JP3659482B2 - 燃料蒸気処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料蒸気処理装置に係り、更に詳細には、内燃機関の燃料タンクなどから発生する燃料蒸気を分離濃縮し、液化回収する燃料蒸気処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両などの燃料タンクから発生する燃料蒸気の大気中への発散防止を目的として、図１に示すような燃料蒸気処理装置が実用化されている。
この燃料蒸気処理装置では、例えば燃料タンク１の内部の燃料の温度上昇に伴い発生した燃料蒸気（エボパガス）を経路１１と燃料蒸気流入ポート２１を介して、キャニスタ２の活性炭に一時的に吸着させて貯え、その貯蔵量がキャニスタ２の吸着容量を超えないように、エンジンの吸入管４の吸入負圧を利用して、負圧コントロールバルブ３を介した経路１２により吸気管４に導入させている。
キャニスタ２からの燃料蒸気の脱離を更に詳細に説明すると、キャニスタ２内の活性炭に吸着・貯蔵されている燃料蒸気は、キャニスタ２の底部に接続されている気体導入ポート（ａ）２３からキャニスタ２内部に導入される空気によりパージされ、かつ負圧コントロールバルブ３で吸気管４への導入量が制御され、エンジンの燃焼室で燃焼される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料蒸気処理装置においては、経路１２から吸気管４への燃料排気ガスの導入量は制御されているが、正確に計量されていない燃料蒸気と空気の混合気を制御することになるので、この混合気が吸気管４の上流側で正確に計量された燃料噴射弁からの燃料成分に付加されると、設定された空燃比による燃焼が困難となり、エンジンの運転特性の低下や排気ガスの成分に悪影響を与える等の課題が発生する。
また、昨今の環境問題や省資源化に対応すべく燃料消費の低減が要求される中で、従来の希薄混合比燃料（混合比２０前後）から、燃焼室への燃料の直接噴射による超希薄混合比燃焼（混合比４０〜５０程度）を行おうとすると、上述のような課題が更に顕著に生じる。
【０００４】
そのような課題を解決するために、図１におけるキャニスタ２の排出ポート２２から流入する燃料蒸気を分離膜により空気リッチ成分と燃料成分とに分離し、空気リッチ成分排出ポートと燃料蒸気リッチ成分排出ポートからそれぞれの成分を分離して排出する膜分離モジュールと、該膜分離手段に設置された気体成分排出ポートから燃料蒸気が導入されて膜分離・濃縮された燃料成分を液化回収する凝縮手段と、該凝縮手段により液化された燃料を上記燃料タンクへと戻す戻り経路と、を備えることを特徴とする燃料蒸気回収装置（特開平１０−２７４１０６号公報、特開平１１−９３７８４号公報）が開示されている。
【０００５】
しかしながら、ここで引用した従来の燃料蒸気回収装置では、液化回収用の凝縮手段として半導体素子（ペルチェ素子）を用いたものが開示されているが、半導体素子を用いたものは高価であるほか、電気エネルギーの消費量増加によるバッテリの負担増を招くことになり、好ましくない。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の燃料蒸気の凝縮手段を搭載することなく、ローコストで効率よく燃料蒸気を液化回収できる燃料蒸気処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、キャニスタ内の吸着材から燃料蒸気をパージさせるときに発生する吸熱を利用することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の燃料蒸気処理装置は、燃料タンクと、該燃料タンク及び／又は燃料系ラインから発生する燃料蒸気の排出を抑制するキャニスタと、該キャニスタからのパージガスを燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに膜分離する膜分離モジュールと、該膜分離モジュールにより分離濃縮された燃料蒸気リッチ成分を冷却して液化するコンデンサと、を備え、
上記コンデンサは、上記キャニスタに内蔵され、上記キャニスタから上記燃料蒸気がパージされるときに発生する吸熱エネルギーを利用して冷却され、
上記燃料蒸気及び／又は上記燃料蒸気リッチ成分を上記コンデンサにより液化回収する燃料蒸気処理装置であって、
上記膜分離モジュールから上記燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポートと上記コンデンサの下部口とが連結し、かつ上記コンデンサの上部口が上記キャニスタと連結し、この連結部が上記キャニスタへの燃料蒸気流入ポートとして機能し、
上記燃料リッチ成分の排出ポートと上記コンデンサ下部口との間に、排出される燃料蒸気リッチ成分をエンジン側又は上記コンデンサ側に流通させる切換手段を配置して成ることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の燃料蒸気処理装置の好適形態は、上記コンデンサの上部口と上記膜分離モジュールから上記燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポートとが連結し、かつ上記コンデンサの下部口と上記燃料タンクとが連結しており、上記コンデンサで液化された燃料が、上記コンデンサ下部口を介して上記燃料タンクに回収されることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサは、燃料蒸気処理装置に用いられるコンデンサであって、
上記キャニスタに内蔵され、上部口と下部口を有し、該下部口が上記燃料タンクと連結していることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料蒸気処理装置について詳細に説明する。
本発明の燃料蒸気処理装置は、燃料タンクと、該燃料タンク及び／又は燃料系ラインから発生する燃料蒸気の排出を抑制するキャニスタと、該キャニスタからのパージガスを燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに膜分離する膜分離モジュールと、該膜分離モジュールにより分離濃縮された燃料蒸気リッチ成分を冷却して液化回収するコンデンサとを備える。
【００１２】
本発明の燃料蒸気処理装置においては、燃料タンク及び／又は燃料系ラインから発生した燃料蒸気は、いったん上記キャニスタに導入されてキャニスタ内の吸着材に吸着される。
次に、吸着された燃料蒸気の脱離は、上記キャニスタの気体導入ポートから空気を導入して行われる。
そして、パージにより脱着された燃料蒸気は、上記キャニスタから排出されて上記膜分離モジュールに流入され、ここで燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに分離され、燃料蒸気リッチ成分は分離濃縮されることになる。
上記濃縮された燃料蒸気リッチ成分は、コンデンサに通され、ここで冷却されて液化し、コンデンサの下部口と上記燃料タンクとの連結管を通って燃料タンクに回収される。
このとき、上記連結管が燃料タンクの燃料液面下まで延在していると、液化されなかった残りの燃料蒸気も上記燃料タンク内の燃料中に排出され、該液体燃料に吸収させることができる。
【００１３】
上記燃料蒸気は、上述のように、上記膜分離モジュールにより空気リッチ成分と燃料成分リッチ成分とに分離されるが、更に濃縮されることにより、液化回収率を向上させることができる。
この濃縮された燃料蒸気リッチ成分は、キャニスタに内蔵されたコンデンサに送り込まれ、ここで冷却・液化されて燃料タンクに回収され、空気リッチ成分は、エンジンの吸気管に送り込まれて排除される。
【００１４】
また、上記キャニスタは、自動車などに取り付けられているものであって、このキャニスタに、主に給油時・駐車時に燃料タンクや燃料系ラインから発生した燃料蒸気が吸着され、燃料蒸気の大気への排出を抑制することができる。
上述のように、このキャニスタにはコンデンサが内蔵されており、該コンデンサの冷却には、上記キャニスタ内に燃料蒸気をパージさせる時に発生する吸熱エネルギーが利用されている。
【００１５】
上記コンデンサにおいて、上記キャニスタ内でパージが開始されると、燃料蒸気の脱離吸熱により、吸着材の温度が低下する。吸着材の温度が低下するとコンデンサに冷熱が伝わり、コンデンサの温度も低下し、該コンデンサに流入した燃料蒸気を冷却して液化することできる。このとき、燃料蒸気は上記膜分離モジュールにより分離濃縮されて燃料蒸気リッチとなっているので、液化しやすくなっている。
【００１６】
また、従来から、破過による燃料蒸気の大気放出を防止するため、通常走行時にはキャニスタパージと呼ばれる燃料蒸気の脱離処理が行われているが、脱離した燃料蒸気をそのままエンジンの吸気管に送り込み、燃焼処理していた。
しかし、本発明の燃料蒸気処理装置では、キャニスタから脱離した燃料蒸気は膜分離モジュールを通過した後にエンジンに送り込まれる構成となっており、燃焼室に燃料蒸気リッチ成分を送り込まずに処理でき、リーンバーンや成層燃料の乱れを防止できるとともに、燃料蒸気の液化回収効率を向上させることができる。
【００１７】
また、上記膜分離モジュールとしては、空気選択透過型分離膜又は燃料蒸気選択透過型分離膜のいずれでもよく、特に限定されることはないが、空気と上記燃料蒸気の分離係数が少なくとも４以上であることが好ましく、更には、９以上の分離係数を持った膜分離モジュールを用いることが好ましい。
４以下の分離係数では、燃料蒸気濃縮の作用が少なく、液化回収の効率が上がらないことがある。
【００１８】
更に、上記空気選択透過型分離膜の場合は、膜分離するための駆動力としてエンジンの負圧を用いることができ、新たに真空ポンプを車載する必要がなくなるというメリットがある。
また、空気リッチ成分は空気選択透過型分離膜を透過するが、燃料上記リッチ成分は透過しないので、燃焼室に燃料蒸気リッチ成分が入ることがなく、リーンバーンや成層燃焼に影響を与えないというメリットも挙げられる。
【００１９】
本発明の燃料蒸気処理装置においては、上述のような構成にすることにより、上記キャニスタ内の吸着材から燃料蒸気を脱離させるときに発生する吸熱を有効に利用でき、ローコストで電気エネルギーの消費量を増加することなく、効率的に燃料蒸気を液化回収できる。
即ち、キャニスタ内にコンデンサを設置し、ガス膜分離モジュールなどによって濃縮された燃料蒸気を上記コンデンサに流通させて液化することにより、別の凝縮手段を掲載する必要がなくなり、また、別の半導体素子（ペルチェ素子）などを併用した場合でも、その凝縮手段の負担を軽減できるというメリットがある。
また、エンジン始動後に燃料タンクから発生する燃料蒸気を、コンデンサ経由でキャニスタに導入されるような接続状態にすると、キャニスタにおける燃料蒸気の脱離による吸熱で、コンデンサが冷却され、燃料蒸気の一部がコンデンサにより液化回収される。
従って、キャニスタに燃料タンクからの燃料蒸気が直接進入するのを抑制し、脱離速度を速めることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を参照して若干の参考例及び実施例により更に詳細に説明する。
【００２１】
（参考例１）
図２は、燃料蒸気処理装置の一例を示す断面図である。まず、図２における構成部材間の接続状態を説明する。
キャニスタ２は、燃料タンク１から発生した燃料蒸気を導入する経路１１に接続した流入ポート２１と、キャニスタ２に吸着された燃料蒸気をパージさせる気体（空気）を導入する気体導入ポート（ａ）２３と、キャニスタ２内部でパージされた燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポート２２とを備えている。
なお、キャニスタ２の吸着材として、活性炭を使用した。
キャニスタ２の排出ポート２２は、経路１２を介して空気選択透過型の膜分離モジュール６の気体導入ポート（ｂ）６２に接続されており、経路１２の途中には気体を搬送する手段としてブロア５が設けられている。
また、膜分離モジュール６は、気体導入ポート（ｂ）６２、透過側気体排出ポート６３、非透過側気体排出ポート６４を備えており、非透過側気体排出ポート６４は経路１４を介してコンデンサ上部口７１に接続され、更にキャニスタ２内に内蔵されたコンデンサ７に連結され、コンデンサ７の下部口７２と燃料タンク１とを連結する連結管が設置されている。
【００２２】
即ち、本例においては、燃料タンク１で発生した燃料蒸気は、経路１１を通ってキャニスタ２に流入し、吸着される。気体導入ポート（ａ）２３から空気が導入されて燃料蒸気がパージされ、脱離した燃料蒸気は経路１２を通って膜分離モジュール６に入り、空気透過型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けられる。燃料蒸気リッチ成分は経路１４を通ってコンデンサに入り、ここで冷却されて液化し、液化した燃料蒸気は経路１６を通って燃料タンク１に回収される。
【００２３】
また、図３に、本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサの一実施例を示す。
コンデンサ７は、上記キャニスタ２に内蔵され、コンデンサ上部口７１とコンデンサ下部口７２を有し、該下部口７２が上記燃料タンク１と連結している構成となっている。
また、コンデンサ７は、キャニスタ２の内部に水平方向に設置された仕切を避けるように内蔵されており、吸着材の冷熱を効率よく伝達させるように表面積を大きくしてある。
コンデンサ７は、燃料蒸気リッチ成分がコンデンサ７内を通過する間に冷却液化され、液化した燃料蒸気が燃料タンク１に流れるのに適した形状であればよく、図３に示した形状を垂直方向に複数重ねるなどの変形を挙げることができる。
なお、必要に応じてフィン等をつけて冷熱の伝達効率を上げることも可能である。
更に、図４に、コンデンサ７の担体の一実施例を示す。
膜分離モジュール６で分離濃縮された燃料蒸気リッチ成分は、コンデンサ上部口７１から導入され、コンデンサ下部口７２から排出される。燃料蒸気の一部はコンデンサ内で液化され、液化されなかった燃料蒸気リッチ成分と一緒にコンデンサ下部口７２から排出される。
【００２４】
本例においては、膜分離モジュール６として、上述の如く空気選択透過型のガス分離膜を用いた。
図５に、本例で用いた膜分離モジュールの一実施例を示す。
管状の多孔質の基材に分離膜をコーティングして管状の分離膜６７とし、これをモジュールケース６１に挿入すると、外側スペース６５と内側スペース６６が形成される。また、Ｏリング６８を介して、モジュールケース６１の上蓋及び底蓋によって、分離膜６７が挟持されている。
気体導入ポート（ｂ）６２は外側スペース６５と連結され、透過側気体排出ポート６３は内側スペース６６に連結されている。
モジュールケース６１の上部には、非透過側気体排出ポート６４が配置され、図２の経路１４を介してコンデンサ上部口７１に接続されている。モジュールケース６１の上端部には、透過側気体排出ポート６３が配置され、図２の経路１５を介して吸気管４に接続されている。
膜分離モジュール６を上記のような構成にすると、エンジンの負圧によって、外側スペース６５から内側スペース６６に向かって気体が流れるように膜分離の駆動力を働かせることができる。
【００２５】
ここで、上記膜分離モジュール６に用いる空気選択透過型分離膜の材質としては、ポリイミド中空糸、スパイラル膜、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ＺＳＭ、アルミノリン酸塩系モレキュラシーブ（ＡＬＰＯ、ＳＡＰＯ、ＴＡＰＯやＦＡＰＯ等）、高分子樹脂の熱分解炭化膜、モルデナイト膜、フェリエライト膜の単独又は複合のハイブリッド平膜やキャピラリ膜等が挙げられる。
分離膜が上記材質であれば、燃料蒸気リッチ成分よりも、比較的小さな分子サイズである窒素や酸素を主成分とする空気リッチ成分の方が、選択的に通過しやすくなる。
従って、上記膜分離モジュール６の透過側排出ポート６３からは空気リッチ成分が排出され、非透過側排出ポート６４からは燃料蒸気リッチ成分が排出される。
【００２６】
また、膜分離モジュール６における膜分離の駆動力には、上述のように、吸入工程で発生するエンジンからの負圧を利用することができる。
図２において、膜分離モジュール６の透過側気体排出ポート６３と吸気管４の中間に、負圧コントロールバルブ３が配置されている。
この負圧コントロールバルブ３をエンジンの吸入工程と連動させて、一定負圧以下になったときのみバルブを開放することにより膜分離が制御されるが、膜分離駆動力の差圧が３００〜５００ｍｍＨｇとなるように制御されることが好ましい。
【００２７】
燃料蒸気は、主に駐車時や給油時に発生するほか、駐車時や給油時にエンジンを停止している場合にも、燃料蒸気が発生し、発生した燃料蒸気は、図２において、経路１１を通って上記キャニスタ２内の活性炭に吸着される。
この吸着された燃料蒸気は、エンジンを始動して上記燃料蒸気処理装置を作動させることにより、処理することができる。
即ち、エンジンが始動すると、気体搬送手段であるブロア５が始動し、気体導入ポート（ａ）２３からキャニスタ２に所定の流量で大気中の空気が送り込まれる。キャニスタ２内部の活性炭に吸着された上記燃料蒸気の脱離が開始され、脱離した燃料蒸気は、気体排出ポート２２から経路１２を通り、気体導入ポート（ｂ）６２を経て膜分離モジュール６に送り込まれ、燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに分離される。
【００２８】
分離された上記空気リッチ成分は、透過側気体排出ポート６３を通ってエンジンの吸気管４に排出される。
また、上記燃料蒸気リッチ成分は、経路１４、コンデンサ上部口７１を通って、キャニスタ２に内蔵されたコンデンサ７に導入される。
キャニスタパージが開始された直後は、コンデンサ７に十分な冷熱が伝わっていないので、濃縮された燃料蒸気の液化は行われず、コンデンサ下部口７２から経路１６を経由して、一部の燃料蒸気が燃料タンク１内の液体燃料に吸収されるだけであるが、しばらくすると、パージによる燃料蒸気の脱離による吸熱が冷熱としてコンデンサ７に伝わり、コンデンサ７の温度が低下して、濃縮された燃料蒸気リッチ成分の液化が始まり、燃料タンク１への燃料蒸気の回収効率が上昇する。
このようなサイクルを継続することにより、キャニスタ２内に吸着されていた燃料蒸気は徐々に脱離され、キャニスタ２内の燃料蒸気吸着量を徐々に低下させることができる。
【００２９】
図８に、実際にコンデンサ７の温度を測定した結果を示す。
試験条件としては、雰囲気温度：２５℃、分離膜に導入する気体の量：５Ｌ／ｍｉｎ、負圧：４００ｍｍＨｇの条件下で、キャニスタ２内の吸着材のガソリン飽和吸着容量（ｎ−ブタン換算）：７５ｇを吸着させた状態から脱離を開始したときのコンデンサＡ部及びＢ部の温度の経時変化を示した。コンデンサＡ部及びＢ部の位置は、図２に示した。
また、図１０に、キャニスタ２内の燃料蒸気の吸着量の経時変化を示す。
図８及び図１０において、コンデンサ７の温度が最も低下する１０分を過ぎると、液化による回収率が向上し、脱離の進行も速まっている。
【００３０】
（参考例２）
本例においては、上記膜分離モジュールから上記燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポートと上記コンデンサの下部口とが連結し、かつ上記コンデンサの上部口が上記キャニスタと連結し、この連結部が上記キャニスタへの燃料蒸気流入ポートとして機能する構成とした。
図６は、燃料処理装置の他の例を示す断面図であり、本例の構成部材間の接続状態及び燃料蒸気の液化回収の流れを説明する。
燃料タンク１は、経路１６を介して、コンデンサ下部口７２に接続している。燃料タンク１から発生した燃料蒸気は、経路１６を経由してコンデンサ７に入り、ここで液化され、液化された燃料蒸気は、コンデンサ上部口７１から経路１６に戻り、燃料タンク１に回収される。
液化されなかった燃料蒸気は経路１７を経由して燃料蒸気流入ポート２１からキャニスタ２へ導入される。キャニスタ２には、実施例１と同様、燃料蒸気流入ポート２１と、パージさせる気体（空気）を導入する気体導入ポート（ａ）２３と、パージされた燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポート２２と、経路１２の途中に気体を搬送する手段としてブロア５とが設けられている。
【００３１】
膜分離モジュール６には、参考例１と同様、空気選択透過型分離膜を用いた。 また、気体導入ポート（ｂ）６２、透過側気体排出ポート６３、非透過側気体排出ポート６４が設けられており、透過側気体排出ポート６３は、経路１５を介してエンジンの吸気管４に接続され、非透過側気体排出ポート６４は、経路１４に接続されていて、経路１４からの濃縮された燃料蒸気リッチ成分と、経路１６からの燃料蒸気とが合流し、コンデンサ下部口７２からコンデンサ７に燃料蒸気が導入される。
即ち、本例においては、燃料タンク１から発生するベーパーと、膜分離モジュール６から濃縮されて出てきた燃料蒸気リッチ成分とを合流させてからコンデンサ７に導入している。
また、コンデンサ７で液化しきれなかった燃料蒸気リッチ成分はキャニスタ２に導入される。
【００３２】
本例では、参考例１に比べて配管が複雑になっているが、燃料タンク１から発生する燃料蒸気が、コンデンサ７を経由してからキャニスタ２に導入される構成になっているので、脱離進行中は、コンデンサ７の温度が低下し、燃料タンク１から発生した燃料蒸気の一部も液化されて回収される。
従って、試験条件を参考例１と同様にした場合、脱離進行中は燃料タンク１から発生した燃料蒸気がキャニスタ２にの進入するのを抑制することができ、参考例１に比べて脱離速度を向上できるという効果がある。
【００３３】
（実施例１）
本例においては、上記燃料リッチ成分の排出ポートと上記コンデンサ下部口との間に、排出される燃料蒸気リッチ成分をエンジン側又は上記コンデンサ側に流通させる切換手段を配置して成る構成とした。
図７は、本発明の燃料処理装置の一実施例を示す断面図であり、本例の構成部材間の接続状態及び燃料蒸気の液化回収の流れを説明する。
図７において、本例の基本的な各要素の接続状態は、参考例２（図６）と同様であるが、膜分離モジュール６と吸気管４とのバイパスとなる経路１８を設けて、経路１４の途中に設けられた三方バルブ８と吸気管４とを連結させた点が実施例２と異なる。
即ち、本例においては、燃焼による燃料蒸気の処理を併用して、バイパスを設けることにより、速やかなキャニスタパージも可能となるようにした。
【００３４】
また、夏季炎天下での駐車は燃料蒸気が発生しやすく、キャニスタ２に多くの燃料蒸気が吸着される。
本例の燃料蒸気処理装置においては、図７で示したように、炎天下駐車後、エンジンを始動させた直後（例えば５分間）に、バイパスである経路１８側に三方バルブ８を開いて、パージガスである燃料蒸気を吸気管４に流し、これをエンジンで燃焼させることによって、パージの速度を制御することができる。
分離膜を介さずに直接エンジンに燃料蒸気を送り込むので、パージ流量を３〜５倍に増加させることができる。
また、急速なパージにより、キャニスタ２内のコンデンサ７の温度を急激に低下させることができる。コンデンサ７の温度が低下すれば、燃料蒸気リッチ成分の液化が可能となるので、三方バルブ８を経路１４側に開き、液化回収を始めればよい。
従って、キャニスタに多くの燃料蒸気が吸着されているような場合には、エンジン始動直後には燃料蒸気を燃焼処理して、急速にコンデンサの温度を低くしてから燃料蒸気の液化回収を始めれば効率的である。
【００３５】
また、夏季の渋滞時又は夏季の炎天下でエンジンをかけながら駐車する場合には、燃料タンクの温度が上昇し、キャニスタパージによる燃料蒸気の脱離量よりも燃料蒸気の発生量が多くなると想定される。このような場合には、三方バルブ８をバイパス１８側に開き、パージガスとして流れてくる燃料蒸気をエンジンで燃焼させればよい。
また、コンデンサ７の温度をモニタすることにより、キャニスタ２における燃料蒸気の吸脱着の収支が予測できるので、脱離量が吸着量を上回るように制御すればよい。
ただし、このような運転モードでは、エンジンに燃料蒸気が多く入り込み、リーンバーンや成層燃焼が不可能となる場合があるので、エンジン側において、必要に応じて通常の均質燃焼に戻すような制御を追加することが好ましい。
【００３６】
本例の試験条件としては、最初の５分間は、三方バルブを経路１８側に開放し、流量１５Ｌ／ｍｉｎで流し、その後三方バルブ経路１４側に開放し、流量５Ｌ／ｍｉｎとした。
図９に、コンデンサ７の温度を測定した結果を示し、図１０に、キャニスタ２内の燃料蒸気の吸着量の経時変化を示した。
図１０において、参考例１よりも、速やかに脱離が進行しており、更に脱離速度を向上できる効果が認められた。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、キャニスタ内の吸着材から燃料蒸気をパージさせるときに発生する吸熱を利用することにより、従来の燃料蒸気の凝縮手段を搭載することなく、ローコストで効率よく燃料蒸気を液化回収できる燃料蒸気処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の燃料蒸気処理装置の一例を示す断面図である。
【図２】 燃料蒸気処理装置の一例を示す断面図である。
【図３】 本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサの一例を示す斜視図である。
【図４】 本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサの一例を示す斜視図である。
【図５】 膜分離モジュールの一例を示す断面図である。
【図６】 燃料蒸気処理装置の他の例を示す断面図である。
【図７】 本発明の燃料蒸気処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図８】 コンデンサの温度変化を示すグラフである。
【図９】 コンデンサの温度変化を示すグラフである。
【図１０】 キャニスタへの燃料蒸気吸着量の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ キャニスタ
３ 負圧コントロールバルブ
４ 吸気管
５ ブロア
６ 膜分離モジュール
７ コンデンサ
８ 三方バルブ
１１ 経路
１２ 経路
１３ 経路
１４ 経路
１５ 経路
１６ 経路
１７ 経路
１８ 経路
２１ 燃料蒸気流入ポート
２２ 燃料蒸気排出ポート
２３ 気体導入ポート（ａ）
６１ モジュールケース
６２ 気体導入ポート（ｂ）
６３ 透過側気体排出ポート
６４ 非透過側気体排出ポート
６５ 外側スペース
６６ 内側スペース
６８ Ｏリング
７１ コンデンサ上部口
７２ コンデンサ下部口
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料蒸気処理装置に係り、更に詳細には、内燃機関の燃料タンクなどから発生する燃料蒸気を分離濃縮し、液化回収する燃料蒸気処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両などの燃料タンクから発生する燃料蒸気の大気中への発散防止を目的として、図１に示すような燃料蒸気処理装置が実用化されている。
この燃料蒸気処理装置では、例えば燃料タンク１の内部の燃料の温度上昇に伴い発生した燃料蒸気（エボパガス）を経路１１と燃料蒸気流入ポート２１を介して、キャニスタ２の活性炭に一時的に吸着させて貯え、その貯蔵量がキャニスタ２の吸着容量を超えないように、エンジンの吸入管４の吸入負圧を利用して、負圧コントロールバルブ３を介した経路１２により吸気管４に導入させている。
キャニスタ２からの燃料蒸気の脱離を更に詳細に説明すると、キャニスタ２内の活性炭に吸着・貯蔵されている燃料蒸気は、キャニスタ２の底部に接続されている気体導入ポート（ａ）２３からキャニスタ２内部に導入される空気によりパージされ、かつ負圧コントロールバルブ３で吸気管４への導入量が制御され、エンジンの燃焼室で燃焼される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料蒸気処理装置においては、経路１２から吸気管４への燃料排気ガスの導入量は制御されているが、正確に計量されていない燃料蒸気と空気の混合気を制御することになるので、この混合気が吸気管４の上流側で正確に計量された燃料噴射弁からの燃料成分に付加されると、設定された空燃比による燃焼が困難となり、エンジンの運転特性の低下や排気ガスの成分に悪影響を与える等の課題が発生する。
また、昨今の環境問題や省資源化に対応すべく燃料消費の低減が要求される中で、従来の希薄混合比燃料（混合比２０前後）から、燃焼室への燃料の直接噴射による超希薄混合比燃焼（混合比４０〜５０程度）を行おうとすると、上述のような課題が更に顕著に生じる。
【０００４】
そのような課題を解決するために、図１におけるキャニスタ２の排出ポート２２から流入する燃料蒸気を分離膜により空気リッチ成分と燃料成分とに分離し、空気リッチ成分排出ポートと燃料蒸気リッチ成分排出ポートからそれぞれの成分を分離して排出する膜分離モジュールと、該膜分離手段に設置された気体成分排出ポートから燃料蒸気が導入されて膜分離・濃縮された燃料成分を液化回収する凝縮手段と、該凝縮手段により液化された燃料を上記燃料タンクへと戻す戻り経路と、を備えることを特徴とする燃料蒸気回収装置（特開平１０−２７４１０６号公報、特開平１１−９３７８４号公報）が開示されている。
【０００５】
しかしながら、ここで引用した従来の燃料蒸気回収装置では、液化回収用の凝縮手段として半導体素子（ペルチェ素子）を用いたものが開示されているが、半導体素子を用いたものは高価であるほか、電気エネルギーの消費量増加によるバッテリの負担増を招くことになり、好ましくない。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の燃料蒸気の凝縮手段を搭載することなく、ローコストで効率よく燃料蒸気を液化回収できる燃料蒸気処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、キャニスタ内の吸着材から燃料蒸気をパージさせるときに発生する吸熱を利用することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の燃料蒸気処理装置は、燃料タンクと、該燃料タンク及び／又は燃料系ラインから発生する燃料蒸気の排出を抑制するキャニスタと、該キャニスタからのパージガスを燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに膜分離する膜分離モジュールと、該膜分離モジュールにより分離濃縮された燃料蒸気リッチ成分を冷却して液化するコンデンサと、を備え、
上記コンデンサは、上記キャニスタに内蔵され、上記キャニスタから上記燃料蒸気がパージされるときに発生する吸熱エネルギーを利用して冷却され、
上記燃料蒸気及び／又は上記燃料蒸気リッチ成分を上記コンデンサにより液化回収する燃料蒸気処理装置であって、
上記膜分離モジュールから上記燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポートと上記コンデンサの下部口とが連結し、かつ上記コンデンサの上部口が上記キャニスタと連結し、この連結部が上記キャニスタへの燃料蒸気流入ポートとして機能し、
上記燃料リッチ成分の排出ポートと上記コンデンサ下部口との間に、排出される燃料蒸気リッチ成分をエンジン側又は上記コンデンサ側に流通させる切換手段を配置して成ることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の燃料蒸気処理装置の好適形態は、上記コンデンサの上部口と上記膜分離モジュールから上記燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポートとが連結し、かつ上記コンデンサの下部口と上記燃料タンクとが連結しており、上記コンデンサで液化された燃料が、上記コンデンサ下部口を介して上記燃料タンクに回収されることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサは、燃料蒸気処理装置に用いられるコンデンサであって、
上記キャニスタに内蔵され、上部口と下部口を有し、該下部口が上記燃料タンクと連結していることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料蒸気処理装置について詳細に説明する。
本発明の燃料蒸気処理装置は、燃料タンクと、該燃料タンク及び／又は燃料系ラインから発生する燃料蒸気の排出を抑制するキャニスタと、該キャニスタからのパージガスを燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに膜分離する膜分離モジュールと、該膜分離モジュールにより分離濃縮された燃料蒸気リッチ成分を冷却して液化回収するコンデンサとを備える。
【００１２】
本発明の燃料蒸気処理装置においては、燃料タンク及び／又は燃料系ラインから発生した燃料蒸気は、いったん上記キャニスタに導入されてキャニスタ内の吸着材に吸着される。
次に、吸着された燃料蒸気の脱離は、上記キャニスタの気体導入ポートから空気を導入して行われる。
そして、パージにより脱着された燃料蒸気は、上記キャニスタから排出されて上記膜分離モジュールに流入され、ここで燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに分離され、燃料蒸気リッチ成分は分離濃縮されることになる。
上記濃縮された燃料蒸気リッチ成分は、コンデンサに通され、ここで冷却されて液化し、コンデンサの下部口と上記燃料タンクとの連結管を通って燃料タンクに回収される。
このとき、上記連結管が燃料タンクの燃料液面下まで延在していると、液化されなかった残りの燃料蒸気も上記燃料タンク内の燃料中に排出され、該液体燃料に吸収させることができる。
【００１３】
上記燃料蒸気は、上述のように、上記膜分離モジュールにより空気リッチ成分と燃料成分リッチ成分とに分離されるが、更に濃縮されることにより、液化回収率を向上させることができる。
この濃縮された燃料蒸気リッチ成分は、キャニスタに内蔵されたコンデンサに送り込まれ、ここで冷却・液化されて燃料タンクに回収され、空気リッチ成分は、エンジンの吸気管に送り込まれて排除される。
【００１４】
また、上記キャニスタは、自動車などに取り付けられているものであって、このキャニスタに、主に給油時・駐車時に燃料タンクや燃料系ラインから発生した燃料蒸気が吸着され、燃料蒸気の大気への排出を抑制することができる。
上述のように、このキャニスタにはコンデンサが内蔵されており、該コンデンサの冷却には、上記キャニスタ内に燃料蒸気をパージさせる時に発生する吸熱エネルギーが利用されている。
【００１５】
上記コンデンサにおいて、上記キャニスタ内でパージが開始されると、燃料蒸気の脱離吸熱により、吸着材の温度が低下する。吸着材の温度が低下するとコンデンサに冷熱が伝わり、コンデンサの温度も低下し、該コンデンサに流入した燃料蒸気を冷却して液化することできる。このとき、燃料蒸気は上記膜分離モジュールにより分離濃縮されて燃料蒸気リッチとなっているので、液化しやすくなっている。
【００１６】
また、従来から、破過による燃料蒸気の大気放出を防止するため、通常走行時にはキャニスタパージと呼ばれる燃料蒸気の脱離処理が行われているが、脱離した燃料蒸気をそのままエンジンの吸気管に送り込み、燃焼処理していた。
しかし、本発明の燃料蒸気処理装置では、キャニスタから脱離した燃料蒸気は膜分離モジュールを通過した後にエンジンに送り込まれる構成となっており、燃焼室に燃料蒸気リッチ成分を送り込まずに処理でき、リーンバーンや成層燃料の乱れを防止できるとともに、燃料蒸気の液化回収効率を向上させることができる。
【００１７】
また、上記膜分離モジュールとしては、空気選択透過型分離膜又は燃料蒸気選択透過型分離膜のいずれでもよく、特に限定されることはないが、空気と上記燃料蒸気の分離係数が少なくとも４以上であることが好ましく、更には、９以上の分離係数を持った膜分離モジュールを用いることが好ましい。
４以下の分離係数では、燃料蒸気濃縮の作用が少なく、液化回収の効率が上がらないことがある。
【００１８】
更に、上記空気選択透過型分離膜の場合は、膜分離するための駆動力としてエンジンの負圧を用いることができ、新たに真空ポンプを車載する必要がなくなるというメリットがある。
また、空気リッチ成分は空気選択透過型分離膜を透過するが、燃料上記リッチ成分は透過しないので、燃焼室に燃料蒸気リッチ成分が入ることがなく、リーンバーンや成層燃焼に影響を与えないというメリットも挙げられる。
【００１９】
本発明の燃料蒸気処理装置においては、上述のような構成にすることにより、上記キャニスタ内の吸着材から燃料蒸気を脱離させるときに発生する吸熱を有効に利用でき、ローコストで電気エネルギーの消費量を増加することなく、効率的に燃料蒸気を液化回収できる。
即ち、キャニスタ内にコンデンサを設置し、ガス膜分離モジュールなどによって濃縮された燃料蒸気を上記コンデンサに流通させて液化することにより、別の凝縮手段を掲載する必要がなくなり、また、別の半導体素子（ペルチェ素子）などを併用した場合でも、その凝縮手段の負担を軽減できるというメリットがある。
また、エンジン始動後に燃料タンクから発生する燃料蒸気を、コンデンサ経由でキャニスタに導入されるような接続状態にすると、キャニスタにおける燃料蒸気の脱離による吸熱で、コンデンサが冷却され、燃料蒸気の一部がコンデンサにより液化回収される。
従って、キャニスタに燃料タンクからの燃料蒸気が直接進入するのを抑制し、脱離速度を速めることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を参照して若干の参考例及び実施例により更に詳細に説明する。
【００２１】
（参考例１）
図２は、燃料蒸気処理装置の一例を示す断面図である。まず、図２における構成部材間の接続状態を説明する。
キャニスタ２は、燃料タンク１から発生した燃料蒸気を導入する経路１１に接続した流入ポート２１と、キャニスタ２に吸着された燃料蒸気をパージさせる気体（空気）を導入する気体導入ポート（ａ）２３と、キャニスタ２内部でパージされた燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポート２２とを備えている。
なお、キャニスタ２の吸着材として、活性炭を使用した。
キャニスタ２の排出ポート２２は、経路１２を介して空気選択透過型の膜分離モジュール６の気体導入ポート（ｂ）６２に接続されており、経路１２の途中には気体を搬送する手段としてブロア５が設けられている。
また、膜分離モジュール６は、気体導入ポート（ｂ）６２、透過側気体排出ポート６３、非透過側気体排出ポート６４を備えており、非透過側気体排出ポート６４は経路１４を介してコンデンサ上部口７１に接続され、更にキャニスタ２内に内蔵されたコンデンサ７に連結され、コンデンサ７の下部口７２と燃料タンク１とを連結する連結管が設置されている。
【００２２】
即ち、本例においては、燃料タンク１で発生した燃料蒸気は、経路１１を通ってキャニスタ２に流入し、吸着される。気体導入ポート（ａ）２３から空気が導入されて燃料蒸気がパージされ、脱離した燃料蒸気は経路１２を通って膜分離モジュール６に入り、空気透過型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けられる。燃料蒸気リッチ成分は経路１４を通ってコンデンサに入り、ここで冷却されて液化し、液化した燃料蒸気は経路１６を通って燃料タンク１に回収される。
【００２３】
また、図３に、本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサの一実施例を示す。
コンデンサ７は、上記キャニスタ２に内蔵され、コンデンサ上部口７１とコンデンサ下部口７２を有し、該下部口７２が上記燃料タンク１と連結している構成となっている。
また、コンデンサ７は、キャニスタ２の内部に水平方向に設置された仕切を避けるように内蔵されており、吸着材の冷熱を効率よく伝達させるように表面積を大きくしてある。
コンデンサ７は、燃料蒸気リッチ成分がコンデンサ７内を通過する間に冷却液化され、液化した燃料蒸気が燃料タンク１に流れるのに適した形状であればよく、図３に示した形状を垂直方向に複数重ねるなどの変形を挙げることができる。
なお、必要に応じてフィン等をつけて冷熱の伝達効率を上げることも可能である。
更に、図４に、コンデンサ７の担体の一実施例を示す。
膜分離モジュール６で分離濃縮された燃料蒸気リッチ成分は、コンデンサ上部口７１から導入され、コンデンサ下部口７２から排出される。燃料蒸気の一部はコンデンサ内で液化され、液化されなかった燃料蒸気リッチ成分と一緒にコンデンサ下部口７２から排出される。
【００２４】
本例においては、膜分離モジュール６として、上述の如く空気選択透過型のガス分離膜を用いた。
図５に、本例で用いた膜分離モジュールの一実施例を示す。
管状の多孔質の基材に分離膜をコーティングして管状の分離膜６７とし、これをモジュールケース６１に挿入すると、外側スペース６５と内側スペース６６が形成される。また、Ｏリング６８を介して、モジュールケース６１の上蓋及び底蓋によって、分離膜６７が挟持されている。
気体導入ポート（ｂ）６２は外側スペース６５と連結され、透過側気体排出ポート６３は内側スペース６６に連結されている。
モジュールケース６１の上部には、非透過側気体排出ポート６４が配置され、図２の経路１４を介してコンデンサ上部口７１に接続されている。モジュールケース６１の上端部には、透過側気体排出ポート６３が配置され、図２の経路１５を介して吸気管４に接続されている。
膜分離モジュール６を上記のような構成にすると、エンジンの負圧によって、外側スペース６５から内側スペース６６に向かって気体が流れるように膜分離の駆動力を働かせることができる。
【００２５】
ここで、上記膜分離モジュール６に用いる空気選択透過型分離膜の材質としては、ポリイミド中空糸、スパイラル膜、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ＺＳＭ、アルミノリン酸塩系モレキュラシーブ（ＡＬＰＯ、ＳＡＰＯ、ＴＡＰＯやＦＡＰＯ等）、高分子樹脂の熱分解炭化膜、モルデナイト膜、フェリエライト膜の単独又は複合のハイブリッド平膜やキャピラリ膜等が挙げられる。
分離膜が上記材質であれば、燃料蒸気リッチ成分よりも、比較的小さな分子サイズである窒素や酸素を主成分とする空気リッチ成分の方が、選択的に通過しやすくなる。
従って、上記膜分離モジュール６の透過側排出ポート６３からは空気リッチ成分が排出され、非透過側排出ポート６４からは燃料蒸気リッチ成分が排出される。
【００２６】
また、膜分離モジュール６における膜分離の駆動力には、上述のように、吸入工程で発生するエンジンからの負圧を利用することができる。
図２において、膜分離モジュール６の透過側気体排出ポート６３と吸気管４の中間に、負圧コントロールバルブ３が配置されている。
この負圧コントロールバルブ３をエンジンの吸入工程と連動させて、一定負圧以下になったときのみバルブを開放することにより膜分離が制御されるが、膜分離駆動力の差圧が３００〜５００ｍｍＨｇとなるように制御されることが好ましい。
【００２７】
燃料蒸気は、主に駐車時や給油時に発生するほか、駐車時や給油時にエンジンを停止している場合にも、燃料蒸気が発生し、発生した燃料蒸気は、図２において、経路１１を通って上記キャニスタ２内の活性炭に吸着される。
この吸着された燃料蒸気は、エンジンを始動して上記燃料蒸気処理装置を作動させることにより、処理することができる。
即ち、エンジンが始動すると、気体搬送手段であるブロア５が始動し、気体導入ポート（ａ）２３からキャニスタ２に所定の流量で大気中の空気が送り込まれる。キャニスタ２内部の活性炭に吸着された上記燃料蒸気の脱離が開始され、脱離した燃料蒸気は、気体排出ポート２２から経路１２を通り、気体導入ポート（ｂ）６２を経て膜分離モジュール６に送り込まれ、燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに分離される。
【００２８】
分離された上記空気リッチ成分は、透過側気体排出ポート６３を通ってエンジンの吸気管４に排出される。
また、上記燃料蒸気リッチ成分は、経路１４、コンデンサ上部口７１を通って、キャニスタ２に内蔵されたコンデンサ７に導入される。
キャニスタパージが開始された直後は、コンデンサ７に十分な冷熱が伝わっていないので、濃縮された燃料蒸気の液化は行われず、コンデンサ下部口７２から経路１６を経由して、一部の燃料蒸気が燃料タンク１内の液体燃料に吸収されるだけであるが、しばらくすると、パージによる燃料蒸気の脱離による吸熱が冷熱としてコンデンサ７に伝わり、コンデンサ７の温度が低下して、濃縮された燃料蒸気リッチ成分の液化が始まり、燃料タンク１への燃料蒸気の回収効率が上昇する。
このようなサイクルを継続することにより、キャニスタ２内に吸着されていた燃料蒸気は徐々に脱離され、キャニスタ２内の燃料蒸気吸着量を徐々に低下させることができる。
【００２９】
図８に、実際にコンデンサ７の温度を測定した結果を示す。
試験条件としては、雰囲気温度：２５℃、分離膜に導入する気体の量：５Ｌ／ｍｉｎ、負圧：４００ｍｍＨｇの条件下で、キャニスタ２内の吸着材のガソリン飽和吸着容量（ｎ−ブタン換算）：７５ｇを吸着させた状態から脱離を開始したときのコンデンサＡ部及びＢ部の温度の経時変化を示した。コンデンサＡ部及びＢ部の位置は、図２に示した。
また、図１０に、キャニスタ２内の燃料蒸気の吸着量の経時変化を示す。
図８及び図１０において、コンデンサ７の温度が最も低下する１０分を過ぎると、液化による回収率が向上し、脱離の進行も速まっている。
【００３０】
（参考例２）
本例においては、上記膜分離モジュールから上記燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポートと上記コンデンサの下部口とが連結し、かつ上記コンデンサの上部口が上記キャニスタと連結し、この連結部が上記キャニスタへの燃料蒸気流入ポートとして機能する構成とした。
図６は、燃料処理装置の他の例を示す断面図であり、本例の構成部材間の接続状態及び燃料蒸気の液化回収の流れを説明する。
燃料タンク１は、経路１６を介して、コンデンサ下部口７２に接続している。燃料タンク１から発生した燃料蒸気は、経路１６を経由してコンデンサ７に入り、ここで液化され、液化された燃料蒸気は、コンデンサ上部口７１から経路１６に戻り、燃料タンク１に回収される。
液化されなかった燃料蒸気は経路１７を経由して燃料蒸気流入ポート２１からキャニスタ２へ導入される。キャニスタ２には、実施例１と同様、燃料蒸気流入ポート２１と、パージさせる気体（空気）を導入する気体導入ポート（ａ）２３と、パージされた燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポート２２と、経路１２の途中に気体を搬送する手段としてブロア５とが設けられている。
【００３１】
膜分離モジュール６には、参考例１と同様、空気選択透過型分離膜を用いた。 また、気体導入ポート（ｂ）６２、透過側気体排出ポート６３、非透過側気体排出ポート６４が設けられており、透過側気体排出ポート６３は、経路１５を介してエンジンの吸気管４に接続され、非透過側気体排出ポート６４は、経路１４に接続されていて、経路１４からの濃縮された燃料蒸気リッチ成分と、経路１６からの燃料蒸気とが合流し、コンデンサ下部口７２からコンデンサ７に燃料蒸気が導入される。
即ち、本例においては、燃料タンク１から発生するベーパーと、膜分離モジュール６から濃縮されて出てきた燃料蒸気リッチ成分とを合流させてからコンデンサ７に導入している。
また、コンデンサ７で液化しきれなかった燃料蒸気リッチ成分はキャニスタ２に導入される。
【００３２】
本例では、参考例１に比べて配管が複雑になっているが、燃料タンク１から発生する燃料蒸気が、コンデンサ７を経由してからキャニスタ２に導入される構成になっているので、脱離進行中は、コンデンサ７の温度が低下し、燃料タンク１から発生した燃料蒸気の一部も液化されて回収される。
従って、試験条件を参考例１と同様にした場合、脱離進行中は燃料タンク１から発生した燃料蒸気がキャニスタ２にの進入するのを抑制することができ、参考例１に比べて脱離速度を向上できるという効果がある。
【００３３】
（実施例１）
本例においては、上記燃料リッチ成分の排出ポートと上記コンデンサ下部口との間に、排出される燃料蒸気リッチ成分をエンジン側又は上記コンデンサ側に流通させる切換手段を配置して成る構成とした。
図７は、本発明の燃料処理装置の一実施例を示す断面図であり、本例の構成部材間の接続状態及び燃料蒸気の液化回収の流れを説明する。
図７において、本例の基本的な各要素の接続状態は、参考例２（図６）と同様であるが、膜分離モジュール６と吸気管４とのバイパスとなる経路１８を設けて、経路１４の途中に設けられた三方バルブ８と吸気管４とを連結させた点が実施例２と異なる。
即ち、本例においては、燃焼による燃料蒸気の処理を併用して、バイパスを設けることにより、速やかなキャニスタパージも可能となるようにした。
【００３４】
また、夏季炎天下での駐車は燃料蒸気が発生しやすく、キャニスタ２に多くの燃料蒸気が吸着される。
本例の燃料蒸気処理装置においては、図７で示したように、炎天下駐車後、エンジンを始動させた直後（例えば５分間）に、バイパスである経路１８側に三方バルブ８を開いて、パージガスである燃料蒸気を吸気管４に流し、これをエンジンで燃焼させることによって、パージの速度を制御することができる。
分離膜を介さずに直接エンジンに燃料蒸気を送り込むので、パージ流量を３〜５倍に増加させることができる。
また、急速なパージにより、キャニスタ２内のコンデンサ７の温度を急激に低下させることができる。コンデンサ７の温度が低下すれば、燃料蒸気リッチ成分の液化が可能となるので、三方バルブ８を経路１４側に開き、液化回収を始めればよい。
従って、キャニスタに多くの燃料蒸気が吸着されているような場合には、エンジン始動直後には燃料蒸気を燃焼処理して、急速にコンデンサの温度を低くしてから燃料蒸気の液化回収を始めれば効率的である。
【００３５】
また、夏季の渋滞時又は夏季の炎天下でエンジンをかけながら駐車する場合には、燃料タンクの温度が上昇し、キャニスタパージによる燃料蒸気の脱離量よりも燃料蒸気の発生量が多くなると想定される。このような場合には、三方バルブ８をバイパス１８側に開き、パージガスとして流れてくる燃料蒸気をエンジンで燃焼させればよい。
また、コンデンサ７の温度をモニタすることにより、キャニスタ２における燃料蒸気の吸脱着の収支が予測できるので、脱離量が吸着量を上回るように制御すればよい。
ただし、このような運転モードでは、エンジンに燃料蒸気が多く入り込み、リーンバーンや成層燃焼が不可能となる場合があるので、エンジン側において、必要に応じて通常の均質燃焼に戻すような制御を追加することが好ましい。
【００３６】
本例の試験条件としては、最初の５分間は、三方バルブを経路１８側に開放し、流量１５Ｌ／ｍｉｎで流し、その後三方バルブ経路１４側に開放し、流量５Ｌ／ｍｉｎとした。
図９に、コンデンサ７の温度を測定した結果を示し、図１０に、キャニスタ２内の燃料蒸気の吸着量の経時変化を示した。
図１０において、参考例１よりも、速やかに脱離が進行しており、更に脱離速度を向上できる効果が認められた。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、キャニスタ内の吸着材から燃料蒸気をパージさせるときに発生する吸熱を利用することにより、従来の燃料蒸気の凝縮手段を搭載することなく、ローコストで効率よく燃料蒸気を液化回収できる燃料蒸気処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の燃料蒸気処理装置の一例を示す断面図である。
【図２】 燃料蒸気処理装置の一例を示す断面図である。
【図３】 本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサの一例を示す斜視図である。
【図４】 本発明の燃料蒸気処理装置用コンデンサの一例を示す斜視図である。
【図５】 膜分離モジュールの一例を示す断面図である。
【図６】 燃料蒸気処理装置の他の例を示す断面図である。
【図７】 本発明の燃料蒸気処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図８】 コンデンサの温度変化を示すグラフである。
【図９】 コンデンサの温度変化を示すグラフである。
【図１０】 キャニスタへの燃料蒸気吸着量の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ キャニスタ
３ 負圧コントロールバルブ
４ 吸気管
５ ブロア
６ 膜分離モジュール
７ コンデンサ
８ 三方バルブ
１１ 経路
１２ 経路
１３ 経路
１４ 経路
１５ 経路
１６ 経路
１７ 経路
１８ 経路
２１ 燃料蒸気流入ポート
２２ 燃料蒸気排出ポート
２３ 気体導入ポート（ａ）
６１ モジュールケース
６２ 気体導入ポート（ｂ）
６３ 透過側気体排出ポート
６４ 非透過側気体排出ポート
６５ 外側スペース
６６ 内側スペース
６８ Ｏリング
７１ コンデンサ上部口
７２ コンデンサ下部口
Claims (5)
- 燃料タンクと、該燃料タンク及び／又は燃料系ラインから発生する燃料蒸気の排出を抑制するキャニスタと、該キャニスタからのパージガスを燃料蒸気リッチ成分と空気リッチ成分とに膜分離する膜分離モジュールと、該膜分離モジュールにより分離濃縮された燃料蒸気リッチ成分を冷却して液化するコンデンサと、を備え、
上記コンデンサは、上記キャニスタに内蔵され、上記キャニスタから上記燃料蒸気がパージされるときに発生する吸熱エネルギーを利用して冷却され、
上記燃料蒸気及び／又は上記燃料蒸気リッチ成分を上記コンデンサにより液化回収する燃料蒸気処理装置であって、
上記膜分離モジュールから上記燃料蒸気リッチ成分を排出する排出ポートと上記コンデンサの下部口とが連結し、かつ上記コンデンサの上部口が上記キャニスタと連結し、この連結部が上記キャニスタへの燃料蒸気流入ポートとして機能し、
上記燃料リッチ成分の排出ポートと上記コンデンサ下部口との間に、排出される燃料蒸気リッチ成分をエンジン側又は上記コンデンサ側に流通させる切換手段を配置して成ることを特徴とする燃料蒸気処理装置。 - 上記コンデンサ下部口と上記燃料タンクとの連結管が、上記燃料タンクの燃料液面下まで延在していることを特徴とする請求項１記載の燃料蒸気処理装置。
- 上記膜分離モジュールが、空気と上記燃料蒸気の分離係数が少なくとも４以上である空気選択透過型分離膜及び／又は燃料蒸気選択透過型分離膜を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料蒸気処理装置。
- 上記膜分離モジュールが空気選択透過型分離膜を備える空気選択透過型モジュールであり、上記燃料蒸気を膜分離するための駆動力としてエンジンの負圧を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の燃料蒸気処理装置。
- 請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料蒸気処理装置に用いられるコンデンサであって、
上記キャニスタに内蔵され、上部口と下部口を有し、該下部口が上記燃料タンクと連結していることを特徴とする燃料蒸気処理装置用コンデンサ。
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