JP2009191676A

JP2009191676A - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP2009191676A
Application number: JP2008031599A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Makino; 勝彦牧野
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】分離手段によって分離された低濃度ガスを触媒に導入することで、触媒燃焼における問題が生じることなく蒸発燃料を燃焼させ、処理装置停止中でも蒸発燃料が大気中に放出されることを確実に防止できる蒸発燃料処理装置を提供する。
【解決手段】燃料タンク１から発生する蒸発燃料をエバポライン３を介して吸着可能なキャニスタ２と、キャニスタ２に吸着された蒸発燃料をパージライン５を介して脱離させるポンプ６と、ポンプ６によって供給された蒸発燃料を、高濃度ガスと低濃度ガスとに分離する分離手段４と、分離手段４によって分離された低濃度ガスが流動する低濃度ガス流動ライン９とを有する。低濃度ガス流動ライン９上に、低濃度ガス中の蒸発燃料を燃焼させる触媒コンバータ１０が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料タンクから発生した蒸発燃料を、分離膜で空気と分離させたうえで燃料タンクへ返送する蒸発燃処理装置に関する。

この種の蒸発燃料処理装置として特許文献１及び特許文献２がある。特許文献１は、燃料タンクから発生する蒸発燃料（ベーパ）をエバポラインを介して吸着可能なキャニスタと、キャニスタに吸着された蒸発燃料をパージラインを介して脱離（パージ）させるポンプと、ポンプによって供給された蒸発燃料を、蒸発燃料を高濃度で含有する高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含有する低濃度ガスとに分離する分離手段と、分離手段によって分離された低濃度ガスをキャニスタに還流させる循環ラインとを有し、キャニスタには大気と連通する大気ラインが連通されている。内燃機関の停止時には、燃料タンクから発生した蒸発燃料がキャニスタにおけるエバポラインとの連通部付近を中心に吸着され、余剰な空気はキャニスタを透して大気ラインから大気中へ放出される。そして、内燃機関を始動させるなどによってポンプが駆動されることで、大気ラインから空気を導入しながら、キャニスタのエバポラインとの連通部付近に吸着されていた蒸発燃料は、パージラインを介して分離手段へ圧送される。分離手段によって分離された高濃度ガスは返流ラインを介して燃料タンクへ返流される。分離手段によって分離された低濃度ガスは循環ラインを介してキャニスタに還流され、当該低濃度ガス中の蒸発燃料はキャニスタにおける大気ラインとの連通部付近を中心に吸着される。

特許文献２では、上記特許文献１のような基本的構成に加えて、蒸発燃料を２段階で分離できるよう２つの分離手段が循環ライン上に直列に配されており、後段の分離手段によって分離された低濃度ガスがキャニスタへ還流される。内燃機関停止時等に余剰な空気を大気中へ放出する大気ラインは、循環経路から分岐状に連通されており、キャニスタには直接連通されていない。さらに、当該循環ラインの系外に存在するように連通された大気ライン上には、余剰空気が大気ラインを介して大気中に放出される際に、当該空気流によって脱離されたキャニスタにおける大気ライン側に吸着された蒸発燃料を吸着するためのサブキャニスタが配されている。

さらに、吸気管負圧を利用したパージシステムである点で上記特許文献１や特許文献２の蒸発燃料処理装置とは根本的に異なるものであるが、キャニスタから脱離され吸気管へ供給されなかった蒸発燃料や内燃機関からの排気ガスを大気中に排出する排出ライン上に、触媒が設けられた蒸発燃料処理装置として特許文献３がある。吸気管負圧によってキャニスタから脱離され吸気管へ供給されなかった蒸発燃料は、触媒よって燃焼することで、蒸発燃料が大気中へそのまま放出されることが避けられている。

特開２００２−２５６９８５号公報特開２００４−３３２６９４号公報特開平５−１１８２５７号公報

蒸発燃料を吸着したキャニスタ（に内蔵された活性炭）は、当該キャニスタを空気が透過することで蒸発燃料が脱離されて再生される。これは、キャニスタにおける大気ライン側でも同様である。ここで、特許文献１では、上述のように分離膜にて処理し切れなかった低濃度の蒸発燃料はキャニスタの大気ライン側から再流入し、大気ライン付近の活性炭に再吸着する。そのため、処理装置停止時に燃料タンクから余剰空気がキャニスタ及び大気ラインを介して大気中へ放出される際に、当該余剰空気によって大気ライン付近に再吸着した蒸発燃料が脱離されて大気中に放出される可能性がある。これでは、燃料タンクからの蒸発燃料を吸着して大気汚染を防止するために配されたキャニスタの本来的な存在意義が損なわれる。

これに対し特許文献２では、大気ライン上にサブキャニスタを配していることで、上記特許文献１のような問題は生じ難い。しかし、特許文献２のサブキャニスタは、循環ラインとは異なる系に配されている。これでは、パージラインや循環ライン系内のガスが不足して負圧となったときにしかサブキャニスタ中に空気が導入されないので、サブキャニスタが確実に再生され難い。

また、特許文献３では、蒸発燃料を燃焼させる触媒を設けているものの、当該触媒にはキャニスタから脱離された蒸発燃料が直接導入されるので、過高温による触媒の溶損が懸念される。また、蒸発燃料濃度が高いことから、燃焼する際に煤が発生し易い。したがって、蒸発燃料を触媒によって燃焼させるとき、蒸発燃料の濃度はできるだけ低い（例えば１％以下）方が好ましいとされる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、分離手段によって分離された低濃度ガスを触媒に導入することで、触媒燃焼における問題が生じることなく蒸発燃料を燃焼させ、処理装置停止中でも蒸発燃料が大気中に放出されることを確実に防止できる蒸発燃料処理装置を提供する。

本発明の蒸発燃料処理装置は、燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着可能なキャニスタと、前記燃料タンクとキャニスタとに連通されるエバポラインと、蒸発燃料を高濃度で含有する高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含有する低濃度ガスとに分離する分離手段と、前記キャニスタと分離手段とを連通させるパージラインと、前記キャニスタから脱離させた蒸発燃料を前記分離手段へ供給するポンプと、前記キャニスタと大気とを直接又は間接的に連通させる大気ラインと、前記分離手段によって分離された高濃度ガスを前記燃料タンクへ返流する返流ラインと、前記分離手段によって分離された低濃度ガスが流動する低濃度ガス流動ラインとを有する。そのうえで、前記低濃度ガス流動ライン上に、前記低濃度ガス中の蒸発燃料を燃焼させる触媒が設けられていることを特徴とする。

前記低濃度ガス流動ラインは、前記キャニスタの大気ライン側と直接又は間接的に連通された循環ラインとしたり、直接大気と連通した第２の大気ラインとすることができる。

前記触媒は、単に蒸発燃料を燃焼させる一般的な触媒でも構わないが、炭化水素を吸着可能な炭化水素吸着型触媒とすることができる。この場合、前記大気ラインを炭化水素吸着型触媒に連通させて、前記大気ラインとキャニスタとを前記炭化水素吸着型触媒を介して間接的に連通させることが好ましい。

または、前記触媒とキャニスタとの間にサブキャニスタを配したうえで前記大気ラインをサブキャニスタに連通し、前記大気ラインとキャニスタとを前記サブキャニスタを介して間接的に連通させることもできる。

前記循環ライン上に設けられた三方切替弁を介して、前記サブキャニスタ又は炭化水素吸着型触媒とキャニスタとの間に連通されるバイパスラインを設けることが好ましい。この場合、前記三方切替弁を切り替えることによって、前記低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が高水準にあるときは前記バイパスラインを介して前記低濃度ガスを前記キャニスタへ直接導入し、前記低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が低水準にあるときは前記循環ラインを介して前記低濃度ガスを前記触媒に導入する。三方切替弁の切り替えタイミングは、処理装置始動後の所定時間としたり、濃度センサにより検知された低濃度ガス中の蒸発燃料濃度としたりできる。

前記触媒には、該触媒の温度を制御する温度制御手段を設けることができる。

前記分離手段を複数個直列配置することもできる。

本発明によれば、蒸発燃料を燃焼させる触媒を、分離手段によって分離された低濃度ガスが流動する低濃度ガス流動ライン上に設けているので、触媒には蒸発燃料を多量に含むガスが供給されることはなく、触媒による燃焼に際して煤が発生し難い。また、触媒が過高温になることはなく、当該触媒の溶損の危険性も避けられる。

低濃度ガス流動ラインを、キャニスタの大気ライン側と直接又は間接的に連通された循環ラインとしても、キャニスタ内の大気ライン側には触媒によって蒸発燃料が燃焼した後のガスが導入されるので、キャニスタ内の大気ライン側に蒸発燃料がまともに吸着されることは殆どない。したがって、処理装置の停止中に燃料タンクからの余剰な空気がキャニスタを介して大気中に放出される場合でも、従来技術のようにキャニスタ内の大気ライン側に吸着された蒸発燃料が大気中へ放出されることを避けられる。

また、低濃度ガス流動ラインを直接大気と連通した第２の大気ラインとしても、分離膜によって分離された低濃度ガス中の蒸発燃料は触媒によって燃焼したうえで大気中へ放出されるので、大気汚染を避けられる。

触媒による燃焼は、当該触媒が一定温度以上に達した時点で発現する。したがって、処理装置が駆動された直後は、触媒は燃焼が生じる有効温度に達していない場合がある。そこで、触媒を炭化水素吸着型触媒としていれば、触媒が比較的低温で燃焼が生じない場合は蒸発燃料を触媒自体に一旦吸着保持しておき、その後触媒が有効温度に達した時点で吸着保持しておいた蒸発燃料を事後的に燃焼させることができる。これにより、触媒の温度に関係なく、蒸発燃料を確実に燃焼させることができる。炭化水素吸着型触媒に大気ラインを連通させておけば、余剰空気が大気ラインから放出される際に、キャニスタから脱離された蒸発燃料を補足的に吸着するサブキャニスタとしての機能を兼ね備えることもできる。また、大気ラインとキャニスタとを炭化水素吸着型触媒を介して間接的に連通させていれば、サブキャニスタとしても機能し得る炭化水素吸着型触媒が循環ラインとキャニスタとの間で直列の位置関係にあり、炭化水素吸着型触媒に吸着されている蒸発燃料を確実に脱離させることができる。

触媒が炭化水素吸着型触媒でない場合であっても、触媒とキャニスタとの間にサブキャニスタを配し、当該サブキャニスタに大気ラインを連通させて、大気ラインとキャニスタとをサブキャニスタを介して間接的に連通させておけば、サブキャニスタによって上記と同様の作用効果を奏することができる。

低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が高水準にあるときに、バイパスラインを介して低濃度ガスをキャニスタへ直接導入し、低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が低水準にあるときに、循環ラインを介して低濃度ガスを触媒に導入するよう三方切替弁を切り替えれば、触媒による燃焼漏れを防ぎ、サブキャニスタ等の大気ライン側へ蒸発燃料が直接導入されることが防がれる。

触媒に、該触媒の温度を制御する温度制御手段を設けておけば、処理装置駆動直後の低温状態から短時間で触媒を昇温させて燃焼開始までの時間を短縮できる。また、触媒が過高温となって溶損することも避けられる。

分離手段を複数個直列配置しておけば、蒸発燃料を段階的に濃縮分離できるので、分離膜による分離効率を高めながら、確実に低濃度化されたガスを触媒へ導入することができる。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明するが、これに限られず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（実施例１）
図１に、本発明の実施例１を示す。本実施例１の蒸発燃料処理装置は自動車などの車両に搭載され、図１に示すごとく、揮発性燃料であるガソリンを貯留する燃料タンク１と、燃料タンク１から発生する蒸発燃料（ベーパ）を吸着可能なキャニスタ２と、燃料タンク１とキャニスタ２とに連通されるエバポライン３と、蒸発燃料を高濃度で含有する高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含有する低濃度ガスとに分離する分離膜４と、キャニスタ２と分離膜４とを連通させるパージライン５と、パージライン５上に配され、キャニスタ２に吸着された蒸発燃料を脱離（パージ）させると共に、当該キャニスタ２から脱離させた蒸発燃料を分離膜４へ供給するポンプ６と、キャニスタ２と大気とを連通させる大気ライン７と、分離膜４によって分離された高濃度ガスを燃料タンク１へ返流する返流ライン８と、分離膜４によって分離された低濃度ガスが流動し、その先端が大気へ連通する第２の大気ライン９と、第２の大気ライン９上に設けられた触媒コンバータ１０と、分離膜４と触媒コンバータ１０との間に設けられ、処理装置の系内を一定圧力に保つプレッシャーレギュレータ１１とを有する。なお、分離膜４が本発明の分離手段に相当し、第２の大気ライン９が本発明の低濃度ガス流動ラインに相当する。

燃料タンク１内には、燃料ポンプ１５が内設されており、当該燃料ポンプ１５によって燃料タンク１内に貯留されたガソリンが燃料供給ライン１６を介して内燃機関たるエンジン（図示せず）へ圧送される。キャニスタ２内には活性炭などの多孔質体（図示せず）が内蔵されており、燃料タンク１から発生した蒸発燃料は、キャニスタ２内の活性炭に選択的に吸着保持される。一方、蒸発燃料より分子径の小さい空気は、活性炭に吸着されずにそのまま透過して行く。これを前提として、本発明の説明において蒸発燃料がキャニスタ２に吸着されるというときは、実際にはキャニスタ２内の活性炭に吸着されていることを意味する。エバポライン３は、燃料タンク１からパージライン５の上流域に連通されており、ポンプ６は、エバポライン３とパージライン５との連通部より下流に設けられている。

分離膜４は蒸発燃料成分及び空気成分に対する溶解係数及び拡散係数が大きく異なる素材からなり、容器１７を低濃度ガス室１８と高濃度ガス室１９とに区切るように配されている。本実施例１では、蒸発燃料中の蒸発燃料成分が優先的に透過し、空気成分は透過し難い炭化水素分離膜を用いている。詳しくは、蒸発燃料成分を優先的に選択透過させる非多孔質型の平膜を呈する薄膜層と、該薄膜層を支持する多孔質支持膜層とを有する。ポリエステル等の不織布が積層された３層構造からなることもある。薄膜層が分離膜４の主体的機能を果たし、一般的には高い選択性及び透過性を有する、架橋されて３次元不溶化されたシリコーンゴムが用いられる。薄膜層の膜厚は、０．５〜３μｍ程度とされている。一方、多孔質支持膜層には高い耐溶剤性が要求され、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、又はポリビニリデンフルオロライド（ＰＶＤＥ）などの合成樹脂やセラミックが使用さる。

そして、図１０に示されるように、蒸発燃料成分である炭化水素５０は、分離膜４に対する溶解係数及び拡散係数が高いことから、容易に分離膜４に溶解・拡散・脱溶解することで、透過速度が速い。これに対し、窒素や酸素等の空気成分５１は、分離膜４に対する溶解係数及び拡散係数が蒸発燃料成分より有意に低く、分離膜４を透過し難い。これによって、蒸発燃料中の蒸発燃料成分が分離膜４によって優先的に分離されて高濃度ガスとなり、空気成分は分離膜４で分離されずに低濃度ガスとなる。したがって、容器１７内の上流側が低濃度ガス室１８となっており、分離膜４を介した下流側が高濃度ガス室１９となっている。なお、分離膜４における分離効率は、供給される蒸発燃料ガス中の蒸発燃料濃度、分離膜４に作用する圧力（低濃度ガス室１８と高濃度ガス室１９との差圧の大きさ）、温度などによって変動し、必ずしも１００％ではない。したがって、図１０に示されるように、高濃度ガス中にも僅かな空気成分が存在することがあるし、特に低濃度ガス中には分離し切れなかった蒸発燃料成分が多少なりとも混在している。一般的に、低温、高濃度、高圧であるほど分離効率は高い。

パージライン５及び第２の大気ライン９が低濃度ガス室１８に、返流ライン８が高濃度ガス室１９に連通されている。プレッシャーレギュレータ１１は、ポンプ６からプレッシャーレギュレータ１１までの系内を、例えば１００〜２００ｋＰａ程度の所定圧力に保持されるように設定されている。

触媒コンバータ１０内には、多数の細孔を有する担体に、触媒成分である貴金属やアルミナなどがコーティングされた触媒が入っている。担体には、例えばコージエライトなどが用いられ、ハニカム状や網目状などを呈する。なお、本実施例１における担体の細孔系は、蒸発燃料成分を透過し得る大きさであれば特に限定されない。触媒成分である貴金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）などが挙げられる。また、コート層には、触媒成分のシンタリングを抑制する安定化のための副成分として、ＯＳＣ（Oxygen Storage Component）機能を持ったセリア（ＣｅＯ₂）等が適宜添加される。蒸発燃料が触媒と接触することで、触媒の表面において酸化反応が低温で促進され、これにより蒸発燃料が燃焼する。この触媒燃焼によれば、従来の火炎を伴う燃焼（火炎燃焼）よりもはるかに低温で燃焼反応を維持できるため、燃焼時の高温に起因するＮＯ_Xはほとんど生成されない。

エンジン停止時には、燃料タンク１から発生した蒸発燃料が、エバポライン３を介してキャニスタ２内に吸着される。このとき、蒸発燃料は、主としてエバポライン３側（燃料タンク１側）を中心に吸着されていく。そして、外部環境等によって燃料タンク１が高温となって蒸発燃料が多量に発生たり、ガソリンを燃料タンク１へ供給したりすることで処理装置内の圧力が高くなると、余剰な空気がキャニスタ２を透過し、大気ライン７を介して大気中に放出される。このとき、本実施例１では大気ライン７側から蒸発燃料がキャニスタ２内へ導入されることはなく、キャニスタ２内の大気ライン７側には殆ど蒸発燃料が吸着されていないので、当該部分から蒸発燃料が脱離されて大気中へ放出されることはない。また、第２の大気ライン９上にプレッシャーレギュレータ１１が設けられていることで、燃料タンク１からの蒸発燃料が分離膜４側へ流入することもない。

そして、エンジンを始動する（ハイブリット車においては電源を入れる）ことで処理装置のポンプ６が駆動される。ポンプ６が駆動するとキャニスタ２内は吸引される。すると、大気ライン７から空気（大気）が導入されることでキャニスタ２内に吸着された蒸発燃料が脱離（パージ）される。キャニスタ２からパージされた蒸発燃料は、ポンプ６によってパージライン５を介して分離膜４の上流側の低濃度ガス室１８へ圧送される。低濃度ガス室１８内は、プレッシャーレギュレータ１１によって高圧状態に保たれていることで、低濃度ガス室１８と高濃度ガス室１９とは、分離膜４を挟んで有意な差圧が生じている。これにより、分離膜４によって蒸発燃料中から蒸発燃料が優先的に選択分離され、高濃度ガス室１９内に蒸発燃料濃度が高濃度化された高濃度ガスが透過精製され、返流ライン８を介して燃料タンク１内へ返流される。

一方、低濃度ガス室１８内には、分離膜４で分離されなかった空気と、分離膜４で分離されずに残った若干の蒸発燃料とが混在する低濃度ガスが残る。この低濃度ガスは、さらにポンプ６によって第２の大気ライン９を介して触媒コンバータ１０へ供給される。低濃度ガスが触媒コンバータ１０へ供給されることで、低濃度ガス中の残存蒸発燃料が燃焼され、第２の大気ライン９からは空気と燃焼ガスとが排出され、大気が汚染されることが避けられる。

（実施例２）
図２に、本発明の実施例２を示す。本実施例２は実施例１の変形例であって、触媒コンバータ１０を通る低濃度ガス流動ライン（第２の大気ライン７）が、低濃度ガス室１８からキャニスタ２の大気ライン７側に連通する循環ライン２２とされている点に特徴を有する。キャニスタ２、分離膜４、触媒コンバータ１０等の構成は、先の実施例１と同様である。以下には実施例２の特徴点を中心に説明する。

エンジン停止時すなわち処理装置停止時の余剰空気は、実施例１と同様にキャニスタ２を透して大気ライン７から放出されるが、このとき、プレッシャーレギュレータ１１によってキャニスタ２の大気ライン７側から触媒コンバータ１０までの間も所定圧力に設定されていることで、余剰空気が循環ライン２２へ逆流することはない。

そして、処理装置のポンプ６が駆動されると、実施例１と同様にキャニスタ２内に吸着された蒸発燃料が分離膜４によって高濃度ガスとして分離されて、返流ライン８を介して燃料タンク１へ返流される。一方、低濃度ガス室１８内に生じた低濃度ガスは、ポンプ６によって循環ライン２２へ圧送される。循環ライン２２へ圧送された低濃度ガスは、触媒コンバータ１０によって燃焼されたうえで、キャニスタ２の大気ライン７側へ循環供給され、キャニスタ２に吸着された蒸発燃料をパージさせるためのガスとして有効利用される。また、キャニスタ２内における大気ライン７側へ蒸発燃料が吸着することは殆ど無いことから、処理装置停止時に当該部分から蒸発燃料が脱離されて大気中に放出されることが防がれる。キャニスタ２とポンプ６との間のパージライン５は負圧となっているので、循環ライン２２を介してキャニスタ２に循環供給されたガスは、大気ライン７よりもパージライン５側へ優先的に供給される。その他は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例３）
図３に、本発明の実施例３を示す。実施例３は実施例２の変形例であって、実施例２の触媒コンバータ１０に代えて、サブキャニスタとしても機能し得る炭化水素吸着型触媒を内蔵する吸着型触媒コンバータ３０を用いてキャニスタ２の上流側へ直列状に配し、当該吸着型触媒コンバータ３０に大気ライン７を連通している点に特徴を有する。したがって、キャニスタ２と大気ライン７とは、吸着型触媒コンバータ３０を介して間接的に連通していることになる。以下には、実施例３の特徴点を中心に説明する。

炭化水素吸着型触媒は、触媒作用による燃焼（酸化）反応を促進できると共に、燃焼反応が生じない状態では蒸発燃料を構成する炭化水素を吸着できる構成となっている。つまり、蒸発燃料吸着材と触媒との双方の機能を有する複合型触媒である。具体的には、炭化水素を吸着可能な細孔系を有する多孔質体を単体として用い、当該担体に触媒成分をコーティングすることで成る。触媒成分がコーティングされた後の触媒の細孔系は、キャニスタ２に内蔵されている活性炭とほぼ同等となっている。担体としては、代表的にはゼオライトを使用することができ、触媒成分は、上記実施例１や２における触媒と同様の素材を使用すればよい。

処理装置停止時は、燃料タンク１からの蒸発燃料がエバポライン３を介してキャニスタ２内に吸着されていくが、僅かにキャニスタ２を透過してしまう蒸発燃料があっても、これの上流側（装置停止時の流れでみれば下流側）にある吸着型触媒コンバータ３０によってキャニスタ２を透過した蒸発燃料を補佐的に吸着できる。これにより、蒸発燃料が大気中へ放出されることがより確実に防がれる。余剰空気は、吸着型触媒コンバータ３０に連通された大気ライン７から放出される。処理装置を駆動したときの基本的作用は実施例２と同様であるが、処理装置を駆動した直後は触媒の温度が燃焼反応（酸化反応）が生じる有効温度となっていないことがある。しかし、本実施例３では吸着型触媒を用いているので、処理装置駆動直後に触媒の温度が低い間は、循環ライン２２を介して還流導入された蒸発燃料を吸着型触媒コンバータ３０内に吸着保持しておくことができる。そして、燃焼反応が生じる温度にまで触媒が昇温したところで、吸着型触媒コンバータ３０内に吸着されていた蒸発燃料が燃焼される。これにより、キャニスタ２及び吸着型触媒コンバータ３０における大気ライン７側に、蒸発燃料が吸着されていくことを避けることができる。その他は実施例２と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例４）
図４に、本発明の実施例４を示す。実施例４における特徴点は、キャニスタ２の上流に大気ライン７の連通されたサブキャニスタ３５を設け、循環ライン２２に三方切替弁２３を介してキャニスタ２とサブキャニスタ３５との間に連通するバイパスライン２４を設けた点にある。なお、触媒コンバータ１０は、実施例２と同様に循環ライン２２上に設けられている。サブキャニスタ３５の内部には、キャニスタ２と同様に空気は透過するが蒸発燃料は吸着される活性炭が内蔵されている。サブキャニスタ３５はキャニスタ２の上流側へ直列状に配されており、循環ライン２２はサブキャニスタ３５の大気ライン７側へ連通されている。キャニスタ２と大気ライン７とは、サブキャニスタ３５を介して間接的に連通している。三方切替弁２３は、図外の制御装置により駆動制御される電磁弁となっており、循環ライン２２上の触媒コンバータ１０の下流、詳しくはプレッシャーレギュレータ１１と触媒コンバータ１０との間に設けられている。三方切替弁２３を介して連通されるバイパスライン２４の他端は、パージライン５上のキャニスタ２の上流、詳しくはキャニスタ２とサブキャニスタ３５との間に連通されている。

処理装置の停止時における蒸発燃料及び空気の流れは、サブキャニスタとしての機能を兼ね備えた吸着型触媒コンバータ３０を設けた実施例３と同様である。本実施例４における特徴は処理装置駆動時にある。処理装置を駆動したとき、キャニスタ２内に吸着されていた蒸発燃料が、ポンプ６によって大気ライン７から吸引導入された空気（大気）によって脱離されることになる。このとき、図１１に示されるように、処理装置の駆動後一定時間はキャニスタ２内に吸着されていた蒸発燃料が一気に脱離されるので、パージされたガス中の蒸発燃料濃度は上昇する。しかし、ある程度蒸発燃料が脱離されると、キャニスタ２内に残存する蒸発燃料量が減少することから、一定時間経過後を境にパージされたガス中の蒸発燃料濃度は時間経過と共に徐々に減少していく。したがって、処理装置の駆動直後は、分離膜４で分離された低濃度ガス中の蒸発燃料濃度も比較的高くなっていることがある。この状態において低濃度ガスを触媒コンバータ１０に導入すると、煤が発生するなどの問題が生じる。また、上述のように処理装置の駆動直後は触媒が燃焼有効温度に達していない場合もあり、このような場合に低濃度ガスを触媒コンバータ１０に導入しても、蒸発燃料が燃焼されずにサブキャニスタ３５へ還流されることになる。蒸発燃料が燃焼されずにサブキャニスタ３５の大気ライン７側へ導入されると、処理装置の停止時に当該部分から脱離された蒸発燃料が大気中へ放出されるおそれがある。

そこで、本実施例４では、三方切替弁２３を処理装置が駆動されてからの時間経過に基づいて連通方向が切り替えられるように制御されている。すなわち、低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が比較的高い水準にあり、同時に場合によっては触媒の温度が燃焼反応が生じる温度よりも低い状態にあるような処理装置の駆動後所定時間は、バイパスライン２４が連通状態とされる。これにより、循環ライン２２を介して還流されてきた低濃度ガスは、バイパスライン２４を介してキャニスタ２へ直接導入され、触媒コンバータ１０側には非連通状態となっている。これにより、触媒コンバータ１０の下流にあるサブキャニスタ３５にもガスが導入されることはない。一方、低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が比較的低い水準にあり、かつ好ましくは触媒の温度が燃焼反応が生じ得る温度よりも高くなっているような、処理装置を駆動してから後所定時経過後は、バイパスライン２４が非連通状態となると共に、触媒コンバータ１０側への循環ライン２２が連通状態となるように三方切替弁２３が切り替えられる。これにより、循環ライン２２を介して還流されてきた低濃度ガスは、実施例２や実施例３と同様に触媒コンバータ１０で蒸発燃料が燃焼されたうえでサブキャニスタ３５へ還流される。三方切替弁２３の切り替えタイミングは、制御装置に予め設定されている。

処理装置駆動後一定期間のバイパスライン２４連通状態では、低濃度ガス中の蒸発燃料がキャニスタ２内の大気ライン７側に吸着されていく。したがって、処理装置停止時に余剰空気が大気ライン７から大気中へ放出される際、キャニスタ２内の大気ライン７側に吸着されていた蒸発燃料が脱離される。しかし、本実施例４では、キャニスタ２の上流（処理装置停止時のガスの流れでは下流）にサブキャニスタ３５を設けていることで、キャニスタ２内の大気ライン７側から脱離された蒸発燃料がサブキャニスタ３５で吸着され、蒸発燃料が大気中に放出されることが防がれる。その他は実施例２や実施例３と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例５）
図５に、本発明の実施例５を示す。実施例５は実施例４の変形例であって、処理装置が駆動されてからの時間経過に基づいて切り替え制御される三方切替弁２３を介して、パージライン５に連通されたバイパスライン２４を有する処理装置において、実施例４における触媒コンバータ１０を廃し、サブキャニスタ３５に代えて実施例３と同じ吸着型触媒を内蔵する吸着型触媒コンバータ３０を設けている。実施例３での説明のように、吸着型触媒コンバータ３０は、触媒機能と蒸発燃料吸着機能とを兼ね備えている。したがって、処理装置の停止時及び駆動時における吸着型触媒コンバータ３０の機能・作用は実施例４と同様である。その他も実施例４と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例６）
図６に、本発明の実施例６を示す。実施例６は実施例４の別の変形例である。実施例４では、三方切替弁２３の切り替えタイミングを、処理装置が駆動されてからの経過時間を基準としていたが、本実施例６では、三方切替弁２３の切り替えタイミングを、低濃度ガス中の濃度を基準としている点に特徴を有する。具体的には、循環ライン２２上に濃度センサ２６が設けられており、当該濃度センサ２６による低濃度ガス中の蒸発燃料濃度の検知結果に基づいて、三方切替弁２３が切り替えられる。濃度センサ２６による検知データは、図外の制御装置に送信され、当該検知データが予め制御装置に設定されていた所定値以上か所定値未満かで、三方切替弁２３の連通方向が制御装置によって切り替えられる。濃度センサ２６による低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が所定値以上のときは、バイパスライン２４が連通状態となると共に、触媒コンバータ１０側は非連通状態となる。一方、濃度センサ２６による低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が所定値未満のときは、バイパスライン２４が非連通状態となると共に、触媒コンバータ１０及びサブキャニスタ３５を含む一連の循環ライン２２が連通状態となる。その他は実施例４と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例７）
図７に、本発明の実施例７を示す。実施例７は実施例６の変形例であって、触媒コンバータ１０に、当該触媒コンバータ１０内の触媒温度を制御するヒータ２８が隣接若しくは内蔵されている。上述のように、処理装置駆動直後は、触媒の温度が低い場合がある。これでは、処理装置を駆動させてから蒸発燃料が燃焼され始めるまでのタイムラグが大きくなることも懸念される。そこで、本実施例７では、触媒コンバータ１０内の触媒を燃焼反応が生じ得る温度にまで早期に昇温させるために、ヒータ２８が設けられている。これにより、蒸発燃料の処理開始時間を短縮化できる。ヒータ２８は、ピエゾ素子などの加熱素子デバイスにより構成されている。処理装置の駆動と共にヒータ２８が通電され、触媒が加熱されていく。その後、触媒の温度が燃焼反応が生じえる温度にまで達したところで、ヒータ２８は停止される。これにより、過熱によって触媒が溶損することはない。ヒータ２８も図外の制御装置によって稼動制御されている。ヒータ２８の稼動・停止タイミングは、処理装置が駆動されてからの時間経過としたり、触媒コンバータ１０内に温度センサを設けて触媒の温度を直接検知することで制御することもできる。なお、ヒータ２８が、本発明の温度制御手段に相当する。その他は実施例６と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例８）
図８に、本発明の実施例８を示す。実施例８は、実施例６の別の変形例である。すなわち、実施例６において分離手段としての分離膜が複数個直列に配されている。具体的には、第１の分離膜４の下流に、第２の分離膜３４が設けられている。第２の分離膜３４は、第１の分離膜４と同じものが使用され、蒸発燃料成分に対する溶解係数及び拡散係数が高いが、空気成分に対する溶解係数及び拡散係数が低いことで、第２の分離膜３４に供給されたガス中から、蒸発燃料成分が優先的に選択分離される。第２の分離膜３４も、容器３７を低濃度ガス室３８と高濃度ガス室３９とに区画するように配されている。第１の容器１７の低濃度ガス室１８と第２の容器３７の低濃度ガス室３８とが連通され、第２の容器３７の低濃度ガス室３８の下流側に循環ライン２２が連通されている。第２の容器３７の高濃度ガス室３９には、パージライン５のキャニスタ２とポンプ６との間に連通する濃縮ガスライン２９が連通されている。

処理装置を駆動させると、実施例６と同様にキャニスタ２からパージされた蒸発燃料が第１の分離膜４に供給され、高濃度ガスと低濃度ガスとに分離される。上述のように、第１の分離膜４によって分離された低濃度ガス中には、少なからず分離され切れなかった蒸発燃料が残存している。この蒸発燃料が残存する低濃度ガスが、次いで第２の分離膜３４によってさらに分離されることで、循環ライン２２へはより蒸発燃料の濃度が下げられた精製低濃度ガスが循環していくことになる。これにより、バイパスライン２４が連通された状態で、循環ライン２２からキャニスタ２へガスが直接供給されるモードでも、キャニスタ２内の大気ライン７側に吸着される蒸発燃料量を低減できる。また、触媒コンバータ１０側へ還流されるモードでも、触媒によって極少ない蒸発燃料を確実に燃焼させることができる。

一方、第２の容器３４の高濃度ガス室３９には、第１の分離膜４からの低濃度ガスが第２の分離膜３４によって分離濃縮された濃縮ガスが精製される。この第２の分離膜３４からの濃縮ガスは、濃縮ガスライン２９を介して再度第１の分離膜４へ供給され、当該第１の分離膜４を介して再度蒸発燃料が返流ライン８を介して燃料タンク１へ返流される。このように、蒸発燃料がパージライン５、ポンプ６、第１の分離膜４、第２の分離膜３４、濃縮ガスライン２９をこれの順で循環することで、確実に蒸発燃料を燃料タンク１へ返流できるようになっている。また、低濃度ガスを濃縮したうえで再度第１の分離膜４へ供給しているので、第１の分離膜４における分離効率が高い状態を維持できる。なお、濃縮ガスライン２９を循環する濃縮ガスは、ポンプ６によって吸引されることで、エバポライン３へ逆流することはない。その他は実施例６と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例９）
図９に、本発明の実施例９を示す。実施例９は実施例１の別の変形例である。実施例１（ないし実施例８）では、分離膜４として炭化水素分離膜を使用していたが、本実施例９では、分離手段として、空気分離膜４４を使用している点に特徴を有する。当該空気分離膜４４は、図１２に示されるように、分子篩作用を有するゼオライト等の多孔質膜からなる。分子径の大きい炭化水素からなる蒸発燃料成分５０は多孔質膜を透過し難く、分子径が小さい空気成分５１は多孔質膜の細孔を容易に透過できることで、空気と蒸発燃料とがぶんりされる。したがって、本実施例９における容器４７の内部は、空気分離膜４４を挟んで下流側が低濃度ガス室４８となり、上流側が高濃度ガス室４９となる。そして、低濃度ガス室４８に第２の大気ライン９が連通されており、高濃度ガス室４９に返流ライン８が連通されている。これによれば、高濃度ガス中には若干の空気成分が残存し得るが、空気分離膜４４を透過した低濃度ガス中には、上記実施例１〜８における低濃度ガスと比べて蒸発燃料の混在量が極めて少ない。これにより、低濃度ガスが第２の大気ライン９を介して大気中へ排出されるとしても、触媒コンバータ１０において蒸発燃料がより確実に燃焼されたうえで排出されるので、大気汚染の問題は殆ど無い。その他は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（その他の変形例）
以上、本発明の代表的な各実施例について説明したが、その他にも種々の変形が可能である。例えば、実施例１や実施例９に、サブキャニスタや吸着型触媒コンバータを用いてもよい。実施例３にサブキャニスタを用いることもできるし、実施例６〜８に吸着型触媒コンバータを用いることもできる。実施例６〜８において、濃度センサは、分離膜４（第２の分離膜３４）の直下流に設けることが好ましい。また、実施例８のような複数の段階的な分離手段を実施例１〜７及び実施例９に適用することもできるし、実施例９のような空気分離膜を実施例１〜８に適用することもできる。各種ラインの配管形状は、各構成部材との相対的な連通状態が確保されている限り、特に限定されない。実施例７において、ヒータと共に、ペルテェ素子などから構成されるクーラなどの冷却手段を設けることもできる。

ポンプ６は、キャニスタ２に吸着された蒸発燃料を脱離（パージ）させると共に、キャニスタ２から脱離させた蒸発燃料を分離膜４へ供給することが可能であれば、分離手段の下流かつプレッシャーレギュレータ１１の上流や、キャニスタ２の大気側に配置してもよい。

実施例１の構成図である。実施例２の構成図である。実施例３の構成図である。実施例４の構成図である。実施例５の構成図である。実施例６の構成図である。実施例７の構成図である。実施例８の構成図である。実施例９の構成図である。炭化水素分離膜の構成図である。時間経過に伴う蒸発燃料濃度の変化を示すグラフである。空気分離膜の構成図である。

符号の説明

１燃料タンク
２キャニスタ
３エバポライン
４（第１の）分離膜
５パージライン
６ポンプ
７大気ライン
８返流ライン
９第２の大気ライン
１０触媒コンバータ
１１プレッシャーレギュレータ
１５燃料ポンプ
１６燃料供給ライン
１８低濃度ガス室
１９高濃度ガス室
２２循環ライン
２３三方切替弁
２４バイパスライン
２６濃度センサ
２８ヒータ
２９濃縮ガスライン
３０吸着型触媒コンバータ
３４第２の分離膜
３５サブキャニスタ
３８低濃度ガス室
３９高濃度ガス室
４４空気分離膜
４８低濃度ガス室
４９高濃度ガス室
５０蒸発燃料成分
５１空気成分

Claims

燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着可能なキャニスタと、前記燃料タンクとキャニスタとに連通されるエバポラインと、蒸発燃料を高濃度で含有する高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含有する低濃度ガスとに分離する分離手段と、前記キャニスタと分離手段とを連通させるパージラインと、前記キャニスタから脱離させた蒸発燃料を前記分離手段へ供給するポンプと、前記キャニスタと大気とを直接又は間接的に連通させる大気ラインと、前記分離手段によって分離された高濃度ガスを前記燃料タンクへ返流する返流ラインと、前記分離手段によって分離された低濃度ガスが流動する低濃度ガス流動ラインとを有する蒸発燃料処理装置であって、
前記低濃度ガス流動ライン上に、前記低濃度ガス中の蒸発燃料を燃焼させる触媒が設けられていることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
前記低濃度ガス流動ラインが、前記キャニスタの大気ライン側と直接又は間接的に連通された循環ラインとされている、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
前記低濃度ガス流動ラインが、直接大気と連通した第２の大気ラインとなっている、請求項１に記載の燃料処理装置。
前記触媒が、炭化水素を吸着可能な炭化水素吸着型触媒であり、
前記大気ラインが炭化水素吸着型触媒に連通されて、前記大気ラインとキャニスタとが前記炭化水素吸着型触媒を介して間接的に連通されている、請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
前記触媒とキャニスタとの間にサブキャニスタが直列状に配されており、
前記大気ラインがサブキャニスタに連通されて、前記大気ラインとキャニスタとが前記サブキャニスタを介して間接的に連通されている、請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
前記循環ライン上に設けられた三方切替弁を介して、前記サブキャニスタ又は炭化水素吸着型触媒とキャニスタとの間に連通されるバイパスラインを有し、
前記三方切替弁を切り替えることによって、前記低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が高水準にあるときは前記バイパスラインを介して前記低濃度ガスを前記キャニスタへ直接導入し、前記低濃度ガス中の蒸発燃料濃度が低水準にあるときは前記循環ラインを介して前記低濃度ガスを前記触媒に導入するよう選択切り替え可能な、請求項４または請求項５に記載の蒸発燃料処理装置。
前記触媒には、該触媒の温度を制御する温度制御手段が設けられている、請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
前記分離手段が複数個直列配置されている、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。