(57)【要約】本発明は、内燃機関で生じた排気ガスを浄化するための方法に関する。内燃機関で生じた排気ガスは、排気ガス中に含まれる汚染物質が少なくとも部分的に結合する少なくとも１つの吸着素子（１２ａ，１２ｂ）を備えた排気ガス経路を通って導かれる。少なくとも１つの吸着素子（１２ａ，１２ｂ）は、結合した汚染物質を少なくとも部分的に脱着することによって再生され、脱着中に少なくとも１つの吸着素子（１２ａ，１２ｂ）から脱着される汚染物質は少なくとも１つの貯留体に貯留される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で生じた排気ガスを浄化するための方法であって、内燃機関で生じた排気ガスは、排気ガス中に含まれる汚染物質が少なくとも部分的に結合する少なくとも１つの吸着素子（１２ａ，１２ｂ）を備えた排気ガス経路を通って導かれ、
少なくとも１つの吸着素子（１２ａ，１２ｂ）は、結合した汚染物質を少なくとも部分的に脱着することによって再生され、
脱着中に少なくとも１つの吸着素子（１２ａ，１２ｂ）から脱着される汚染物質は少なくとも１つの貯留体に貯留されること
を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）が、以下の材料のリスト内の材料またはそれらの組み合わせの少なくとも１つの吸着層を含む方法：
アルミニウムの酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩。
【請求項３】
前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）が、無機または有機マトリックスを有する固体吸着素子（１２ａ、１２ｂ）であり、汚染物質が再生的および／または物理吸着的に前記少なくとも１つの吸着層に結合する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法であって、前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）によって結合された汚染物質が、以下の脱着手法のリスト内の脱着手法またはそれらの組み合わせによって再生される方法：
前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）の温度を上昇させること、
前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）の環境内の温度を上昇させること、
前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）の環境内の気圧を低下させること、
補助ガスによって前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）の通気を行うこと。
【請求項５】
補助ガス貯留体（１６）によって供給される補助ガスとして、純粋な二酸化炭素および／または合成空気が使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記補助ガスが前記少なくとも１つの貯留体（２１）から少なくとも部分的に除去される、請求項４または請求項５に記載の方法。
【請求項７】
脱着中に前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）から放出される汚染物質を圧力発生器（１９）によって前記少なくとも１つの貯留体（２１）内に導き、前記少なくとも１つの貯留体（２１）内で汚染物質を圧力の発生によって濃縮する、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
複数の吸着素子（１２ａ、１２ｂ）が使用され、かつ周期的動作の第１の時点で、排気ガス中に含まれる汚染物質が少なくとも部分的に複数の吸着素子の第１の部分（１２ａ）に結合されるとともに複数の吸着素子の第２の部分（１２ｂ）が再生され、そして第２の時点で、排気ガス中に含まれる汚染物質が少なくとも部分的に複数の吸着素子の第２の部分（１２ｂ）に結合されるとともに複数の吸着素子の第１の部分（１２ａ）が再生される、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記内燃機関によって生じる排気ガス中の微小粒子が、前記内燃機関によって生じる排気ガスの流れ方向の少なくとも１つにおいて前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）の上流側および／または下流側に配置されたフィルタ素子（１１ａ、１２ｂ）によって貯留される、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのフィルタ素子（１１ａ、１１ｂ）が前記内燃機関から取り外されて再生される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記排気ガスの温度が、少なくとも１つの冷却素子（３）および／または少なくとも１つの加熱素子（１７）によって前記汚染物質を吸着するのに適した温度に調節される、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記貯留体（２１）に貯留された汚染物質が、前記内燃機関に係る前記少なくとも１つの貯留体（２１）から外部の貯留体に移される、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
汚染物質として二酸化炭素が選択される、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの排気経路と、前記排気経路内に配置された少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）とを有する内燃機関の排気システムであって、前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）は、吸着プロセスにおいて排気ガスに含まれる汚染物質を少なくとも部分的に結合するように構成され、
かつ前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ、１２ｂ）は、結合した前記汚染物質の少なくとも部分的な脱着によって再生されるように構成され、
前記排気システムは、脱着中に前記少なくとも１つの吸着素子（１２ａ，１２ｂ）から脱着される汚染物質を貯留するように設計された少なくとも１つの貯留体を含むこと
を特徴とする排気システム。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成された排気システムを有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から生じる排気ガスの浄化方法および内燃機関の排気システムに関するものである。さらに本発明は、前述の方法を実行するように構成された排気システムを有する車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の駆動の際、例えば二酸化炭素といった汚染物質で汚染された排気ガスが発生する。こういった汚染物質は環境に有害であるので、内燃機関の排気ガス中の斯かる汚染物質の濃度に対し、かねてより厳しい制限値が定められている。内燃機関によって排出される汚染物質の濃度を低下させるための排気ガス後処理のための既存の方法は、触媒による汚染物質の酸化または還元を基本とする。
【０００３】
特許文献１は、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を吸着する方法を開示している。
【０００４】
特許文献２は、分離された二酸化炭素を貯留体に貯留するように構成された二酸化炭素分離システムを有する車両を開示している。
【０００５】
吸収されたガスの再生およびセラミック製吸着材料の再生のための循環プロセスが、特許文献３に開示されている。
【０００６】
特許文献４には、内燃機関から生じる高温の排気ガス流により、吸着された二酸化炭素の熱交換プロセスが行われる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２９５９９５６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／００３３７１１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１５／０１２５３６８号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１３／１０９８９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような背景に対して、本発明の目的は、内燃機関の排出ガス低減駆動の手段を提供することである。
【０００９】
上記の目的を解決するために、内燃機関で生じた排気ガスを浄化するための本方法においては、内燃機関で生じた排気ガスは、排気ガス中に含まれる汚染物質が少なくとも部分的に結合する少なくとも１つの吸着素子を備えた排気ガス経路を通って導かれ、少なくとも１つの吸着素子は、結合した汚染物質を少なくとも部分的に脱着することによって再生され、脱着中に少なくとも１つの吸着素子から脱着される汚染物質は少なくとも１つの貯留体に貯留される。
【００１０】
本発明の実施形態は、本明細書および従属請求項から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本方法は、特に、例えばディーゼル、ガソリンまたはガスエンジンのような内燃機関によって生じた排気ガスを浄化するために使用される。この目的のために、本発明によれば、内燃機関によって生じる排気ガス中に含まれる汚染物質、特に二酸化炭素が、少なくとも１つの吸着素子によって少なくとも部分的に吸着されることが行われる。これは、排気ガス中に含まれる汚染物質が、少なくとも１つの吸着素子での吸着工程において少なくとも部分的に蓄積され、そして少なくとも一時的に、すなわちある期間にかけて貯留されることを意味する。この期間の後、汚染物質は、脱着工程において少なくとも１つの吸着素子から、または吸着素子を抜けて脱着され、そして最後に貯留体に移される。この場合、汚染物質が少なくとも１つの吸着素子に貯留される期間は、例えば、少なくとも１つの吸着素子の吸着容量に応じて選択することができる。
【００１２】
本発明の文脈において、吸着素子は、汚染物質といった物質を排気ガスから抽出し、そしてそれをその表面で蓄積するのに適した器具として理解されるべきである。吸着素子をこのように使用することにより、吸着素子の能力と比較して、吸着素子で蓄積される汚染物質などの粒子が、より速くそしてより少ないエネルギー消費で、すなわちより効率的に脱着される。
【００１３】
本発明の方法は特に３ステップ式に構成されており、第１のステップでは、それぞれの排気ガスに含まれる汚染物質が、本発明に係る少なくとも１つの吸着素子によって吸着または蓄積され、第２のステップでは、吸着素子で蓄積された汚染物質が脱着される。少なくとも１つの吸着素子からの汚染物質の脱着のために、すなわち汚染物質を少なくとも１つの吸着素子から、または吸着素子を抜けて溶出または分離するために、吸着素子は、例えば、加熱される、かつ／または補助ガスによって通過されるとよい。汚染物質が少なくとも１つの吸着素子から脱着されて遊離するとすぐに、第３のステップに入り、脱着された汚染物質が貯留体に移され、そしてそこで貯留されることが行われる。これは、排気ガス中に含まれる汚染物質が貯留所に輸送されてそこで蓄積されることを意味する。貯留体に蓄積された汚染物質は、内燃機関の以降のプロセスで用いられる原料として利用することも、貯留体から除去することもでき、さらに、例えば内燃機関に対して外部の貯留体に転送されて、最終的にさらなる用途のための原料として用いることもできる。
【００１４】
本方法の可能な実施形態の１つにおいては、前記少なくとも１つの吸着素子が、以下の材料のリスト内の材料またはそれらの組み合わせの少なくとも１つの吸着層を含む：アルミニウムの酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩。
【００１５】
本発明に係る少なくとも１つの吸着素子に、それぞれの汚染物質が蓄積するアルミニウムベースの吸着層を設けることが有益であることが判明している。特に、Ａｌ２Ｏ３またはアルミニウムのケイ酸塩による吸着層が好適であることが分かっている。
【００１６】
本方法のさらなる可能な実施形態においては、前記少なくとも１つの吸着素子が、無機または有機マトリックスを有する固体吸着素子である。さらに、汚染物質が再生的に前記少なくとも１つの吸着層に結合するようにされる。
【００１７】
本発明に係る少なくとも１つの吸着素子は、例えば、それぞれの内燃機関の排気システム内において固体として設けられるとよい。この場合、吸着素子は、吸着層が取り付けられている担体マトリックスを有するとよい。吸着素子は、例えば、ハニカム形状あるいは吸着素子の表面積を最大化する任意の他の形態で設計されることが考えられる。
【００１８】
本発明に係る少なくとも１つの吸着素子で蓄積された汚染物質の脱着を達成し、吸着素子で蓄積された汚染物質を貯留体に転送するために、吸着素子、または吸着素子の吸着層は、それぞれの汚染物質と再生的に、すなわち、解放可能あるいは可逆的に結合するように構成される。特に、汚染物質が物理的な力によって吸着素子に蓄積されること、すなわち物理吸着、例えば汚染物質と吸着素子との電気的相互作用による吸着素子への蓄積が行われる。
【００１９】
本方法のさらなる可能な実施形態では、少なくとも１つの脱着部によって結合された汚染物質が、以下の脱着手法のリスト内の脱着手法またはそれらの組み合わせによって脱着される：前記少なくとも１つの吸着素子の温度を上昇させること、前記少なくとも１つの吸着素子の環境内の温度を上昇させること、前記少なくとも１つの吸着素子の環境内の気圧を低下させること、補助ガスによって前記少なくとも１つの吸着素子の通気を行うこと。
【００２０】
本発明に係る少なくとも１つの吸着素子を再生するために、すなわち、少なくとも１つの吸着素子に蓄積した汚染物質を脱着するために、または少なくとも１つの吸着素子からそれらを溶出することは、少なくとも１つの吸着素子を温度および／または圧力の変化にさらすことによって成すことができる。特に、少なくとも１つの吸着素子を加熱することによって、それらが化学的性質であるか物理的性質であるかにかかわらず、それぞれの汚染物質と少なくとも１つの吸着素子との間の相互作用を解消することができる。したがって、吸着素子の加熱は、吸着素子からの、または吸着素子を抜けての、汚染物質の脱着を促進し、その結果、汚染物質を少なくとも１つの吸着素子から分離して貯留体に移動させることができる。
【００２１】
さらに、本発明に係る少なくとも１つの吸着素子の脱着を補助ガスによって行うこと、すなわち、例えば補助ガス貯留体からのガス、または対応する排気システムの環境からのガスが少なくとも１つの吸着素子の中またはその周りに送り込まれて、少なくとも１つの吸着素子に汚染物質が蓄積するようにすることもできる。
【００２２】
少なくとも１つの吸着素子の加熱と、補助ガスによる通気の方法と、および／または少なくとも１つの吸着素子の雰囲気内での減圧とを組み合わせることが特に有利であることが分かっている。少なくとも１つの吸着素子の加熱を補助ガスによる通気の方法と組み合わせることによって、加熱に基づき少なくとも１つの吸着素子から脱離されるべき汚染物質が、相応の補助ガス流によって回収され、それと共に運び去られるということが容易に可能となる。純粋な二酸化炭素ガスは、少なくとも１つの吸着素子から汚染物質として脱着された二酸化炭素からもはや区別する必要がないので、二酸化炭素を脱着するための特に適切な補助ガスであることが分かっている。これに代えて、補助ガスとして空気を使用することが適切であることも判明している。
【００２３】
本方法のさらなる可能な実施形態では、脱着中に前記少なくとも１つの吸着素子から放出される汚染物質を圧力発生器によって前記少なくとも１つの貯留体内に導き、前記少なくとも１つの貯留体内で汚染物質を圧力の発生によって濃縮する。
【００２４】
コンプレッサや送風機といった圧力発生器を使用して、本発明に係る少なくとも１つの吸着素子の周りを流れてそれぞれの脱着した汚染物質と共に貯留体へと流れる体積流を生じることができる。この場合、貯留体に加えて、蓄圧器の目的で貯留体内の体積流を圧縮するさらなる圧力発生器を配置することができる。
【００２５】
本方法のさらなる可能な実施形態では、複数の吸着素子が使用され、かつ周期的操作の第１の時点で、排気ガス中に含まれる汚染物質が少なくとも部分的に複数の吸着素子の第１の部分に結合されるとともに複数の吸着素子の第２の部分が再生される。そしてさらに、第２の時点で、排気ガス中に含まれる汚染物質が少なくとも部分的に複数の吸着素子の第２の部分に結合されるとともに複数の吸着素子の第１の部分が再生される。
【００２６】
本方法を連続して実行することを可能にするために、特に、複数の吸着素子、特に２つの吸着素子が使用されることが行われる。一連の動作において、複数の吸着素子のうち個々の吸着素子をまず汚染物質の吸着のために使用し、次いで脱着工程を経ることが複数の吸着素子によって可能となる。第１の吸着素子が汚染物質の吸着のために使用されている間に、他の吸着素子が時間的に並行した工程で脱着工程にかけられるように、そして逆もまた同様であるように、それぞれの吸着素子が用いられる。したがって、吸着シークエンスおよび脱着シークエンスの予め定められた時間的順序に応じて、吸着または汚染物質の蓄積のための能力が解放された少なくとも１つの吸着要素が常に利用可能となる。
【００２７】
本方法のさらなる可能な実施形態では、前記内燃機関によって生じる排気ガス中の微小粒子が、前記内燃機関によって生じる排気ガスの流れ方向の少なくとも１つにおいて前記少なくとも１つの吸着素子の上流側および／または下流側に配置されたフィルタ素子によって貯留される。
【００２８】
それぞれの内燃機関によって生じる排気ガス流を浄化して、汚染物質放出量が窒素酸化物といった特に微小な粒子のそれぞれの許容閾値内に収まるようにするために、本方法を実行するために設けられた排気路に、最小粒子を吸収するのに適したフィルタ素子を配置するとよい。このようなフィルタ素子は、例えば、メンテナンス中に交換されたり、内燃機関の外部で空にされたり、あるいは再使用のために浄化されたりするとよい。
【００２９】
本方法のさらなる可能な実施形態では、前記排気ガスの温度が、少なくとも１つの冷却素子および／または少なくとも１つの加熱素子によって前記汚染物質を吸着するのに適した温度に調節される。
【００３０】
本発明に係る少なくとも１つの吸着素子への、汚染物質の特に効率的な蓄積を可能にするために、吸着素子または吸着素子の環境の温度を、吸着素子が汚染物質と強い相互作用を示すように設定することが特に好適である。この目的のために、例えば、吸着素子に対して流入する排気ガスを１００℃〜５００℃の間の温度、特に約１００℃に冷却することが考えられる。
【００３１】
本方法のさらなる可能な実施形態では、前記貯留体に貯留された汚染物質が、前記内燃機関に係る前記少なくとも１つの貯留体から外部の貯留体に移される。
【００３２】
本方法を実行するように構成された排気システムの貯留体を再生し、相応のさらなる汚染物質の受け入れを準備するために、貯留体に貯留された汚染物質を蓄圧器などの外部の貯留体に移すとよい。そのために、圧力発生器を排気システムの貯留体に配置したり、あるいは、負圧発生器を外部の貯留体で使用したりして圧力勾配を発生させ、それに応じて汚染物質が別々の貯留体間で分配されるようにしてもよい。
【００３３】
本方法は、特に、内燃機関の排気ガスから二酸化炭素を除去するために使用される。 当然ながら、本方法は、一酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素や他の窒素酸化物などの、その他の汚染物質の吸着および脱着にも適している。
【００３４】
さらに、本発明は、少なくとも１つの排気経路と、前記排気経路内に配置された少なくとも１つの吸着素子とを有する内燃機関の排気システムにも関するものであり、前記少なくとも１つの吸着素子は、吸着プロセスにおいて排気ガスに含まれる汚染物質を少なくとも部分的に結合するように構成され、かつ前記少なくとも１つの吸着素子は、結合した前記汚染物質の少なくとも部分的な脱着によって再生されるように構成される。ここで、前記排気システムは、脱着中に前記少なくとも１つの吸着素子から脱着される汚染物質を貯留する、少なくとも１つの貯留体を含む。
【００３５】
例えば、本発明による排気システムを用いて、それぞれ１０ｋｇの２つの二酸化炭素吸着素子により、重量約２ｋｇの二酸化炭素を結合することが可能である。１ｋｇの二酸化炭素が１０ｋｇの吸着体質量に結合していると考えられ、これは１０％の二酸化炭素吸着素子の結合能力に相当する。１０リットルの二酸化炭素容器ボトルは、吸着および脱着工程を伴う５回のサイクルに相当する、約１０ｋｇの二酸化炭素を回収でき、内燃機関による二酸化炭素の排気量が１キロメートルあたり１１０ｇなら、約２０％の内燃機関の二酸化炭素負荷の減少に相当する。
【００３６】
上述の排気システムは、上述の方法を実行するために特に使用される。さらに、本発明は、上述の方法を実行するように構成された車両にも関する。
【００３７】
上述の排気システムは、上述の車両の動作のために特に使用される。
【００３８】
さらなる利点および実施形態は、本明細書および添付の図面から明らかになるであろう。
【００３９】
上述の特徴および以下に説明する特徴は、示された特定の組み合わせだけでなく、他の組み合わせまたは単独でも、本発明の範囲から逸脱することなく使用できることを理解されたい。
【００４０】
本発明は、図面の実施形態を基に概略的に示されており、図面を参照して概略的かつ詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る排気システムの可能な実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、内燃機関の排気システム１を示している。内燃機関によって生じた排気ガスを浄化するために、排気ガスは矢印２で示すように冷却器３を介して排気ガス質量流の中で少なくとも部分的に脱水され、次に矢印６および７で示すように２つの排気ガス流に分割される。第１の排気ガス流は、矢印６で示すように、第１のプレフィルタ１１ａと第１の二酸化炭素吸着素子１２ａとを含む第１のカートリッジ１０に導かれる。第２の排気ガス流は、矢印７で示すように、第２のプレフィルタ１１ｂと第２の二酸化炭素吸着素子１２ｂとを含む第２のカートリッジ１３に導かれる。
【００４３】
プレフィルタ１１ａ、１１ｂが窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素などの成分を受容する一方、排気ガス中に含まれる二酸化炭素は少なくとも部分的に二酸化炭素吸着素子１２ａ、１２ｂによって吸着される。これに応じて、矢印４で示されるように、カートリッジ１０、１３から二酸化炭素の少ない排出ガスが逃げ出る。
【００４４】
二酸化炭素を受容するための第１のカートリッジ１０の容量が使い果たされると、例えば、吸着された汚染物質量が、二酸化炭素吸着素子１２ａの自重の約１０％に相当する場合、矢印２に沿った元の排気ガス流は矢印１４で示されるように方向転換される。同時に、第１のカートリッジ１０は脱着モードに切り替えられて、脱着モードでは、カートリッジ１０の二酸化炭素吸着素子１２ａは補助ガス、例えば補助ガス貯留器１６からの純粋な二酸化炭素を供給される。補助ガスは、熱交換器１７を介して高温状態で移送され、最終的に脱着モードに切り替えられているカートリッジ１０に導かれる。熱交換器は、補助ガスを加熱するために、例えば高温の排気ガスを有する貯留体から受熱することができる。
【００４５】
カートリッジ１０において、高温の補助ガスは、二酸化炭素吸着素子１２ａに蓄積された汚染物質の脱着を行い、そして矢印１８で示すように、脱着した汚染物質と共に圧縮機１９を通って貯留体２１に流れる。
【００４６】
二酸化炭素吸着素子１２ａが脱着され、相応にカートリッジ１０が再生された後、矢印２に沿った排気ガス流は矢印１５で示されるように方向転換され、それによってカートリッジ１３を再生することができる。
【図１】
2019536932.tif 000003
【国際調査報告】
2019536932.tif 000004
2019536932.tif 000005
2019536932.tif 000006
2019536932.tif 000007