JP2013217298A

JP2013217298A - 金属イオン除去器

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Publication number: JP2013217298A
Application number: JP2012088902A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sunami; 一男角南; Akio Tanaka; 章雄田中
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-10
Also published as: JP5833490B2

Abstract

【課題】金属イオン除去器１において、キレート樹脂のような粒子状の金属イオン除去材によることなく金属イオンの除去効率を高める。
【解決手段】金属イオン除去器１は、水層１４に酸性ガスとしてのＣＯ_２および燃料を分散供給することにより、燃料に含まれる金属イオンを水層１４に抽出する。これにより、金属イオン除去材として、ＣＯ_２を水に溶解させて得られる酸性水溶液を用いることで、燃料に対する金属イオン除去材の分散性を粒子状の金属イオン除去材よりも高めることができる。このため、粒子状の金属イオン除去材によることなく金属イオンの除去効率を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料から金属イオンを除去する金属イオン除去器に関するものであり、特に、車両に搭載されて燃料タンクから内燃機関に燃料を導く燃料流路に設けられる金属イオン除去器に係わる。

従来から、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置では、燃料タンクや送油管等から亜鉛、鉛等の金属成分が金属イオンとして燃料中に溶出する。このため、これら金属イオンが、インジェクタの摺動部等に不溶塩として析出し、作動不良を引き起こす虞がある。

そこで、燃料供給装置では、燃料タンクからインジェクタに至る燃料流路に、金属イオン除去器を配置する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。そして、特許文献１の金属イオン除去器によれば、例えば、キレート樹脂の充填層を形成するとともに、この充填層に燃料を通すことで金属イオンをキレート樹脂に吸着させて除去している。
しかし、キレート樹脂は粒子状であるため、主に、粒子の表面に金属イオンを吸着するものであり、金属イオンの除去効率を高めるには限界がある。

特開２００６−１０５０９２号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料供給装置を構成する金属イオン除去器において、キレート樹脂のような粒子状の金属イオン除去材によることなく金属イオンの除去効率を高めることにある。

本発明の金属イオン除去器は、燃料タンクから汲み上げた燃料を内燃機関に導く燃料流路に設けられるものであって水層を有し、水層に酸性ガスおよび燃料を分散供給することにより、燃料に含まれる金属イオンを水層に抽出する。
これにより、金属イオン除去材として、酸性ガスを水に溶解させて得られる酸性水溶液を用いることで、燃料に対する金属イオン除去材の分散性を粒子状の金属イオン除去材よりも高めることができる。このため、燃料供給装置を構成する金属イオン除去器において、粒子状の金属イオン除去材によることなく金属イオンの除去効率を高めることができる。

燃料供給装置の全体構成図である（実施例１）。金属イオン除去器の構成図である（実施例１）。燃料供給装置の全体構成図である（実施例２）。金属イオン除去器の構成図である（実施例３）。

実施形態の金属イオン除去器を実施例に基づき説明する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の金属イオン除去器１の構成を、図１および図２に基づいて説明する。
金属イオン除去器１は、燃料に含まれる金属イオンを除去するものであり、例えば、図１に示すように、内燃機関２に燃料を供給する燃料供給装置３を構成し、車両（図示せず。）のエンジンルームに搭載されている。

ここで、燃料供給装置３は、例えば、燃料タンク４から燃料を汲み上げる電動式のフィードポンプ５と、内燃機関２により回転駆動され、フィードポンプ５により汲み上げられた燃料を吸入するとともに高圧化して吐出するサプライポンプ６と、サプライポンプ６から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール７と、内燃機関２の気筒毎に搭載され、コモンレール７から燃料の分配を受けて気筒内に燃料を噴射するインジェクタ８とを備え、燃料タンク４からフィードポンプ５、サプライポンプ６およびコモンレール７を経てインジェクタ８に至る燃料流路９を形成している。

また、燃料供給装置３は、例えば、フィードポンプ５による燃料の汲み上げ量、サプライポンプ６による燃料の吸入量、およびインジェクタ８による噴射開始時期や噴射期間等を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）１０を備える。そして、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ等を有する周知のマイコンと、各種の駆動回路とを含んで構成され、各種センサから得られる情報に応じてフィードポンプ５による燃料の汲み上げ量、サプライポンプ６による燃料の吸入量、およびインジェクタ８による噴射開始時期や噴射期間等を制御する。

さらに、燃料供給装置３によれば、フィードポンプ５とサプライポンプ６との間の燃料流路９に、燃料フィルタ１１および金属イオン除去器１が組み入れられている。ここで、燃料フィルタ１１は、例えば、撥水処理が施された濾紙をエレメントとして内蔵し、燃料に含まれる異物および水分を除去するものであって水分除去器として機能する。
そして、金属イオン除去器１は、燃料フィルタ１１とサプライポンプ６との間の燃料流路９に設けられ、異物除去後かつ水分除去後の燃料から金属イオンを除去する。以下、金属イオン除去器１について詳述する。

まず、金属イオン除去器１は、図２に示すように、燃料フィルタ１１により異物および水分を除去された燃料、および、酸性ガスの分散供給を受ける水層１４を有し、燃料に含まれる金属イオンを水層１４に抽出して除去する。ここで、水層１４に供給される酸性ガスは二酸化炭素（ＣＯ_２）であり、金属イオンは、ＣＯ_２を水層１４に分散供給することで得られる酸性水溶液に抽出される。また、水層１４の鉛直方向上側に、水と燃料との密度差により燃料層１５が形成され、水層１４と燃料層１５との間に界面１６が生じる。

そして、金属イオン除去器１は、水層１４および燃料層１５からなる液層１７を形成する容器１８と、水層１４に吐出口１９が配置される燃料のインレット配管２０と、燃料層１５に吸入口２１が配置される燃料のアウトレット配管２２と、水層１４に吹出口（図示せず。）が配置されるＣＯ_２の供給配管２３と、鉛直方向に関し液層１７の最上部に配置されて気体と液体とを分離する気液分離膜２４とを備える。なお、ＣＯ_２は、例えば、エンジンルームに搭載されたＣＯ_２タンク２５から供給配管２３に供給される。

ここで、液層１７が形成される容器１８の内部空間は、鉛直方向上側が傾斜面２６により仕切られており、傾斜面２６の最上部に気液分離膜２４が設けられている。また、吐出口１９は、界面１６から大きく下側に離れた高さで水層１４に開口しており、吸入口２１は、界面１６から大きく上側に離れた高さにおいて、傾斜面２６の最下部よりも下側で燃料層１５に開口している。また、アウトレット配管２２は、下流側ほど燃料が下側に向かうように傾斜して容器１８に接続している。さらに、供給配管２３は、水層１４において吐出口１９よりも下側に配置され、吹出口は、供給配管２３において複数ヶ所に分かれて設けられている。

以上により、燃料はインレット配管２０から水層１４に流入し、水層１４において、ＣＯ_２の分散供給により生じる酸性水溶液と燃料との液液抽出により燃料から水層１４に金属イオンが抽出される。そして、金属イオン抽出済みの燃料が界面１６を越えて燃料層１５に移動し、燃料層１５の燃料がアウトレット配管２２から流出する。
なお、ＣＯ_２の水層１４への供給は、例えば、フィードポンプ５の運転開始および停止に応じて断続するように設定され、ＥＣＵ１０により制御される。

〔実施例１の効果〕
実施例１の金属イオン除去器１は、燃料流路９に設けられるものであって水層１４を有し、水層１４に酸性ガスとしてのＣＯ_２および燃料を分散供給することにより、燃料に含まれる金属イオンを水層１４に抽出する。
これにより、金属イオン除去材として、ＣＯ_２を水に溶解させて得られる酸性水溶液を用いることで、燃料に対する金属イオン除去材の分散性を粒子状の金属イオン除去材よりも高めることができる。このため、粒子状の金属イオン除去材によることなく金属イオンの除去効率を高めることができる。

また、水層１４に分散供給される酸性ガスはＣＯ_２である。
これにより、例えば、硝酸、塩酸や硫酸のような強酸を用いなくても燃料から金属イオンを水層１４に抽出することができる。なお、ＣＯ_２は、例えば、二酸化窒素や塩化水素等に比べて水に対する溶解度が低く、かつ、水に溶解してもさほど強い酸性を示さない。しかし、燃料に含まれる金属イオンは数ｐｐｍのような極微量であるから、ＣＯ_２のように水に対する溶解度が低く、かつ、水に溶解してもさほど強い酸性を示さない酸性ガスでも、充分に燃料から金属イオンを抽出することができる。

また、フィードポンプ５は、金属イオン除去器１の上流側に設けられている。
これにより、金属イオン除去器１は、フィードポンプ５の吐出側に配置される。このため、フィードポンプ５の吸引側に金属イオン除去器１を配置した場合に懸念される酸性ガスの無用な吸引による過剰消費を阻止することができる。

また、金属イオン除去器１の上流側の燃料流路９には、燃料から水分を除去する水分除去器としての燃料フィルタ１１が設けられている。
これにより、燃料を金属イオン除去器１に供給する前に、予め、燃料から水分を除去しておくことができる。このため、金属イオン除去器１において水層１４が増大するのを抑制することができる。

また、鉛直方向に関して液層１７の最上部には気液分離膜２４が配置されている。
これにより、金属イオン抽出後の燃料に残っている気体状のＣＯ_２を、ＣＯ_２のガス圧と容器１８外の圧力との圧力差により、燃料から分離して容器１８外に排出することができる。

〔実施例２〕
実施例２の金属イオン除去器１によれば、図３に示すように、水層１４に分散供給される酸性ガスは、内燃機関２の排気ガスを触媒２９により処理した後の排気ガスである。
これにより、ＣＯ_２タンク２５のようなＣＯ_２の供給源をエンジンルームに搭載しなくても、水層１４にＣＯ_２を分散供給して酸性水溶液を得ることができる。さらに、触媒２９を通過した後の排気ガスを利用することで、黒煙等の粒子状物質を含まないガスを金属イオン除去器１に供給することができる。

〔実施例３〕
実施例３の金属イオン除去器１は、図４に示すように、液層１７に配置されて燃料の通過を許容するとともに酸性水溶液の通過を禁止する分離層３１を備える。ここで、分離層３１は、例えば、疎水性を有するポリエステル繊維を素材とする不織布である。
これにより、燃料が酸性水溶液を含んだ状態で、金属イオン除去器１の下流側に流出するのを抑制することができる。

また、金属イオン除去器１は、容器１８とは別の燃料層（以下、第２の燃料層と呼ぶ。）３３を形成する第２の容器３４と、鉛直方向に関し第２の燃料層３３の最上部に配置されて気体と液体とを分離する第２の気液分離膜３５とを備える。ここで、第２の容器３４は、燃料の流れる方向に関してアウトレット配管２２の下流側に設けられている。そして、アウトレット配管２２の下端が、直接、第２の容器３４に接続しており、アウトレット配管２２の吐出口３６が、第２の燃料層３３に開口している。

また、吐出口３６は、第２の気液分離膜３５の下端と略同一の高さで第２の燃料層３３に開口している。なお、第２の容器３４から燃料を抜き出すための第２のアウトレット配管３７は、吸引口３８が第２の燃料層３３の最下部に開口するように設けられている。
これにより、第２の容器３４に流入した燃料に残っている気体状のＣＯ_２を燃料から分離することができるので、より一層、燃料から気体状のＣＯ_２を除くことができる。

〔変形例〕
金属イオン除去器１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の金属イオン除去器１を備える燃料供給装置３は、燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール７を備え、コモンレール７を介して気筒内に燃料を直接噴射するものであったが、コモンレール７を介さず燃料を噴射するようにしてもよく、気筒内ではなく吸気管内に燃料を噴射するようにしてもよい。

また、実施例の金属イオン除去器１によれば、水層１４に分散供給される酸性ガスは、ＣＯ_２であったが、塩化水素、硝酸ガスや亜硫酸ガス等他の酸性ガスを水層１４に供給してもよい。

１金属イオン除去器２内燃機関４燃料タンク９燃料流路１４水層

Claims

燃料タンク（４）から汲み上げた燃料を内燃機関（２）に導く燃料流路（９）に設けられるものであって水層（１４）を有し、この水層（１４）に酸性ガスおよび燃料を分散供給することにより、燃料に含まれる金属イオンを前記水層（１４）に抽出する金属イオン除去器（１）。
請求項１に記載の金属イオン除去器（１）において、
前記金属イオンは、前記酸性ガスの一種である二酸化炭素を前記水層（１４）に分散供給することで得られる酸性水溶液に抽出されることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項１または請求項２に記載の金属イオン除去器（１）において、
前記酸性ガスは、前記内燃機関（２）の排気ガスを触媒（２９）により処理した後の排気ガスであることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の金属イオン除去器（１）において、
前記燃料タンク（４）から燃料を汲み上げるフィードポンプ（５）よりも、燃料の流れ方向に関して下流側に設けられることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の金属イオン除去器（１）において、
燃料から水分を除去する水分除去器（１１）よりも、燃料の流れ方向に関して下流側に設けられることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載の金属イオン除去器（１）において、
前記水層（１４）および燃料層（１５）を有する液層（１７）を形成する容器（１８）と、
前記水層（１４）に吐出口（１９）が配置される燃料のインレット配管（２０）と、
前記燃料層（１５）に吸入口（２１）が配置される燃料のアウトレット配管（２２）と、
前記水層（１４）に吹出口が配置される前記酸性ガスの供給配管（２３）とを備えることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項６に記載の金属イオン除去器（１）において、
鉛直方向に関し前記液層（１７）の最上部に配置されて気体と液体とを分離する気液分離膜（２４）を備えることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項６または請求項７に記載の金属イオン除去器（１）において、
前記液層（１７）に配置されて燃料の通過を許容するとともに水の通過を禁止する分離層（３１）を備えることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項８に記載の金属イオン除去器（１）において、
前記分離層（３１）は、疎水性を有する不織布であることを特徴とする金属イオン除去器（１）。
請求項６ないし請求項９の内のいずれか１つに記載の金属イオン除去器（１）において、
燃料の流れる方向に関して前記アウトレット配管（２２）の下流側に設けられ、前記容器（１８）とは別の燃料層（３３）を形成する第２の容器（３４）と、
鉛直方向に関し前記別の燃料層（３３）の最上部に配置されて気体と液体とを分離する第２の気液分離膜（３５）とを備えることを特徴とする金属イオン除去器（１）。