JP2003524732A - 気化燃料−空気混合物を分離するための方法及びこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、特に、自動車の燃料タンクに存在するような、混合蒸気を除去するために、気化燃料−空気混合物を、気化燃料−空気混合物の成分に分離するための方法及び装置に関する。本発明によれば、燃料タンクとフィルタとの間に前置分離器が取り付けられており、この場合、炭化水素が混合物から分離されて燃料タンクに戻される。残りの混合物はフィルタに案内される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明の対象は、気化燃料−空気混合物を成分に分離するために方法、及びこ
の方法を実施するための装置に関する。前記方法は、特に、自動車の燃料タンク
において生じるような蒸気混合物を浄化するのに適している。

【０００２】 燃料の熱力学的状態に応じて脱気のために燃料を浄化することが知られている
。この場合燃料タンク内で生じる気化燃料−空気混合物（以下ではガスと呼ぶ）
は、高すぎる容器内圧力を回避するために放出されなければならない。特に自動
車の燃料タンクの場合、運転中及び燃料補給中に生じるガスを燃料タンクから排
出するために、様々な装置が提供される。特に米国における既存の立法によれば
、このガスを大気へ導入する場合に、所定の分の炭化水素しかこのガスに含有さ
れていてはならない。このガスは、導管及び付加容器を介して活性炭フィルタに
供給され、この活性炭フィルタにおいてガスから炭化水素がろ過される。浄化さ
れたガスは引き続き大気中へ案内される。炭化水素の全車両排出量のための既に
僅かな許容値に従って、今日の活性炭フィルタは既に著しい構造的大きさを有し
ているので、この大きさに伴う全ての欠点が生じている。米国及び欧州における
より一層低いエミッション制限値への環境的傾向を考慮すると、今日の活性炭フ
ィルタの容積は長期的には十分ではない。

【０００３】 したがって、本発明の課題は、気化燃料−空気混合物を浄化するための方法及
びこの方法を実施するための装置を提供することであり、この方法及び装置によ
って、高価でかつ大きなフィルタが回避される。

【０００４】 前記課題は請求項１及び１１の特徴によって解決された。有利な構成は従属請
求項に記載されている。

【０００５】 本発明による方法及び装置によって、気化燃料−空気混合物が燃料タンクから
前置分離器に供給され、この前置分離器において燃料成分と空気との第１の分離
が行われるので、フィルタには、慣用の排気装置の場合よりも著しく少ない炭化
水素の濃度を有するガスが供給される。それまでガスに依然として存在する炭化
水素の成分は、引き続きフィルタにおいて引き留められるので、大気中に提供さ
れるガスは、ほとんど炭化水素を有していない。決定的な利点は、明らかに低減
されたエミッション値の他に、これまでの容積が大きくかつ重い活性炭フィルタ
の代わりに、容積が著しく小さく、ひいては軽量のフィルタを使用することがで
きることである。燃料成分の分離は、これまでのように吸着によって行われるの
ではなく、炭化水素が前置分離器において凝縮することによって、物理的な分離
によって行われる。さらに、タンクシステムから導出されるガス質量流が、分離
された蒸気質量流の分だけ減じられるので、タンク内圧力、ひいては導管断面積
が低減され、燃料補給能力が改善される。

【０００６】 本発明による方法の第１の有利な実施形態では、生じたガスはまず圧縮され、
引き続き凝縮器に供給され、凝縮器の凝縮面において炭化水素が凝縮によって液
相に変化する。このために、凝縮器の凝縮面は、適切な冷却回路を介して作動さ
れることができる。凝縮器の凝縮面がエアコンディショナに結合されている場合
には、適切な冷却回路は不要である。しかしながら、半導体冷却エレメントの使
用も考えられる。

【０００７】 凝縮器と燃料タンクとの結合によって、液相が容器へ戻されるので、分離され
た燃料成分は内燃機関へ搬送されることができる。圧縮機及び凝縮器は比較的簡
単に構成されたエレメントであるので、これらの使用時に、装置のためのコスト
は、今日の炭化水素戻しシステムよりも著しく高いわけではない。

【０００８】 有利な構成においては、前置分離器を構成した圧縮機及び凝縮器は構成ユニッ
トに統一されている。したがって、圧縮されたガス混合物は凝縮器まで短い経路
しか有していないので、圧力損失をさらに低減することができ、圧縮機を比較的
小さく構成することができる。さらに、凝縮器の出口にガス分離膜を配置するこ
とが有利であることも証明された。この付加的なガス分離膜によって炭化水素分
量がさらに低減される。

【０００９】 フィルタに供給する前にガス混合物を膨張させることは特に有利である。この
ために、前置分離器は、絞りとしてのノズル、又は弁及びサイクロンを有してい
る。膨張の結果加速したガスがサイクロンに流入し、サイクロンにおいて後凝縮
が行われる。遠心力作用によって凝縮物が分離され、結合部を介して再び燃料タ
ンクに戻される。もう一度浄化されたガスは、後続の活性炭フィルタのさらなる
低減を又は場合によっては触媒バーナによって可能にする。場合によっては活性
炭フィルタ全体を省略することができ、その代わりに、ガスが大気中に排出され
る前にガス分離膜を配置することができる。

【００１０】 エミッション値をさらに低下させるために、前置分離器を燃料タンクに組み込
むと有利である。これにより本発明による装置の結合箇所が全て燃料タンク内に
配置されるので、強化された透過のこれらの箇所は、構造においてさらに考慮さ
れなくてよく、付加的に容易になり、ひいてはコストがさらに低減する。さらに
、前置分離器のコンパクトな構成により、長いチューブ結合が省略される。

【００１１】 本発明による方法の第２の実施形態では、運転中又は燃料補給中に生じるガス
は、混合凝縮器において事前の凝縮なしに凝縮させられる。このために、混合物
は、液体の冷媒が充填された容器に案内される。冷媒として燃料を使用すること
ができると有利である。低温の液体と接触すると、炭化水素が凝縮するのに対し
、浄化されたガスは、混合凝縮器の上側部分に設けられた出口を介してフィルタ
に供給される。凝縮された成分は引き続き燃料タンクに再び供給される。

【００１２】 凝縮率を向上させるために、冷媒を冷却すると有利である。凝縮器の内壁を冷
却することが可能である。さらに、凝縮器に半導体冷却エレメントを配置するこ
とができる。別の構成では、凝縮器は冷却回路に接続されている。一方では、混
合凝縮器から流出した液体は、冷却器に供給された後、著しく低い温度で混合凝
縮器に再び供給される。他方では、混合凝縮器に冷却管が配置されていることが
でき、この冷却管を冷却液体が流過する。この冷却器は、自動車のエアコンディ
ショナによって作動させられる別個の冷却器であることができる。

【００１３】 複数の実施例に関して本発明を詳しく説明する。

【００１４】 図１は、本発明による装置の概略図である。

【００１５】 図２は、圧縮段及び凝縮段を備えた前置分離器を示す図である。

【００１６】 図３は、混合凝縮器を備えた前置分離器を示す図である。

【００１７】 図１に示された、自動車の燃料タンク１は、注入管２を介して充填可能である
。燃料補給及び運転中のガス抜きのためにガス抜き導管３ａ，３ｂが燃料タンク
１の上部領域に配置されている。これらのガス抜き導管は、内部に配置された前
置分離器４を備えた補償容器内へ開口している。ガス抜き導管３ａ，３ｂを介し
て収集されたガスは前置分離器４に供給され、この場合ガスに含まれた炭化水素
が凝縮される。浄化されたガスは引き続き活性炭フィルタ５に供給された後、小
さな活性炭フィルタにおける第２の浄化の後に大気中に案内される。前置分離器
４において凝縮された炭化水素は、出口６を介して燃料タンクに再び供給される
。

【００１８】 図２に示した前置分離器４は、圧縮段を有しており、この圧縮段において、ガ
ス抜き導管３ａ，３ｂを介して供給されたガスが圧縮及び加熱される。引き続き
、圧縮されたガスは凝縮器８に流入する。凝縮器の凝縮面９において、ガス混合
物に含まれた炭化水素が凝縮する。液相は、凝縮器８の底部に収集され、弁１０
を介して燃料タンク１に案内される。膜１１において別の炭化水素が分離され、
この膜を介してガスがノズル１２を用いて膨張させられる。今や加速されたガス
流には液滴が存在し、この液滴はサイクロン１３に進入する。遠心力に基づき燃
料滴はサイクロン１３の内壁において分離される。液相は燃料タンク１に再び案
内されるのに対し、今や浄化されたガス混合物は結合部１４を介して燃料タンク
の外部に配置された活性炭フィルタ５に到達する。

【００１９】 図３に示された装置は、上部領域に内部に位置したバブルタンク１６を備えた
燃料タンク１の一部を示している。バブルタンク１６に到達したガス抜き導管３
ａ，３ｂは、混合凝縮器１７を用いて、オーバフロー開口１８の下側縁部にまで
冷媒１９で充填されている。ガス抜き導管３ａ，３ｂの供給開口２０ａ，２０ｂ
は、混合凝縮器１７の底部領域に配置されている。冷却回路２１を介して、一定
温度の状態が混合凝縮器１７に達成される。このために、一定の質量流量で、冷
媒が混合凝縮器１７から排出され、熱交換器に供給される。引き続き、このよう
に冷却された冷媒は再び混合凝縮器１７に供給される。

【００２０】 冷媒に凝縮された燃料１９は、混合凝縮器１７に設けられたオーバフロー開口
１８を介してバブルタンク１６に到達する。バブルタンクの底部領域に配置され
たポンプ２２は、生じた燃料１９を燃料タンク１、搬送ユニット又はポンプに戻
す。混合凝縮器１７の上部領域にさらに収集された残りのガス混合物は、活性炭
フィルタ５に案内され、この場合、混合凝縮器出口の領域に設けられたろ過器２
３が、液体成分が活性炭フィルタ５に到達することができないことを保証する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による装置の概略図である。

【図２】 圧縮段及び凝縮段を備えた前置分離器を示す図である。

【図３】 混合凝縮器を備えた前置分離器を示す図である。

【符号の説明】

１ 燃料タンク、 ２ 注入管、 ３ａ，３ｂ ガス抜き導管、 ４ 前置分
離器、 ５ 活性炭フィルタ、 ６ 出口、 ８ 凝縮器、 ９ 凝縮面、 １
０ 弁、 １１ 膜、 １２ ノズル、 １３ サイクロン、 １４ 結合部、
１６ バブルタンク、 １７ 混合凝縮器、 １８ オーバフロー開口、 １
９ 燃料、 ２０ａ，２０ｂ 供給開口、 ２２ ポンプ、 ２３ ろ過器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーティン ノッケマン ドイツ連邦共和国 ドルトムント ハルナ ックシュトラーセ 64 Ｆターム(参考） 3D038 CA15 CA25 CA26 CC02 CC05 3G044 BA28 GA08 GA11 GA28 GA29 4D006 GA41 KA01 KA72 KB12 KB30 PA01 PB18 PB68 PC77

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有利には自動車における燃料タンクの気化燃料−空気混合物
   を分離する方法において、この場合、浄化したいガス混合物が燃料タンクからフ
   ィルタに供給されるようになっている形式のものにおいて、浄化したいガスが前
   置分離器に供給され、該前置分離器において炭化水素がガスから分離されかつ燃
   料タンクに再び供給され、残りのガスがフィルタに案内されるようになっている
   ことを特徴とする、気化燃料−空気混合物を分離する方法。
2. 【請求項２】 前記ガス混合物が、燃料タンクからガス抜き導管を介して前
   置分離器に供給される、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記ガス混合物が、前置分離器において凝縮される、請求項
   １又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記ガスが、前置分離器において凝縮の前に圧縮される、請
   求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 前記ガスが、凝縮の後に膨張させられる、請求項４記載の方
   法。
6. 【請求項６】 前記ガスが、第２の段階において、事後凝縮される、請求項
   ５記載の方法。
7. 【請求項７】 前記ガスが、凝縮の後に、フィルタ、有利にはガス分離膜を
   通って案内される、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 【請求項８】 事後凝縮において分離された液体炭化水素が、燃料タンクに
   案内される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 前記ガスが、凝縮のために冷媒、有利には燃料を通って案内
   される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 凝縮面と冷媒とが冷却される、請求項１から９までのいず
    れか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の方法を実施するための装置において、燃料
    タンクが設けられており、該燃料タンクが導管を介してフィルタと結合されてい
    る形式のものにおいて、燃料タンク（１）とフィルタ（５）との間に前置分離器
    （４）が配置されており、燃料タンク（１）内に存在するガスが前置分離器（４
    ）に供給可能であり、前置分離器（４）が、燃料タンク（１）との別の結合部（
    ６）を有していることを特徴とする、請求項１記載の方法を実施するための装置
    。
12. 【請求項１２】 前記前置分離器（４）が、ガスを供給するために燃料タン
    ク（１）のガス抜き導管（３ａ，３ｂ）と結合されている、請求項１１記載の装
    置。
13. 【請求項１３】 前記前置分離器（４）が、圧縮段（７）と、凝縮面（９）
    を有する凝縮器（８）とから形成されている、請求項１１又は１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 流れ方向で凝縮面（９）の後にフィルタ（１１）、有利に
    はガス分離膜が配置されている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の
    装置。
15. 【請求項１５】 凝縮器（８）の流れ側出口に絞り（１２）が配置されてい
    る、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記絞り（１２）が、弁又はノズルである、請求項１５記
    載の装置。
17. 【請求項１７】 前記凝縮器（８）の後に別の凝縮器（１３）、有利にはサ
    イクロンが配置されている、請求項１１から１６までのいずれか１項記載の装置
    。
18. 【請求項１８】 前記別の凝縮器（１３）が、液体炭化水素を排出するため
    に燃料タンク（１）との結合部を有している、請求項１１から１７までのいずれ
    か１項記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記前置分離器（４）が、冷媒（１９）、有利には燃料で
    充填された混合凝縮器（１７）である、請求項１１又は１２記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記ガス抜き導管（３ａ，３ｂ）が、混合凝縮器（１７）
    の下部領域において終わっている、請求項１９記載の装置。
21. 【請求項２１】 フィルタ（５）への混合凝縮器（１７）の出口に、液滴透
    過不能なメッシュ幅を有するろ過器（２３）が配置されている、請求項１９又は
    ２０記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記混合凝縮器（１７）が、バブルタンク（１６）内に配
    置されている、請求項１９から２１までのいずれか１項記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記混合凝縮器（１７）が、バブルタンク（１６）にオー
    バフロー部（１８）を有している、請求項２２記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記凝縮面（９）、混合凝縮器（１７）又は冷媒（１９）
    に、半導体エレメントが配置されている、請求項１１から２３までのいずれか１
    項記載の装置。
25. 【請求項２５】 前記凝縮面（９）、混合凝縮器（１７）又は冷媒が、冷却
    回路、有利にはエアコンディショナを用いて冷却可能である、請求項１１から２
    ３までのいずれか１項記載の装置。
26. 【請求項２６】 前記フィルタ（５）が、活性炭フィルタ又はガス分離膜で
    ある、請求項１１から２５までのいずれか１項記載の装置。
27. 【請求項２７】 前記前置分離器（４）が、燃料タンク（１）の内部、有利
    には燃料タンクの上部領域に配置されている、請求項１１から２６までのいずれ
    か１項記載の装置。
28. 【請求項２８】 前記別の結合部（６）に、弁（１０）又はポンプ（２３）
    、有利にはエジェクタが配置されている、請求項１１から２８までのいずれか１
    項記載の装置。