WO2023182079A1 - 処理装置 - Google Patents

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秀輝 加藤
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    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by membranes
    • C01B3/505—Membranes containing palladium
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    • F01N3/101—Three-way catalysts
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    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
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    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/10—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
    • F02M25/12—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone the apparatus having means for generating such gases

Definitions

  • the present disclosure relates to a processing device.
  • Patent Document 1 describes an engine that can be operated with fuel containing hydrogen gas.
  • a ventilation port is formed in the crankcase, and a ventilation flow path is provided in the ventilation port.
  • a ventilation fan is provided in the ventilation flow path, which forcibly exhausts the gas inside the crankcase to the outside.
  • blowby gas containing hydrogen By the way, if blowby gas containing hydrogen is simply returned to the intake air of the engine, the risk of ignition within the intake air increases. Further, if blowby gas containing hydrogen is released to the atmosphere, the blowby gas may remain in a part of the structure (for example, a vehicle) in which the engine is mounted, which may similarly increase the risk of ignition. Patent Document 1 does not consider the treatment of blow-by gas to reduce such ignition risk.
  • an object of the present disclosure is to provide a processing device that can reduce the risk of ignition of blow-by gas of a hydrogen engine.
  • a processing device is a processing device for processing blow-by gas from a hydrogen engine, and is installed in an exhaust flow path for distributing exhaust gas from the hydrogen engine, and is installed in an exhaust flow path for distributing exhaust gas from the hydrogen engine to remove nitrogen oxides contained in the exhaust gas.
  • a scavenging pump for distributing the gas and a treated gas, which is the blowby gas after removing hydrogen, are installed by separating the hydrogen contained in the blow-by gas, which is installed downstream of the scavenging pump in the scavenging flow path. and a hydrogen gas addition section for adding the hydrogen gas produced in the hydrogen separation filter to the catalyst section.
  • a pump is provided in the scavenging flow path through which blow-by gas from the hydrogen engine flows. Therefore, by driving this pump, it is possible to actively scavenge blow-by gas containing hydrogen from the hydrogen engine.
  • a hydrogen separation filter is provided downstream of the pump in the scavenging flow path to separate hydrogen from the blow-by gas to produce hydrogen gas and treated gas. Hydrogen gas among the gases generated from the blow-by gas is added to the catalyst section, used to reduce nitrogen oxides, and consumed. Therefore, among the gases generated from the blow-by gas, the gas that is recirculated into the intake air of the hydrogen engine or released to the atmosphere becomes treated gas with a relatively low hydrogen concentration. Therefore, the risk of ignition is reduced. Further, since the hydrogen gas generated from the blow-by gas is added to the catalyst section and reused, it is possible to reduce the amount of hydrogen that is separately added to the catalyst section.
  • the scavenging flow path may include a reflux section for refluxing the treated gas generated in the hydrogen separation filter to the intake flow path of the hydrogen engine. In this case, it becomes possible to return the treated gas of the blow-by gas to the intake side of the hydrogen engine.
  • the processing device includes a first measurement unit for measuring the hydrogen concentration of blow-by gas in a hydrogen engine, a second measurement unit for measuring the hydrogen concentration of the treated gas, and a first measurement unit and a second measurement unit for measuring the hydrogen concentration of the treated gas. a control unit that controls each part based on the measurement results of the second measurement unit; If the hydrogen concentration of the treated gas is equal to or higher than the first threshold, which is lower than the hydrogen concentration, based on the first process of increasing the amount of blow-by gas scavenged by the scavenging pump and the measurement results of the second measurement unit, the hydrogen concentration of the treated gas is determined to be the lower limit of hydrogen.
  • the concentration is at least a second threshold value that is lower than the flammable limit concentration
  • a second process may be performed to increase the amount of hydrogen separated from the blow-by gas by the hydrogen separation filter.
  • the risk of blow-by gas igniting can be reduced more reliably.
  • the first threshold value and the second threshold value may be the same value, or may be different values such that the second threshold value is lower (or higher) than the first threshold value.
  • the hydrogen concentration of blow-by gas in a hydrogen engine means the hydrogen concentration in a location (for example, inside a crankcase) where blow-by gas can be mixed in a hydrogen engine.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a processing device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the processing device shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a processing device according to an embodiment.
  • a processing device 1 shown in FIG. 1 is installed in a large vehicle such as a bus or a truck, or an industrial vehicle, and is used to process exhaust gas G0 and blow-by gas G1 generated in an engine 100.
  • Engine 100 is an internal combustion engine (hydrogen engine) driven by fuel containing hydrogen.
  • the vehicle in which the processing device 1 is mounted may be, for example, a so-called series type hybrid vehicle that uses the engine 100 as a power source for power generation. In that case, engine 100 may be configured to be driven when the remaining capacity of the battery decreases.
  • the engine 100 is, for example, a reciprocating engine, and includes a crankcase that houses a crankshaft, a cylinder that houses a piston that drives the crankshaft, a cylinder head, and the like.
  • a combustion chamber in which fuel containing hydrogen is combusted is formed within the cylinder, and blow-by gas G1 containing hydrogen leaked from the combustion chamber is retained in the crankcase, cylinder head, and the like.
  • Connected to the engine 100 are an intake flow path 10 for circulating air to the combustion chamber, and an exhaust flow path 20 for circulating exhaust gas G0 from the combustion chamber.
  • the processing device 1 includes a catalyst section 21 and an after-treatment section 22 provided in an exhaust flow path 20.
  • the catalyst section 21 is an H2-SCR (Selective Catalytic Reduction) device for selectively reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas G0 using hydrogen as a reducing agent.
  • the after-treatment section 22 is provided on the downstream side of the catalyst section 21, and is provided with another catalyst section (for example, a urea SCR) that selectively reduces nitrogen oxides contained in the exhaust gas G0 using ammonia or the like as a reducing agent. equipment), filters to collect particulate matter (PM) contained in exhaust gas G0, and oxidize hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas G0. and cleaning equipment.
  • PM particulate matter
  • HC hydrocarbons
  • CO carbon monoxide
  • the processing device 1 has a scavenging flow path 30 for circulating the blow-by gas G1 of the engine 100.
  • the processing device 1 also includes a scavenging pump 31 provided in the scavenging channel 30, a hydrogen separation filter 32, a filter 33, a tank 34, a boost pump 35, and a hydrogen concentration meter 36.
  • the scavenging flow path 30 is connected to any part of the engine 100 that should scavenge the blow-by gas G1 (for example, the crankcase, cylinder head, etc.).
  • the scavenging pump 31 is for scavenging the blow-by gas G1 from the engine 100 and causing it to flow through the scavenging flow path 30.
  • the hydrogen separation filter 32 is provided downstream of the scavenging pump 31 in the scavenging flow path 30.
  • the hydrogen separation filter 32 separates hydrogen contained in the blow-by gas G1 to generate hydrogen gas G2 from the blow-by gas G1 and treated gas G3, which is the blow-by gas from which hydrogen has been removed. More specifically, the hydrogen separation filter 32 uses palladium, for example, to separate the blow-by gas G1 into high-purity hydrogen gas (hydrogen gas G2) and non-hydrogen gas (treated gas G3).
  • a method is assumed in which high-purity hydrogen is extracted by a hydrogen permeation mechanism using a palladium membrane.
  • the filter 33 is provided upstream of the scavenging pump 31 in the scavenging flow path 30.
  • the filter 33 removes oil and condensed water contained in the blow-by gas G1.
  • the tank 34 is provided between the scavenging pump 31 and the hydrogen separation filter 32 in the scavenging flow path 30.
  • the tank 34 can store the blow-by gas G1 led out from the engine 100 to the scavenging passage 30 by driving the scavenging pump 31.
  • the boost pump 35 is provided between the tank 34 and the hydrogen separation filter 32 in the scavenging flow path 30.
  • the boost pump 35 has a pressure (intake pressure) for returning the blow-by gas G1 (treated gas G3) to the intake flow path 10 as described later, and a pressure higher than the injection pressure of hydrogen gas to the catalyst section 21 as described later. As such, pressure is applied to the blow-by gas G1.
  • the hydrogen concentration meter 36 is provided in the tank 34 and measures the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the tank 34 (that is, at the front stage of the hydrogen separation filter 32).
  • the scavenging flow path 30 is connected to the intake flow path 10 on the downstream side of the hydrogen separation filter 32. Therefore, in the processing device 1, it is possible to circulate the processed gas G3 generated from the blow-by gas G1 in the hydrogen separation filter 32 to the intake flow path 10.
  • the scavenging flow path 30 includes a reflux section 30p for refluxing the treated gas G3 to the intake flow path 10, as a portion downstream of the hydrogen separation filter 32.
  • the processing apparatus 1 includes a hydrogen concentration meter (second measuring section) 37 provided in the reflux section 30p. The hydrogen concentration meter 37 measures the hydrogen concentration of the treated gas G3.
  • the processing device 1 includes a hydrogen gas flow path 40 connected to the scavenging flow path 30 via a hydrogen separation filter 32, and a hydrogen supply path 50 for supplying (adding) hydrogen to the catalyst section 21. ing.
  • the hydrogen gas flow path 40 is connected to the hydrogen separation filter 32 at one end, and connected to the hydrogen supply path 50 at the other end. Thereby, in the processing apparatus 1, it is possible to introduce the hydrogen gas G2 generated from the blow-by gas G1 in the hydrogen separation filter 32 into the hydrogen supply path 50 through the hydrogen gas flow path 40.
  • the hydrogen supply path 50 is connected to the hydrogen supply section 51 at one end, and connected to the stage before the catalyst section 21 of the exhaust flow path 20 at the other end.
  • hydrogen supplied from the hydrogen supply section 51 and hydrogen gas G2 introduced from the hydrogen separation filter 32 through the hydrogen gas flow path 40 are supplied to the catalyst section 21 through the hydrogen supply path 50 ( addition). That is, the hydrogen gas flow path 40 and the hydrogen supply path 50 constitute a hydrogen gas addition section 45 for supplying the hydrogen gas G2 generated in the hydrogen separation filter 32 to the catalyst section 21 and adding hydrogen to the catalyst section 21. are doing.
  • the processing apparatus 1 includes a hydrogen concentration meter 41 provided in a hydrogen gas flow path 40.
  • the hydrogen concentration meter 41 measures the hydrogen concentration of the hydrogen gas G2.
  • the processing device 1 includes a hydrogen concentration meter (first measuring section) 101 provided in the engine 100.
  • Hydrogen concentration meter 101 measures the hydrogen concentration of blow-by gas G1 in engine 100.
  • the hydrogen concentration meter 101 measures the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 inside the engine 100, such as the crankcase and cylinder head.
  • the hydrogen concentration meter 101 is provided in at least one of the crankcase and the cylinder head and can measure the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the one. Moreover, the hydrogen concentration meter 101 may be provided in another part of the engine 100 so as to measure the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the other part.
  • Some of the hydrogen concentration meters 36, 37, 41, and 101 described above are omitted because they are configured to estimate (calculate) another part of the measurement results by calculation based on the measurement results of some of them. obtain.
  • the hydrogen concentration of the hydrogen gas G2 is calculated based on the measurement result of the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 by the hydrogen concentration meter 101 and the measurement result of the hydrogen concentration of the treated gas G3 by the hydrogen concentration meter 37.
  • the hydrogen concentration meter 41 for measuring the hydrogen concentration of the hydrogen gas G2 can be omitted.
  • the processing device 1 includes a control section 60.
  • the control section 60 acquires information indicating the measurement results of hydrogen concentration from the hydrogen concentration meters 36, 37, 41, and 101, and controls each section of the processing device 1 based on the information.
  • the control unit 60 is physically configured as a computer system including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory) which is a main storage device, a ROM (Read Only Memory), a communication module which is a data transmission/reception device, etc. can be done.
  • Each process of the control unit 60 is realized by loading a predetermined program onto the above-mentioned hardware, operating the communication module, and reading and writing data in the RAM etc. under the control of the CPU. can be done.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the processing device shown in FIG.
  • the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 is measured (step S101).
  • the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 means the hydrogen concentration at a location in the engine 100 where the blow-by gas G1 can be mixed, and one example is the hydrogen concentration in the crankcase of the engine 100.
  • the hydrogen concentration meter 101 measures the hydrogen concentration in the crankcase of the engine 100, and provides the control unit 60 with information indicating the measurement result.
  • the control unit 60 determines whether the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 measured in step S101 is greater than or equal to the first threshold (step S102).
  • the first threshold value is a value lower than the lower flammable concentration limit of hydrogen in air (for example, 4%), and may be set to about 2%, for example.
  • step S102 If the result of the determination in step S102 is a result indicating that the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 is less than the first threshold value (step S102: No), the operation of the processing device 1 returns to step S101, Perform the following steps again.
  • step S102 determines whether the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 is equal to or higher than the first threshold value. If the result of the determination in step S102 is a result indicating that the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 is equal to or higher than the first threshold value (step S102: Yes), the control unit 60 controls the scavenging pump 31 to The scavenging amount of the blow-by gas G1 is adjusted to increase, and the scavenging at the hydrogen concentration measurement point of the engine 100 is activated (step S103).
  • step S103 if the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 is equal to or higher than the first threshold value, which is lower than the lower limit flammable limit concentration of hydrogen, based on the measurement result of the hydrogen concentration meter 101, the control unit 60 A first process of increasing the amount of blow-by gas G1 scavenged by the scavenging pump 31 is executed.
  • the blow-by gas G1 scavenged by the scavenging pump 31 is returned to the intake channel 10 via the scavenging channel 30 and the hydrogen separation filter 32 (as treated gas G3). At that time, the blow-by gas G1 may be at least temporarily and partially stored in the tank 34.
  • the hydrogen concentration of the processed gas G3 that is returned to the intake flow path 10 is measured (step S104). This is to ensure that the hydrogen concentration in the intake flow path 10 is outside the flammable range of hydrogen.
  • the hydrogen concentration meter 37 measures the hydrogen concentration of the treated gas G3 in the reflux section 30p of the scavenging flow path 30, and provides information indicating the measurement result to the control section 60.
  • the control unit 60 determines whether the hydrogen concentration of the processed gas G3 measured in step S104 is equal to or higher than the second threshold (step S105).
  • the second threshold value is a value lower than the lower flammable concentration limit of hydrogen in air (for example, 4%), and may be set to about 2%, for example. Note that the first threshold value and the second threshold value may be the same value, or may be different values such that the second threshold value is lower (or higher) than the first threshold value.
  • step S105 If the result of the determination in step S105 is a result indicating that the hydrogen concentration of the treated gas G3 is less than the second threshold (step S105: No), the operation of the processing device 1 returns to step S104, and the subsequent steps Perform the process again.
  • step S105 determines whether the hydrogen concentration of the treated gas G3 is equal to or higher than the second threshold value.
  • the control unit 60 controls the hydrogen concentration in the hydrogen separation filter 32.
  • the amount of separation is adjusted to increase (step S106). That is, in step S106, the control unit 60 performs hydrogen separation if the hydrogen concentration of the treated gas G3 is equal to or higher than the second threshold lower than the lower limit flammable limit concentration of hydrogen, based on the measurement result of the hydrogen concentration meter 37.
  • a second process is executed to increase the amount of hydrogen separated from the blow-by gas G1 by the filter 32.
  • An example of a method for adjusting the amount of hydrogen separated in the hydrogen separation filter 32 is the following method. That is, for example, when the hydrogen separation filter 32 uses a palladium membrane as described above, the hydrogen permeation amount J (NL/min ⁇ cm 2 ) in the hydrogen separation filter 32 is ⁇ (P in 1/2 - P out 1/2 ) ( ⁇ is the hydrogen permeation rate, P in is the hydrogen partial pressure on the source gas side, and P out is the hydrogen partial pressure on the permeated gas side). Therefore, by controlling the boost pump 35 on the inlet side of the hydrogen separation filter 32 to control P in , the control unit 60 can adjust the hydrogen permeation amount J (that is, the amount of hydrogen separation).
  • the flow rate of the blow-by gas G1 caused by the scavenging of the scavenging pump 31 and the flow rate of the blow-by gas G1 to be introduced into the hydrogen separation filter 32 in order to realize the desired P in may be different. Therefore, in order to be able to adjust the flow rate of the blow-by gas G1 to the hydrogen separation filter 32 (for use on demand), the tank 34 is used.
  • the processing device 1 adds the hydrogen separated by the hydrogen separation filter 32 to the catalyst section 21 (step S107). That is, in the processing device 1, hydrogen gas G2 generated in the hydrogen separation filter 32 is supplied to the catalyst section 21 via the hydrogen gas flow path 40 and the hydrogen supply path 50 (hydrogen gas addition section 45). Note that the hydrogen gas G2 can be constantly supplied to the catalyst section 21 via the hydrogen gas addition section 45 while the hydrogen gas G2 is being generated by the hydrogen separation filter 32.
  • the scavenging pump 31 is provided in the scavenging flow path 30 through which the blow-by gas G1 from the engine 100 flows. Therefore, by driving this scavenging pump 31, it is possible to actively scavenge the blow-by gas G1 containing hydrogen from the engine 100.
  • a hydrogen separation filter 32 is provided downstream of the scavenging pump 31 in the scavenging flow path 30 to separate hydrogen from the blow-by gas G1 to generate hydrogen gas G2 and treated gas G3.
  • Hydrogen gas G2 of the gas generated from the blow-by gas G1 is added to the catalyst section 21, used for reducing nitrogen oxides, and consumed.
  • the gas that is recirculated to the intake air of the engine 100 or released to the atmosphere becomes the treated gas G3 having a relatively low hydrogen concentration. Therefore, the risk of ignition is reduced. Further, since the hydrogen gas G2 generated from the blow-by gas G1 is added to the catalyst section 21 and reused, it is possible to reduce the amount of hydrogen that is separately added to the catalyst section 21.
  • the scavenging flow path 30 includes a reflux section 30p for refluxing the treated gas G3 generated in the hydrogen separation filter 32 to the intake flow path 10 of the engine 100. Therefore, it becomes possible to return the treated gas G3 of the blow-by gas G1 to the intake side of the engine 100.
  • the processing device 1 includes a hydrogen concentration meter 101 for measuring the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100, a hydrogen concentration meter 37 for measuring the hydrogen concentration of the treated gas G3, a hydrogen concentration meter 101,
  • the control unit 60 controls each unit based on the measurement results of 37. If the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 is equal to or higher than a first threshold lower than the lower flammable limit concentration of hydrogen, based on the measurement result of the hydrogen concentration meter 101, the control unit 60 controls the blow-by gas by the scavenging pump 31.
  • the control unit 60 is based on the measurement result of the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 in the engine 100 by the hydrogen concentration meter 101 and the measurement result of the hydrogen concentration of the treated gas G3 by the hydrogen concentration meter 37. Then, a first process and a second process for controlling the scavenging pump 31 and the hydrogen separation filter 32 were executed. However, the control unit 60 performs the first process and the second process by calculating and estimating the hydrogen concentration of the blow-by gas G1 and the hydrogen concentration of the treated gas G3 in the engine 100 from the measurement results of other hydrogen concentration meters. May be executed.
  • the supply of hydrogen gas G2 to the catalyst section 21 via the hydrogen gas addition section 45 is always performed while the hydrogen gas G2 is being generated by the hydrogen separation filter 32. It is assumed that this is possible.
  • a valve or the like is provided in the reflux section 30p, and the control section 60 controls opening and closing of the valve according to the hydrogen concentration of the treated gas G3, so that, for example, the hydrogen concentration of the treated gas G3 is It is also possible to perform a process such that the processed gas G3 is not returned to the intake flow path 10 when the value is equal to or greater than two thresholds.
  • a processing device capable of reducing the risk of ignition of blow-by gas of a hydrogen engine is provided.
  • SYMBOLS 1 Processing device, 10... Intake flow path, 20... Exhaust flow path, 21... Catalyst part, 30... Scavenging flow path, 30p... Reflux part, 31... Scavenging pump, 32... Hydrogen separation filter, 45... Hydrogen gas addition part , 60... Control unit, 100... Engine (hydrogen engine), G0... Exhaust gas, G1... Blowby gas, G2... Hydrogen gas, G3... Treated gas.

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Abstract

水素エンジンのブローバイガスを処理するための処理装置であって、前記水素エンジンからの排気ガスを流通させるための排気流路に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を、水素を還元剤として還元するための触媒部と、前記水素エンジンの前記ブローバイガスを流通させるための掃気流路と、前記掃気流路に設けられ、前記水素エンジンから前記ブローバイガスを掃気して前記掃気流路に流通させるための掃気ポンプと、前記掃気流路における前記掃気ポンプの下流側に設けられ、前記ブローバイガスに含まれる水素を分離することにより、前記ブローバイガスから水素ガスと水素除去後のブローバイガスである処理済みガスとを生成するための水素分離フィルタと、前記水素分離フィルタにおいて生成された前記水素ガスを前記触媒部に添加するための水素ガス添加部と、を備える処理装置。

Description

処理装置
　本開示は、処理装置に関する。
　特許文献１には、水素ガスを含む燃料での運転が可能なエンジンが記載されている。このエンジンでは、クランクケースに換気口が形成されており、当該換気口には換気流路が設けられている。換気流路には換気ファンが設けられており、これにより、クランクケースの内部の気体を強制的に外部に排出するものとされている。
特開２０２１－１２７７０４号公報
　特許文献１に記載されたエンジンでは、クランクケースの内部において水素ガスが着火するおそれがある場合は、換気ファンを駆動してクランクケースの内部を換気することにより、クランクケースの内部での水素ガスの着火の抑制を図っている。
　ところで、水素を含むブローバイガスをエンジンの吸気に単純に還流させた場合、吸気内での引火リスクが高まる。また、水素を含むブローバイガスを大気開放すると、当該エンジンが搭載された構造体（例えば車両）の一部分にブローバイガスがとどまり、同様に引火リスクが高まるおそれがある。特許文献１では、このような引火リスクを低減するためのブローバイガスの処理について考慮されていない。
　そこで、本開示は、水素エンジンのブローバイガスの引火リスクを低減可能な処理装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る処理装置は、水素エンジンのブローバイガスを処理するための処理装置であって、水素エンジンからの排気ガスを流通させるための排気流路に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物を、水素を還元剤として還元するための触媒部と、水素エンジンのブローバイガスを流通させるための掃気流路と、掃気流路に設けられ、水素エンジンからブローバイガスを掃気して掃気流路に流通させるための掃気ポンプと、掃気流路における掃気ポンプの下流側に設けられ、ブローバイガスに含まれる水素を分離することにより、ブローバイガスから水素ガスと水素除去後のブローバイガスである処理済みガスとを生成するための水素分離フィルタと、水素分離フィルタにおいて生成された水素ガスを触媒部に添加するための水素ガス添加部と、を備える。
　この処理装置では、水素エンジンからのブローバイガスを流通させる掃気流路にポンプが設けられている。したがって、このポンプを駆動することにより、水素エンジンから水素を含むブローバイガスを積極的に掃気することが可能である。特に、この処理装置では、掃気流路におけるポンプの下流側に、ブローバイガスから水素を分離して水素ガスと処理済みガスとを生成する水素分離フィルタが設けられている。ブローバイガスから生成されたガスのうちの水素ガスは、触媒部に添加されて窒素酸化物の還元に供されて消費される。よって、ブローバイガスから生成されたガスのうち、水素エンジンの吸気に還流されたり大気開放されたりするガスは、水素濃度が相対的に低い処理済みガスとなる。よって、引火リスクが低減される。また、ブローバイガスから生成された水素ガスが触媒部に添加されて再利用されるので、触媒部に別途添加する水素量を低減することが可能となる。
　本開示に係る処理装置では、掃気流路は、水素分離フィルタにおいて生成された処理済みガスを水素エンジンの吸気流路に還流するための還流部を含んでもよい。この場合、ブローバイガスのうちの処理済みガスを水素エンジンの吸気側に戻すことが可能となる。
　本開示に係る処理装置は、水素エンジンにおけるブローバイガスの水素濃度を計測するための第１計測部と、処理済みガスの水素濃度を計測するための第２計測部と、第１計測部及び第２計測部の計測結果に基づいて各部の制御を行う制御部と、を備え、制御部は、第１計測部の計測結果に基づいて、水素エンジンにおけるブローバイガスの水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第１閾値以上であった場合、掃気ポンプによるブローバイガスの掃気量を増大させる第１処理と、第２計測部の計測結果に基づいて、処理済みガスの水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第２閾値以上であった場合、水素分離フィルタによるブローバイガスからの水素の分離量を増大させる第２処理と、を実行してもよい。この場合、ブローバイガスの引火リスクをより確実に低減可能である。なお、第１閾値と第２閾値とは、互いに同一の値であってもよいし、第１閾値より第２閾値が低い（或いは高い）といったように、互いに異なる値であってもよい。また、水素エンジンにおけるブローバイガスの水素濃度とは、水素エンジンにおけるブローバイガスが混入し得る箇所内（例えばクランクケース内）の水素濃度を意味する。
　本開示によれば、水素エンジンのブローバイガスの引火リスクを低減可能な処理装置を提供することができる。
図１は、一実施形態に係る処理装置を示す模式図である。 図２は、図１に示された処理装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して一実施形態について説明する。なお、各図において、同一の要素又は相当する要素には互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、一実施形態に係る処理装置を示す模式図である。図１に示される処理装置１は、例えばバスやトラック等の大型車両、産業車両に搭載され、エンジン１００において発生した排気ガスＧ０やブローバイガスＧ１の処理を行うためものものである。エンジン１００は、水素を含む燃料により駆動される内燃機関（水素エンジン）である。処理装置１が搭載される車両は、例えばエンジン１００を発電用の動力源として利用する、いわゆるシリーズ方式のハイブリッド車であってもよい。その場合、エンジン１００は、バッテリの残存容量が低下したときに駆動するように構成されてもよい。
　エンジン１００は、例えばレシプロエンジンであり、クランク軸等を収容するクランクケース、クランク軸を駆動するピストン等が収容されるシリンダ、及び、シリンダヘッド等を含む。シリンダ内には、水素を含む燃料が燃焼させられる燃焼室が形成されており、クランクケースやシリンダヘッド等には、燃焼室から漏出した水素を含むブローバイガスＧ１が留められる。エンジン１００には、燃焼室への空気を流通させるための吸気流路１０と、燃焼室からの排気ガスＧ０を流通させるための排気流路２０と、が接続されている。
　処理装置１は、排気流路２０に設けられた触媒部２１及び後処理部２２を有している。触媒部２１は、排気ガスＧ０に含まれる窒素酸化物を、水素を還元剤として選択的に還元するためのＨ２－ＳＣＲ（Selective　Catalytic　Reduction）装置である。後処理部２２は、触媒部２１の下流側に設けられており、例えば、排気ガスＧ０に含まれる窒素酸化物を、アンモニア等を還元剤として選択的に還元する別の触媒部（例えば尿素ＳＣＲ装置）や、排気ガスＧ０に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate　Matter）を捕集するためのフィルタや、排気ガスＧ０に含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化して浄化する装置等の任意の要素を含み得る。
　処理装置１は、エンジン１００のブローバイガスＧ１を流通させるための掃気流路３０を有している。また、処理装置１は、掃気流路３０に設けられた掃気ポンプ３１、水素分離フィルタ３２、フィルタ３３、タンク３４、昇圧ポンプ３５、及び、水素濃度計３６を有している。掃気流路３０は、エンジン１００のブローバイガスＧ１を掃気すべき任意の部分（例えばクランクケースやシリンダヘッド等）に接続されている。掃気ポンプ３１は、エンジン１００からブローバイガスＧ１を掃気して掃気流路３０に流通させるためのものである。
　水素分離フィルタ３２は、掃気流路３０における掃気ポンプ３１の下流側に設けられている。水素分離フィルタ３２は、ブローバイガスＧ１に含まれる水素を分離することにより、ブローバイガスＧ１から水素ガスＧ２と水素除去後のブローバイガスである処理済みガスＧ３とを生成する。より具体的には、水素分離フィルタ３２は、例えばパラジウムを利用して、ブローバイガスＧ１を高純度水素ガス（水素ガスＧ２）と水素ガス以外（処理済みガスＧ３）とに分離する。一例として、水素分離フィルタ３２では、パラジウム膜を利用した水素透過メカニズムにより、高純度水素を取り出す方法が想定される。
　フィルタ３３は、掃気流路３０における掃気ポンプ３１の上流側に設けられている。フィルタ３３は、ブローバイガスＧ１に含まれるオイル及び凝縮水を除去する。タンク３４は、掃気流路３０における掃気ポンプ３１と水素分離フィルタ３２との間に設けられている。タンク３４は、掃気ポンプ３１の駆動によりエンジン１００から掃気流路３０に導出されたブローバイガスＧ１を貯留することができる。
　昇圧ポンプ３５は、掃気流路３０におけるタンク３４と水素分離フィルタ３２との間に設けられている。昇圧ポンプ３５は、ブローバイガスＧ１（処理済みガスＧ３）を後述するように吸気流路１０に戻す圧力（吸気圧）、及び、後述するように触媒部２１への水素ガスの噴射圧以上となるように、ブローバイガスＧ１に圧力を付与する。水素濃度計３６は、タンク３４に設けられており、タンク３４内の（すなわち、水素分離フィルタ３２の前段での）ブローバイガスＧ１の水素濃度を計測する。
　掃気流路３０は、水素分離フィルタ３２の下流側において、吸気流路１０に接続されている。したがって、処理装置１では、水素分離フィルタ３２でブローバイガスＧ１から生成された処理済みガスＧ３を、吸気流路１０に還流させることが可能である。換言すれば、掃気流路３０は、水素分離フィルタ３２よりも下流側の部分として、処理済みガスＧ３を吸気流路１０に還流させるための還流部３０ｐを含む。そして、処理装置１は、還流部３０ｐに設けられた水素濃度計（第２計測部）３７を備えている。水素濃度計３７は、処理済みガスＧ３の水素濃度を計測する。
　一方、処理装置１は、水素分離フィルタ３２を介して掃気流路３０に接続された水素ガス流路４０と、触媒部２１に水素を供給（添加）するための水素供給路５０と、を備えている。水素ガス流路４０は、一端において水素分離フィルタ３２に接続されており、他端において水素供給路５０に接続されている。これにより、処理装置１では、水素分離フィルタ３２でブローバイガスＧ１から生成された水素ガスＧ２を、水素ガス流路４０を通じて水素供給路５０に導入することが可能である。
　水素供給路５０は、一端において水素供給部５１に接続されており、他端部において排気流路２０の触媒部２１前段に接続されている。これにより、処理装置１では、水素供給部５１から供給された水素、及び、水素ガス流路４０を通じて水素分離フィルタ３２から導入された水素ガスＧ２を、水素供給路５０を通じて触媒部２１に供給（添加）することができる。すなわち、水素ガス流路４０及び水素供給路５０は、水素分離フィルタ３２において生成された水素ガスＧ２を触媒部２１に供給して触媒部２１に水素を添加するための水素ガス添加部４５を構成している。
　処理装置１は、水素ガス流路４０に設けられた水素濃度計４１を備えている。水素濃度計４１は、水素ガスＧ２の水素濃度を計測する。また、処理装置１は、エンジン１００に設けられた水素濃度計（第１計測部）１０１を備えている。水素濃度計１０１は、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度を計測する。水素濃度計１０１は、例えばクランクケース及びシリンダヘッドといったエンジン１００の内部のブローバイガスＧ１の水素濃度を計測する。
　水素濃度計１０１は、クランクケース及びシリンダヘッドの少なくとも一方に設けられて当該一方におけるブローバイガスＧ１の水素濃度を計測することができる。また、水素濃度計１０１は、エンジン１００の他の部分におけるブローバイガスＧ１の水素濃度を計測するように当該他の部分に設けられていてもよい。
　以上の水素濃度計３６，３７，４１，１０１は、その一部の測定結果に基づいた計算によって別の一部の測定結果を推測（算出）するように構成されることにより、一部省略され得る。例えば、水素濃度計１０１によるエンジン１００でのブローバイガスＧ１の水素濃度の測定結果と、水素濃度計３７による処理済みガスＧ３の水素濃度の測定結果とに基づいて、水素ガスＧ２の水素濃度を計算・推定することにより、水素ガスＧ２の水素濃度を計測するための水素濃度計４１を省略することができる。
　ここで、処理装置１は、制御部６０を備えている。制御部６０は、水素濃度計３６，３７，４１，１０１から水素濃度の計測結果を示す情報を取得し、当該情報に基づいて処理装置１の各部の制御を行う。制御部６０は、物理的には、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、データ送受信デバイスである通信モジュール等を含むコンピュータシステムとして構成され得る。制御部６０の各処理は、上記のハードウェア上に所定のプログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで、通信モジュールを動作させるとともにＲＡＭ等におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現され得る。
　引き続いて、処理装置１の動作（制御部６０の処理）について説明する。図２は、図１に示された処理装置の動作を示すフローチャートである。図２に示されるように、処理装置１では、まず、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度の計測が行われる（工程Ｓ１０１）。エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度とは、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１が混入し得る箇所での水素濃度を意味し、一例としては、エンジン１００のクランクケース内の水素濃度である。この例によれば、工程Ｓ１０１では、水素濃度計１０１がエンジン１００のクランクケース内の水素濃度を計測し、当該計測結果を示す情報を制御部６０に提供する。
　続いて、制御部６０が、工程Ｓ１０１で計測されたエンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度が、第１閾値以上であるかの判定を行う（工程Ｓ１０２）。第１閾値は、水素の空気中での下限可燃限濃度（例えば４％）よりも低い値であり、例えば２％程度に設定され得る。
　工程Ｓ１０２の判定の結果が、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度が第１閾値未満であることを示す結果であった場合（工程Ｓ１０２：Ｎｏ）、処理装置１の動作は工程Ｓ１０１に戻り、以降の工程を再度実施する。
　一方、工程Ｓ１０２の判定の結果が、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度が第１閾値以上であることを示す結果であった場合（工程Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、制御部６０が、掃気ポンプ３１によるブローバイガスＧ１の掃気量を増大させるように調整し、エンジン１００の水素濃度の測定箇所の掃気を活発化させる（工程Ｓ１０３）。
　すなわち、工程Ｓ１０３では、制御部６０は、水素濃度計１０１の計測結果に基づいて、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第１閾値以上であった場合、掃気ポンプ３１によるブローバイガスＧ１の掃気量を増大させる第１処理を実行することとなる。掃気ポンプ３１により掃気されたブローバイガスＧ１は、掃気流路３０及び水素分離フィルタ３２を介して（処理済みガスＧ３として）吸気流路１０に還流される。その際に、ブローバイガスＧ１は、タンク３４に少なくとも一時的及び部分的に貯留され得る。
　続いて、処理装置１では、吸気流路１０に還流される処理済みガスＧ３の水素濃度の計測が行われる（工程Ｓ１０４）。これは、吸気流路１０内の水素濃度が水素の可燃範囲外であることを担保するためである。この工程Ｓ１０４では、一例として、水素濃度計３７が掃気流路３０の還流部３０ｐでの処理済みガスＧ３の水素濃度を計測し、当該計測結果を示す情報を制御部６０に提供する。
　続いて、制御部６０が、工程Ｓ１０４で計測された処理済みガスＧ３の水素濃度が、第２閾値以上であるかの判定を行う（工程Ｓ１０５）。第２閾値は、水素の空気中での下限可燃限濃度（例えば４％）よりも低い値であり、例えば２％程度に設定され得る。なお、第１閾値と第２閾値とは、互いに同一の値であってもよいし、第１閾値より第２閾値が低い（或いは高い）といったように、互いに異なる値であってもよい。
　工程Ｓ１０５の判定の結果が、処理済みガスＧ３の水素濃度が第２閾値未満であることを示す結果であった場合（工程Ｓ１０５：Ｎｏ）、処理装置１の動作は工程Ｓ１０４に戻り、以降の工程を再度実施する。
　一方、工程Ｓ１０５の判定の結果が、処理済みガスＧ３の水素濃度が第２閾値以上であることを示す結果であった場合（工程Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、制御部６０が、水素分離フィルタ３２における水素分離量を増大するように調整する（工程Ｓ１０６）。すなわち、工程Ｓ１０６では、制御部６０が、水素濃度計３７の計測結果に基づいて、処理済みガスＧ３の水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第２閾値以上であった場合、水素分離フィルタ３２によるブローバイガスＧ１からの水素の分離量を増大させる第２処理を実行することとなる。
　水素分離フィルタ３２における水素分離量の調整方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、例えば水素分離フィルタ３２が上記のようなパラジウム膜を利用したものである場合、水素分離フィルタ３２における水素透過量Ｊ（ＮＬ／ｍｉｎ・ｃｍ２）は、α（Ｐｉｎ 1／２－Ｐｏｕｔ 1／２）と表される（αは水素透過速度、Ｐｉｎは原料ガス側の水素分圧、Ｐｏｕｔは透過ガス側の水素分圧）。したがって、制御部６０が、水素分離フィルタ３２の入り口側の昇圧ポンプ３５を制御してＰｉｎをコントロールすることにより、水素透過量Ｊ（すなわち水素分離量）を調整することができる。このとき、掃気ポンプ３１の掃気によるブローバイガスＧ１の流量と、所望のＰｉｎを実現するために水素分離フィルタ３２に導入すべきブローバイガスＧ１の流量とが異なる場合がある。したがって、水素分離フィルタ３２へのブローバイガスＧ１の流量を調整可能とするために（オンデマンドに利用するため）、タンク３４を利用する。
　その後、処理装置１は、水素分離フィルタ３２により分離した水素を触媒部２１に添加する（工程Ｓ１０７）。すなわち、処理装置１では、水素分離フィルタ３２において生成された水素ガスＧ２を、水素ガス流路４０及び水素供給路５０（水素ガス添加部４５）を介して、触媒部２１に供給する。なお、水素ガス添加部４５を介した触媒部２１への水素ガスＧ２の供給は、水素分離フィルタ３２により水素ガスＧ２が生成されている間、常時行うことが可能である。
　以上説明したように、処理装置１では、エンジン１００からのブローバイガスＧ１を流通させる掃気流路３０に掃気ポンプ３１が設けられている。したがって、この掃気ポンプ３１を駆動することにより、エンジン１００から水素を含むブローバイガスＧ１を積極的に掃気することが可能である。特に、処理装置１では、掃気流路３０における掃気ポンプ３１の下流側に、ブローバイガスＧ１から水素を分離して水素ガスＧ２と処理済みガスＧ３とを生成する水素分離フィルタ３２が設けられている。ブローバイガスＧ１から生成されたガスのうちの水素ガスＧ２は、触媒部２１に添加されて窒素酸化物の還元に供されて消費される。よって、ブローバイガスＧ１から生成されたガスのうち、エンジン１００の吸気に還流されたり大気開放されたりするガスは、水素濃度が相対的に低い処理済みガスＧ３となる。よって、引火リスクが低減される。また、ブローバイガスＧ１から生成された水素ガスＧ２が触媒部２１に添加されて再利用されるので、触媒部２１に別途添加する水素量を低減することが可能となる。
　また、処理装置１では、掃気流路３０は、水素分離フィルタ３２において生成された処理済みガスＧ３をエンジン１００の吸気流路１０に還流するための還流部３０ｐを含む。このため、ブローバイガスＧ１のうちの処理済みガスＧ３をエンジン１００の吸気側に戻すことが可能となる。
　さらに、処理装置１は、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度を計測するための水素濃度計１０１と、処理済みガスＧ３の水素濃度を計測するための水素濃度計３７と、水素濃度計１０１，３７の計測結果に基づいて各部の制御を行う制御部６０と、を備えている。制御部６０は、水素濃度計１０１の計測結果に基づいて、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第１閾値以上であった場合、掃気ポンプ３１によるブローバイガスＧ１の掃気量を増大させる第１処理と、水素濃度計３７の計測結果に基づいて、処理済みガスＧ３の水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第２閾値以上であった場合、水素分離フィルタ３２によるブローバイガスＧ１からの水素の分離量を増大させる第２処理と、を実行する。このため、ブローバイガスＧ１の引火リスクをより確実に低減可能である。
　以上の実施形態は、本開示の一側面を説明したものである。したがって、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、上記実施形態を変形したものとされ得る。
　例えば、上記実施形態では、制御部６０は、水素濃度計１０１によるエンジン１００でのブローバイガスＧ１の水素濃度の計測結果と、水素濃度計３７による処理済みガスＧ３の水素濃度の計測結果とに基づいて、掃気ポンプ３１及び水素分離フィルタ３２の制御を行う第１処理及び第２処理を実行した。しかし、制御部６０は、エンジン１００におけるブローバイガスＧ１の水素濃度や処理済みガスＧ３の水素濃度を、他の水素濃度計の測定結果から計算・推定することにより、第１処理及び第２処理を実行してもよい。
　また、上記実施形態では、処理装置１では、水素ガス添加部４５を介した触媒部２１への水素ガスＧ２の供給は、水素分離フィルタ３２により水素ガスＧ２が生成されている間、常時行うことが可能であるものとした。これに加えて、処理装置１では、還流部３０ｐを介した吸気流路１０への処理済みガスＧ３の還流を、水素分離フィルタ３２により処理済みガスが生成されている間、常時行うことも可能である。
　一方、処理装置１では、還流部３０ｐにバルブ等を設け、制御部６０が処理済みガスＧ３の水素濃度に応じて当該バルブの開閉を制御することにより、例えば処理済みガスＧ３の水素濃度が第２閾値以上である場合等に、処理済みガスＧ３が吸気流路１０に還流されないような処理を行うことも可能である。
　水素エンジンのブローバイガスの引火リスクを低減可能な処理装置が提供される。
　１…処理装置、１０…吸気流路、２０…排気流路、２１…触媒部、３０…掃気流路、３０ｐ…還流部、３１…掃気ポンプ、３２…水素分離フィルタ、４５…水素ガス添加部、６０…制御部、１００…エンジン（水素エンジン）、Ｇ０…排気ガス、Ｇ１…ブローバイガス、Ｇ２…水素ガス、Ｇ３…処理済みガス。

Claims (3)

  1. 　水素エンジンのブローバイガスを処理するための処理装置であって、
    　前記水素エンジンからの排気ガスを流通させるための排気流路に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を、水素を還元剤として還元するための触媒部と、
    　前記水素エンジンの前記ブローバイガスを流通させるための掃気流路と、
    　前記掃気流路に設けられ、前記水素エンジンから前記ブローバイガスを掃気して前記掃気流路に流通させるための掃気ポンプと、
    　前記掃気流路における前記掃気ポンプの下流側に設けられ、前記ブローバイガスに含まれる水素を分離することにより、前記ブローバイガスから水素ガスと水素除去後のブローバイガスである処理済みガスとを生成するための水素分離フィルタと、
    　前記水素分離フィルタにおいて生成された前記水素ガスを前記触媒部に添加するための水素ガス添加部と、
    　を備える処理装置。
  2. 　前記掃気流路は、前記水素分離フィルタにおいて生成された前記処理済みガスを前記水素エンジンの吸気流路に還流するための還流部を含む、
    　請求項１に記載の処理装置。
  3. 　前記水素エンジンにおける前記ブローバイガスの水素濃度を計測するための第１計測部と、
    　前記処理済みガスの水素濃度を計測するための第２計測部と、
    　前記第１計測部及び前記第２計測部の計測結果に基づいて各部の制御を行う制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、
    　前記第１計測部の計測結果に基づいて、前記水素エンジンにおける前記ブローバイガスの水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第１閾値以上であった場合、前記掃気ポンプによる前記ブローバイガスの掃気量を増大させる第１処理と、
    　前記第２計測部の計測結果に基づいて、前記処理済みガスの水素濃度が水素の下限可燃限界濃度よりも低い第２閾値以上であった場合、前記水素分離フィルタによる前記ブローバイガスからの水素の分離量を増大させる第２処理と、
    　を実行する、
    　請求項１又は２に記載の処理装置。
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