JPH10509379A - サーマルエンジン排気ガスの化学的清浄のための方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 サーマルエンジン１０の出口でのガス、特にＣＯ₂の化学的固定のためのシステムを記載する。このタイプの典型的デバイスは、水を除去するためのコンデンサー１２、及びガスの固定のための流動層反応器１４を含んでいてもよい。ガスは、ターボ圧縮機２２により圧縮され得る。使用する反応体は、カリウム、ナトリウム、ライム又はそれらから誘導された生成物であってもよい。本発明は、過剰ＣＯ₂による都市汚染に対して有効である。

Description

【発明の詳細な説明】 サーマルエンジン排気ガスの化学的清浄のための方法及びデバイス 本発明は、通常サーマルエンジン(thermal engine)を備えている車両の排気ガ ス、より具体的には、化学的試薬による二酸化炭素固定を用いるガス清浄の方法 及びデバイスに関するものである。 排気ガスから生じた都市大気汚染が主要な問題となってきていることが知られ ている。今日意図されている解決法は、最も共通の汚染源であるＣＯ₂ガスにつ いて適したものでない。車両のサーマルエンジン排気ガスは、本質的に、15容量 ％のＣＯ₂、10％の酸素、10％の水蒸気、63％の窒素を含み（中性と思われる大 気汚染）、残部は、非常に低割合の窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素、二酸化 硫黄等を含む。これらのガスは、また、数十mg／m³の固形不純物を含む。排気ガ ス中には、二酸化炭素より、約60倍少ない量の一酸化炭素が存在し、かつＣＯが 、触媒排気パイプシステムによる酸化によりＣＯ₂に転化されて、排気パイプで のＣＯ₂量が増加することに注目すべきである。 今日では、ＣＯ₂は、それ自体は無毒であり、その高濃度により、パリ、アテ ネ又はロサンゼルス等の大都市での温室効果の原因となることが知られている。 ＣＯ₂放出を避ける都市輸送についての別の解決法は、電気駆動車両等による ものであるが、それらは、機能性、特に自由度(autonomy)及び重量について、及 びそれらのコストの高さ等の制限があるために適したものでない。 本発明の目的は、サーマルエンジン車両排気ガスを清浄して、汚染放出を避け つつ、このタイプのエンジンの各利点を保持することである。 この点について、種々の試みがなされている。他では、文献ドイツ特許出願第 061858号は、一酸化炭素固定に関するものであり、文献米国特許第3793807 号は 、沈降による鉛等の固形不純物の固定に関連するものである。 文献フランス特許第2075103 号は、従来の排気パイプに位置する、ソーダ石灰 及び活性炭を含む除去可能なセルを通過する直接ガス(direct gas)についての単 純フィルターを開示する。今日、活性炭は、ＣＯ₂については効果がないこと、 及びＣＯ₂を固定するのに必要とされるライムの量は、排気パイプに入れること ができる含量より明らかに多いものであることが周知である。 これらの解決法のいずれのものも、使用により、サーマルエンジンの排気ガス からのＣＯ₂を有効に除去できない。 従って、本発明により、排気ガス二酸化炭素を、カリ(potash)、ソーダ、ライ ム及びこれらのもの由来の生成物からなる群から選択された反応体との反応によ り化学的に固定することを含む、サーマルエンジンの車両により排出された排気 ガスの清浄のための方法及びデバイスが提供される。 本発明によれば、エンジンから生じた排気ガスは、前記反応体を含む流動層又 は液体層からなる反応器を通過し、該反応器から生じたガスは、反応収率を最適 化するために反応器に再循環されるか、又は排気パイプに送られる。 第１の好ましい実施態様によれば、排気ガスは、最初に、残存水を除去するた めのコンデンサーに送られる。該反応器は流動層である。 他の実施態様によれば、反応器が液状反応体を含む時には、反応器からの液体 溶液が、反応器に戻される前にデカントされる。 制限的なものでなく、かつ１つの図面と関連して与えられる、以下の好ましい 実施態様の開示内容を読むことにより、本発明がよりよく理解され、かつ、他の 目的、利点及び特徴がより明らかなものとなるであろう： 図１は、本発明の第１の実施態様によるガス清浄デバイスの概要を示し；かつ 、図２は、本発明の他の実施態様の概要を示す。 最も多量部のＣＯ₂を排気ガスから除去するために、ガソリン又は燃料油の自 動車に、サーマルエンジンからの排気ガスの化学的清浄デバイスを加えることが 好ましく、このデバイスは、カリ、ソーダ、ライム、及びこれらの誘導生成物か らなる群から選ばれた固定剤(fixation reactant)を用い、適切な反応器に固定 される。 次の化学反応が周知である： ソーダについて： ＣＯ₂＋２ＮａＯＨ→ＣＯ₃Ｎａ₂＋Ｈ₂Ｏ ＣＯ₂＋ ＮａＯＨ→ＣＯ₃ＮａＨ ライムについて： ＣＯ₂＋ＣａＯ→ＣＯ₃Ｃａ ＣＯ₂＋Ｃａ（ＯＨ）₂＋５Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₃Ｃａ（６Ｈ₂Ｏ） そのような化学的システムの最も重要な不利な点は、その重量であることが明 らかであるが、それは、以下の例に示されるように調節可能である。 例としては、以下の仮説として、１００ｋｍについて約８ｌの燃料を消費する 家庭用自動車についての所定の過負荷(overload)の大要をここに示す： 従来の(classical)燃料容器含量が、６０ｌ、即ち燃料４５ｋｇに相当し； 約ＣＨ_1.75又はＣＨ_1.80の燃料組成物についての炭素含量が約４２ｋｇである 場合； 完全な燃料燃焼後には、最大１５０ｋｇのＣＯ₂が見出され得る。 ＣＯ₂の中和には、約１４０ｋｇ〜２９０ｋｇの純粋なソーダ、又は約２１０ ｋｇのＣａＯが必要とされる。従って、コースの終了時の全過負荷は、それぞれ 、約３２０ｋｇ及び４７０ｋｇである。 約２３０ｋｇの過重量(over-weight)を有する電気自動車のそれのように、１ ００ｋｍに対する車両の自由度の低減により、本発明のデバイスに必要とされる 過重量は、約１５０ｋｇであり、それは、完全清浄車両を達成するためにかなり 受入れ可能なものである。 １００ｋｍに約５０ｌの燃料が消費されるバスについては、過重量は、２００ ｋｍの自由度について約１２００ｋｇであるが、１００ｋｍの自由度を有する電 気バスについては、過重量は約２７００ｋｇ〜３０００ｋｇから成る。 方法の利点は、選択可能な多用性から生じる： サーマルエンジンの自由度を保持するか、又はそれを低減過重量について低減 すること； 可能な組合せ運転(combined running)：都市におけるガス清浄及び地方におけ る通常運転； 現在の規則に基づく、完全又は部分的ＣＯ₂放出制御； 燃料完了の間に反応体容器を置き換えること（標準交換）、又は特に不活性な 生成物を除去すること； 反応生成物は、費用条件及び課税システム(taxation system)に従って再循環 又は再生(regenerate)することが可能なカーボネートであり； 他の不純物（ＮＯ_x、ＳＯ₂）は、その方法により固定される。 本発明の方法は、他の方法に応用することができる： ガスが、溶液又は懸濁液中に反応体を含む液体相の反応器を通過し；又は ガスが、水の除去のためのコンデンサーを通過し、その後、ＣＯ₂を固定する ための流動層反応器に送られる。 図１を参照することにより、本発明の第１の好ましい実施態様の概要が示され る。サーマルエンジン１０から生じた排気ガスは、最初にコンデンサー１２に送 られ、それらの最大部の水が除去される。コンデンサー１２の出口(output)は、 ガスが、固体粉末として選択された全反応体を（図のボトムからトップまで）通 過するように、流動層反応器１４の入口(input)と連結している。反応器１４か ら生じたガスは、反応収率を改善するために反応器１４に戻されるか、除去され て出口パイプ１６へと向かう。デバイス１８は、反応器１４の出口でガスを分析 し、かつガスの再循環又は達成された清浄関数での排気のいずれかを制御するバ ルブ２０を調節する。 デバイス、より具体的には、反応器１４におけるガスの再循環を助けるために は、ポンプ手段が、ガス圧を高めるために有用である。そのような手段は、電気 的ポンプからなり得るが、サーマルエンジン出口で排気ガス自身が直接制御され るターボ圧縮機２２が好ましい。例えば、約0.2〜0.3ＭＰａの圧力が望ましい。 排気ガスのＣＯ₂含量は、最大パワーにおけるより低いモーター速度において、 より少ないことが知られているので、化学的反応は、その後、モーターの速度に 依存して制御される。それにもかかわらず、低速度の場合、特別電気ポンプを備 えるのが好ましい。 第２の好ましい実施態様は、図２に概要が示される。ここで、反応器１４は、 液体反応体、例えばライム溶液を含む。サーマルエンジン１０から生じた排気ガ スは、加圧下で、インジェクター２４を通して、反応器１４に送られる。この点 については当然に、ガスは、図のトップからボトムを通過し、最良な化学反応が 確実なものとされる。 反応器１４の出口は、サイクロン２６に接続されており、その中においては、 排気パイプ１６を通して外側に容易に除かれる清浄されたガスと、反応器１４に 再循環される液体とが、自動的に分離される。固形物が、デカンター２８の前に 位置するサイクロン２６での遠心分離により分離されて、液体から固体不純物が 除去される。 ターボポンプ等のポンプ手段が、液体をデバイスに再循環するために配置され る。しかしながら、混合物ガス−反応体をよく振って反応器に送り、化学反応を 最適化させることが、必要である。 好ましくは、反応体のリザーブ３０が、作業の間の反応器１４に向かう新規な 反応体を提供するために、反応器１４と組合せて提供される。 本発明により、実質的に、上記大都市での温室効果を低減させるのに十分な排 気ガス清浄方法が提供されると理解される。本発明が、高重量の車両、バス、運 送トラック又は廃物クリッピング(cripping)用トラック等の都市での多くの汚染 車両に適用されたなら、温室効果は容易に低減され得る。そのような車両は、毎 晩ガレージに戻り、そこでは、得られたカーボネート類の収集及び必要な反応体 の再充填が容易に行われる。 有毒でない、反応の間に得られたカーボネートは、他の用途のために有利にリ サイクル、再処理、又は廃物での燃焼さえすることができることに注目しなけれ ばならない。 本発明の好ましい実施態様が開示及び記載されたが、当業者が、クレームに記 載されたような本発明の範囲から逸脱することなく、異なる変化及び変更をする ことができることは明らかである。 例えば、ＣＯ₂の除去が本質的に必要とされず、かつ正当化されていない市街 の地方に装備(equipped)車両がある場合に、本発明のデバイスを自動的又は自動 的でなく取り外し(disconnecting)するためのデバイスが提供され得る。 また、具体的に、図１に示した実施態様において、反応器１４に向かうガスの 加熱手段が提供される。確かに、高温により、より速い及びより完全な化学反応 が可能となる。従って、エンジン１０から直接的に生じた排気ガスを用いること による加熱処理されたガスの熱交換器３２が、反応器１４の入口に配置され得る 。これにより、これらのガスを、コンデンサー１２の入口で冷却し、改良された 凝縮が得られるという付加的な利点が得られ得る。 また、好ましくは、排気ガスが流動層粉末の一部を運び出すことを避けるため に、反応器１４の出口にフィルター３４を配置することができる。 また、一連の反応器又は数種の反応ループ(reaction loop)が提供され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．カリ、ソーダ、ライム及びこれらから誘導された生成物からなる群から選択 された反応体と反応させることにより排気ガスの二酸化炭素ＣＯ₂を化学的に固 定することを含む車両のサーマルエンジン１０からの排気ガスを清浄する方法で あって、該エンジン１０から生じた排気ガスが、該反応体を含む流動層又は液体 層で構成される反応器１４を通過し、該反応器１４から生じたガスが、反応収率 を改善するために該反応器１４に戻されるか、又は排気パイプ１６に送られるこ とを特徴とする該方法。 ２．前記排気ガスが、最初に、それ自身が含有する水を除去するために、コンデ ンサー１２に通され、該反応器１４が流動層である請求項１に記載の方法。 ３．ガスが、前記反応器１４に入る前に加熱される請求項２に記載の方法。 ４．前記反応器１４から生じたガスが、該反応器に戻される前にデカントされる 請求項１に記載の方法。 ５．前記反応器１４に導入されるガスの圧力が高められる請求項１〜４のいずれ か１項に記載の方法。 ６．前記エンジン１０からの排気ガスの出口に位置するコンデンサー１２、及び 該コンデンサー１２の出口に位置する流動層からなる反応器１４を含む、請求項 １、３又は４に記載の方法を行うためのデバイス。 ７．前記反応器１４の出口が、該反応器１４から生じたガスを、排気清浄ガスパ イプ１６、又は再び該反応器１４の入口にドライブするバルブ２０を備えている 請求項６に記載のデバイス。 ８．前記反応器１４が、液体相において作動し、かつその出口が、該反応器１４ の入口に結合したデカンター２８に接続されている請求項１、２又は４に記載の 方法を行うためのデバイス。 ９．前記反応器１４から生じたガスを該反応器に再循環させるのを助ける、該ガ ス用のポンプ手段２２を含む、請求項４に記載の方法を行うための、及び請求項 ６〜８のいずれか１項に記載のデバイス。 10．前記ポンプ手段２２が、該エンジン１０から直接生じた排気ガスによりドラ イブされたターボ圧縮機又はターボポンプである請求項９に記載のデバイス。 11．前記ポンプ手段２２が、電気的に駆動するポンプであり、その作動が、必ず しも、前記サーマルエンジン１０の速度の一次関数ではない請求項９に記載のデ バイス。