JP2007285234A - 燃料蒸気処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの停止中においても燃料蒸気を処理することが可能な燃料蒸気処理システムであって、多段階にわたる分離処理が不要であり、燃料蒸気の気体流量と、透過ガスとの複雑な制御を必要とせず、燃料蒸気の液化処理も必要でない燃料蒸気処理システムを提供すること。
【解決手段】燃料蒸気を処理する燃料蒸気処理システムであって、圧力計が配設された燃料タンクと、燃料蒸気を燃料濃縮蒸気と燃料希薄蒸気とに分離する気体分離膜を有する気体分離膜モジュールと、燃料濃縮蒸気を前記燃料タンクに導入して燃料中に溶解させる燃料蒸気溶解手段と、燃料希薄蒸気を吸着する吸着部と、前記吸着部から燃料蒸気を脱離させるための脱離装置と、を有するキャニスタと、前記圧力計により検知される前記燃料タンクの内圧が所定値を超えたときに、ポンプを稼動させて前記燃料蒸気処理システムを駆動させて燃料蒸気を処理する燃料蒸気処理システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に備えられる燃料タンクに発生する燃料蒸気を処理するための燃料蒸気処理システムに関する。

車両等に備えられる燃料タンクには、温度上昇に伴う燃料の揮発により燃料蒸気が充満し、密閉状態では燃料タンク内の内圧が上昇してしまうことが知られていた。燃料タンク内の内圧が一定以上に上昇すると、燃料蒸気がエンジンに流れ込んでエンジンが始動しなくなる恐れや、燃料蒸気が配管の継ぎ目などから漏れ出す恐れがあった。このため、燃料タンクから燃料蒸気を排出することにより、燃料タンク内の内圧の上昇を抑えることが行われていた。燃料蒸気の排出に際しては、燃料蒸気をキャニスタと呼ばれる、活性炭等を充填した装置に通導し、活性炭等で燃料蒸気を吸着して、清浄化された気体を大気中に排出していた。

キャニスタを連続して使用するためには、燃料蒸気を吸着する工程のほかに、吸着した燃料蒸気を回収する工程が必要であった。燃料蒸気を吸着する工程と、吸着した燃料蒸気を回収する工程とを連続して行うためには、これを制御する手段を有するシステムが必要であり、従来、さまざまな燃料蒸気処理システムが開発されていた。

例えば、特許文献１には、燃料タンクからの燃料蒸気を導入して吸着する吸着手段を有するキャニスタと、キャニスタの排出ポートから流入する燃料蒸気を、空気選択透過性を有する分離膜により空気リッチ成分と燃料蒸気リッチ成分とに分離する膜分離モジュールと、を備え、膜分離モジュールの空気リッチ成分排出ポートは、分離膜の透過側に配置されて、エンジンの吸気管に接続され、このエンジンが発生する負圧を膜分離駆動力として上記膜分離モジュールが作動し、膜分離モジュールの燃料蒸気リッチ成分排出ポートは、分離膜の非透過側に配設されて燃料タンクに接続され、燃料蒸気リッチ成分に含まれる燃料蒸気成分をこの燃料タンクに液化又は液体燃料に吸収させて回収する、ことを特徴とする燃料蒸気回収装置が開示されている。

この燃料蒸気回収装置によれば、燃料タンクやキャニスタからのパージにより発生した燃料蒸気を含む空気を空気選択透過型の膜分離モジュールで分離し、その膜分離駆動力としてエンジン負圧を用いることとしたため、真空ポンプの搭載を必要としない。また、膜分離モジュールからの膜透過成分をエンジンの吸気管に導入しても排出ガスの成分に影響を与えることがなく、発生する燃料蒸気が多い場合であっても燃料蒸気を大気中に放出することがない燃料蒸気回収装置を提供することができるとされている。

また、特許文献２には、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸着するキャニスタと、前記燃料タンク内の燃料を内燃機関にフィードするフィードポンプと、前記キャニスタからパージされたパージガス中から、高濃度で燃料蒸気を含む処理ガスを分離する蒸気燃料分離ユニットと、前記処理ガスを前記フィードポンプの吸入口に還流させる処理ガス通路と、前記吸入口に導かれた気泡を、前記フィードポンプの外部に排出するための気泡排出通路と、前記気泡排出通路の出口部分を、その入り口部分に比して低温にするための低温化機構と、を備えることを特徴とする内燃機関の蒸発燃料処理装置が開示されている。この蒸発燃料処理装置によれば、燃料タンクで生じた蒸発燃料を濃縮した後に、フィードポンプに吸入させ、蒸発燃料を処理することができるとされている。
特開２００１−２９５７０３号公報 特開２００４−１３２２６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された燃料蒸気回収装置においては、エンジンが発生する負圧を膜分離駆動力として利用して、膜分離モジュールを動作させるため、エンジンの停止中や、エンジンが発生する負圧が小さい場合などには燃料蒸気の処理を行うことができなかった。さらに、特許文献１に記載された燃料蒸気回収装置においては、膜分離モジュールに用いる分離膜として、空気選択透過性を有する分離膜を使用しているため、膜分離モジュールの機能を効率よく引き出すためには、燃料蒸気リッチ成分の気体流量と空気リッチ成分の気体流量とを複雑に制御する必要があった。

また、特許文献２に記載された蒸発燃料処理装置においては、フィードポンプを蒸発燃料分離ユニットの膜分離駆動力として利用しているため、エンジン停止中には蒸発燃料を処理できず、処理可能な蒸発燃料の容量が燃料消費量に依存するために、多量の蒸発燃料を処理できなかった。さらに、特許文献２に記載された蒸発燃料処理装置においては、蒸発燃料と空気との間での、膜への溶解度の違いを利用して蒸発燃料を分離する分離膜を用いているため、膜による分離を多段階にわたって行わなければならなかった。また、分離された蒸発燃料をフィードポンプに供給するため、蒸発燃料を圧縮によって液化処理する必要があった。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、エンジンの停止中においても燃料蒸気を処理することが可能な燃料蒸気処理システムであって、多段階にわたる分離処理が不要であり、燃料蒸気の気体流量と、透過ガスの流量との複雑な制御を必要とせず、燃料蒸気の液化処理も必要でない燃料蒸気処理システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、燃料タンク内に発生した燃料蒸気を気体分離膜モジュールで分離し、分離された燃料濃縮蒸気を燃料に溶解させ、燃料希薄蒸気をキャニスタに吸着させたときに、効率よく燃料蒸気を処理できることを見出し、本発明を完成するに至った。

（１） 燃料から発生する燃料蒸気を処理する燃料蒸気処理システムであって、内圧を検知する圧力計が配設された燃料タンクと、この燃料タンク内で発生する燃料蒸気を導入する第１導入ポートと、この第１導入ポートから導入された燃料蒸気を含む混合気体を、燃料濃縮蒸気と燃料希薄蒸気とに分離する気体分離膜と、この気体分離膜の流入側に配設され燃料濃縮蒸気を排出する燃料濃縮蒸気排出ポートと、前記気体分離膜の透過側に配設され燃料希薄蒸気を排出する燃料希薄蒸気排出ポートと、を有する気体分離膜モジュールと、前記燃料タンクと前記第１導入ポートとを連通する第１流路と、前記燃料濃縮蒸気排出ポートから排出された燃料濃縮蒸気を前記燃料タンクに導入して燃料中に溶解させる燃料蒸気溶解手段と、前記燃料希薄蒸気排出ポートから排出される燃料希薄蒸気を導入する第２導入ポートと、この第２導入ポートから導入された燃料希薄蒸気中の燃料蒸気を吸着する吸着部と、第２制御弁を有し且つ前記吸着部により燃料蒸気が除去された蒸気を外気に排出する第２排出ポートと、前記吸着部から燃料蒸気を脱離させるための脱離装置と、を有するキャニスタと、前記燃料希薄蒸気排出ポートと前記第２導入ポートとを連通し、且つ前記気体分離膜の透過側を減圧するポンプを有する燃料希薄蒸気排出流路と、前記圧力計により検知される前記燃料タンクの内圧が所定値を超えたときに、前記ポンプを稼動させて前記燃料蒸気処理システムを駆動させ、且つ第２制御弁を開弁させる第１制御手段と、前記脱離装置によりキャニスタに吸着された燃料蒸気を脱離させる第２制御手段と、を有する制御装置と、を備える燃料蒸気処理システム。

（１）の燃料蒸気処理システムは以下のように作用する。燃料タンク内において燃料が蒸発することにより、燃料タンクの内圧が一定以上に上昇すると、燃料タンク内に備えられた圧力計がこれを検知し、制御装置が作動して、ポンプが起動する。ポンプの起動により、気体分離膜モジュールの気体分離膜の透過側と流入側との間に圧力差が生じ、流入側に存在する気体が気体分離膜を透過する。この結果、気体分離膜の流入側が、燃料タンク内に比べて陰圧となり、燃料タンク内の燃料蒸気が、第１流路を介して、第１導入ポートから気体分離膜モジュールに流入する。気体分離膜モジュールに流入した燃料蒸気のうち、酸素及び窒素などの空気成分は、燃料蒸気成分よりも気体分離膜の透過速度が速いため、気体分離膜の流入側で燃料蒸気が濃縮されて、燃料濃縮蒸気となる。この燃料濃縮蒸気は、燃料蒸気溶解手段により燃料タンクの燃料に溶解される。一方、気体分離膜を透過した、燃料希薄蒸気は、燃料希薄蒸気排出流路を通って、第２導入ポートからキャニスタに流入し、燃料希薄蒸気に含まれる燃料蒸気成分が、吸着部により吸着される。燃料蒸気が吸着された後の蒸気は、第２排出ポートから外気に排出される。

以上の動作が繰り返されることにより、燃料タンクに生じた燃料蒸気は、一部は濃縮されて燃料に溶解され、一部はキャニスタの吸着部に吸着される。これにより、燃料タンクの内圧が、一定以上に上昇することを防止することができる。さらに、吸着部が十分な量の燃料蒸気を吸着した場合は、燃料蒸気が脱離されるので、キャニスタによる燃料の吸着を繰り返し、行うことができる。

本発明の燃料蒸気処理システムは、エンジンとは独立したポンプを駆動力とするので、エンジンの停止中においても燃料蒸気を処理することができる。また、空気選択透過性を有する気体分離膜を用いているので、一段階の分離過程によっても、十分に燃料蒸気を分離することができる。

（２） 前記第１流路から分岐され、前記ポンプより前記燃料希薄蒸気排出ポート側において前記燃料希薄蒸気排出流路に連通し、且つ逆止弁を有する第２流路と、分岐点に配設された流路切換手段と、をさらに備え、前記脱離装置は、前記吸着部に吸着された燃料蒸気量を検知する吸着量検知手段と、第３制御弁を有し且つ前記吸着部から脱離した燃料蒸気を排出して前記第１導入ポートを介して前記気体分離膜モジュールに導入する第３排出ポートと、を有し、前記第２制御手段は、前記吸着量検知手段により検知された吸着量が所定値を超えたときに、前記流路切換手段により前記第１流路から前記第２流路に流路を切り換えるとともに、前記第２制御弁を閉弁し且つ前記第３制御弁を開弁することにより、前記第２流路から導入される燃料蒸気を含む混合気体で前記吸着部に吸着された燃料蒸気を脱離させて前記第３排出ポート及び前記第１導入ポートを介して前記気体分離膜モジュールに導入して濃縮した後、濃縮された燃料蒸気を前記燃料蒸気溶解手段により前記燃料タンク内の燃料中に溶解させる（１）記載の燃料蒸気処理システム。

（２）の燃料蒸気処理システムは以下のように作用する。吸着量検知手段により検知された燃料蒸気の吸着量が、所定値を超えると、制御装置により流路切換手段が第１流路から第２流路へと流路を切り換え、同時に、第２制御弁が閉弁し、第３制御弁が開弁する。燃料蒸気溶解手段により燃料タンク内の燃料に燃料濃縮蒸気が溶解された場合、燃料タンクには、燃料蒸気成分をわずかしか含有しない燃料蒸気が残留する。この燃料蒸気成分をわずかしか含有しない燃料蒸気は、ポンプの駆動力により、燃料タンクから第２流路を介して、燃料希薄蒸気排出流路に流入し、燃料希薄蒸気と混合される。混合された後の燃料希薄蒸気は、第２導入ポートからキャニスタ内に流入すると、吸着部における燃料蒸気成分の脱離を促し、脱離された燃料蒸気とともに第３排出ポートから排出される。これが、第１導入ポートから気体分離膜モジュールに流入し、ポンプの駆動力により燃料濃縮蒸気と、燃料希薄蒸気とに分離される。燃料濃縮蒸気は、燃料蒸気溶解手段により燃料タンクに送られ、燃料濃縮蒸気中の燃料成分が燃料に溶解される。一方、燃料希薄蒸気は再度、キャニスタに送られ、これが繰り返されることにより、吸着部からの燃料蒸気成分の脱離が促される。

本発明の燃料蒸気処理システムによれば、気体分離膜モジュールに流入される燃料蒸気が、主に、燃料タンクからの燃料蒸気成分をわずかしか含まない燃料蒸気と、気体分離膜を透過した燃料希薄蒸気と、吸着部から脱離した燃料蒸気の混合蒸気であるので、複雑な制御によらなくとも、適度な体積の燃料濃縮蒸気を得ることができる。さらに、本発明の燃料蒸気処理システムにおいては、燃料蒸気を燃料に溶解させるため、燃料蒸気の圧縮や液化などが必要でない。

（３） 前記気体分離膜モジュールは、直列に配設された２つの気体分離膜と、第４制御弁を有し且つ前記２つの気体分離膜それぞれの透過側を連通する第４流路と、を有し、前記制御装置は、前記流路切換手段が前記第１流路から前記第２流路に流路を切り換えたときに前記第４制御弁を開弁し、且つ、前記流路切換手段が前記第２流路から第１流路に流路を切り換えたときに前記第４制御弁を開弁することにより、気体分離膜の膜面積を変更する第３制御手段を有する（２）記載の燃料蒸気処理システム。

（３）の燃料蒸気処理システムは以下のように作用する。燃料タンクからの燃料蒸気が、第１流路を介して、気体分離膜モジュールの第１導入ポートに流入する場合、第４制御弁は閉弁されているので、一方の気体分離膜のみにおいて、その流入側と透過側とに圧力差が生じ、一方の気体分離膜のみにおいて、燃料蒸気の濃縮が行われる。一方、燃料タンクからの燃料蒸気が、第２流路を介して、キャニスタの吸着部における燃料蒸気成分の脱離を促進し、さらに気体分離膜モジュールの第１導入ポートに流入する場合、第４制御弁は開弁されているので、両方の気体分離膜において、その流入側と透過側とに圧力差が生じ、両方の気体分離膜において、燃料蒸気の濃縮が行われる。

燃料タンクから発生した燃料蒸気をキャニスタに吸着させる際には、気体分離膜の面積は小さくてよい。一方、キャニスタから燃料蒸気成分を脱離させ、燃料タンク内の燃料に溶解させる場合には、燃料蒸気を、より濃縮したほうが効率がよい。本発明によれば、このような気体分離膜の面積の制御を容易に行うことができる。

本発明によれば、燃料タンクで発生した燃料蒸気を、気体分離膜モジュールで分離して、一部を燃料内に溶解させ、一部をキャニスタに吸着した後、外気に放出することにより、燃料タンク内の内圧の上昇を抑制することができる。キャニスタに吸着された燃料蒸気成分は、脱離させて燃料中に溶解させることにより、キャニスタを繰り返し使用することができる。

本発明の燃料蒸気処理システムは、エンジンの停止中においても燃料蒸気を処理することができる。また、多段階にわたる分離処理が不要であり、燃料蒸気の気体流量と、透過ガスとの複雑な制御を必要とせず、燃料蒸気の液化処理も必要でない。このため、燃料蒸気の処理を効率的に行うことができる。

＜第一の実施形態＞
以下、本発明に好適な第一の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［燃料蒸気処理システムの構成］
図１に本実施形態にかかる燃料蒸気処理システム１の概略構成図を示す。また、図３は本実施形態に係る燃料蒸気処理システム１の概要を示したフロー図である。本実施形態の燃料蒸気処理システム１は、燃料Ａを貯蔵するための燃料タンク１０と、燃料タンク１０内で発生する燃料蒸気を、燃料濃縮蒸気と燃料希薄蒸気とに分離する気体分離膜モジュール２０と、燃料タンク１０と気体分離膜モジュール２０とを連通する第１流路３０と、気体分離膜モジュール２０で分離された燃料濃縮蒸気を燃料タンク１０に導入して燃料Ａ中に溶解させる燃料蒸気溶解手段である第５流路４０と、燃料希薄蒸気中の燃料蒸気を吸着するキャニスタ５０と、気体分離膜モジュール２０とキャニスタ５０とを連通し、燃料希薄蒸気を気体分離膜モジュール２０からキャニスタ５０に導入するための燃料希薄蒸気排出流路６０と、第１流路３０から分岐し、燃料希薄蒸気排出流路６０に連通する第２流路８０と、第１流路３０と第２流路８０との分岐点に配設された流路切換手段８２と、燃料蒸気処理システム１内に備えられる各装置を制御するための制御装置７０と、からなる。

［燃料タンク］
本実施形態にかかる燃料タンク１０は、燃料タンク１０内の内圧を検知するための圧力計Ｐが備えられている。燃料タンク１０内には燃料Ａが貯蔵されており、この燃料Ａが揮発することにより発生する燃料蒸気によって燃料タンク１０内の内圧が上昇する。燃料タンク１０は、第１流路３０により、気体分離膜モジュール２０の後述する第１導入ポート２１に連通しており、さらに第１流路３０から分岐する第２流路８０と、第２流路８０が連通する燃料希薄蒸気排出流路６０とを介して、キャニスタ５０の後述する第２導入ポート５１に連通している。

［気体分離膜モジュール］
本実施形態にかかる気体分離膜モジュール２０は、燃料タンク１０内で発生する燃料蒸気を導入する第１導入ポート２１と、この第１導入ポート２１から導入された燃料蒸気を、燃料濃縮蒸気と燃料希薄蒸気とに分離する気体分離膜２２と、この気体分離膜２２の流入側に配設され燃料濃縮蒸気を排出する燃料濃縮蒸気排出ポート２３と、気体分離膜２２の透過側に配設され燃料希薄蒸気を排出する燃料希薄蒸気排出ポート２４と、を有する。

（第１導入ポート、燃料濃縮蒸気排出ポート、燃料希薄蒸気排出ポート）
気体分離膜モジュール２０には、気体分離膜２２の流入側の一方に、第１導入ポート２１が設けられ、気体分離膜２２の流入側の他方に、燃料濃縮蒸気排出ポート２３が設けられている。また、気体分離膜２２の透過側には燃料希薄蒸気排出ポート２４が設けられている。燃料濃縮蒸気排出ポート２３は第５流路４０を介して燃料タンク１０に連通しており、燃料希薄蒸気排出ポート２４は燃料希薄蒸気排出流路６０を介して、キャニスタ５０の後述する第２導入ポート５１に連通している。

（気体分離膜）
気体分離膜モジュール２０が備える気体分離膜２２としては、気体分子の大きさに応じて、膜を透過する透過速度が異なる多孔質膜を使用する。多孔質膜の材質は、ポリイミド、ポリスルホン、及びフッ素樹脂などの樹脂素材、並びにカーボン、及びゼオライトなどの無機素材などを挙げることができる。なお、気体分離膜２２は、窒素対ｎ−ブタンの透過速度比が４以上であることが好ましい。

［第１流路］
第１流路３０は燃料タンク１０と、気体分離膜モジュール２０の第１導入ポート２１とを連通する。第１流路３０からは、第２流路８０が分岐しており、この分岐点に流路切換手段８２を有する。

［第５流路］
第５流路４０は、気体分離膜モジュール２０の燃料濃縮蒸気排出ポート２３と、燃料タンク１０とを連通し、その燃料タンク１０側の末端は、燃料内に通じている。

［キャニスタ］
キャニスタ５０は、燃料希薄蒸気排出ポート２４から排出される燃料希薄蒸気を導入する第２導入ポート５１と、この第２導入ポート５１から導入された燃料希薄蒸気中の燃料蒸気を吸着する吸着部５２と、吸着部５２の作用により燃料蒸気が除去された蒸気を外気に排出する第２排出ポート５３と、吸着部５２に吸着された燃料蒸気量を検知する図示しない吸着量検知手段と、吸着部５２から脱離した燃料蒸気を排出して第１導入ポート２１介して気体分離膜モジュール２０に導入する第３排出ポート５５と、を有する。

（第２導入ポート、第２排出ポート、第３排出ポート）
キャニスタ５０には、第２導入ポート５１が備えられ、第２導入ポート５１の近傍に第２排出ポート５３が、第２導入ポート５１から離れた位置に、第３排出ポート５５が設けられている。第２排出ポート５３、第３排出ポート５５には、それぞれ第２制御弁５４、第３制御弁５６が設けられており、第２制御弁５４、第３制御弁５６の開弁、閉弁は、吸着量検知手段の検出値に応じて、制御装置７０により制御されている。第２排出ポート５３は、外気に通じる配管に接続しており、第３排出ポート５５は、配管を通じて、第１導入ポート２１に連通している。

（吸着部）
キャニスタ５０の吸着部５２には、燃料蒸気を吸着する性質を有する素材が充填される。このような素材としては、特に限定されるものではないが、例えば、活性炭を挙げることができる。活性炭は、燃料蒸気を高濃度で含む混合気体にさらされることにより、燃料蒸気を吸着し、燃料蒸気の濃度が一定以下である混合気体にさらされることにより、燃料蒸気を脱離する。活性炭のこの性質を利用することにより、キャニスタ５０に、燃料蒸気の吸着と脱離を繰り返して行わせることができる。

（吸着量検知手段）
キャニスタ５０は、図示しない吸着量検知手段を設けていてもよい。吸着量検知手段としては、特に限定されないが、例えば、第２排出ポート５３から排出される蒸気中に含まれる、燃料蒸気の残量を検出する手段を挙げることができる。そのような検出手段の例としては、炭化水素濃度計及びキャニスタの重量測定装置を挙げることができる。また、本実施形態においては、検出手段は第２排出ポート５３から排出される蒸気中に含有される燃料蒸気の含有量を測定して、キャニスタの燃料蒸気の吸着量を推定するものであってもよい。

［燃料希薄蒸気排出流路］
燃料希薄蒸気排出流路６０には、燃料希薄蒸気排出ポート２４と第２導入ポート５１とを連通し、気体分離膜２２の透過側を減圧するポンプ６１を有する。ポンプ６１は図示しないバッテリーに接続されている。ここで、燃料希薄蒸気排出流路６０で用いることができるポンプ６１としては、特に限定されないが、例えば、従来公知の真空ポンプを挙げることができる。

［第２流路］
第２流路８０は、第１流路３０から分岐して、燃料希薄蒸気排出流路６０の、ポンプ６１より燃料希薄蒸気排出ポート２４側に連通する。第２流路８０には、燃料希薄蒸気排出流路６０から第１流路３０への燃料蒸気の逆流を抑制する逆止弁８１が設けられている。これにより、ポンプ６１の停止時において、キャニスタ５０から第１流路３０、ひいては燃料タンク１０への燃料蒸気の逆流を抑制することができる。

［流路切換手段］
第１流路３０と第２流路８０との分岐点には、流路切換手段８２が設けられている。第１流路３０と、第２流路８０との間での流路の切り換えは、吸着量検出手段の検出値に応じて制御装置７０により制御される。

［制御装置］
制御装置７０は、圧力計Ｐの検出値、及び吸着量検出手段の検出値を入力とし、第２制御弁５４、及び第３制御弁５６の開閉、ポンプ６１の起動及び停止、並びに流路切換手段８２による流路の切り換えを出力とする。

［燃料蒸気処理システムの作用］
燃料蒸気処理システム１は以下のように作用する。

（第１制御手段による作用）
燃料タンク１０内において燃料Ａが蒸発することにより、燃料タンク１０の内圧が一定以上に上昇すると、燃料タンク１０内に備えられた圧力計Ｐがこれを検知し、制御装置７０によって、ポンプ６１が起動され、流路切換手段８２は流路を第１流路３０に切り換え、第２制御弁５４が開弁され、第３制御弁５６が閉弁される。ポンプ６１の起動により、気体分離膜モジュール２０の気体分離膜２２の透過側と流入側との間に圧力差が生じ、流入側に存在する気体が気体分離膜２２を透過する。この結果、気体分離膜２２の流入側が、燃料タンク１０内に比べて陰圧となり、燃料タンク１０内の燃料蒸気が、第１流路３０を介して、第１導入ポート２１から気体分離膜モジュール２０に流入する。気体分離膜モジュール２０に流入した燃料蒸気のうち、酸素及び窒素などの空気成分は、燃料蒸気成分よりも気体分離膜２２の透過速度が速いため、気体分離膜２２の流入側で燃料蒸気が濃縮されて、燃料濃縮蒸気となる。この燃料濃縮蒸気は、燃料濃縮蒸気排出ポート２３より排出されて、第５流路４０により燃料タンク１０の燃料Ａに溶解される。

一方、気体分離膜２２を透過した、燃料希薄蒸気は、燃料希薄蒸気排出流路６０を通って、第２導入ポート５１からキャニスタ５０に流入し、燃料希薄蒸気に含まれる燃料蒸気成分が、吸着部５２により吸着される。燃料蒸気が吸着された後の蒸気は、第２排出ポート５３から外気に排出される。

以上の動作が繰り返されることにより、燃料タンク１０に生じた燃料蒸気は、一部は濃縮されて燃料Ａに溶解され、一部はキャニスタ５０の吸着部５２に吸着される。これにより、燃料タンク１０の内圧が、一定以上に上昇することを防止することができる。

（第２制御手段による作用）
吸着量検知手段により検知された燃料蒸気の吸着量が、所定値を超えると、制御装置７０により流路切換手段８２が第１流路３０から第２流路８０へと流路を切り換え、同時に、第２制御弁５４が閉弁し、第３制御弁５６が開弁する。第５流路４０により燃料タンク１０内の燃料Ａに燃料濃縮蒸気が溶解された場合、燃料タンク１０には、燃料蒸気成分をわずかしか含有しない燃料蒸気が残留する。この燃料蒸気成分をわずかしか含有しない燃料蒸気は、ポンプ６１の駆動力により、燃料タンク１０から第２流路８０を介して、燃料希薄蒸気排出流路６０に流入し、燃料希薄蒸気と混合される。混合された後の燃料希薄蒸気は、第２導入ポート５１からキャニスタ５０内に流入すると、吸着部５２における燃料蒸気成分の脱離を促し、脱離された燃料蒸気とともに第３排出ポート５５から排出される。これが、第１導入ポート２１から気体分離膜モジュール２０に流入し、ポンプ６１の駆動力により燃料濃縮蒸気と、燃料希薄蒸気とに分離される。燃料濃縮蒸気は、第５流路４０により燃料タンク１０に送られ、燃料濃縮蒸気中の燃料成分が燃料Ａに溶解される。一方、燃料希薄蒸気は再度、キャニスタ５０に送られ、これが繰り返されることにより、吸着部５２からの燃料蒸気成分の脱離が促される。

吸着量検出手段により検出された燃料蒸気の吸着量が、所定値を下回ったとき、圧力計Ｐの検出値が所定値以上の場合は、再度、流路切換手段８２が流路を第２流路８０から第１流路３０に切り換え、第２制御弁５４が開弁し、第３制御弁５６が閉弁する。これにより、燃料蒸気の気体分離膜モジュール２０による分離、キャニスタ５０による吸着が繰り返される。

第２制御手段が作動しているときに、吸着量検出手段により検出された燃料蒸気の吸着量が所定値を下回り、且つ、圧力計Ｐの検出値が所定値を下回ったときは、ポンプ６１が停止し、燃料蒸気処理システム１が停止する。

［燃料蒸気処理システムの効果］
本実施形態の燃料蒸気処理システム１は、エンジンとは独立したポンプ６１を駆動力とするので、エンジンの停止中においても燃料蒸気を処理することができる。また、気体分離膜２２を用いているので、一段階の分離過程によっても、十分に燃料蒸気を分離することができる。

本実施形態の燃料蒸気処理システム１によれば、気体分離膜モジュール２０に流入される燃料蒸気が、主に、燃料タンク１０からの燃料蒸気成分をわずかしか含まない燃料蒸気と、気体分離膜２２を透過した燃料希薄蒸気と、吸着部５２から脱離した燃料蒸気の混合蒸気であるので、複雑な制御によらなくとも、適度な体積の燃料濃縮蒸気を得ることができる。さらに、本発明の燃料蒸気処理システム１においては、燃料蒸気を燃料Ａに溶解させるため、燃料蒸気の圧縮や液化などが必要でない。

＜第二の実施形態＞
以下、本発明に好適な第二の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第一の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

［燃料蒸気処理システムの構成］
［気体分離膜モジュール］
図２に本実施形態に係る燃料蒸気処理システム２の概略構成図を示す。本実施形態における燃料蒸気処理システム２の備える気体分離膜モジュール２０においては、直列に配設された第１気体分離膜２２ａと第２気体分離膜２２ｂと、燃料タンク１０内で発生する燃料蒸気を導入し、第１気体分離膜２２ａの流入側に配設される第１導入ポート２１と、この第１導入ポート２１から導入された燃料蒸気を、燃料濃縮蒸気と燃料希薄蒸気とに分離する、第２気体分離膜２２ｂの流入側に配設され燃料濃縮蒸気を排出する燃料濃縮蒸気排出ポート２３と、第１気体分離膜２２ａの透過側に配設され燃料希薄蒸気を排出する燃料希薄蒸気排出ポート２４と、第１気体分離膜２２ａの透過側と、第２気体分離膜２２ｂの透過側とを結ぶ第４流路２５と、を備える。第４流路２５には、第４制御弁２６が備えられており、吸着量検知手段の検出値に応じて、制御装置７０により開弁、閉弁される。

［燃料蒸気処理システムの作用］
燃料タンク１０からの燃料蒸気が、第１流路３０を介して、気体分離膜モジュール２０の第１導入ポート２１に流入する場合、第４制御弁２６は閉弁されているので、第１気体分離膜２２ａのみにおいて、その流入側と透過側とに圧力差が生じ、第１気体分離膜２２ａのみにおいて、燃料蒸気の濃縮が行われる。一方、燃料タンク１０からの燃料蒸気が、第２流路８０を介して、キャニスタ５０の吸着部５２における燃料蒸気成分の脱離を促進し、さらに気体分離膜モジュール２０の第１導入ポート２１に流入する場合、第４制御弁２６は開弁されているので、第１気体分離膜２２ａ及び第２気体分離膜２２ｂにおいて、その流入側と透過側とに圧力差が生じ、第１気体分離膜２２ａ及び第２気体分離膜２２ｂにおいて、燃料蒸気の濃縮が行われる。

［燃料蒸気処理システムの効果］
燃料タンク１０から発生した燃料蒸気をキャニスタ５０に吸着させる際に行う、燃料蒸気の分離の際には、気体分離膜の面積は小さくてよい。一方、キャニスタ５０から燃料蒸気成分を脱離させ、燃料タンク１０内の燃料Ａに溶解させる際に行う、燃料蒸気の分離の際には、燃料蒸気をより濃縮したほうが効率がよい。本発明によれば、このような気体分離膜の面積の制御を容易に行うことができる。

＜試験例１；ＤＢＬ試験＞
第１制御手段による燃料蒸気の発生量抑制効果を確認するため、ＤＢＬ試験と呼ばれる低温高温サイクルによる、車両停止時の燃料蒸気の発生量を測定する試験を行った。即ち、ＤＢＬ試験においては、燃料タンクを１８．２℃から４０．２℃に上昇させて、ＤＢＬ試験１日分の燃料蒸気を発生させ、これを気体分離膜モジュールに導入した。気体分離膜モジュールに用いる気体分離膜としては、「ＵＢＥ Ｎ_２セパレーター」（宇部興産社製）を用いた。「ポリイミド」の窒素透過率は６．６ＧＰＵ、気体透過選択性は、Ｏ_２／Ｎ_２比で５．７５、Ｎ_２／炭化水素比で１４であった。真空ポンプは「ＤＡＰ−１２Ｓ（１０Ｗ）」（アルバック機工社製）を用いた（ＤＡＰ−１２Ｓ（１０Ｗ））。

図４にキャニスタに吸着された燃料蒸気量と、気体分離膜の面積との関係を示す。図４より、膜面積が広くなればなるほど、燃料蒸気の透過量が増え、燃料蒸気の吸着量が増加することが分かる。

＜試験例２；燃料濃縮蒸気の燃料への溶解＞
様々なブタン濃度のブタン蒸気を燃料タンク内のブタン内にバブリングさせ、ブタンの溶解、又はブタン蒸気の発生の様子を調べた。図５に示すように、ブタン濃度が４０％以上のブタン蒸気をバブリングさせた場合においては、ブタン蒸気成分が燃料中に溶解することが分かった。一方、ブタン濃度が４０％未満のブタン蒸気をバブリングさせた場合には、逆に、ブタンが揮発してしまうことが分かった。なお、ブタン蒸気は、燃料蒸気の主成分である。図５より、効率的に燃料蒸気成分を溶解させるためには、燃料蒸気の濃度が９０％以上に濃縮されていることが好ましいことが分かる。

＜試験例３；流量制御試験＞
図６に示すように、ブタン・窒素混合ガス（１５％ブタン）を気体分離膜モジュールに通し、気体分離膜モジュールに導入する混合ガスの流量と、濃縮された混合ガス中のブタン濃度との関係を調べた。気体分離膜としては、「ポリイミド」（宇部興産社製）を用いた。「ポリイミド」の気体透過選択性は、Ｎ_２／炭化水素比で１０であった。図７に示すように、気体分離膜モジュールに導入する混合ガスの流量を制御することにより、濃縮された混合ガス中のブタン濃度を制御することができることがわかった。

本発明の燃料蒸気処理システムの概略を示した図面である。 本発明の燃料蒸気処理システムの概略を示した図面である。 本発明の燃料蒸気処理システムを示したフロー図である。 気体分離膜の膜面積と、燃料蒸気吸着量との関係を示したグラフである。 燃料蒸気中のブタン濃度と、燃料蒸気成分の溶解率との関係を示したグラフである。 試験例３に係る、試験装置の概略を示した図面である。 気体分離膜モジュールに導入する混合ガスの流量と、濃縮された混合ガス中のブタン濃度との関係を示したグラフである。

符号の説明

１ 燃料蒸気処理システム
１０ 燃料タンク
２０ 気体分離膜モジュール
２１ 第１導入ポート
２２ 気体分離膜
２２ａ 第１気体分離膜
２２ｂ 第２気体分離膜
２３ 燃料濃縮蒸気排出ポート
２４ 燃料希薄蒸気排出ポート
２５ 第４流路
２６ 第４制御弁
３０ 第１流路
４０ 第５流路
５０ キャニスタ
５１ 第２導入ポート
５２ 吸着部
５３ 第２排出ポート
５４ 第２制御弁
５５ 第３排出ポート
５６ 第３制御弁
６０ 燃料希薄蒸気排出流路
６１ ポンプ
７０ 制御装置
８０ 第２流路
８１ 逆止弁
８２ 流路切換手段
Ａ 燃料
Ｐ 圧力計

Claims (3)

1. 燃料から発生する燃料蒸気を処理する燃料蒸気処理システムであって、
   内圧を検知する圧力計が配設された燃料タンクと、
   この燃料タンク内で発生する燃料蒸気を導入する第１導入ポートと、この第１導入ポートから導入された燃料蒸気を、燃料濃縮蒸気と燃料希薄蒸気とに分離する気体分離膜と、この気体分離膜の流入側に配設され燃料濃縮蒸気を排出する燃料濃縮蒸気排出ポートと、前記気体分離膜の透過側に配設され燃料希薄蒸気を排出する燃料希薄蒸気排出ポートと、を有する気体分離膜モジュールと、
   前記燃料タンクと前記第１導入ポートとを連通する第１流路と、
   前記燃料濃縮蒸気排出ポートから排出された燃料濃縮蒸気を前記燃料タンクに導入して燃料中に溶解させる燃料蒸気溶解手段と、
   前記燃料希薄蒸気排出ポートから排出される燃料希薄蒸気を導入する第２導入ポートと、この第２導入ポートから導入された燃料希薄蒸気中の燃料蒸気を吸着する吸着部と、第２制御弁を有し且つ前記吸着部により燃料蒸気が除去された蒸気を外気に排出する第２排出ポートと、前記吸着部から燃料蒸気を脱離させるための脱離装置と、を有するキャニスタと、
   前記燃料希薄蒸気排出ポートと前記第２導入ポートとを連通し、且つ前記気体分離膜の透過側を減圧するポンプを有する燃料希薄蒸気排出流路と、
   前記圧力計により検知される前記燃料タンクの内圧が所定値を超えたときに、前記ポンプを稼動させて前記燃料蒸気処理システムを駆動させ、且つ第２制御弁を開弁させる第１制御手段と、前記脱離装置によりキャニスタに吸着された燃料蒸気を脱離させる第２制御手段と、を有する制御装置と、
   を備える燃料蒸気処理システム。
2. 前記第１流路から分岐され、前記ポンプより前記燃料希薄蒸気排出ポート側において前記燃料希薄蒸気排出流路に連通し、且つ逆止弁を有する第２流路と、分岐点に配設された流路切換手段と、をさらに備え、
   前記脱離装置は、前記吸着部に吸着された燃料蒸気量を検知する吸着量検知手段と、第３制御弁を有し且つ前記吸着部から脱離した燃料蒸気を排出して前記第１導入ポートを介して前記気体分離膜モジュールに導入する第３排出ポートと、を有し、
   前記第２制御手段は、前記吸着量検知手段により検知された吸着量が所定値を超えたときに、前記流路切換手段により前記第１流路から前記第２流路に流路を切り換えるとともに、前記第２制御弁を閉弁し且つ前記第３制御弁を開弁することにより、前記第２流路から導入される燃料蒸気で前記吸着部に吸着された燃料蒸気を脱離させて前記第３排出ポート及び前記第１導入ポートを介して前記気体分離膜モジュールに導入して濃縮した後、濃縮された燃料蒸気を前記燃料蒸気溶解手段により前記燃料タンク内の燃料中に溶解させる請求項１記載の燃料蒸気処理システム。
3. 前記気体分離膜モジュールは、直列に配設された２つの気体分離膜と、第４制御弁を有し且つ前記２つの気体分離膜それぞれの透過側を連通する第４流路と、を有し、
   前記制御装置は、前記流路切換手段が前記第１流路から前記第２流路に流路を切り換えたときに前記第４制御弁を開弁し、且つ、前記流路切換手段が前記第２流路から第１流路に流路を切り換えたときに前記第４制御弁を開弁することにより、気体分離膜の膜面積を変更する第３制御手段を有する請求項２記載の燃料蒸気処理システム。

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