JP2010090747A - ガソリン−アルコール分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に用いられるガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを小さな圧力で分離することができるガソリン−アルコール分離方法を提供する。
【解決手段】
内燃機関１に用いられるガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離するガソリン−アルコール分離方法は、該混合燃料に含まれるアルコールを加圧下でアルコール吸着材７に吸着させる工程と、アルコール吸着材７に吸着されたアルコールを減圧下でアルコール吸着材７から脱離させる工程とを備える。アルコール吸着材７はポリビニルアルコール又はゼオライトのいずれかからなる。アルコール吸着材７から脱離させる工程では、内燃機関１で生じる吸気負圧又はブレーキで生じる負圧のいずれかにより減圧を行う。アルコール吸着材７から脱離させる工程では、内燃機関１の排気ガス、冷却水、内燃機関用潤滑油又はトランスミッション用潤滑油のいずれかにより、アルコール吸着材７を加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に用いられるガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離するガソリン−アルコール分離方法に関する。

近年、内燃機関の燃料として、ガソリンとアルコールとを所定の割合で混合してなるガソリン−アルコール混合燃料を用いることが知られている。前記混合燃料によれば、前記アルコールとして、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の発酵、蒸留により得たエタノールを用いることにより、所謂カーボンニュートラル効果を得ることができると考えられている。前記カーボンニュートラル効果とは、前記エタノールとして植物性物質起源のものを用いるときには、原料となる植物自体が既に二酸化炭素を吸収しているので、係る植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しく、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるというものである。

従って、ガソリン−エタノール混合燃料を自動車燃料に用いることにより、二酸化炭素の排出量を削減し、地球の温暖化防止に寄与することができる。

そこで、前記ガソリン−エタノール混合燃料の利用方法として、該混合燃料に水を添加して、ガソリンとエタノール−水混合液とに分離し、得られたガソリンとエタノール−水混合液とをそれぞれ任意の割合で混合してエンジンに供給する内燃機関システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

エタノールは、ガソリンに比較して高いオクタン価を有している。そこで、前記分離したガソリンとエタノール−水混合液とを任意の割合で混合してエンジンに供給することにより、エンジンの要求負荷に応じたオクタン価を備える燃料を供給することができる。

一方、ガソリン−エタノール混合燃料からエタノールを分離する方法として、エタノールを選択的に透過させて分離する分離膜と該分離膜を支持する分離壁とにより区画される２室の一方に該混合燃料を加圧供給し、一方の室と他方の室との間に圧力差を生じさせることにより、該混合燃料に含まれるエタノールを分離膜を透過させて他方の室に貯留する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。前記方法によれば、前記混合燃料に水を添加する必要がないので、水の含有量の低いエタノールを得ることができる。

しかしながら、前記方法によれば、前記混合燃料に含まれるエタノールを分離膜を透過させるために十分な圧力差を設ける必要があるという不都合がある。
特開２００７−２５５３２９号公報 特開２００８−１０６６２３号公報

本発明は、前記不都合を解消して、内燃機関に用いられるガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを小さな圧力で分離することができるガソリン−アルコール分離方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関に用いられるガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離するガソリン−アルコール分離方法において、該混合燃料に含まれるアルコールを、加圧下でアルコール吸着材に吸着させる工程と、該アルコール吸着材に吸着されたアルコールを、減圧下で該アルコール吸着材から脱離させる工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、まず、前記混合燃料に含まれるアルコールを、加圧下で前記アルコール吸着材に吸着させる。このとき、前記加圧は大気圧よりも僅かでも上回る圧力であればよい。次に、前記アルコール吸着材に吸着されたアルコールを、減圧下で該アルコール吸着材から脱離させる。このとき、前記減圧は大気圧よりも僅かでも下回る圧力であればよい。

従って、本発明によれば、液体であるアルコールに対して圧力スイング吸着法に類似した効果を得ることができ、大気圧に対して小さな圧力で前記混合燃料からアルコールを分離することができる。

前記アルコール吸着材としては、例えばポリビニルアルコール、ゼオライトのいずれかからなるものを用いることができる。

本発明において、前記アルコールを前記アルコール吸着材に吸着させる工程では、例えば、燃料タンクに設けられた燃料ポンプにより、加圧を行うことができる。また、前記アルコールを前記アルコール吸着材から脱離させる工程では、例えば、前記内燃機関で生じる吸気負圧又はブレーキで生じる負圧のいずれかにより減圧を行うことができる。従って、本発明において、前記のように加圧又は減圧を行うときには、何らかの加圧手段及び減圧手段を特に設けることなく、前記混合燃料からアルコールを分離することができる。

さらに、前記アルコール吸着材から脱離させる工程は、該アルコール吸着材を加熱することにより、前記アルコールの脱離を促進することができる。前記アルコール吸着材の加熱には、例えば、前記内燃機関で生じる排気ガス、該内燃機関で生じる冷却水、該内燃機関に用いられる潤滑油、又はトランスミッションに用いられる潤滑油のいずれかを用いることができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態のガソリン−アルコール分離方法を実施するガソリン−エタノール分離装置の一構成例を示す説明図であり、図２は図１示のガソリン−エタノール分離装置の変形例を示す説明図である。

図１に示すガソリン−エタノール分離装置１は、本実施形態のガソリン−アルコール分離方法を実施する装置であり、ガソリン−エタノール混合燃料を収容する燃料タンク２と、該混合燃料からエタノールを分離するエタノール分離筒３とを備え、自動車の内燃機関（以下、エンジン）５１に用いられる。

燃料タンク２は、底部に燃料ポンプ４を備え、ガソリン−エタノール混合燃料を第１の接続管５を介してエタノール分離筒３に加圧供給できるようになっている。第１の接続管５は、第１の開閉弁６を介してエタノール分離筒３に接続されている。

エタノール分離筒３は、加圧下でエタノールを吸着し減圧下でエタノールを脱離するエタノール吸着材７を内部に収容しており、燃料ポンプ４により加圧供給されたガソリン−エタノール混合燃料を燃料タンク２に還流させる燃料還流管８と、内部を減圧する減圧手段９とを備える。

エタノール吸着材７は、例えばポリビニルアルコール又はゼオライトのいずれかからなる。

燃料還流管８は、エタノール分離筒３との接続部に第２の開閉弁１０を備え、他方の端部で燃料タンク２に接続されている。

減圧手段９は、エタノール分離筒３に第２の接続管１１により接続されたエタノール凝縮筒１２を介して、エタノール分離筒３の内部を減圧する。第２の接続管１１は、エタノール分離筒３との接続部に第３の開閉弁１３を備え、他方の端部でエタノール凝縮筒１２の上部に接続されている。

エタノール凝縮筒１２は、第２の接続管１１を介して供給された気体状のエタノールを、自然対流、ファン、又は走行風による空冷により液化し、液化されたエタノールを収容する。

さらに、エタノール分離筒３は、エタノール吸着材７を加熱する加熱手段１４を備える。

一方、エンジン５１は、シリンダ５２とピストン５３とを備え、シリンダヘッド５４には、燃料と空気との混合気を燃焼室５５に導入する吸気管５６と、燃焼室５５内の排気を排出する排気管５７と、燃焼室５５内の混合気に点火する点火プラグ５８とが設けられている。シリンダヘッド５４には、吸気管５６を開閉する吸気弁５９と、排気管５７を開閉する排気弁６０とが設けられている。

吸気管５６には、燃料を噴射する第１のインジェクタ６１と第２のインジェクタ６２とが設けられ、インジェクタ６１，６２の上流側には燃料に混合される空気の流量を制御するスロットル弁６３が設けられている。

第１のインジェクタ６１は、燃料タンク２の底部に設けられた燃料ポンプ４により混合燃料供給管１５を介して供給されるガソリン−エタノール混合燃料を、吸気管５６に噴射できるようになっている。また、第２のインジェクタ６２は、エタノール凝縮筒１２の底部に設けられた低圧ポンプ１６によりエタノール供給管１７を介して供給されるエタノールを、吸気管５６に噴射できるようになっている。

ガソリン−エタノール分離装置１のエタノール分離筒３の減圧手段９は、エタノール凝縮筒１２の上部と吸気管５６とを接続する第３の接続管１８を備え、吸気管５６に吸気負圧が生じたときにエタノール分離筒３内を減圧する。第３の接続管１８は、吸気管５６のインジェクタ６１，６２の上流側かつスロットル弁６３の下流側に開口している。第３の接続管１８は、気体状のエタノールを捕獲するトラップ１９を途中に備えるとともに、負圧が生じたときのみ開弁する逆止弁２０をトラップ１９の下流側に備える。

シリンダ５２は、水を流通させてシリンダ５２を冷却するシリンダ用ウォータージャケット６４を備えている。シリンダ用ウォータージャケット６４は、エタノール分離筒３の壁面に配設された分離筒用ウォータージャケット２１に、シリンダ５２を冷却して加熱された温水を供給して還流させる水循環経路２２を介して接続され、水循環経路２２の途中には第４の開閉弁２３が設けられている。

エタノール分離筒３の加熱手段１４は、分離筒用ウォータージャケット２１と水循環経路２２とで構成され、分離筒用ウォータージャケット２１を流通する温水により、エタノール吸着材７を加熱する。

次に、図１示のガソリン−エタノール分離装置１の作動を説明する。まず、第１、第２の開閉弁６，１０を開弁するとともに、第３、第４の開閉弁１３，２３を閉弁すると、燃料タンク２に収容されているガソリン−エタノール混合燃料が、燃料ポンプ４により加圧されて第１の接続管５を介してエタノール分離筒３に圧送される。

ガソリン−エタノール混合燃料の圧送が進むにつれて、エタノール分離筒３の内部が加圧状態になると、エタノール吸着材７が、ガソリン−エタノール混合燃料に含まれるエタノールを吸着する。また、エタノール分離筒３に圧送されたガソリン−エタノール混合燃料の一部が燃料還流管８を介して燃料タンク２に還流される。

エタノール吸着材７によるエタノール吸着が完了した後に、第１、第２の開閉弁６，１０を閉弁し、エタノール分離筒３へのガソリン−エタノール混合燃料の供給を停止する。

次に、第３の開閉弁１３を開弁する。これにより、エンジン５１の吸気管５６に生じた吸気負圧によりエタノール分離筒３内が減圧状態になると、エタノール吸着材７に吸着されたエタノールが脱離する。

このとき、第４の開閉弁２３を開弁することにより、シリンダ５２を冷却して７０〜９０℃の温度に加熱された温水が、水循環経路２２を介してシリンダ用ウォータージャケット６４から分離筒用ウォータージャケット２１へ供給される。分離筒用ウォータージャケット２１は、前記温水によりエタノール吸着材７を加熱し、この結果、エタノール吸着材７からのエタノールの脱離が促進される。そして、分離筒用ウォータージャケット２１内の温水は、水循環経路２２を介してシリンダ用ウォータージャケット６４へ還流する。

エタノール吸着材７から脱離した気体状のエタノールは、第２の接続管１１を介してエタノール凝縮筒１２に導入される。エタノール凝縮筒１２では、自然対流、ファン、又は走行風による空冷により、気体状のエタノールが液化され、液体状のエタノールが収容されることとなる。以上により、燃料タンク２に収容されたガソリン−エタノール混合燃料に含まれるエタノールの分離が完了する。

そして、燃料タンク２に収容されたガソリン−エタノール混合燃料を混合燃料供給管１５を介して第１のインジェクタ６１により吸気管５６に噴射するとともに、エタノール凝縮筒１２に収容されたエタノールをエタノール供給管１７を介して第２のインジェクタ６２により吸気管５６に噴射することができる。このとき、各インジェクタ６１，６２の噴射量を制御することによりエンジン５１の要求負荷に応じたオクタン価の燃料を吸気管５６に供給することができる。

本実施形態の方法では、エタノール分離筒３内が加圧状態にあるときに、エタノール吸着材７がガソリン−エタノール混合燃料に含まれるエタノールを吸着する。このとき、前記加圧は大気圧よりも僅かでも上回る圧力であればよい。また、エタノール分離筒３内が減圧状態であるときに、エタノール吸着材７に吸着されたエタノールがエタノール吸着材７から脱離する。このとき、前記減圧は大気圧よりも僅かでも下回る圧力であればよい。

従って、本実施形態の方法によれば、液体であるアルコールに対して圧力スイング吸着法に類似した効果を得ることができ、大気圧に対して小さな圧力で前記混合燃料からアルコールを分離することができる。

本実施形態の方法では、エンジン５１の吸気負圧によりエタノール分離筒３を減圧するようにしているが、代わりに、ブレーキで生じる負圧を用いることも可能である。ブレーキで生じる負圧を用いる方法は、第３の接続管１８の他端がブレーキ用真空ポンプ６５に接続している点を除いて図１示のガソリン−エタノール分離装置１と同一の構成を備える図２示のガソリン−エタノール分離装置１により行うことができる。

さらに、本実施形態の方法では、エンジン５１の冷却水によりエタノール吸着材７を加熱するようにしているが、代わりに、エンジン５１の排気ガス、エンジン５１に用いられる潤滑油、又はトランスミッションに用いられる潤滑油等を用いて加熱することも可能である。

本実施形態は、ガソリン−エタノール混合燃料からエタノールを分離する方法について説明したが、ガソリン−ブタノール混合燃料からブタノールを分離する方法や、ガソリン−メタノール混合燃料からメタノールを分離する方法についても適用可能である。

本実施形態のガソリン−アルコール分離方法を実施するガソリン−エタノール分離装置の一構成例を示す説明図。 図１示のガソリン−エタノール分離装置の変形例を示す説明図。

符号の説明

１…内燃機関、 ７…アルコール吸着材。

Claims (4)

1. 内燃機関に用いられるガソリン−アルコール混合燃料からアルコールを分離するガソリン−アルコール分離方法において、
   該混合燃料に含まれるアルコールを、加圧下でアルコール吸着材に吸着させる工程と、
   該アルコール吸着材に吸着されたアルコールを、減圧下で該アルコール吸着材から脱離させる工程とを備えることを特徴とするガソリン−アルコール分離方法。
2. 前記アルコール吸着材が、ポリビニルアルコール又はゼオライトのいずれかからなることを特徴とする請求項１記載のガソリン−アルコール分離方法。
3. 前記アルコール吸着材から脱離させる工程は、前記内燃機関で生じる吸気負圧又はブレーキで生じる負圧のいずれかにより減圧を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のガソリン−アルコール分離方法。
4. 前記アルコール吸着材から脱離させる工程において、前記内燃機関で生じる排気ガス、該内燃機関で生じる冷却水、該内燃機関に用いられる潤滑油、又はトランスミッションに用いられる潤滑油のいずれかにより、該アルコール吸着材を加熱することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガソリン−アルコール分離方法。

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