタ１５６の近傍に位置する点火装置へ水素を流すように設定された水素流通通路を含む。点火装置は水素を燃焼させることができ、粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６上に配置された粒子状物質を燃焼させることができる。粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させることもできる。水素自体の燃焼は、二酸化炭素の生成をもたらさない。
【0038】
太陽電池１０４ａは、太陽エネルギーを電力に変換するように構成されている。太陽電池２０１は、光（例えば、太陽光）にさらされると、電流、電圧又は抵抗等の電気特性が変化する装置である。太陽電池２０１は、（例えば、太陽光からの）光子を吸収することができる半導体材料（例えば、シリコン）を含む。いくつかの実施の形態では、太陽電池２０１が太陽エネルギーを直流（ＤＣ）電気に変換する。いくつかの実施の形態では、太陽電池２０１が電力を交流（ＡＣ）に変換するインバータを含む。
【0039】
電気ヒータ１０６は、電力を熱に変換する電気機器である。いくつかの実施の形態では、電気ヒータ１０６は、電気抵抗器である加熱要素を含む。電流が抵抗器を通過するとき、電気エネルギーは熱エネルギーに変換される。抵抗器は、例えばニクロムから作成することができる。いくつかの実施の形態では、電気ヒータ１０６は、太陽電池１０４ａによって全面的に又は部分的に電力を供給される。いくつかの実施の形態では、電気ヒータ１０６によって生成された熱が、粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させるために使用される。いくつかの実施の形態では、電気ヒータ１０６は、粒子状物質フィルタ１５６を摂氏約５００度（℃）以上の温度まで加熱するように構成される。例えば、電気ヒータ１０６は、粒子状物質フィルタ１５６を約５５０℃、約６００℃又は約６５０℃の温度に加熱するように構成することができる。粒子状物質フィルタ１５６の温度を約５００℃以上に上昇させることにより、（例えば、粒子状物質フィルタ１５６上に配置された、又は排気ガスと共に流れる）粒子状物質の酸化を向上させることができる。粒子状物質フィルタ１５６の温度を約５００℃以上の温度に上昇させることは、（例えば、粒子状物質フィルタ１５６上に配置されるか、又は排気ガスと共に流れる）粒子状物質の酸化の速度を、車両１５０から排出される粒子状物質の量を許容可能なレベル（例えば、３ミリグラム／マイル（ｍｇ／ｍｉ）未満又は１ｍｇ／ｍｉ未満）まで低減するのに十分な速度まで加速することができる。
【0040】
いくつかの実施の形態では、電気化学セル１０２ａによって生成された水素（又は電気化学セル１０２ａによって生成された水素の一部）を燃焼させて熱を生成し、これを用いて粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させることができる。いくつかの実施の形態では、水素を燃焼させることで生成される熱は、電気ヒータ１０６によって生成される熱の代わりに、又はそれと組み合わせて粒子状物質フィルタ１５６に提供される。
【0041】
図１Ｂは、排熱回収システム１０４ｂを含むシステム１００を示す。排熱（廃熱）回収システム１０４ｂは、排気ガス１５３からエネルギーを回収することができる。いくつかの実施の形態では、排熱回収システム１０４ｂは、エンジン排気ガス１５３に結合される。排気ガス１５３からエネルギーを回収するのに適した任意の種類の排熱回収システムを、システム１００において使用することができる。例えば、いくつかの実施の形態では、システム１００が熱電変換（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）又はターボコンパウンド（ｔｕｒｂｏ－ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ）を含む。排熱回収システム１０４ｂは、回収したエネルギーを電力に変換することができる。いくつかの実施の形態では、回収されたエネルギー又は電力は、システム１００内の他のユニット又はプロセスに電力を供給するために使用される。いくつかの実施の形態では、排熱回収システム１０４ｂが熱電発電機又はタービンのうちの少なくとも１つを含む。例えば、いくつかの実施の形態では、排熱回収システム１０４ｂがタービンを含むランキンサイクル（Ｒａｎｋｉｎｅ ｃｙｃｌｅ）を含む。
【0042】
いくつかの実施の形態では、排熱回収システム１０４ｂによって生成された電力は、太陽電池１０４ａによって生成された電力の代わりに又は組み合わせて、システム１００内の他のユニット又はプロセスに電力を供給するために使用される。例えば、電気化学セル１０２ａは、（ａ）太陽電池１０４ａによって部分的に電力が供給され、（ｂ）排熱回収システム１０４ｂによって部分的に電力が供給され、（ｃ）太陽電池１０４ａによって部分的に電力が供給され、また排熱回収システム１０４ｂによって部分的に電力が供給され、（ｄ）太陽電池１０４ａによって全体的に電力が供給され、又は（ｅ）排熱回収システム１０４ｂによって全体的に電力が供給される。例えば、電気ヒータ１０６は、（ａ）太陽電池１０４ａによって部分的に電力が供給され、（ｂ）排熱回収システム１０４ｂによって部分的に電力が供給され、（ｃ）太陽電池１０４ａによって部分的に電力が供給され、また排熱回収システム１０４ｂによって部分的に電力が供給され、（ｄ）太陽電池１０４ａによって全体的に電力が供給され、又は（ｅ）排熱回収システム１０４ｂによって全体的に電力が供給される。
【0043】
図１Ｃは、光触媒セル１０２ｂ及びソーラーコレクタ（ｓｏｌａｒ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ、太陽熱収集器）１０８を含むシステム１００を示す。光触媒セル１０２ｂは、水の光触媒作用によって酸素及び水素を生成するように構成される。光触媒のいくつかの非限定的な例としては、硫化カドミウム亜鉛（Ｃｄ１－ｘＺｎｘＳ、０．２＜ｘ＜０．３５）、ランタンをドープした酸化ナトリウムタンタル（ＮａＴａＯ３：Ｌａ）、ホウ酸タンタルカリウム（Ｋ３Ｔａ３Ｂ２Ｏ１２）、ガリウム、亜鉛、窒素及び酸素を含む光触媒、バナジン酸コバルト、バナジン酸ビスマス又は二セレン化タングステン（ＷＳｅ２）に基づく光触媒、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び、ＩＩＩ－Ｖ族半導体に基づく光触媒（リン化インジウムガリウム、ＩｎＧａＰなど）が挙げられる。
【0044】
いくつかの実施の形態では、光触媒セル１０２ｂは、光触媒と、ガラス又はプラスチックから作製された容器とを含む。光触媒セル１０２ｂは、水を保持するように構成される。いくつかの実施の形態では、水は、エンジン排気ガス１５３から回収されるか、凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓｅ、液化）されるか、又はその両方である。いくつかの実施の形態では、水は、例えばエンドユーザによって充填され得る補助水タンクによって供給される。
【0045】
ソーラーコレクタ１０８は、太陽光を収集するか、太陽光を集光するか、又はその両方を行う装置である。ソーラーコレクタ１０８は、光触媒セル１０２ｂに接続されている。例えば、ソーラーコレクタ１０８は、光ファイバによって光触媒セル１０２ｂに接続される。光ファイバは、収集された太陽光をソーラーコレクタ１０８から光触媒セル１０２ｂに運ぶ（送る）。収集された太陽光を受けて、光触媒セル１０２ｂは、水を分解して酸素と水素を生成する。
【0046】
いくつかの実施の形態では、システム１００は、光触媒セル１０２ｂから粒子状物質フィルタ１５６に酸素を流すように構成された酸素流通通路１０３ｂを含む。いくつかの実施の形態では、システム１００は、光触媒セル１０２ｂからエンジン１５２に水素を流すように構成された水素流通通路１０５ｂを含み、水素は燃料と混合し、燃焼させることができる。
【0047】
いくつかの実施の形態では、システム１００は、光触媒セル１０２ｂから粒子状物質フィルタ１５６の近くに配置された点火装置に水素を流すように構成された水素流通通路を含む。点火装置は水素を燃焼させることができ、粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６上に配置された粒子状物質を燃焼させることができる。粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させることもできる。水素自体の燃焼では二酸化炭素は生成されない。
【0048】
いくつかの実施の形態では、光触媒セル１０２ｂによって生成された水素（又は光触媒セル１０２ｂによって生成された水素の一部）は、燃焼して熱を生成し、これを使用して、粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させることができる。いくつかの実施の形態では、水素を燃焼させることで生成される熱は、電気ヒータ１０６によって生成される熱の代わりに、又はそれと組み合わせて、粒子状物質フィルタ１５６に提供される。
【0049】
いくつかの実施の形態では、システム１００は、光触媒セル１０２ｂが水を光触媒的に分解して酸素及び水素を生成する際に使用するための光子を生成するように、電力供給され得るランプを含む。ランプによって生成された光子は、ソーラーコレクタ１０８によって収集された太陽光を補うことができる。太陽電池１０４ａからの電力、排熱回収システム１０４ｂからの電力、又はその両方からの電力をランプの動力として使用することができる。例えば、ランプは、（ａ）太陽電池１０４ａによって部分的に、（ｂ）排熱回収システム１０４ｂによって部分的に、（ｃ）太陽電池１０４ａによって部分的に且つ排熱回収システム１０４ｂによって部分的に、（ｄ）太陽電池１０４ａによって全体的に、又は（ｅ）排熱回収システム１０４ｂによって全体的に、電力が供給される。
【0050】
図１Ｄは、前述の全ての構成要素、すなわち電気化学セル１０２ａ、光触媒セル１０２ｂ、太陽電池１０４ａ、排熱回収システム１０４ｂ、電気ヒータ１０６、ソーラーコレクタ１０８、酸素流通通路１０３ａ及び１０３ｂ、及び、水素流通通路１０５ａ及び１０５ｂを含むシステム１００の実施を説明する。いくつかの実施の形態では、システム１００は、少なくとも１つの電気化学セル１０２ａ又は光触媒セル１０２ｂから、粒子状物質フィルタ１５６の近傍に位置する着火装置に水素を流すように構成された水素流通通路を含む。点火装置は水素を燃焼させることができ、粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６上に配置された粒子状物質を燃焼させることができる。粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させることもできる。水素自体の燃焼は、二酸化炭素の生成をもたらさない。
【0051】
図２は、車両（例えば、車両１５０）に搭載された排気ガス（例えば、エンジン１５２からの排気ガス１５３）を処理するための例示的な方法２００を示すフローチャートである。方法２００は、例えば、システム１００によって実施することができる。ステップ２０２において、太陽エネルギーが電力に変換される。いくつかの実施の形態では、太陽エネルギーは、ステップ２０２で、車両１５０に搭載された太陽電池（例えば、太陽電池１０４ａ）によって電力に変換される。いくつかの実施の形態では、太陽電池１０４ａは、電気化学セル（例えば、電気化学セル１０２ａ）に連結されている。
【0052】
いくつかの実施の形態では、エンジン排気ガス１５３からエネルギーが回収される。いくつかの実施の形態では、エンジン排気ガス１５３からのエネルギーは、車両１５０に搭載されエンジン排気口に連結された排熱回収システム（たとえば、排熱回収システム１０４ｂ）によって回収される。いくつかの実施の形態では、排熱回収システム１０４ｂは、回収されたエネルギーを電力に変換する。
【0053】
ステップ２０４で、電気化学セル１０２ａに電力が供給される。いくつかの実施の形態では、ステップ２０２で太陽電池１０４ａによって変換された電力を用いて、ステップ２０４にて、この電気化学セル１０２ａに電力が供給される。いくつかの実施の形態では、排熱回収システム１０４ｂによって変換された電力を用いて、ステップ２０４にて、この電気化学セル１０２ａに電力が供給される。いくつかの実施の形態では、ステップ２０２で太陽電池１０４ａによって変換された電力及び排熱回収システム１０４ｂによって変換された電力を用いて、ステップ２０４にて、この電気化学セル１０２ａに電力が供給される。
【0054】
ステップ２０６で、酸素が生成される。いくつかの実施の形態では、ステップ２０４での電力供給に対応して、ステップ２０６で、電気化学セル１０２ａによる水の電気分解により、酸素が生成される。水の電気分解も水素を生成する。したがって、いくつかの実施の形態では、酸素及び水素は、ステップ２０６で電気化学セル１０２ａによって生成される。
【0055】
いくつかの実施の形態では、水はエンジン排気ガス１５３から回収されるか、凝縮されるか、又はその両方である。回収された水は、電気化学セル１０２ａによって電気分解することができる。いくつかの実施の形態では、水は、例えばエンドユーザによって充填可能な補助水タンクによって電気化学セル１０２ａに供給される。
【0056】
ステップ２０８で、熱及び酸素が粒子状物質フィルタ（例えば、粒子状物質フィルタ１５６）に供給される。ステップ２０８で粒子状物質フィルタ１５６に熱及び酸素を供給することにより、粒子状物質フィルタ１５６上に配置された粒子状物質の酸化を引き起こすことができる。
【0057】
いくつかの実施の形態では、電気ヒータ（例えば、電気ヒータ１０６）は電力が供給されて熱を発生させる。いくつかの実施の形態では、電気ヒータ１０６は、ステップ２０２で太陽電池１０４ａによって変換された電力、又は排熱回収システム１０４ｂによって変換された電力の少なくとも一方を使用することによって電力供給される。いくつかの実施の形態では、電気ヒータ１０６によって生成された熱がステップ２０８において粒子状物質フィルタ１５６に供給される。
【0058】
いくつかの実施の形態では、電気化学セル１０２ａによって生成された水素は、車両１５０のエンジン（例えばエンジン１５２）に提供される。いくつかの実施の形態では、電気化学セル１０２ａによって生成された水素が熱を生成するために燃焼される。いくつかの実施の形態では、水素の燃焼から生成される熱は、ステップ２０８において粒子状物質フィルタ１５６に供給される。
【0059】
いくつかの実施の形態では、電気化学セル１０２ａによって生成された水素は、粒子状物質フィルタ１５６の近傍に位置する点火装置に供給される。点火装置は水素を燃焼させ、粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６上に配置された粒子状物質を燃焼させることができる。粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させることもできる。
【0060】
いくつかの実施の形態では、太陽光は、車両１５０に搭載されたソーラーコレクタ（例えば、ソーラーコレクタ１０８）によって収集される。いくつかの実施の形態では、ソーラーコレクタ１０８は、車両１５０に搭載された光触媒セル（例えば、光触媒セル１０２ｂ）に結合される。いくつかの実施の形態では、収集された太陽光が光ファイバによって光触媒セル１０２ｂに運ばれる。収集された太陽光を受け取ることに応答して、光触媒セル１０２ｂは、酸素及び水素を生成する。いくつかの実施の形態では、光触媒セル１０２ｂによって生成された酸素は、ステップ２０８で粒子状物質フィルタ１５６に供給される。
【0061】
いくつかの実施の形態では、水はエンジン排気ガス１５３から回収されるか、凝縮されるか、又はその両方である。回収された水は、光触媒セル１０２ｂによって光触媒的に分解され得る。いくつかの実施の形態では、水は、例えばエンドユーザによって充填され得る補助水タンクによって光触媒セル１０２ｂに供給される。
【0062】
いくつかの実施の形態では、光触媒セル１０２ｂによって生成された水素は、車両１５０のエンジン（例えば、エンジン１５２）に提供される。いくつかの実施の形態では、光触媒セル１０２ｂによって生成された水素は、熱を生成するために燃焼される。いくつかの実施の形態では、水素の燃焼から生成された熱は、ステップ２０８において粒子状物質フィルタ１５６に供給される。
【0063】
いくつかの実施の形態では、光触媒セル１０２ｂによって生成された水素は、粒子状物質フィルタ１５６の近傍に配置された点火装置に供給される。点火装置は水素を燃焼させ、粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６上に配置された粒子状物質を燃焼させることができる。粒子状物質フィルタ１５６の近傍での水素の燃焼は、粒子状物質フィルタ１５６の温度を上昇させることもできる。
【0064】
本明細書は多くの特定の実施の形態の詳細を含むが、これらは特許請求の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実施の形態特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施の形態のコンテキストにおいて、本明細書で説明されるいくつかの特徴はまた、組み合わせて、単一の実施の形態で実施され得る。逆に、単一の実施の形態のコンテキストで説明される様々な特徴は、複数の実施の形態で、別個に、又は任意の適切なサブコンビネーションで実施することもできる。さらに、前述の特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして説明されてもよく、最初に特許請求されたものとしてさえも、特許請求された組み合わせからの１つ又は複数の特徴は場合によってはその組み合わせから切り離されてもよく、特許請求された組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形に向けられてもよい。
【0065】
本主題の特定の実施の形態について説明した。説明された実施の形態の他の実施、変更及び置換は、当業者には明らかであるように、以下の特許請求の範囲内にある。動作は特定の順序で図面又は特許請求の範囲に示されているが、これは望ましい結果を達成するために、そのような動作が示されている特定の順序で、又は連続的な順序で実行されること、又は示された全ての動作が実行されること（いくつかの動作はオプションであるとみなされ得る）を必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスク処理又は並列処理（又はマルチタスク処理と並列処理との組み合わせ）が有利であり、適切とみなされるように実行され得る。
【0066】
さらに、前述の実施の形態における様々なシステムモジュール及び構成要素の分離又は統合は、全ての実施の形態においてそのような分離又は統合を必要とするものとして理解されるべきではなく、説明される構成要素及びシステムは概して、一緒に統合され得るか、又は複数の製品にパッケージングされ得ることを理解されたい。
【0067】
したがって、前述の例示的な実施の形態は、本開示を定義又は制約しない。本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の変更、置換及び変更も可能である。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2】
