(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気とを混合し、燃焼させるエンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒装置と、
前記触媒装置の下流に配置され、前記エンジンから排出される排気ガス中の成分を食する微生物に前記排気ガスを接触させる反応浄化装置と、
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
燃料と空気とを混合し、燃焼させるエンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒装置と、
前記触媒装置の下流に配置され、前記エンジンから排出される排気ガス中の成分を食する微生物に前記排気ガスを接触させる反応浄化装置と、
前記触媒装置から出た排気ガスを前記反応装置に送り込む経路と、反応装置を経由せずに排出するバイパスの排出経路とを切り換える切換弁と、
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項３】
燃料と空気とを混合し、燃焼させるエンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスを吸気管に導入するＥＧＲ管と、
前記吸気管のＥＧＲ管の合流部位よりも下流に設けられ、前記エンジンから排出される排気ガス中の成分を食する微生物に前記排気ガスを接触させる反応浄化装置と、
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項４】
前記微生物は光合成なしに前記排気ガス中の成分を食するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記反応浄化装置は、前記微生物の培養液を通さずかつ前記排気ガスを通す大きさの微細孔が形成された循環路と、前記培養液を前記循環路中に循環させる循環装置とを具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
前記反応浄化装置は、微生物と培養液のリザーバタンクをもち、このリザーバタンクには微生物を遠心分離できる遠心分離器を備えることを特徴とする請求項５に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
前記反応浄化装置は、微生物と培養液のリザーバタンクをもち、このリザーバタンクには微生物を真空乾燥できる真空乾燥器を備えることを特徴とする請求項５に記載のエンジンシステム。
【請求項８】
前記反応浄化装置は、反応浄化装置内の培養液の温度を調整する温度調整装置と、周囲を断熱壁で囲まれた微生物と培養液のリザーバタンクを備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項９】
前記温度調整装置は、排気ガスに外気を導入して温度を低下させ、これと接触する培養液の温度を調整することを特徴とする請求項８に記載のエンジンシステム。
【請求項１０】
前記微生物は前記排気ガス中のＣＯ2を食するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１１】
前記微生物はＣＯ2を食して燃料を再生産するものであることを特徴とする請求項１０に記載のエンジンシステム。
【請求項１２】
前記微生物は前記排気ガス中のＮＯｘを食するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１３】
前記微生物は前記排気ガス中のＮＯを食するものであることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１４】
前記微生物は前記排気ガス中のＨＣを食するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１５】
前記微生物はＡｒｃｈａｅａであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１６】
前記微生物がＤｅｓｕｌｆｕｒｏｌｏｂｕｓまたはＡｃｉｄｉａｎｕｓであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１７】
培養液として水と活性汚泥を含むことを特徴とする請求項１６に記載のエンジンシステム。
【請求項１８】
培養液として水とイーストエキスとを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエンジンシステム。
【請求項１９】
培養液として水とイーストエキスと、硫酸アンモニウムと、硫酸を含む酸性培養液であることを特徴とする請求項１６に記載のエンジンシステム。
【請求項２０】
培養液として水とイーストエキスと、硫酸アンモニウムと、硫酸とに加えて、リン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、塩化鉄、塩化マンガン、四ほう酸ナトリウム、硫黄、炭酸カルシウムのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエンジンシステム。
【請求項２１】
前記培養液の温度が７０℃〜１２０℃の範囲に維持されるようにすることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項２２】
前記培養液のｐＨ値が４．０以下となるようにすることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項２３】
前記微生物がＡｌｃａｌｉｇｅｎｅｓであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項２４】
培養液が水と活性汚泥であることを特徴とする請求項２３に記載のエンジンシステム。
【請求項２５】
培養液が水と、ペプトンと、ミートエキスと、塩化ナトリウムとを含むことを特徴とする請求項２３に記載のエンジンシステム。
【請求項２６】
培養液が水と、ブラッドアーガベースと、ラビットブラッドとを含むことを特徴とする請求項２３に記載のエンジンシステム。
【請求項２７】
前記培養液の温度が２０℃〜４０℃の範囲に維持されるようにする請求項２３〜２６のいずか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項２８】
前記培養液のｐＨ値が５．０〜８．０となるようにすることを特徴とする請求項２３〜２７のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項２９】
前記排気ガスを冷却する冷却装置を備え、前記冷却装置によって冷却した排気ガスを前記反応浄化装置に導くようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンシステム。
【請求項３０】
前記微生物として好熱微生物を用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項３１】
前記微生物は前記排気ガス中の硫黄ガスあるいは硫黄化合物のガスを食するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項３２】
前記燃料としてガソリン燃料を用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項３３】
前記エンジンはガソリン燃料の噴射弁を燃焼室に備え、前記噴射弁を介して供給されたガソリン燃料と空気とを理論混合比以下の薄い混合比で混合、圧縮し、燃焼させるものであることを特徴とする請求項３２に記載のエンジンシステム。
【請求項３４】
エンジン始動直後における低温の前記排気ガスを触媒装置を経由して前記反応浄化装置に導くようにした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３５】
ガソリン燃料と空気とを圧縮比１３以下で圧縮することを特徴とする請求項３２に記載のエンジンシステム。
【請求項３６】
前記燃料として軽油を用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項３７】
軽油と空気とを圧縮比２０以下で圧縮することを特徴とする請求項３６に記載のエンジンシステム。
【請求項３８】
前記燃料として水素ガスを用い、前記微生物は前記排気ガス中のＮＯｘガスまたは水素ガスを食するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項３９】
前記反応浄化装置の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの出力信号に基づいて前記反応浄化装置に流れ込む前記排気ガスの流量を調節するガス流量調節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４０】
前記反応浄化装置の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの出力信号に基づいて前記循環路の培養液の流量を調節する循環流量調節装置とを備えることを特徴とする請求項５に記載のエンジンシステム。
【請求項４１】
前記反応浄化装置の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの出力信号に基づいて前記培養液を加熱あるいは冷却する温度調節装置とを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項４２】
前記反応浄化装置は、前記微生物の培養液を通さずかつ前記吸気を通す大きさの微細孔が形成された循環路と、前記培養液を前記循環路中に循環させる循環装置とを具備す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４３】
前記反応浄化装置は、前記微生物の培養液を通さずかつ前記排気ガスを通す大きさの微細孔が形成された循環路と、前記培養液を前記循環路中に循環させる循環装置とを具備することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンシステム。
【請求項４４】
前記反応浄化装置が、前記エンジンから排出される排気ガス中の成分を吸収する生命体内の酵素を含む物質を排気ガスと接触させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項４５】
前記反応浄化装置が、前記エンジンに吸入される前の吸気の窒素成分を吸収する生命体内の酵素を含む物質と接触させ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４６】
前記物質が生命体内の酵素チトクロームかヘモグロビン、またはこれに架橋を施したもの、あるいは高分子化したもので構成される請求項４４または４５に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を用いて排気ガス中の特定成分を取り除くエンジンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、車両用のエンジンから排出される排気ガスを浄化する方法として金属触媒等を用いて処理する方法が知られている。しかし、触媒を用いた方法では、とくに触媒が十分に活性化していない状態、例えばエンジン始動直後などの低温時に、排気中のＨＣ、ＣＯ、Ｓ、ＮＯｘ等を必ずしも十分に処理できないという問題がある。
【０００３】
また、排気の一部を吸気中に還流する排気再循環システムにより、燃焼を抑制し、ＮＯｘを減少させることも実用化されているが、ＮＯｘを大幅に減少させるには排気還流量を増大させ、かつそれらを完全燃焼させなければならず、自ずと限度がある。
【０００４】
本発明の目的は、エンジンからの種々の排出物質を浄化できるエンジンシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料と空気とを混合し、燃焼させるエンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒装置と、
前記触媒装置の下流に配置され、前記エンジンから排出される排気ガス中の成分を食する微生物に前記排気ガスを接触させる反応浄化装置と、
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
また、本発明は、燃料と空気とを混合し、燃焼させるエンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒装置と、
前記触媒装置の下流に配置され、前記エンジンから排出される排気ガス中の成分を食する微生物に前記排気ガスを接触させる反応浄化装置と、
前記触媒装置から出た排気ガスを前記反応装置に送り込む経路と、反応装置を経由せずに排出するバイパスの排出経路とを切り換える切換弁と、
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
さらに本発明は、燃料と空気とを混合し、燃焼させるエンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスを吸気管に導入するＥＧＲ管と、
前記吸気管のＥＧＲ管の合流部位よりも下流に設けられ、前記エンジンから排出される排気ガス中の成分を食する微生物に前記排気ガスを接触させる反応浄化装置と、
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンから排出される排気ガス中の成分を食する微生物、あるいは生命体内の酵素を含む物質を用いた反応浄化装置を備えたので、排気ガス中の種々の成分の浄化を図ることができる。とくに、排気を浄化する触媒が活性化しないような排気の低温時にも反応浄化装置は機能し、とくにエンジンの始動直後などにおける排気の清浄化にとってきわめて有効である。
また、反応浄化装置とバイパス排気路との間で排気ガスの排出経路を切換えることにより、微生物の温度環境を適切に維持できる。
また、排気ガスと吸入空気との混合空気をエンジンに導入する排気ガス環流システムを備え、反応浄化装置は混合空気を微生物に接触させるので、微生物の温度環境を適切に維持しやすく、排気ガス中の種々の成分を効率よく処理することができる。
【００７３】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図３を用いて本発明によるエンジンシステムの第１の実施の形態について説明する。
【００７４】
図１において、１は車両に搭載されるエンジンであり、エンジン１は排気バルブ１１、燃焼室１２、ピストン１３、吸気バルブ１４、吸気ポート１５、吸気マニホールド１６、排気ポート１７および排気マニホールド１８を備える。エンジン１の燃焼室１２では、燃料噴射弁１９から噴射される燃料が空気と共に圧縮、燃焼され、ピストン１３を往復運動させ、機械的な動力が取り出される。燃焼により生じた排気ガスは、各バンクに対応してそれぞれ設けられた排気ポート１７および排気マニホールド１８を介して排出される。
【００７５】
両方の排気マニホールド１８にはそれぞれ触媒装置２０Ａが取付けられ、排気マニホールド１８を通った排気ガスが触媒装置２０Ａに流れ込むように構成されている。また、それぞれの触媒装置２０Ａの出口には排気管２１が接続され、触媒装置２０Ａから排出された排気ガスは排気管２１を介して合流し、その下流のに配置した触媒装置２０Ｂに導かれる。触媒装置２０Ａおよび触媒装置２０Ｂの内部には貴金属触媒が付着したセラミック製、あるいは金属製の触媒担体が収納されており、排気ガスが通過するときに排気ガス中の特定成分（例えば、ＣＯ、ＣＯ2、ＨＣ、ＮＯx 等）が浄化される。
【００７６】
触媒装置２０Ａおよび触媒装置２０Ｂを経由した排気ガスをさらに浄化するため、その下流には、排気中の特定成分を食する微生物を利用した排気の反応浄化装置１００が取付けられる。
【００７７】
図２にも示すように、反応浄化装置１００は培養液中の微生物を排気ガスと接触させるための反応器１１０と、反応器１１０への培養液の供給を行うための管路１２０と、管路１２０の中間に取付けられ培養液を圧力を調整しながら循環させるためのスクリュー型のポンプ１３０と、培養液の圧力を調節し、微生物を分離するためのリザーバータンク１４０とを備える。
【００７８】
反応浄化装置１００に用いられる微生物としては、エンジン１の排気ガス中の成分を食べる種々の微生物を選択することができる。例えば、「ＨＤ−１」というバクテリアを用いることにより、ＣＯ2 、Ｈ2 およびＨＣを光合成なしで食べ、ガソリンを生産することができる。「ＨＤ−１」は従来の分類にのらない１９９６年に発見された新種のバクテリアである（Ｔ．Ｉｍａｎａｋａ  ａｎｄ  Ｍ．Ｍｏｒｉｋａｗａ：  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ，ＡＭＳ．Ｐｒｅｓｓ，Ｗａｓｈｉｎｔｏｎ，１９９６，ｐ．２８９−２９７）。なお、光合成なしで排気ガス中の特定成分を食べる微生物を選択することは反応浄化装置１００に適用するうえで望ましいことである。光合成を行うためのクロロフィルは光の透過率が高くないため、微生物の全体に十分な光を照射することは困難であり、また車両に搭載された反応浄化装置１００に光を照射すること自体にも制約が付きまとうからである。
【００７９】
さらに、例えば好熱菌としてはＴｈｅｒｍｏｃｏｃｃｕｓ、Ａｒｃｈａｅａ、Ｓｕｌｆｏｌｏｂｕｓなどがあげられる。さらにまた、微生物として、Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｌｏｂｕｓ  ａｍｂｉｖａｌｅｎｓ（ＪＣＭ９１９１）、Ａｃｉｄｉａｎｕｓ  Ｉｎｆｅｒｎｕｓ（ＪＣＭ８９５５）、Ａｃｉｄｉａｎｕｓ  Ｂｒｉｅｒｌｅｙｉ（ＪＣＭ８９５４）などを用いると、光り合成なしで排気中のＣＯ2、水素、硫黄とＨＣを食して燃料を再生することができる。
【００８０】
これらは、約７０〜１２０℃の温度が最適環境の原核微生物であるが、一般にエンジン１の排気ガスは比較的高温であり、したがって培養液の温度もある程度高くなるため、好熱微生物を用いることが望ましい。高温では、培養水の水分が気化しやすいと考えられがちだが、排気ガス中には多量の水があるのでほぼ飽和状態となり、培養液の水は気化、減少しない。
【００８１】
排気ガス中の硫黄または硫黄化合物を食べる微生物としては、例えば前述の好熱菌や硫黄細菌あるいは紅色細菌を用いることができる。これらの種はＣＯ2 と硫黄とを栄養源としている。硫黄細菌あるいは紅色細菌についても高温の環境を好む種類（好熱微生物）を選択することが望ましい。
【００８２】
培養液は微生物の種類によって異なるが、リン酸マグネシウム、塩化ナトリウム等のミネラル、アミノ酸、ビタミン等の栄養素の水溶液であるが、排気ガス中の各種ガス成分、例えばＨＣ、Ｏ2 、ＣＯ2 、ＮＯx 、あるいは硫黄等が栄養素として微生物に取込まれる。微生物の種類や排気ガスの組成によっては栄養素を適宜補給するようにしてもよい。燃料よりも廉価のもの、例えば精製前の原油やビール工場やパルプ精製後の廃液のようなものを栄養素として補給することもできる。培養液はＨ2 ＳＯ4 等を加えることにより微生物に応じた適切なｐＨ値に制御される。
【００８３】
上述の「ＨＤ−１」や好熱菌の例のように、微生物が燃料として用いることができる物質を生産する場合、生産物質を回収する手段を設けることにより、物質を燃料として利用することが可能となる。例えば、後述するリザーバタンク１４０内において、エンジンの回転力を利用した遠心分離によって生産物質を回収することができる。
【００８４】
また、培養液としては、水と活性汚泥を用いることができ、この場合には汚泥をエネルギ源とするので、コストの点から有利である。
【００８５】
また、水とイーストエキスを用いることもでき、イーストエキスがエネルギ源となり、汚泥よりもＣＯ2の吸収速度が速い。この場合、培養液にはさらに、硫酸アンモニウムと硫酸を加えると、より一層ＣＯ2の吸収速度が上昇する。
【００８６】
さらに、上記に硫黄を含めると、これもエネルギ源となるため、ＣＯ2の吸収速度はさらに速まる。さらにこれにリン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、塩化鉄、塩化マンガン、四ほう酸ナトリウムなどの微量な要素を加えることにより、吸収速度の上昇と耐久性が増す。また、これに炭酸カルシウムを加えると、エンジン始動時のＣＯ2の吸収速度が上昇する。なお、これらの培養液のｐＨ値は、ほぼ４．０以下程度にすることが望ましい。
【００８７】
また、微生物としてＡｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ（ＪＭＣ１４７４、５４８５、５４９０、９６５７、９６５８、９６５６、９６５９、９６６０）を用いると排気ガス中のＮＯｘを食べることができる。この培養液としては、上記した水と活性汚泥からなる培養液、水とペプトン、ミートエキス、塩化ナトリウム、を含む培養液、あるいは水とブラッドアガーベース（ＢＬＯＯＤ  ＡＧＡＲ  ｂａｓｅ「Ｄｉｆｃｏ」）、ラビットブラッド（Ｒａｂｉｔｂｌｏｏｄ）を含む培養液等が適している。
【００８８】
この場合、培養液の温度は２０℃〜４０℃の範囲に維持すると最も効果的であり、さらに培養液のｐＨ値としては、５．０〜８．０の範囲にすることが、望ましい。
【００８９】
次に、反応器１１０に用いる上記した微生物の代わりに、排気ガスを吸収する生命体内の酵素を含むものであってもよい。たとえば、酵素チトクロームかヘモグロビン、またはそれに架橋を施したものや、高分子化したものなどである。
【００９０】
これらは例えば血液の代替物としての物質などで、例えばヘモグロビンは酸素やＣＯ2、あるいはＮＯなどの気体分子を運ぶことができ、したがって排気ガスと接触させることにより、排気ガス中のＣＯ2やＮＯを運び去ることができ、結果的に上記した微生物と同等の働きをする。
【００９１】
図２の反応器１１０はわずかの間隔をもってほぼ平行に配置した多数の細管１１１と、細管１１１を収納するケース１１２とを備える。すべての細管１１１は管路１２０と接続されており、細管１１１には管路１２０を介して供給される微生物が培養液とともに循環される。細管１１１の内径は１０〜５００μｍ程度であり、細管１１１の細管壁には管内外を貫通する直径数十〜数百μｍ以下の微細孔１１１ａが形成されている。この微細孔は細管１１１内部の培養液の表面張力が細管の内外圧力差よりも大きくなるために管内の培養液および微生物を外部に漏すことはなく、かつ排気ガスが通過できるような径に設定される。これにより、細管壁は培養液を通さずにガス成分のみを透過させる選択膜として機能する。このような細管１１１として、例えば人工肺のガス交換ファイバーと同様のものを使用することができる。細管１１１の内径および微細孔１１１ａの径は培養液、微生物の種類や排気ガスの組成等に応じて適切な値に設定される。
【００９２】
彩管１１１の他の例として、人工透析に使用される透析膜のように、酸素、ＣＯ2、ＮＯｘなどが通る、分子レベルでの穴のあいたものも適用可能である。
【００９３】
図２においてケース１１２の上部には排気ガスをケース１１２内に導くガス導入管１１３が、ケース１１２の下部には排気ガスをケース１１２から排出するガス排出管１１４が取付けられている。また、ガス導入管１１３およびガス排出管１１４には、径の大きなゴミやすすがケース１１２内部に侵入しないようにフィルタ１１３ａおよび１１４ａがそれぞれ取付けられている。
【００９４】
図１に示すように、ガス導入管１１３には触媒装置２０Ｂから延びた排気管２２が接続されており、触媒装置２０Ｂから排出されたガスが反応器１１０に導かれるように構成されている。一方、ガス排出管１１４には排気管２３が接続されており、ケース１１２を通ったガスはガス排出管１１４および排気管２３を介して外部に放出される。
【００９５】
以上のように構成されたエンジンシステムの動作について説明する。
【００９６】
反応浄化装置１００のポンプ１３０を駆動すると、細管１１１および管路１２０を満たした培養液が微生物とともに図２の矢印で示すように循環する。循環される培養液の圧力はポンプ１３０及びリザーバータンク１４０によってほぼ一定の値に調整される。上述のように細管１１１の微細孔１１１ａは培養液を通さないため、培養液はほとんど漏れ出ることなく細管１１１内を一方向に流れる。また、細管１１１から漏れてケース１１２に溜まった微量の培養液は、管１９０を介してリザーバタンク１４０に戻される。
【００９７】
一方、エンジン１での燃焼により生じ、排気マニホールド１８を経て排出された排気ガスは、まず最初に触媒装置２０Ａで、次いで触媒装置２０Ｂで、それぞれ浄化処理される。触媒装置２０Ｂを通った排気ガスは、さらに反応器１１０のケース１１２内に入り、多数の細管１１１の間をすり抜けて排出される。上述のように、細管１１１の微細孔１１１ａは排気ガスが通過できる径であるため、排気ガスが細管１１１の間をすり抜ける間、排気ガスは細管１１１の微細孔１１１ａを介して微生物と接触し、微生物は排気ガス中の特定成分を食べる。したがって、微生物が食べた成分は微生物ないし培養液中に取込まれ、その分排気ガスが浄化されることになる。反応器１１０を通過することにより浄化された排気ガスは排気管２３を介して外部に排出される。
【００９８】
排気ガスの浄化速度は排気ガスと微生物との接触頻度の増加に応じて高まるので、培養液の循環速度を高めれば浄化速度は高くなる。しかし、スクリュー型ポンプ１３０の出力を上昇させると、ポンプ１３０の駆動により死滅する微生物の割合が大きくなる。また、培養液は反応器１１０において排気ガスから熱を受け、他の部分において放熱することになるから、循環速度が小さいと反応器１１０内を培養液が通過する間に培養液の温度が上がり過ぎる場合もある。したがって、ポンプ１３０の駆動の影響や培養液の反応器１１０内での温度上昇を考慮して循環速度を決めるのが望ましい。また、微生物の活性は反応器１１０の部分において問題となるので、ポンプ１３０の回転数を可変として反応器１１０の部分における培養液の温度が適切となるように循環速度を積極的に調節するようにしてもよい。この場合、反応器に温度センサを設け、温度センサからの情報に応じてポンプ１３０の回転数を制御するようにしてもよい。
【００９９】
培養液の温度は、微生物の種類に応じた適切な範囲に設定する必要があるが、後述するように温度の制御については種々の方法を採用することができる。なお、エンジン１を停止している間は培養液の温度制御は行わないため、長時間エンジン１を停止する場合には培養液の温度は環境温度に応じて低下する。しかし、培養液の温度が低下しても微生物はいわば仮死状態となるだけであり、エンジン１を始動して培養液の温度が適切な範囲まで上昇すれば微生物は活動を再開する。例えば、通常、低温（０℃〜２０℃）で数ヵ月程度放置しても、その後培養液の温度を上げることにより微生物は再生する。
【０１００】
＜変形例１＞
微生物に最適な温度環境となるように循環する培養液を加温、冷却するようにしてもよい。図３（ａ）に示す反応浄化装置１００Ａでは冷却装置１５０および加温装置１６０が管路１２０の途中に取付けられ、反応器１１０には反応器１１０内の温度あるいは培養液の温度を測定する温度センサ１１５が設けられている。図３（ｂ）に示すように、制御装置Ｃは入力された温度センサ１１５からの出力信号に応じて冷却装置１５０および加温装置１６０を適宜動作させる。このような構成を採ることにより培養液の温度を適切に制御することができる。
【０１０１】
なお、培養液の温度は用いる微生物によっても異なるが、それぞれ対応した所定の温度範囲に保つことが好ましい。このため、リザーバタンク１４０は断熱壁で取り囲む構成として、正確な温度調整と維持が行えるようにすることが好ましい。
【０１０２】
＜変形例２＞
反応器１１０に送り込む側と、反応器１１０を経由せず直接排出する側との間で、排気ガスを排出する経路を切換えられるようにしてもよい。図４に示すように、触媒装置２０Ｂを経た排気ガスが、二股に分れた排気管２４に導かれるように構成し、排気管２４に設けられた切換弁３０ａおよび３０ｂを適宜開閉制御する。このような構成を採ることにより、必要な場合にのみ排気ガスを反応器１１０を介して排出することができる。例えば、排気ガス温度が微生物の最適温度から著しく離れている場合には反応器１１０に排気ガスを送り込まないようにすることにより、培養液の温度を適切な範囲に制御することができる。また、排気ガスの温度を積極的に利用し、培養液の温度を上記と同じく適切な範囲内に維持するように切換弁３０ａおよび３０ｂの開閉を制御するようにしてもよい。
【０１０３】
さらに、例えばエンジン始動直後等には、触媒装置２０Ａあるいは触媒装置２０Ｂが冷えているために触媒による浄化処理が期待できない。このような場合、エンジン始動後の一定期間は反応器１１０を介して排気ガスを排出するようにしてもよい。このような構成を採用すれば、触媒による浄化ができない間は、微生物を用いた処理により浄化を行うことができる。
【０１０４】
＜変形例３＞
図５に示すように、触媒装置２０Ｂから排出されるガスを導く排気管２５に外部から加圧空気を導入するための導入管３１を取付けてもよい。このような導入管３１を設けることにより、触媒装置２０Ｂを経由した排気ガスに２次空気を混合して冷却し、冷却後のガスを反応器１１０に送り込むことができる。図５に示すように、導入管３１には２次空気の導入量を調整するための制御弁３２が設けられており、制御弁３２を開閉して反応器１１０に導入するガスの温度を調節することができる。このため、容易に培養液の温度を微生物の活動に最適な値に保つことができる。
【０１０５】
＜変形例４＞
反応器と触媒装置との位置関係を逆転させ、排気ガスが反応器を通った後に触媒装置に至るように構成してもよい。図６に示すエンジンシステムでは、上下の排気マニホールド１８Ａの途中にそれぞれ反応器１１０が設けられており、排気ガスは反応器１１０を通った後、上下にそれぞれ設けられた触媒装置２０Ａに導かれる。触媒装置２０Ａを通った排気ガスはさらに排気管２１を経て触媒装置２０Ｂに送り込まれ、触媒装置２０Ｂから排気管２６を通って外部に排出される。図６の上下の排気マニホールド１８Ａには外気を導入するための導入管３１Ａが突設され、導入管３１Ａには空気の導入量を調節するための制御弁３２Ａが取付けられている。制御弁３２Ａを調整することにより、排気ガスに混入する２次空気の量を調節し、反応器１１０に送り込むガスの温度を最適化することができる。このため、容易に培養液の温度を微生物の活動に最適な値に保つことができる。なお、外気の導入は、導入管３１Ａに逆止弁を介装することより、排気圧力脈動を利用して吸入することができる。
【０１０６】
このように触媒装置を通る前の排気ガスを反応器１１０に導入することにより、反応器１１０には微生物の栄養源となる各種のガス成分を比較的多量に含んだ排気ガスが供給されることになる。したがって、微生物の種類によっては、エネルギー源としてこのような触媒装置を経由する前の排気ガスを反応器１１０に送り込む構成を採ることが好ましい場合がある。
【０１０７】
−第２の実施の形態−
以下、図７を用いて本発明によるエンジンシステムの第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は排気ガスの一部を吸気管に戻すようにした排気再循環（ＥＧＲ）システムに本発明のエンジンシステムを適用したものである。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【０１０８】
図７において、４０は燃焼室に向けて吸気を供給する吸気管、４１は上下の排気マニホールド１８の中間と吸気管４０の中間とを接続し、排気マニホールド１８に排出された排気ガスを吸気管４０に送り込むためのＥＧＲ管である。上下のＥＧＲ管４１の中間には、それぞれ排気ガスの導入量を制御するためのＥＧＲ弁４１ａが設けられている。
【０１０９】
一方、図７に示すように、吸気管４０の中間には浄化装置の反応器１１０（図３参照）が取付けられており、反応器１１０には新たな空気４３、およびＥＧＲ管４１からの排気ガス４４を混合した混合ガスが送り込まれるように構成されている。反応器１１０を通った混合ガスは燃焼室１２に向けて送り込まれる。
【０１１０】
図７の制御装置Ｃ（図３参照）は、反応器１１０内の温度あるいは培養液の温度を測定する温度センサ１１５（図３参照）の出力信号を受けるとともに、ＥＧＲ弁４１ａの電磁コイルに電流を供給し、ＥＧＲ弁４１ａの開閉動作を制御し、ＥＧＲ量を調整する。なお、図３に示すように、温度センサ１１５の信号を受ける制御装置ＣはＥＧＲ弁４１ａだけでなく冷却装置１５０および加温装置１６０をも制御している。
【０１１１】
第２の実施の形態では温度センサ１１５からの信号に応じて制御装置ＣがＥＧＲ弁４１ａを開閉駆動することにより、培養液の温度を制御することができる。すなわち、培養液の温度を上げたい場合にはＥＧＲ弁４１ａを開く方向へ、温度を下げたい場合にはＥＧＲ弁４１ａを閉じる方向へ、それぞれ制御する。
【０１１２】
この場合、温度センサ１１５からの情報のみならず、ＥＧＲシステムの本来の効果（例えば、ＮＯx の排出量の低減や燃費の向上等）を加味してＥＧＲ弁４１ａを制御するようにしてもよい。例えば、最終的に外部に排出される排気ガスの成分（実際の成分、あるいは算出される成分）を点数化し、この点数に基づいてＥＧＲ弁４１を制御するようにしてもよいし、点数化にあたり燃費が考慮されるようにしてもよい。いずれにせよ、ＥＧＲ弁４１ａの開閉および冷却装置１５０、加温装置１６０の動作を制御することにより培養液の温度を適切に維持すれば、反応浄化装置１００を効果的に機能させることができる。
【０１１３】
また、図７に示すように反応器１１０を吸気管につけた場合は、万一微生物がもれても燃焼室１２において燃焼させることができる。
【０１１４】
第２の実施の形態では微生物としてＮＯｘかＣＯ2を食べるものを用いるとよいが、このほかに窒素ガスを食べる種類のものを用いることができる。この場合には、エンジン１の吸入空気中の窒素分圧が低下するので、より多くの空気（酸素）が導入され、過給されたのと同じ効果がある。窒素ガスを食べる微生物として、例えばシアノバクテリアを挙げることができる。このように筒内への酸素導入量を増加させることにより、エンジン出力を大幅に向上させることができる。
【０１１５】
＜変形例１＞
図８に示すように、反応器１１０により生成した燃料を燃料タンク４２に戻し、これをエンジン１に供給するようにしてもよい。反応器１１０にはＣＯ２などを食べて燃料を再生する微生物を用い、この再生燃料を再利用するのである。
【０１１６】
反応器１１０で生成された燃料は途中にポンプ５４を設けた配管５３を介して燃料タンク５２に戻され、さらに供給配管５１の燃料ポンプ５０によりエンジン１に供給される。
【０１１７】
このようして再生燃料を利用することで、それだけエンジンの燃費も改善できる。
【０１１８】
−第３の実施の形態−
以下、図９を用いて本発明によるエンジンシステムの第３の実施の形態について説明する。なお、第１および第２の実施の形態と同一構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【０１１９】
図９に示すように、第３の実施の形態では燃焼室に向けて吸気を送り込む吸気管４０の中間に図３に示す反応器１１０が設けられる。反応器１１０にはシアノバクテリア等の窒素ガスを食べる微生物を用いる。反応器１１０の温度センサ１１５は制御装置Ｃ（図３参照）に接続され、制御装置Ｃは冷却装置１５０、加温装置１６０を制御するとともに、エンジン１の燃料供給量を制御する。このようにエンジン１の燃料供給量を吸気中の酸素量に応じて増量制御することにより、エンジン出力を増加させることができる。
【０１２０】
このように第３の実施の形態では、窒素ガスを食べる微生物を用いることによりエンジン１の吸入空気中の窒素分圧が低下し、同一吸気量に対してより多くの酸素が導入されるので、エンジン出力を大幅に向上させることができる。
【０１２１】
−第４の実施形態−
図１０は反応器１１０のリザーバタンク１４０の内部に微生物を分離する遠心分離器２１０を備え、培養液から微生物を漉し出している。エンジンを長時間停止させるときなど、微生物を漉し出し、仮死状態で保存したり、あるいは培養液を交換するときなどに用いる。
【０１２２】
このため、リザーバタンク１４０の内部に回転輪２１１を設け、この回転輪２１１の軸２１３にモータ２１２を連結し、回転させる。回転輪２１１の回転により微生物２１５は回転輪２１１の内周側に付着し、培養液が分離される。
【０１２３】
したがって、培養液を交換するときなど、遠心分離器２１０によって微生物を漉し出しておくと、微生物の多くを残したまま培養液を交換することができる。なお、培養液は図示しないバルブを開けて排出穴２１４から排出する。
【０１２４】
あるいは、微生物が多くなり過ぎたときなど、微生物を分離し、これを除去することもできる。また、長時間にわたりエンジンを停止するときなども、微生物を遠心分離器２１０で分離しておき、培養液は排出し、微生物を乾燥状態にしておくことにより、長期間にわたり死滅させることなく、仮死状態のまま保存することが可能となる。
【０１２５】
＜変形例１＞
図１１はリザーバタンク１４０に遠心分離器の代わりに真空乾燥器２２０を備えた例である。
【０１２６】
リザーバタンク１４０の一部に真空ポンプ２２１を取付け、タンク入口２２２と出口２２３にそれぞれバルブ２２４を設ける。
【０１２７】
上記と同じく微生物を乾燥させるときなど、バルブ２２４を閉じて、真空ポンプ２２１を作動させる。これによりリザーバタンク内の圧力が下がり、液体成分が蒸発しやすくなる。このようにして圧力を下げて液体を蒸発させ、微生物だけを残す。このようして乾燥して粉末状態になった微生物は、仮死状態のまま長期保存が可能となる。
【０１２８】
以上の実施の形態ではガソリンエンジンへの適用例について説明したが、ディーゼルエンジンについても同様に適用できる。ただし、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとでは排気温度が異なるため、排気ガスを反応器に導入する場合には、温度に応じて微生物の種類を適宜変更する必要がある。
【０１２９】
ガソリンエンジンではガソリン燃料と空気とを圧縮比１３以上で圧縮すると、排気温度が上がり過ぎるので、微生物を用いて排気ガスを浄化する場合には圧縮比１３以下とすることがより望ましい。またこの場合にはノッキングが起こりにくいという利点もある。
【０１３０】
ディーゼルエンジンでは軽油と空気とを圧縮比２０以上で圧縮すると、排気温度が上がり過ぎるので、微生物を用いて排気ガスを浄化する場合には圧縮比２０以下とすることがより望ましい。またこの場合には冷却損失が大きくなりすぎないという利点もある。
【０１３１】
燃焼室に燃料噴射弁を備える、いわゆる直噴式エンジンにおいて、ガソリン燃料と空気とを理論混合比以下の薄い混合比で混合、圧縮し、燃焼させる場合には、触媒装置によりＣＯの排出量を効果的に低減できるが、ＮＯx を触媒装置で低減することが困難となる。このため薄い混合比で燃焼させる場合について本発明のエンジンシステムを適用すれば、触媒装置で除去しにくいＮＯｘを微生物により効果的に除去することができる
本発明のエンジンシステムを水素ガスを燃料とするエンジンシステムに適用することもできる。この場合、微生物は排気ガス中のＮＯｘガスまたは水素ガスを食べる種類のものを使用すればよい。
【０１３２】
本発明のエンジンシステムをガスタービンエンジンシステムに適用することもできる。この場合、ガスタービンエンジンは燃料がどのようなものでも使えるという柔軟性があるため、微生物により再生される各種の物質を幅広く燃料として使用できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のエンジンシステムの構成を示す図。
【図２】エンジンシステムに用いられる浄化装置の構成を模式的に示す図。
【図３】別の浄化装置の構成を示す図であり、（ａ）は構成を模式的に示す図、（ｂ）は構成を示すブロック図。
【図４】排気ガスの排出経路を分岐させた構成を示す図。
【図５】排気ガスに２次空気を混合して反応器に送り込む構成を示す図。
【図６】反応器を触媒装置の前に配した構成を示す図。
【図７】第２の実施の形態のエンジンシステムの構成を示す図。
【図８】同じくエンジンシステムの構成を示す図。
【図９】第３の実施の形態のエンジンシステムの構成を示す図。
【図１０】遠心分離型のリザーバタンクの構成を概略的に示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はその横断図。
【図１１】真空乾燥型のリザーバタンクの構成を概略的に示す図。
【符号の説明】
１        エンジン
３０ａ    切換弁
３０ｂ    切換弁
１２      燃料室
３１      導入管
３２      制御弁
４１      ＥＧＲ管
４１ａ    ＥＧＲ弁
１００    浄化装置
１１１    細管
１１５    温度センサ
１３０    ポンプ
１４０    リザーバタンク
１５０    冷却装置
１６０    加温装置
【図１】
0003817912.tif 000002
【図２】
0003817912.tif 000003
【図３】
0003817912.tif 000004
【図４】
0003817912.tif 000005
【図５】
0003817912.tif 000006
【図６】
0003817912.tif 000007
【図７】
0003817912.tif 000008
【図８】
0003817912.tif 000009
【図９】
0003817912.tif 000010
【図１０】
0003817912.tif 000011
【図１１】
0003817912.tif 000012