(57)【要約】  車両の排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）を捕捉するためのシステムおよび方法は、排気ガスを回転接触器の冷却部分に送出することを含み、回転接触器は、回転接触器の第１の側面から回転接触器の第２の側面に延在する開口部を含む。排気ガスのＣＯ２は、排気ガスの非ＣＯ２成分が開口部を通過する回転接触器の冷却部分の吸着剤で吸着される。回転接触器の冷却部分は、吸着されたＣＯ２を放出し、回転接触器の冷却部分を回転接触器の加熱部分に変換するために、車両の高温流体で加熱される。回転接触器の加熱部分を冷却して、回転接触器の加熱部分を回転接触器の冷却部分に戻すように変換する。
2021500222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）を回収する方法であって、
前記車両の前記排気ガスを回転接触器の冷却部分に送出するステップであって、前記回転接触器は、前記回転接触器の第１の側面から前記第１の側面とは反対側の前記回転接触器の第２の側面まで延在する開口部を含む、ステップと、
前記排気ガスのＣＯ２を前記回転接触器の前記冷却部分の吸着剤で吸着するステップであって、前記排気ガスの非ＣＯ２成分は前記開口部を通過する、ステップと、
前記回転接触器の前記冷却部分を車両の高温流体で加熱して、吸着されたＣＯ２を放出し、前記回転接触器の前記冷却部分を前記回転接触器の加熱部分に変換するステップと、
前記回転接触器の前記加熱部分を冷却して、前記回転接触器の前記加熱部分を前記回転接触器の前記冷却部分に戻すように変換するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記回転接触器は、前記車両に搭載されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排気ガスは、前記回転接触器の回転面に垂直な方向に、前記回転接触器の前記冷却部分へ送出される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記吸着剤が、構造化シート上に配置された固形吸着剤コーティングである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記構造化シートは前記開口部を含み、前記回転接触器の単位体積当たりの吸着剤容量を最大にするように成形される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記構造化シートは前記開口部を含み、前記排気ガスが前記第１の側面から前記第２の側面へ前記開口部を通過する際に、前記排気ガスの圧力損失を最小化するように成形される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記車両の前記排気ガスを前記回転接触器の前記冷却部分に送出する前に、前記排気ガスをエネルギー回収装置に通し、前記エネルギー回収装置が、放出されたＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成することをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記車両の前記排気ガスを前記回転接触器の前記冷却部分に送出した後、前記排気ガスをエネルギー回収装置に通し、前記エネルギー回収装置が前記放出されたＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成することをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記車両の前記高温流体が有機ランキンサイクルエネルギー回収装置の作動流体である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記車両の前記高温流体が前記車両の高温冷却剤である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記車両の前記高温流体が熱交換器内で前記排気ガスによって加熱される流体である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記回転接触器の前記加熱部分を冷却することは、前記熱交換器の下流の前記排気ガスで前記回転接触器の前記加熱部分を冷却することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記放出されたＣＯ２を前記車両上で圧縮して保存することをさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
車両の排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）を回収する方法であって、
前記車両の前記排気ガスを回転接触器の冷却部分に送出するステップであって、前記回転接触器は、前記回転接触器の第１の側面から前記第１の側面とは反対側の前記回転接触器の第２の側面まで延在する開口部を含む、ステップと、
前記回転接触器の前記冷却部分の吸着剤によって前記排気ガスのＣＯ２を吸着するステップと、
前記回転接触器を回転させて、前記回転接触器の前記冷却部分が前記車両の高温流体の経路内にあるようにし、前記回転接触器の前記冷却部分を加熱して吸着されたＣＯ２を放出し、前記回転接触器の前記冷却部分を前記回転接触器の加熱部分に変換するステップと、
前記回転接触器を回転させて前記回転接触器の前記加熱部分が前記排気ガスの経路内にあるようにし、前記回転接触器の前記加熱部分を前記排気ガスで冷却して、前記回転接触器の前記加熱部分を前記回転接触器の前記冷却部分に戻すように変換するステップであって、
前記排気ガスはエネルギー回収装置を通過し、前記エネルギー回収装置は放出されたＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを発生し、
前記回転接触器および前記エネルギー回収装置が車両に搭載されている、ステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記排気ガスは、前記回転接触器の回転面に垂直な方向に、前記回転接触器の前記冷却部分へ送出される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記吸着剤が、前記開口部を含む構造化シート上に配置された固形吸着剤コーティングである、請求項１４〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記回転接触器の前記冷却部分に前記排気ガスを送出する前に、前記排気ガスが前記エネルギー回収装置を通過する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記回転接触器の前記冷却部分に前記排気ガスを送出した後に、前記排気ガスが前記エネルギー回収装置を通過する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
車両の排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）を回収するシステムであって、
前記車両の前記排気ガスの送出を受け取るように動作可能な冷却部分を有する回転接触器であって、前記回転接触器は、前記回転接触器の第１の側面から前記第１の側面の反対側の前記回転接触器の第２の側面まで延在する開口部を含む、回転接触器と、
前記排気ガスのＣＯ２を吸着するように動作可能な前記回転接触器の前記冷却部分上に配置された吸着剤と、
吸着されたＣＯ２を放出し、前記回転接触器の前記冷却部分を前記回転接触器の加熱部分に変換するように動作可能な前記回転接触器の冷却部分に向けられた高温流体と、を含み、
前記回転接触器は、前記回転接触器の前記加熱部分が冷却されて前記回転接触器の前記加熱部分を前記回転接触器の前記冷却部分に戻すように回転可能である、システム。
【請求項２０】
前記回転接触器は、前記車両に搭載されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記排気ガスは、前記回転接触器の回転面に垂直な方向に、前記回転接触器の前記冷却部分へ送出される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記吸着剤が、構造化シート上に配置された固形吸着剤コーティングである、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記構造化シートは前記開口部を含み、前記回転接触器の単位体積当たりの吸着剤容量を最大にするように成形される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記構造化シートは前記開口部を含み、前記排気ガスが前記第１の側面から前記第２の側面へ前記開口部を通過する際に、前記排気ガスの圧力損失を最小化するように成形される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記放出されたＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成するように動作可能なエネルギー回収装置をさらに含む、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記冷却部分と前記加熱部分との接合部において、前記回転接触器の前記第２の側面に隣接して配置されたパージセクタをさらに含む、請求項１９〜２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記放出されたＣＯ２を圧縮するように動作可能なコンプレッサと、前記圧縮されたＣＯ２を保存するための保存ユニットとをさらに含む、請求項１９〜２６のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、温室効果ガスの排出を低減することに関し、より詳細には、自動車排気ガスからの二酸化炭素（ＣＯ２）の車載回収に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯ２、メタン（ＣＨ４）などの温室効果ガスの排出は、地球温暖化の一因と考えられている。現在、地球規模のＣＯ２排出量の約４分の１は、自動車などの移動汚染源によって生成されている。この割合は、開発途上国の自動車保有が急増すると予測されるため、急速に増加する可能性がある。車載ＣＯ２回収は、移動汚染源からのＣＯ２を管理するための１つの選択肢である。車載ＣＯ２回収システムの重要な特徴は、コンパクト性および低圧力損失を含む。ガスを回収するために吸着剤を使用する１つの従来のアプローチは、吸着剤を静止床に充填することである。これは、より大きな圧力損失および限定された熱および物質移動をもたらす可能性がある。排気ガスの流速が比較的大きく、スペースが限られている移動式用途では、現行の吸着剤システムは、コンパクトなシステムでの吸着と再生の短いサイクルを可能にする熱と質量の輸送速度の要件を満たすことができないであろう。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の実施形態は、乗用車、トラック、バス、大型車両、列車、飛行機、船、および、炭素を含む燃料の燃焼によって動作する他の移動汚染源などの移動汚染源の排出からのＣＯ２管理のためのシステムおよび方法を含む。本開示のシステムは、新しい移動汚染源に設置されるか、または既存の移動汚染源上に改造され得る。
【０００４】
本開示の実施形態では、ＣＯ２が回転接触器内に配置された固形吸着剤によって回収される。本開示のシステムおよび方法は、高速の熱および物質移動による短いサイクル時間、コンパクトな設計、および回転接触器上の低圧力損失を提供する。車両の高温排気ガスまたは他の利用可能な高温流体中のエネルギーを使用して、分離に必要な温度差を提供することができる。回転接触器は、ＣＯ２に親和性を有する固形吸着剤で作られた、またはそれで覆われたダクトを有する回転車輪を含むことができる。車輪のセクタは、吸着されたＣＯ２を放出するために車両からの高温流体を使用して直接的又は間接的に加熱され、残りのセクタはＣＯ２吸着が行われる低温排気ガスによって冷却される。
【０００５】
本開示の一実施形態では、車両の排気ガス中のＣＯ２を回収するための方法は、車両の排気ガスを回転接触器の冷却部分に送出することを含み、回転接触器は、回転接触器の第１の側面から第１の側面とは反対側の回転接触器の第２の側面まで延在する開口部を含む。排気ガスのＣＯ２は、排気ガスの非ＣＯ２成分が開口部を通過する、回転接触器の冷却部分の吸着剤で吸着される。回転接触器の冷却部分は、吸着されたＣＯ２を放出し、回転接触器の冷却部分を回転接触器の加熱部分に変換するために、車両の高温流体で加熱される。回転接触器の加熱部分を冷却して、回転接触器の加熱部分を回転接触器の冷却部分に戻すように変換する。
【０００６】
代替の実施形態では、回転接触器は、車両に搭載することができる。排気ガスは回転接触器の回転面に垂直な方向に、回転接触器の冷却部分へ送ることができる。吸着剤は、構造化シート上に配置された固形吸着剤コーティングであってもよい。構造化シートは開口部を含むことができ、回転接触器の単位体積当たりの吸着剤容量を最大にするように成形することができる。代替的に、構造化シートは、第１の側面から第２の側面への開口部を通過する際の排気ガスの圧力損失を最小化するように成形することができる。または、吸着剤容量を最大にしながら、圧力損失の最大値を満たす。
【０００７】
他の代替実施形態では、該方法が車両の排気ガスを回転接触器の冷却部分に送出する前に、排気ガスをエネルギー回収装置に通し、エネルギー回収装置が放出されたＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成することをさらに含むことができる。あるいは、車両の排気ガスを回転接触器の冷却部分に送り出した後、排気ガスをエネルギー回収装置に通すことができる。車両の高温流体は、エネルギー回収装置の作動流体、車両の高温冷却剤、または熱交換器内の排気ガスによって加熱される流体とすることができる。回転接触器の加熱部分を冷却することは、熱交換器の下流の排気ガスで回転接触器の加熱部分を冷却することを含むことができる。放出されたＣＯ２は、車両上で圧縮して保存することができる。
【０００８】
本開示の別の実施形態では、車両の排気ガス中のＣＯ２を回収するための方法は、車両の排気ガスを回転接触器の冷却部分に送出することを含み、回転接触器は、回転接触器の第１の側面から第１の側面とは反対側の回転接触器の第２の側面まで延在する開口部を含む。排気ガスのＣＯ２は、回転接触器の冷却部分の吸着剤で吸着される。回転接触器は、回転接触器の冷却部分が車両の高温流体の経路内にあるように回転され、回転接触器の冷却部分が吸着されたＣＯ２を放出するために加熱されて、回転接触器の冷却部分は回転接触器の加熱部分に変換される。回転接触器は、回転接触器の加熱部分が排気ガスの経路内にあるように回転され、回転接触器の加熱部分が排気ガスで冷却されて、回転接触器の加熱部分を回転接触器の冷却部分に戻すように変換される。排気ガスはエネルギー回収装置を通過し、エネルギー回収装置は、放出されたＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成する。回転接触器とエネルギー回収装置は車両に搭載されている。
【０００９】
代替の実施形態では、排気ガスは、回転接触器の回転面に垂直な方向で、回転接触器の冷却部分に送ることができる。吸着剤は、開口部を含む構造化シート上に配置された固形吸着剤コーティングであってもよい。排気ガスは、エネルギー回収装置を通過してから、回転接触器の冷却部分に送出され得る。代替的に、排気ガスは、回転接触器の冷却部分に送出された後、エネルギー回収装置を通過することができる。
【００１０】
本開示のさらに別の代替実施形態では、車両の排気ガス中のＣＯ２を回収するためのシステムは、車両の排気ガスの送出を受け取るように動作可能な冷却部分を有する回転接触器を含み、回転接触器は、回転接触器の第１の側面から第１の側面とは反対側の回転接触器の第２の側面まで延在する開口部を含む。吸着剤は、排気ガスのＣＯ２を吸着するように動作可能な回転接触器の冷却部分上に配置される。高温流体は、吸着されたＣＯ２を放出し回転接触器の冷却部分を回転接触器の加熱部分に変換するように動作可能な回転接触器の冷却部分に導かれる。回転接触器は、回転接触器の加熱部分が冷却されて、回転接触器の加熱部分を回転接触器の冷却部分に戻すように、回転可能である。
【００１１】
代替の実施形態では、回転接触器は、車両に搭載することができる。排気ガスは、回転接触器の回転面に垂直な方向に、回転接触器の冷却部分に送ることができる。吸着剤は、構造化シート上に配置された固形吸着剤コーティングであってもよい。構造化シートは開口部を含むことができ、回転接触器の単位体積当たりの吸着剤容量を最大にするように成形することができる。構造化シートは開口部を含むことができ、第１の側面から第２の側面への開口部を通過する際の排気ガスの圧力損失を最小化するように成形することができる。エネルギー回収装置は、放出されたＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成するように動作可能であり得る。パージセクタは、冷却部分と加熱部分との接合部において、回転接触器の第２の側面に隣接して配置することができる。コンプレッサは、放出されたＣＯ２を圧縮するために動作可能であり、保存ユニットは圧縮されたＣＯ２を保存することができる。
【００１２】
本開示の実施形態の前述の特徴、態様、および利点、ならびに明らかになるであろう他の特徴が達成され、詳細に理解され得るように、本明細書の一部を形成する図面に示される実施形態を参照することによって、先に簡単に要約された本開示のより具体的な説明を行うことができる。しかしながら、添付の図面は本開示の特定の実施形態のみを示し、したがって、本開示が他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本開示の範囲を限定すると考えられるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施形態による、車載二酸化炭素回収システムの概略図である。
【００１４】
【図２】本開示の代替実施形態による、車載二酸化炭素回収システムの概略図である。
【００１５】
【図３】本開示の一実施形態による、車載二酸化炭素回収システムの回転接触器の概略斜視図である。
【００１６】
【図４】本開示の一実施形態による、パージセクタを有する車載二酸化炭素回収システムの回転接触器の概略部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示は、プロセスまたは方法ステップを含む特定の特徴に言及する。当業者は、本開示が本明細書で与えられる実施形態の説明に限定されないこと、またはそれによって限定されないことを理解する。発明の主題は、明細書および添付の特許請求の範囲の精神のみを除き、制限されない。
【００１８】
当業者はまた、特定の実施形態を説明するために使用される用語が、本開示の実施形態の範囲または幅を限定しないことを理解する。明細書および添付の特許請求の範囲を解釈する際、すべての用語は、それぞれの用語の文脈に合致するできる限り広い方法で解釈されるべきである。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるすべての技術用語および科学用語は、特に定義されない限り、本開示が属する当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。
【００１９】
明細書および付属の特許請求の範囲で用いられているように、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の指示対象を含む。
【００２０】
使用されるように、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および他のすべての文法的変形はそれぞれ、追加の要素、構成要素、またはステップを排除しない、オープンで非限定的な意味を有することが意図されている。本開示の実施形態は、開示された限定的特徴を適切に「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｎｓｉｓｔ）」、または「本質的に備える（ｃｏｎｓｉｓｔ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」ことができ、開示されていない限定的特徴がなくても実施することができる。例えば、当業者であれば、特定のステップを単独のステップに組み合わせられ得ることを認識できる。
【００２１】
本明細書または付属の特許請求の範囲に値の範囲が記載されている場合、区間には、上限値と下限値、および上限値と下限値の間の各介在値を含むことが理解されている。本開示は提供される特定の除外の対象となるより小さい範囲の区間を包含し、制限する。
【００２２】
本明細書および付属の特許請求の範囲において、２つ以上の定義されたステップからなる方法への言及がある場合には、定義されたステップは、文脈がその可能性を排除する場合を除き、任意の順序または同時に実行することができる。
【００２３】
図１を見ると、車載ＣＯ２回収システム１０の概略図が示されている。車載ＣＯ２回収システム１０の構成要素は、全て車載車両１２に配置されている。しかしながら、明確にするために、車載ＣＯ２回収システム１０の特定の特徴は、車両１２とは別に図１〜２に示されている。車両１２は例えば、乗用車、トラック、バス、大型車両、列車、飛行機、船、または炭素含有燃料の燃焼によって動作する任意の他の移動汚染源などの移動汚染源とすることができる。エンジン１３における車両１２による炭素含有燃料の燃焼は、排気ガス１４をもたらす。排気ガス１４は、ＣＯ２を含むことができる。
【００２４】
図１の実施例では、高温排気ガス１４Ａがまずエネルギー回収装置１６に送出され、通過する。エネルギー回収装置１６は、ＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成することができる。エネルギー回収装置１６は、一例として、ターボコンパウンド廃熱回収システムまたは有機ランキンサイクルとすることができる。エネルギー回収装置１６がターボコンパウンド廃熱回収システムである実施形態では、さらなる相乗効果を実現することができる。
【００２５】
ターボコンパウンドの使用の１つの相乗効果は、エネルギーアウトプット１８を生成するための排気ガス１４の熱の使用であり、コンプレッサ２０がＣＯ２を圧縮するのに必要なエネルギーの全部又は一部のための電気エネルギー又は機械エネルギーのいずれかを提供する。例えば、コンプレッサ２０は、ＣＯ２を約１００ｂａｒに圧縮することができる。より低い再生温度を有する吸着剤が使用される場合、別の可能な相乗効果は、熱交換器において除去され高温流体３０として使用されるエネルギー回収装置１６を出る排気ガス１４中に残存する熱の使用であり、これはまた、排気ガス１４の温度をさらに低下させる利点を提供する。
【００２６】
代替の実施例では、エネルギー回収装置１６は、排気ガス１４の熱を利用してＣＯ２を圧縮するためのエネルギーを生成することができる任意の公知の種類のエネルギー回収装置とすることができる。エネルギー回収装置１６によって生成されるエネルギー出力１８は、コンプレッサ２０がＣＯ２を圧縮するのに必要なエネルギーの全部又は一部を供給することができる電気エネルギー又は機械エネルギーのいずれかとすることができる。
【００２７】
エネルギー回収装置１６はエネルギー回収装置１６を出る排気ガス１４が冷却された排気ガス１４Ｂとなるように、排気ガス１４の温度を低下させることになる。固形吸着剤の吸着温度に応じて、冷却された排気ガス１４Ｂは、回転接触器２４の冷却部分２２に送られる。排気ガスが十分に冷却されない場合には、排気ガスを周囲空気または液体冷却剤と共に熱交換器を通過させることによって、排気ガスをさらに冷却することができる。回転接触器２４は、ＣＯ２に親和性を有する固形吸着剤で作られた、またはそれで覆われた、開口部またはダクトを有する回転車輪形状の装置とすることができる。本開示でさらに議論されているように、回転接触器２４の冷却部分２２は排気ガス１４からＣＯ２を吸着することができるが、排気ガス１４の非ＣＯ２成分２６のような残りの吸着されていないガスは、回転接触器２４を通ることができる。例えば、排気ガス１４の非ＣＯ２成分２６は、窒素ガス（Ｎ２）、水（Ｈ２Ｏ）、および炭素含有燃料の燃焼からの排気ガスの他の既知の成分を含むことができる。回転接触器２４を通過した後、非ＣＯ２成分２６は大気中に通過することができる。
【００２８】
回転接触器２４は、加熱部分２８も含む。加熱部分２８は、車両１２の高温流体３０によって加熱されて、吸着されたＣＯ２を放出されたＣＯ２２９の流れとして放出することができる。高温流体３０は例えば、高温冷却剤、高温エンジンオイル、排気ガス１４の高温部分、エネルギー回収装置１６の作動流体、または、このような任意の例の高温流体３０によって加熱された加熱流体とすることができる。一例として、いくつかの車両の高温冷却剤は、摂氏７５〜１００度（℃）の温度で吸着剤を再生するために使用することができる。この温度域でＣＯ２を放出することができる多くの好適な吸着剤物質が存在する。
【００２９】
加熱部分２８は、伝導、対流、または放射、または伝導、対流、および放射の任意の組合せによって加熱することができる。特定の実施例では、排気ガス１４の高温部分は、蒸気などのＣＯ２から容易に分離されるホットキャリアとすることができる。排気ガス１４および高温流体３０の流れは、向流（図２および図４）または並流（図１および図３）方向であり得る。排気ガス１４および高温流体３０の流れは、回転接触器２４の回転面に対して略垂直な方向とすることができる。
【００３０】
本開示の実施形態では、図１−２に示すように、回転接触器２４は冷却部分２２および加熱部分２８のみを有する。回転接触器２４は、回転接触器２４が高温流体３０の供給源を通過して回転し、回転接触器２４の冷却部分２２を回転接触器２４の加熱部分２８に変換することにつれて、冷却部分２２が高温流体３０によって加熱されるように、常に回転していることができる。高温流体３０の供給源は、車両１２に対して静止していることができる。加熱部分２８は、回転接触器２４が排気ガス１４の供給源を通過して回転し、回転接触器２４の加熱部分２８を回転接触器２４の冷却部分２２に変換するのに伴い、排気ガス１４によって冷却される。排気ガス１４の供給源は、車両１２に対して静止していることができる。
【００３１】
２つの部分のみを有することにより、２つ以上のゾーンを有する回転接触器を有するシステムよりも、システムをよりシンプルで、よりコンパクトで、よりコスト効率の良いものとすることができる。本開示の実施形態は、２つ以上のゾーンを有するシステムを動作させるために必要とされるエンジン１３内の追加の燃料を燃焼させることなく、排気ガス１４内のＣＯ２の６０％以下を回収し、圧縮するという目標を満たすことができる。
【００３２】
ＣＯ２は、冷却部分２２において排気ガス１４から吸着される。冷却部分２２の冷却は、冷却された排気ガス１４Ｂによる吸着と同時に行われる。ＣＯ２は、放出されたＣＯ２２９として、加熱部分２８内の回転接触器２４の吸着剤から放出される。回転接触器２４の吸着剤から放出された、放出されたＣＯ２２９は収集され、コンプレッサ２０に送出され、次いで、車両１２上の保存ユニット３２内に保存することができ、保存ユニット３２内に保存されたＣＯ２は、車両１２が燃料補給されているときなど、後の時点で取り出すことができる。回転接触器２４、エネルギー回収装置１６、コンプレッサ２０および保存ユニット３２は全て車両１２に搭載されている。
【００３３】
図２を見ると、代替の実施形態において、エネルギー回収装置１６は、回転接触器２４の下流に配置することができる。回転接触器２４が、車両１２の下流のエンジン１３に配置されるが、ターボコンパウンドエネルギー回収装置１６の上流に配置される場合、排気ガス１４は、エネルギー回収装置１６が回転接触器２４の上流に配置される場合よりも、回転接触器２４に入る圧力がより大きくなる。ターボコンパウンドの使用は、排気ガス１４がエンジン１３から出た後、エネルギー回収装置１６のタービンを駆動するために使用される前に、排気ガス１４の圧力が比較的高く保たれる結果となる。排気ガス１４の圧力は、エネルギー回収装置１６のタービンの後、周囲圧まで降下することができる。圧力の増加した排気ガス１４を有することにより、吸着剤容量がより大きくなり、車輪サイズが小さくなり、システムがよりコンパクトになる。圧力に応じて、車輪サイズを２〜３倍小さくすることができる。より大きなガスの圧力を有すると、回収される同量のＣＯ２のために必要とされる吸着剤をより少なくすることになる。回収システムのサイズは、（吸着の低圧域で）圧力にほぼ反比例する。一例として、エンジン１３の後の排気ガス１４の圧力が２ｂａｒであり、エネルギー回収装置１６の後の排気ガスの圧力が１ｂａｒである場合、回転接触器２４の車輪サイズは、回転接触器２４の上流にエネルギー回収装置１６を備えた実施形態と比較して、回転接触器２４の下流にエネルギー回収装置１６を備えた実施形態におけるサイズの半分にすることができる。
【００３４】
ターボコンパウンドの高圧部分では、温度はさらに高く（２５０〜６００℃）、金属酸化物または炭酸塩のような高温吸着剤が使用される場合には排気ガス１４の冷却はほとんど必要とされない。この配置のさらなる長所は、ＣＯ２がより大きな圧力になって回転接触器２４を出て、コンプレッサ２０におけるＣＯ２のさらなる圧縮に必要な動力を減少させることである。
【００３５】
エネルギー回収装置１６が有機ランキンサイクルを使用する廃熱回収システムである実施形態では、追加の相乗効果を実現することができる。１つの相乗効果は、エネルギー出力１８を生成するための排気ガス１４の熱の使用であり、コンプレッサ２０がＣＯ２を圧縮するのに必要なエネルギーの全部又は一部に対して電気的又は機械的エネルギーのいずれかを提供する。別の相乗効果は、図３に示すように、有機ランキンサイクルからの作動流体を高温流体３０として使用することである。システムに必要な温度値は、エネルギー回収装置１６の作動流体と、回転接触器２４と共に使用される吸着剤との組み合わせに依存する。エネルギー回収装置１６の有機ランキンサイクルには、冷媒、エタノール、および沸点の高い他の適当な流体のような広範囲の可能な作動流体がある。４０℃〜４００℃のような広範囲の温度でＣＯ２を脱着することができる吸着剤がある。作動流体と吸着剤との組み合わせは、排気ガス１４中のＣＯ２の６０％以下を回収し、圧縮するという目標を満たしながら、システムの有効性を最大にするように選択することができる。
【００３６】
図３の例示的な実施形態では、排気ガス１４が回転接触器２４に入る前に熱交換器４０を通過する。冷却された排気ガス１４Ｂは冷却部分２２へと続き、一方、排気ガス１４から熱を引き出した高温流体３０は、回転接触器２４の加熱部分２８へと導かれる。
【００３７】
図３を見ると、ＣＯ２を回収する固形吸着剤は、回転接触器２４の開口部３４を形成することができる。一例として、バインダーを固形吸着剤材料に添加して、固形吸着剤材料を構造化ダクトに形成することができる。あるいは、固形構造化ダクトは不活性材料から形成することができ、固形吸着剤は回転接触器２４のコーティングとすることができる。固形吸着剤材料は、窒素に対する親和性と比較してＣＯ２に対する親和性がより大きい任意の固形材料であってよい。物理的または化学的吸着を有するものを含む広範囲の材料を固形吸着剤として使用することが可能である。一例として、固形吸着剤は、金属炭酸塩、金属酸化物、ゼオライト、多孔質固体、活性炭、アミン官能化多孔質またはメソ多孔質材料または金属有機骨格であってもよい。
【００３８】
開口部３４は、回転接触器２４の第１の側面３６から、第１の側面３６とは反対側の回転接触器２４の第２の側面３８まで延びている。開口部３４は、第１の側面３６から第２の側面３８までの開口部３４を通って回転接触器２４の冷却部分２２を流れるときに、排気ガス１４の圧力低下を最小にするような、構造化シートとして配置することができる。開口部３４は代替的に、構造化シートとして配置され、回転接触器２４の単位体積当たりの吸着剤の厚さによって表面積を最大にすることによって、回転接触器２４の単位体積当たりの吸着剤容量を最大にするように成形され得る。回転接触器２４は、回転接触器２４の単位体積当たりの吸着剤容量を最大にしながら、回転接触器２４の冷却部分２２を流れるときの排気ガス１４の圧力低下を最小にすることによって最適化することができる。一例として、回転接触器２４は、モノリス構造のパッキング、または波形もしくは金網を有するモノリス構造のパッキングを有することができる。構造化パッキングの開口部３４のサイズは、１〜３ミリメートル（ｍｍ）の範囲とすることができる。回転接触器２４の厚さおよび径は、排気ガス流量、除去されるＣＯ２の割合、固形吸着剤能力、および排気ガス１４の許容できる圧力損失に依存する。
【００３９】
ダクト又は開口部３４は回転接触器２４の車輪形状に配置することができ、単位時間当たりの所与の回転速度で回転接触器２４を回転させるモータに接続することができる。回転速度は、排気ガス１４の流量および固形吸着剤の作動能力に依存する。一例として、回転接触器２４は、適用可能な吸脱着の動力学に応じて、２０秒〜５分／回転の範囲で回転することができる。
【００４０】
固形吸着剤材料はＣＯ２に対して親和性を有し、排気ガス１４が回転接触器２４に送出される圧力および温度でＣＯ２を吸着する。例えば、特定の実施形態の固形吸着剤は、０．０１〜０．２ｂａｒのＣＯ２分圧、または約１ｂａｒの全圧、および周囲温度〜約１００℃の温度域でＣＯ２を吸着することができる。固形吸着剤はまた、周囲圧および４０〜３００℃の温度域でＣＯ２を再生または放出することができる。排気ガス１４が増加した圧力で送出される代替の実施形態では、選択された固形吸着剤が１．２〜５ｂａｒの全圧といった増加した圧力でＣＯ２を吸着する。例えば、活性炭については、吸着は周囲温度で、放出温度は５０〜６０℃であり得る。吸着剤がゼオライトである例示的な実施形態では、吸着が周囲温から４０℃で、放出は１００〜２００℃であり得、吸着剤が炭酸マグネシウムベースである場合、吸着は約２５０℃で、再生は３００℃であり得る。
【００４１】
図４を見ると、排気ガス１４が回転接触器２４を通過して非ＣＯ２成分２６として出る時に、排気ガス１４が回転接触器２４の吸着剤から除去された、放出されたＣＯ２２９と、高温流体３０の流れによって混合されることを制限するために、小さなパージセクタ４２を使用することができる。パージセクタ４２は、放出されたＣＯ２２９を排出ガス１４と混合することなく、加熱部分２８から放出されたＣＯ２２９を回収するのを補助することができ、加熱部分２８と冷却部分２２との間の流れの相互作用を最小限にするのを補助することができる。
【００４２】
一例として、パージセクタ４２は、冷却部分２２と加熱部分２８との接合部において、回転接触器２４の第２の側面３８に隣接する回転接触器２４からわずかに離れた位置に配置することができる。一つの側面に沿って、パージセクタ４２は、回転接触器２４にほぼ接触するリップ４４を有し、リップ４４の先の方向にガスが流れるのを防ぐ。パージセクタ４２の反対側は開いており、リップはなく、この側面からガスを流出させることができる。放出されたＣＯ２２９がパージセクタ４２の位置で加熱部分２８から最初に出てくると、放出されたＣＯ２は、排気ガスの流れに近いために残留排気ガスと混合される。出てくる混合物はパージセクタ４２によって、放出されたＣＯ２２９のより純粋な流れを汚染することが防止され、その代わりに、パージセクタ４２の開放側で排出ガス１４の流れと混合するように導かれる。
【００４３】
図１を見ると、動作例において、排気ガス１４からＣＯ２を回収する方法では、車両１２の排気ガス１４は、回転接触器２４の冷却部分２２に送出される。冷却部分２２の吸着剤は排気ガス１４のＣＯ２を吸着し、排気ガス１４の非ＣＯ２成分２６は回転接触器２４の開口部３４（図３）を通過する。回転接触器２４が回転すると、冷却部分２２は車両１２の高温流体３０で加熱され、回転接触器２４の冷却部分２２を回転接触器２４の加熱部分２８に変換し、放出されたＣＯ２２９を吸着剤から放出する。回転接触器２４が回転し続けると、回転接触器２４の加熱部分２８が排気ガス１４で冷却されて、回転接触器２４の加熱部分２８を回転接触器２４の冷却部分２２に戻すように変換する。放出されたＣＯ２２９はコンプレッサ２０で圧縮することができ、保存ユニット３２に保存することができる。
【００４４】
図１の実施例では、排気ガス１４が回転接触器２４に入る前に、排気ガス１４がエネルギー回収装置１６を通過する。エネルギー回収装置１６は、放出されたＣＯ２２９をコンプレッサ２０で圧縮するためのエネルギーを生成することができる。図２の例示的な実施形態では、排気ガス１４が回転接触器２４を通過した後、排気ガス１４は代わりにエネルギー回収装置１６に入る。図３の例示的な実施形態では、排気ガス１４が回転接触器２４に入る前に熱交換器４０を通過する。熱交換器４０はエネルギー回収装置１６を用いない実施形態で使用することができ、エネルギー回収装置１６の下流で使用することができ（図１の実施形態に追加されるように）、またはエネルギー回収装置１６の上流で使用することができる（図２の実施形態に追加されるように）。
【実施例】
【００４５】
本開示の方法およびシステムの使用例では、車両１２が毎時１００キロメートル（ｋｍ）（ｋｍ／ｈｒ）のスピードで走行しながら、１キロメートル当たり平均１５０グラム（ｇ）のＣＯ２を排出し得る。ＣＯ２排出量を６０％削減するためには、１時間あたり９キログラム（ｋｇ）のＣＯ２を回収する必要がある。３重量％の固形吸着剤材料の適度な作業能力および１分のサイクル時間を仮定すると、必要な固形吸着剤の量は５ｋｇである。したがって、立方センチメートル当たり１グラム（ｇ／ｃｍ３）の（多孔質）固体密度、および１０ｃｍの車輪厚さの場合、回転接触器２４は、２５ｃｍの直径を有する必要がある。２５ｃｍの回転接触器２４は、多くのタイプの車両１２内に容易に嵌合することができる。
【００４６】
図１〜４の例示的な実施形態では、回転接触器２４のＣＯ２の回収を、エネルギー回収、ＣＯ２圧縮、およびＣＯ２の一時的な車載保存に統合するシステムおよび方法が開示されている。本開示の実施形態は、システムをコンパクトカーに適合させる車載用途のためのコンパクトな設計を提供する。本発明の実施形態の統合されたエネルギー管理は、燃費を節約し、ＣＯ２の発生を低減し、これはＣＯ２排出量を低減する。
【００４７】
また、本開示の実施形態は、ＣＯ２の制御および分離を向上させるために水を加える必要のないシステムおよび方法を提供する。必要な量の水を運搬し、補給することは、車両の燃料経済性を低下させ、所有者または運転者にとって不都合であるため、車両に搭載された貯水は現実的ではない。加えて、追加の水を必要とするいくつかの現行システムのように、排気ガスを〜４００℃から１００℃未満に冷却しなければならない場合には、無駄な熱が存在するであろう。
【００４８】
本出願の実施形態は、移動体用途における、ＣＯ２を回収する際に固形吸着剤を使用するいくつかの現行システムの長いサイクル時間の課題をさらに解決する。さらに、ターボコンパウンド廃熱回収を使用する場合、本出願の実施形態では、さらなる効率および相乗効果ならびによりコンパクトな設計が実現される。
【００４９】
したがって、記載された開示の実施形態は、目的を実行し、記載された目的および利点、ならびに固有の他の目的および利点を達成するように十分に適合されている。本開示の例示的な実施形態は開示の目的で与えられているが、所望の結果を達成するための手順の詳細には多数の変更が存在する。これらおよび他の類似の修正は、当業者に容易に示唆され、本開示の精神および添付の特許請求の範囲内に包含されることが意図される。
【図１】
2021500222.tif 000003
【図２】
2021500222.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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