(57)【要約】【課題】  エンジン室、燃焼機構および排気経路とは異なる部分へ新たな要因を導入して、排気ガスの浄化を容易にすることができる、エンジンシステム、それを用いた機械装置および自動車を提供する。【解決手段】  本発明のエンジンシステム５０は、気体を導入してエンジンを稼動させるためのシステムであって、このシステムは、大気から窒素ガスを除去または減らすことで、高濃度の酸素ガスまたは、実質的に酸素ガスを、エンジン室に導入することを特徴とする。【選択図】        図１
2010065607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させる気体を導入してエンジンを稼動させるためのシステムであって、
大気から窒素ガスを除去または減らすことで、高濃度の酸素ガスまたは、実質的に酸素ガスを、エンジン室に導入することを特徴とする、エンジンシステム。
【請求項２】
冷凍機、気液分離機構および気化装置を備え、該冷凍機は前記大気を冷凍して、酸素が液化して窒素が気体状態を保つ温度にし、前記気液分離機構により液体酸素と窒素とを分離し、前記気化装置によって該液体酸素を気化させて、前記エンジン室に導入することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記大気を前記冷凍機に導入する前段に、水分を氷結によって除去する水分除去装置を備えることを特徴とする、請求項２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記水分除去装置において、複数の氷結部と、大気通路切換え装置と、氷結による気体流れ阻害状況を検知する検知装置とを備えることを特徴とする、請求項３に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記液体酸素、該液体酸素から気化した酸素ガス、または前記気液分離機構以降の窒素ガス、における冷熱を、前記氷結に用いることを特徴とする、請求項３または４に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
前記液体酸素の気化に、前記冷凍機に発生する熱またはエンジンに発生する熱を用いることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
前記氷結部に対して、前記冷凍機に発生する熱またはエンジンに発生する熱を用いて、氷結解除促進を行うことを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項８】
前記液体酸素、該液体酸素から気化した酸素ガス、または前記気液分離機構以降の窒素ガス、における冷熱を、ヒト用または機械装置用のクーラーに用いることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項９】
前記冷凍機に発生する熱またはエンジンに発生する熱を、ヒト用または機械装置用の暖房に用いることを特徴とする、請求項２〜８のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１０】
前記液体酸素、該液体酸素から気化した酸素ガス、または前記気液分離機構以降の窒素ガス、における冷熱を、前記エンジンの冷却に用いることを特徴とする、請求項２〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１１】
複数の窒素吸着部を備え、窒素吸着により吸着度が低下した窒素吸着部の窒素分子を放出させて窒素吸着度が回復した窒素吸着部を、順次、用いて、前記大気から窒素ガスを吸着して、前記エンジン室に導入することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項１２】
大気を透過させることで酸素濃度を高め、窒素濃度を下げる酸素富化膜を、複数、直列配置して、前記大気を、該直列配置の酸素富化膜を通して、前記エンジン室に導入することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエンジンシステムを備えることを特徴とする、機械装置。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエンジンシステムを備えることを特徴とする、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンシステム、機械装置および自動車に関し、より具体的には、排気ガスの浄化を容易に遂行することができるエンジンシステム、それを用いた、機械装置および自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンの排気ガス中には、酸化窒素（ＮＯｘ）、微粒子（ＰＭ(Particulate  Matter)、煤（すす））等が含まれるので、無対策の場合、大気汚染の一大要因となる。とくにディーゼルエンジンでは、これら汚染物質濃度が高いため、ＮＯｘおよび微粒子をともに低減するために、これまで膨大な対策がとられ、今後も一層ハイレベルの対策がとられようとしている（非特許文献１）。典型的な対策例としては、まず燃料の完全燃焼を指向することで微粒子を減らし、その際に発生量が増大するＮＯｘ（微粒子とＮＯｘとはトレードオフの関係にある）を、還元触媒を用いて除去する方法などが提案され、すでに実施されている。
【非特許文献１】特集「次世代クリーンディーゼルへの取り組み」，Car  Maintenance,2003.No.3,pp.49-66
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の対策例を含めこれまでは、ＮＯｘおよび微粒子の発生が不可避であることを前提として、トレードオフの関係にあるこの２成分を両者ともに減少させることに注力してきた。すなわち、燃料の噴射の方式、燃焼温度、燃焼室の形状、排気経路における、フィルタ、触媒など、に工夫を凝らし、両者をともに低下させる多くの提案がなされてきた。これら多くの工夫は、しかしながら、エンジン室、燃焼機構および排気経路に集中している。これらと異なる部分への効果的な対策があれば、これまでの対策と組み合わせることも可能で、上記触媒等の対策に要する費用を大きく軽減できる可能性が出てくる。また、これまでの還元触媒等を不要とできる可能性もある。
本発明は、エンジン室、燃焼機構および排気経路とは異なる部分へ新たな要因を導入して、清浄な排気ガスを容易に得ることができる、エンジンシステム、それを用いた機械装置および自動車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】
【０００４】
本発明のエンジンシステムは、燃料を燃焼させる気体（助燃ガス）を導入してエンジンを稼動させるためのシステムである。このエンジンシステムは、大気から窒素ガスを除去または減らすことで、高濃度の酸素ガスまたは、実質的に酸素ガスを、エンジン室に導入することを特徴とする。
【０００５】
上記の構成によって、窒素ガスが低濃度化されるか、または無くなるので、排気ガスにおいて、少なくとも助燃ガス起因のＮＯｘは低濃度化するか、または無くなる。このため、エンジンで、高温燃焼させて微粒子を減少させても、ＮＯｘ濃度の増大は限定的である。燃料噴射に空気を用いる場合は、その中に混入する窒素に起因するＮＯｘが発生するが、燃料噴射に空気を用いない方式では、助燃ガスに窒素がなければ、ＮＯｘは発生しない。
このため、たとえばディーゼルエンジンの場合、ＮＯｘ除去のための還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和するか、または無くすことができる。還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和する場合、高価な希少金属を他の汎用金属で代替させるか、または希少金属量を減少させることができる。
【０００６】
冷凍機、気液分離機構および気化装置を備え、該冷凍機は大気を冷凍して、酸素が液化して窒素が気体状態を保つ温度にし、気液分離機構により液体酸素と窒素とを分離し、気化装置によって該液体酸素を気化させて、エンジン室に導入することができる。これによって、エンジン室に送る助燃ガス中の窒素ガス濃度を実質ゼロにすることができる。よって、どのようなエンジン稼動条件下でもエンジン室からの排気ガス中にＮＯｘは含まない。この結果、ディーゼルエンジンにおいて、還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒は不要または大幅縮小が可能となり、排気ガスの清浄化設備の費用を大幅削減することができる。
なお、大気中には、約７８容積％の窒素、約２１容積％の酸素、約０．９３容積％のアルゴン、約０．０３容積％の二酸化炭素、などが含まれるが、窒素および酸素以外は、割合が微小である。二酸化炭素の昇華点は酸素の沸点より高温であり、アルゴンの沸点は酸素の沸点より２℃〜３℃程度低い。このため、冷凍機を通ったあと、二酸化炭素は、液体酸素中に液体状態で含まれる。また、アルゴンは冷凍機の温度によるが、液体酸素に液体状態で含まれるか、または、窒素ガス中に気体状態で含まれる。いずれにしても、アルゴンおよび二酸化炭素は、本発明において大きな要因を占めない。このため、以後の説明では、酸素および窒素について説明を集中する。
【０００７】
上記の大気を冷凍機に導入する前段に、水分を氷結によって除去する水分除去装置を備えることができる。これによって、大気中の水分に起因する各種トラブルを避けることができる。
【０００８】
上記の水分除去装置において、複数の氷結部と、大気通路切換え装置と、氷結による気体流れ阻害状況を検知する検知装置とを備えることができる。これによって、氷結により大気経路が閉塞に近づいた氷結器に代えて、氷結を除いて大気通路を回復させた氷結器を用いることができる。
【０００９】
上記の液体酸素、該液体酸素から気化した酸素ガス、または気液分離機構以降の窒素ガス、における冷熱を、氷結に用いることができる。これによって、低温成分の冷熱（cold  energy)を効率的に用いて、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。
【００１０】
上記の液体酸素の気化に、冷凍機に発生する熱またはエンジンに発生する熱を用いることができる。冷凍機には圧縮器が用いられ、その圧縮器からは所定のプロセスで熱が発生し放出される。また、圧縮器に必須のポンプからも熱が発生する。これを液体酸素の気化装置に用いることで、システムのエネルギー効率を高め、かつ大気による自然気化よりも酸素の気化を促進することができる。
【００１１】
上記の氷結部に対して、冷凍機に発生する熱またはエンジンに発生する熱を用いて、氷結解除促進を行うことができる。これによって、システムのエネルギー効率を高め、かつ大気による自然気化より氷結解除を促進することができる。
【００１２】
上記の液体酸素、該液体酸素から気化した酸素ガス、または気液分離機構以降の窒素ガス、における冷熱を、ヒト用または機械装置用のクーラーに用いることができる。これによって、本システムで発生する余剰の冷熱を有効利用して、クーラーに要するエネルギー（電力）も含めたシステムにおいて、エネルギー効率を高めることができる。
【００１３】
上記の冷凍機に発生する熱またはエンジンに発生する熱を、ヒト用または機械装置の暖房に用いることができる。これによって、暖房も含めたシステムのエネルギー効率を高めることができる。
【００１４】
上記の液体酸素、該液体酸素から気化した酸素ガス、または前記気液分離機構以降の窒素ガス、における冷熱を、エンジンの冷却に用いることができる。これによって、ラジエターの規模を縮小し、または廃止することができる。たとえば自動車のラジエターを廃止または規模縮小をして、自動車の他の機能の向上、またはデザイン性の追求なども可能にする。
【００１５】
本エンジンシステムにおいて、複数の窒素吸着部を備え、窒素吸着により吸着度が低下した窒素吸着部の窒素分子を放出させて窒素吸着度が回復した窒素吸着部を、順次、用いて、大気から窒素ガスを吸着して、エンジン室に導入することができる。これによって、窒素ガスが低濃度化されるので、少なくとも排気ガス中のＮＯｘは低濃度化する。このため、たとえばディーゼルエンジンにおいて、高温燃焼させて微粒子を減少させても、ＮＯｘ濃度の増大は限定的となる。よって、ディーゼルエンジンにおけるＮＯｘ除去のための還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和するか、または無くすことができる。還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和する場合、高価な希少金属を他の汎用金属で代替させるか、または希少金属量を減少させることができる。
また、上記の窒素ガスの低濃度化は吸着材によるので、その吸着に対して外部からエネルギーを投入する必要はない。脱吸着プロセス等における加熱等の投入エネルギーはそれほど大きくないので、定常的なランニングのエネルギーコストを抑えることができる。
【００１６】
本エンジンシステムにおいて、大気を透過させることで酸素濃度を高め、窒素濃度を下げる酸素富化膜を、複数、直列配置して、大気を、該直列配置の酸素富化膜を通して、エンジン室に導入することができる。これによって、簡単に酸素が富化した気体を得ることができ、その酸素富化気体を助燃ガスとして用いることができる。この場合、窒素は残るので、完全にＮＯｘをなくすことは困難であるが、還元触媒等の負担を軽減することができる。
【００１７】
本発明の機械装置は、上記のいずれかのエンジンシステムを備えることを特徴とする。これによって、機械装置のエンジンの排気ガス中のＮＯｘについて、上述のように、問題を解消するか、または問題の重要度を軽減することができる。
【００１８】
本発明の自動車は、上記のいずれかのエンジンシステムを備えることを特徴とする。これによって、機械装置のエンジンの排気ガス中のＮＯｘについて、上述のように、問題を解消するか、または軽減することができる。とくにディーゼルエンジンでは、ＮＯｘ除去のための還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和するか、または無くすことができる。還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和する場合、高価な希少金属を他の汎用金属で代替させるか、または希少金属量を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエンジンシステム、機械装置および自動車によって、エンジン室、燃焼機構および排気経路とは異なる部分へ新たな要因を導入して、清浄な排気ガスを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるエンジンシステム５０を示す図である。このエンジンシステム５０において、大気Ｇ１が、熱交換器１０に導入され、冷却されて水分を氷結され除去される。水分を除去されてドライになった空気Ｇ２は、冷凍機２０に導入される。冷凍機２０では、冷凍サイクル（冷媒の圧縮、蒸発など）が行われ、冷却対象を−１８３℃未満−１９６℃超えの範囲に冷却する。乾燥空気Ｇ２は、この温度範囲に冷却される。酸素の沸点は−１８３℃であり、窒素の沸点は−１９６℃なので、酸素は液化し、窒素は気体状態を保つ。ここで、通常の気液の比重差を用いて、気体の窒素だけを通す管路を気相部に開口させ、液体酸素が溜まる貯留部３０を設けておけば、これが気液分離機構を構成する。この気液分離機構によって、液体である酸素Ｇ３と、気体の窒素Ｇ５とは分離される。貯留部３０は、液体酸素を受ける機能と蒸発装置の機能とを兼ね備える装置とするのがよい。液体酸素Ｇ３から気化した酸素ガスＧ４はエンジン室４０に送られ、燃料の助燃ガスとして機能する。
上記のエンジンシステムでは、エンジン室４０に送り込まれる気体は、酸素ガスであり、窒素を含まないので、燃料噴射に空気が用いられなければ排気ガスＧ６にはＮＯｘは含まれない。また、燃料噴射に空気を用いたとしてもその空気量は多くない。したがって、従来の還元触媒、またはＮＯｘ吸蔵触媒は軽減されるか、または不要となり、ＮＯｘ除去のための触媒に関する限り、大きな費用削減を得ることができる。このため、たとえばディーゼルエンジンの場合、微粒子削減に集中すればよい。１つの要素（微粒子）を削減することはそれほど困難なことではない。たとえば、酸素ガスをエンジン室に導入するので、燃料中の炭化水素と酸素との結合（燃焼）は、効率よく進行する。このため、現在のエンジン室を用いれば、従来よりも高温になる。この結果、燃料の完全燃焼を実現しやすく、他の対策をとらなくても、酸素ガスの導入だけで、煤やＰＭを大幅に削減することができる。すなわち、ＮＯｘと微粒子の二成分のうち、助燃ガスを、実質、酸素ガスとすることで、ＮＯｘは軽減または発生せず、微粒子も大きく削減される。これは、従来のように、エンジン室、燃焼機構および排気経路にのみ注目しないで、助燃ガスという部分へ新たな要因（窒素を除いて、実質、酸素ガスを用いるというアイデア）を用いることではじめてできたことである。
【００２１】
本発明は、排気ガスの清浄化に上述のような作用を奏するものであるが、それに止まらない。上記のように、これまでの窒素７８容積％、酸素２１容積％の大気に代えて、実質的に酸素１００容積％の助燃ガスを用いることで、燃料と酸素との結合反応（燃焼）は激しく進行し、高温になる。このため現在のエンジン室の形状を用いたのでは、エンジン室の材料の耐久性が問題となる可能性がある。また、上記の急激な結合反応は、利用の仕方を適切にすれば、燃費向上を得る可能性が高い。このような意味で、本発明は、単に排気ガスの清浄化だけでなく、エンジン室の形状、燃料供給方法なども巻き込み、エンジンに対して大きな変革の契機をもたらす。
【００２２】
上記の助燃ガス導入のシステムにおいて、冷熱および熱（エネルギー）が発生する。冷熱としては、冷凍機２０で冷却された液体酸素Ｇ３および気化された酸素ガスＧ４がもつ冷熱ＣＥ１、および、冷却された不要物としての窒素ガスＧ５がもつ冷熱ＣＥ２が大きい。また、熱については、冷凍機の部分で発生する熱ＨＥ１、およびエンジン室４０での燃焼で発生する熱ＨＥ２が大きい。これらの冷熱ＣＥ１，ＣＥ２、および熱ＨＥ１，ＨＥ２は、有効に利用されるべきであり、これらの有効活用が、本エンジンシステム５０の有用度を決定する。
【００２３】
図２は、図１の冷凍機２０を中心にした部分拡大図である。本実施の形態において、冷凍機２０には電力が投入されるのが普通であるが、エンジンの機械エネルギー（回転）が投入されてもよい。冷凍機２０は、ポンプを含む圧縮器２２、および、その他の蒸発器などの冷凍部分２１を備える。圧縮器２２では冷媒を圧縮するので、発熱し、熱エネルギーＨＥ１が放散される。冷凍部分２１には、大気Ｇ１から水分を除去された乾燥空気（実質、酸素と窒素との混合）Ｇ２が導入される。
冷凍部分２１では、図３に示すように、冷却対象を−１８３℃未満−１９６℃超えの温度範囲にするように調節される。この温度範囲の上下巾は１３℃未満であるが、この範囲程度の温度制御は、温度モニターの配置数を増やし、きめ細かく制御することで、市販の装置を用いて達成することができる。
図２において、冷凍部分２１で冷却された乾燥空気Ｇ２は、上記の温度に冷却されると、液体酸素Ｇ３と気体のままの窒素Ｇ５とに分離される。この気液分離は、気体と液体の比重の相違を利用することで、簡単に遂行することができる。液体酸素Ｇ３は、まず、貯留部３０の液体酸素受け部３１に受けられて、気化部３２において気化される。気化した酸素Ｇ４は、エンジン室に送られ、助燃剤として、炭化水素燃料の燃焼を推進する。実質、酸素の助燃ガスとしてエンジンに導入されるので、炭化水素燃料の燃焼は、非常に促進され、不完全燃焼の指標ともいうべき微粒子の発生を画期的に減少させる。また、燃料噴射方式によっては、ＮＯｘの発生はない。さらに、上述のように、エンジン室の形状、燃料導入方式などの開発と組み合わせて、大幅な燃費向上に寄与する可能性もある。
冷凍部分２１において液体酸素Ｇ３から分離された窒素ガスＧ５は、液体酸素Ｇ３と同程度に冷却されており、冷熱ＣＥ２をもつ。また、液体酸素Ｇ３および気化した酸素ガスＧ４も冷熱ＣＥ１をもつ。これら冷熱ＣＥ１，ＣＥ２は、有効利用がはかられる。図２では、窒素ガスＧ５の冷熱ＣＥ２を、大気Ｇ１から水分を液化または固化（氷結）して除くための熱交換器１０で利用する例が開示されている。水分をより低く完全に近い状態まで除去するには、氷結して除くことが望ましい。窒素ガスＧ５がもつ冷熱は、水分除去のための熱交換器１０に利用することで、エネルギー散逸の無駄を抑制することができる。とくに、熱交換器１０に冷熱を投入することで、乾燥空気Ｇ２の温度を低くすることができるので、冷凍機２０の負担を減らすことができる。冷熱については、窒素ガスＧ５だけでなく、液体酸素Ｇ３および気化した酸素ガスＧ４も冷熱ＣＥ１をもっており、これを熱交換器１０に用いることができる。
図２には、ポンプを含む圧縮器で発生する熱エネルギーＨＥ１、およびエンジン室で発生する熱エネルギーＨＥ２を、液体酸素の気化装置３２に投入することを示しているが、酸素ガスが短時間に大量に必要なときに有効である。また、熱交換器１０への熱エネルギーＨＥ１，ＨＥ２については、図４において説明する。
【００２４】
図４は、大気Ｇ１から水分を除去するための熱交換器１０の運転方法を説明するための図である。大気Ｇ１を導入される熱交換器１０では、水分を氷結する際に、冷媒が通る配管等に氷が成長してゆき、対策をとらなければ気体の流動を阻害するにいたる。このため、図４に示すように、２つの熱交換器１１，１２を用いる。たとえば熱交換器１１を使用する場合、熱交換器１１には、冷熱ＣＥ１，ＣＥ２が用いられる。熱エネルギーＨＥ１，ＨＥ２は、このとき、熱交換器１１には、当然、用いられない。熱交換器１１では、大気Ｇ１を冷やす過程で、上記のように、通路内壁に氷が成長する。氷の成長が進み、通路の気体流量が所定レベルに減少するのを、流量計１３がモニターする。流量計１３は、熱交換器１１の使用停止時点を決め、他の回復した熱交換器に切り換えるために配置される。
熱交換器１１，１２の空気通路の入口、出口には、電磁バルブが配置されている。図示しない制御部が、流量計１３のモニター値に基づき、電磁バルブを開閉する。熱交換器１１，１２に通じる熱ＨＥ１，ＨＥ２および冷熱ＣＥ１，ＣＥ２の熱経路については、やはり自動制御可能なバルブ機構が設けられている。
他方の熱交換器１２は、使用を終えて、不使用中の状態にある。熱交換器１２は、使用の結果、気体通路は氷によって狭められており、この氷を除くため、圧縮器２２の熱エネルギーＨＥ１および／またはエンジン室の熱エネルギーＨＥ２が投入される。当然ながら、このとき熱交換器１２に対して、冷熱は投入されない。上記の熱エネルギーの投入によって、短時間で、氷が成長した熱交換器１２を回復させることができる。
上記は、２つの熱交換器１１，１２を用いる例を示したが、より多数の熱交換器を用いることができる。
【００２５】
（実施の形態１の変形例）
本実施の形態では、大気の低温化によって、水分を除き、窒素と酸素とを分離して、酸素のみをエンジン室に送り助燃ガスとする。窒素と酸素との分離をするために極低温化するが、極低温の冷熱を用いるわけではない。したがって、極低温化によって生じる冷熱は、他の部分に活用することができる。たとえば次の他の活用例をあげることができる。
１．ラジエター（１）
車の前面において空気と熱交換するラジエターの形態はそのままとしながら、上記の冷熱の活用をはかることができる。ラジエター中を流れる循環水と、冷熱ＣＥ１，ＣＥ２とを、いずれかの箇所で熱交換させる。冷熱ＣＥ１，ＣＥ２とラジエター循環水とが熱交換する位置は、循環水がエンジンを冷却した直後の高温状態にある箇所が好ましい。冷熱ＣＥ１，ＣＥ２は、非常に低温なので、熱交換の結果、循環水を氷結させるおそれがない箇所とするためである。
２．ラジエター（２）
車の前面において空気と熱交換するラジエターをなくす。その代わり、車の中で、配管を循環するエンジン冷却水と、冷熱ＣＥ１，ＣＥ２とが熱交換する。これによって、自動車の他の機能を向上させたり、またデザインの多様性を高めることができる。
３．クーラー
ヒトおよび／または機械装置のためのクーラーに用いる。余分の冷熱を、さらに上記の装置に用いることで、エネルギーの有効活用をはかることができる。
暖房についても上記の熱を他の部分に活用することができる。
１．暖房
暖房に、圧縮器２２で発生する熱エネルギーＨＥ１、エンジン室で発生する熱エネルギーＨＥ２を用いることができる。−１８３℃未満という低温に冷却するために、圧縮器２２から放出される熱エネルギーも大きい。これを暖房に用いることでエネルギー効率を高めることができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるエンジンシステム５０を示す図である。本実施の形態において、化学的な機構によって大気から選択的に窒素を吸着することで酸素を富化する方法を紹介する。このため、実質、酸素からなる助燃ガスというよりは、酸素が富化された助燃ガスをエンジン室に供給する場合が多い。化学的な窒素または酸素の選択（分離）は、窒素吸着材によって行う。すなわち、窒素吸着材が、通気性を確保しながら配置された、窒素吸着部７１ａ〜７１ｄ，７２ａ〜７２ｄを用いる点に特徴をもつ。
【００２７】
図５において、大気Ｇ１は空気乾燥器６０で乾燥される。本実施の形態の場合は、水分の除去は実施の形態１と同様に徹底してもよいし、それほど徹底しなくてもよい。乾燥した空気Ｇ８は、たとえば、開状態の電磁バルブが連結された窒素吸着部７１ａに導入され、所定量の窒素を吸着される。窒素吸着材は、窒素および酸素の吸着速度の差を利用して酸素を富化する。吸着速度の差は、長時間持続しない。窒素吸着部７１ａを通過した空気は、酸素センサー２３によって酸素濃度をモニターされる。酸素センサー２３は、使用の経過につれて窒素吸着力が所定レベルまで低下するのを検知して、図示しない制御部に連絡する。制御部では、窒素吸着力の落ちた窒素吸着部７１ａの電磁バルブを閉じて、窒素吸着力の回復している窒素吸着部７１ｂの電磁バルブを開く。比較的、短時間のうちに、窒素吸着部の切り換えを行う。図５では、一段目の窒素吸着部７１に４つの窒素吸着部７１ａ〜７１ｄを並列に配置するが、５つ以上を並列配置してもよい。
窒素吸着部７１，７２には、活性炭を用いることができる。たとえばクラレケミカル株式会社の活性炭を用いることができる。活性炭の場合、加熱、または減圧することで、吸着された窒素を活性炭から離脱させることができる。このため、上記の電磁バルブを閉じられた窒素吸着部７１ａは、減圧または加熱されることで、吸着した窒素を離脱させて、窒素吸着能力を回復することができる。上記の窒素吸着部の切り換えのために配置する酸素センサー２３は、窒素センサーであってもよい。
【００２８】
以上の窒素吸着部は、一段目７１に配置したものであるが、一段の窒素吸着部７１を通しただけでは、酸素の富化が不十分な場合が多い。このため、二段目の窒息吸着部７２を用いる。ここでも、たとえば４つの窒素吸着部７２ａ〜７２ｄを配置しておいて、窒素吸着力が劣化したものから回復したものへと、順次、切り換えてゆくことができる。また、二段目まででは、気体Ｇ９において、所望の高さの酸素濃度とできない場合には、三段目以上を追加することができる。また、図５では、定常時に、一段あたり１個の窒素吸着部を用いるが、助燃ガスを大量に必要とする場合、一段あたり、２個以上の窒素吸着部を用いることができる。たとえば、２個の窒素吸着部７１ａ，７１ｂを一組として並行して稼動させ、劣化したら他の２個の窒素吸着部７１ｃ，７１ｄの組と切り換える運転をする。
【００２９】
上記のエンジンシステム５０によれば、窒素が低濃度化されるので、少なくとも排気ガスＧ１０中のＮＯｘは低濃度化する。このため、たとえばディーゼルエンジンにおいて、高温燃焼させて微粒子を減少させても、ＮＯｘ濃度の増大は限定的となる。よって、ディーゼルエンジンにおけるＮＯｘ除去のための還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和するか、または無くすことができる。還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和する場合、高価な希少金属を他の汎用金属で代替させるか、または希少金属量を減少させることができる。
また、上記の窒素ガスの低濃度化は吸着材によるので、その吸着に対して外部からエネルギーを投入する必要はない。脱吸着プロセス（窒素吸着力回復処理）等における加熱等の投入エネルギーはそれほど大きくないので、定常的なランニングのエネルギーコストを抑えることができる。
【００３０】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３におけるエンジンシステム５０を示す図である。実施の形態２では、窒素吸着材を用いた例を示したが、窒素吸着材の代わりに、酸素富化膜８０を用いてもよい。酸素富化膜は、窒素に比べて酸素が溶解しやすい膜で、拡散して酸素がより多く透過して、酸素富化気体を得ることができる。このような酸素富化膜を、多段に配置することによって、窒素濃度を減らして酸素濃度を高めた気体を得ることができる。多量の酸素富化気体を得る場合には、並列に、たとえば１段目８１に２つの酸素富化膜８１ａ，８１ｂを、また２段目８２に２つの酸素富化膜８２ａ，８２ｂを配置して、並行して２つの酸素富化膜を用いることができる。酸素富化性能について、使用による経時劣化がある場合には、図５に示すように、酸素富化膜を、複数、並列配置して、劣化した時点で、他の回復状態にある酸素富化膜に切り換えることができる。酸素富化膜は、松下電器株式会社製の酸素富化膜を用いることができる。
上記の構成によって、窒素が低濃度化されるので、少なくとも排気ガス中のＮＯｘは低濃度化する。このため、たとえばディーゼルエンジンにおいて、高温燃焼させて微粒子を減少させても、ＮＯｘ濃度の増大は限定的となる。よって、ディーゼルエンジンにおけるＮＯｘ除去のための還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和するか、または無くすことができる。還元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒の作用を緩和する場合、高価な希少金属を他の汎用金属で代替させるか、または希少金属量を減少させることができる。
【００３１】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のエンジンシステムを用いることで、排気ガスのＮＯｘ対策はほとんど不要になり、高価な触媒を使用しなくてもよくなるので、とくにディーゼルエンジンでは、排気ガスの清浄化対策が根本から見直され、ディーゼル車の広範な普及につながる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエンジンシステムを示す図である。
【図２】図１の中の冷凍機を中心にした部分拡大図である。
【図３】冷凍機における冷却対象の温度範囲を示す図である。
【図４】水分除去のための熱交換器の運転方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるエンジンシステムを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるエンジンシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  水分除去用熱交換器、１１，１２  熱交換器、１３  流量計、２０  冷凍機、２１  蒸発器など、２２  圧縮器、３０  貯留部、３１  液体酸素受け部、３２  気化装置、４０  エンジン室、５０  エンジンシステム、６０  空気乾燥器、７０  窒素吸着部、７１，７１ａ〜７１ｄ  一段目の窒素吸着材、７２，７２ａ〜７２ｄ  二段目の窒素吸着材、８０  酸素富化膜、８１，８１ａ，８１ｂ  一段目の酸素富化膜、８２，８２ａ，８２ｂ  二段目の酸素富化膜、ＣＥ１，ＣＥ２  冷熱、ＨＥ１，ＨＥ２  熱エネルギー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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