JP4937986B2 - 蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を、高濃度で蒸発燃料を含む高濃度ガスと低濃度で蒸発燃料を含む低濃度ガスとに分離する分離手段を備え、蒸発燃料を高濃度で燃料タンクへ回収する内燃機関の蒸発燃料処理装置に関する。

この種の蒸発燃料処理装置として、特許文献１乃至特許文献３がある。特許文献１では、燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着捕集するキャニスタと、キャニスタから脱離された蒸発燃料を含む蒸発燃料含有ガスを、蒸発燃料を高濃度で含む高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含む低濃度ガスとに分離する分離膜と、キャニスタから分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送するポンプとを有する。特許文献１における分離膜としては、溶解拡散係数の相違により燃料成分は優先的に透過するが、空気成分は透過し難い分離膜を使用している。当該分離膜は、蒸発燃料含有ガスを透過側の高濃度ガス（濃縮ガス）と非透過側の低濃度ガス（希釈ガス）とに分離するものであって、蒸発燃料濃縮膜ということもできる。分離膜を透過した高濃度ガスは燃料タンクへ回収され、分離膜を透過しなかった低濃度ガスはキャニスタへ返流される。

一方、特許文献２及び特許文献３では、蒸発燃料の回収効率を向上させるため、蒸発燃料濃縮膜を直列に２つ設けて、蒸発燃料含有ガスを二段階で濃縮している。具体的には、第１の蒸発燃料濃縮膜を透過した高濃度ガスを燃料タンクへ回収し、第１の蒸発燃料濃縮膜を透過しなかった中濃度ガスは、第２の蒸発燃料濃縮膜へ供給している。第２の蒸発燃料濃縮膜を透過した二次濃縮ガスは再度第１の蒸発燃料濃縮膜へ還流させる一方、第２の蒸発燃料濃縮膜を透過しなかった低濃度ガスをキャニスタへ返流している。

また、自動車の燃料タンクから発生する蒸発燃料を直接対象とするものではないが、ナフサ軽質留分などの、石油由来の蒸発成分を３成分以上含有する混合ガスから、イソプレンガスなどの特定成分とその他の成分とを分離回収するに際して、膜に対する特定成分の透過係数が高い特定成分濃縮膜と、膜に対する特性成分の透過係数が低い特定成分希釈膜との、２種類の分離膜を直列に設けて多段分離するガス分離方法が、特許文献４に開示されている。特許文献４には、大きく分けて、特定成分希釈膜を上流に、特定成分濃縮膜を下流に設けた第１の形態と、第１の形態とは逆に、特定成分濃縮膜を上流に、特定成分希釈膜を下流に設けた第２の形態が開示されている。第１の形態では、第１の分離膜としての特定成分希釈膜を透過した低濃度ガスは再度特定成分希釈膜へ還流される。一方、特定成分希釈膜を透過しなかった高濃度ガスは、第２の分離膜としての特定成分濃縮膜へ供給され、当該特定成分濃縮膜を透してさらに濃縮された状態で分離回収される。特定成分濃縮膜を透過しなかったその他の成分は、低濃度ガス（希釈ガス）として回収される。第２の形態では、第１の分離膜としての特定成分濃縮膜を透過しなかったガスは、特定成分希釈ガスとして回収される。一方、特定成分濃縮膜を透過した高濃度ガスは、第２の分離膜としての特定成分希釈膜へ供給される。当該特定成分希釈膜を透過した低濃度ガスは、再度特定成分希釈膜へ還流され、特定成分希釈膜を透過したガスが、高濃度ガスとして回収される。

特開平１０−２７４１０６号公報 特開２００４−３３２６９４号公報 特開２００３−３１４３８１号公報 特開平９−６６２１７号公報

上記のような特定成分に対する透過係数の相違を利用した分離膜は、複数種の成分を透過ガスと非透過ガスとに分離することで比較的容易に分離できるが、その分離精度は１００％ではない。例えば、燃料成分に対する透過係数の高い蒸発燃料濃縮膜を使用しても、透過ガス（高濃度ガス）中にある程度の空気成分が混在することは避けられず、非透過ガス（低濃度ガス）中には透過しきれなかった蒸発燃料も残存している。したがって、特許文献１では１つの蒸発燃料濃縮膜を使用しているだけなので、蒸発燃料の回収効率に課題が残る。

これに対し特許文献２や特許文献３では、蒸発燃料濃縮膜を２つ設けて二段階で濃縮しているので、特許文献１と比べて蒸発燃料の回収効率は向上する。しかし、特許文献２や特許文献３では、一種類の分離膜を使用しているのみである。これでは、第２の蒸発燃料濃縮膜を透過しなかった低濃度ガス中の蒸発燃料濃度の低減に課題が残る。ここで、分離膜による分離精度は、ガス中の分離対象成分濃度に大きく影響を受ける。例えば、蒸発燃料含有ガス中の蒸発燃料濃度が高い場合は、蒸発燃料濃縮膜を透した分離精度は比較的高いが、蒸発燃料含有ガス中の蒸発燃料濃度がさほど高くない場合は、その分蒸発燃料濃縮膜を透した分離精度も下がる。これを踏まえて特許文献２や特許文献３では、第１の蒸発燃料濃縮膜によってある程度蒸発燃料濃度が下がった中濃度ガスを第２の蒸発燃料濃縮膜によって再度分離し、第２の蒸発燃料濃縮膜を透過しなかった低濃度ガスをキャニスタへ返流している。したがって、第２の蒸発燃料濃縮膜では、第１の蒸発燃料濃縮膜と比べて蒸発燃料分離精度が劣ってしまい、キャニスタへ返流する低濃度ガス中の蒸発燃料濃度を確実に低減できているとまでは言い難い。低濃度ガスは、キャニスタ内に吸着捕集されている蒸発燃料を脱離（パージ）させるパージガスとしてキャニスタに戻されるものであるが、当該低濃度ガス中に蒸発燃料が含まれていると、その分蒸発得燃料の脱離効率（脱離量）が低下してしまう。

これに対し特許文献４では、複数の成分を含有する混合ガスを２種類の分離膜を透して分離している。しかしながら、特許文献４は混合ガスから単に特性成分ガスと非特定成分ガスとをそれぞれ分離回収するための機構であって、これを自動車の蒸発燃料処理装置へ適用する場合の具体的な構成は把握できない。しかも、特許文献４では特定成分希釈膜を透過した低濃度ガスを再度特定成分希釈膜へ還流しているが、これでは非特定成分の行き場が無く、実質的に特定成分希釈膜が機能していない。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、２種類の分離膜を使用して良好な蒸発燃料の回収効率を確保しながら、キャニスタへ返流するパージ用のガス中の蒸発燃料濃度が的確に低減された蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着捕集するキャニスタと、前記キャニスタから脱離された蒸発燃料を含む蒸発燃料含有ガスを、蒸発燃料を高濃度で含む高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含む低濃度ガスとに分離する分離膜と、前記キャニスタから前記分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送する圧送手段とを有する蒸発燃料処理装置において、前記分離膜として、膜に対する蒸発燃料の透過係数が高い蒸発燃料濃縮膜と、膜に対する蒸発燃料の透過係数が空気成分より低い蒸発燃料希釈膜とを有し、前記蒸発燃料濃縮膜の非透過側と前記蒸発燃料希釈膜の非透過側とが直列に連通され、前記蒸発燃料濃縮膜の透過側は前記燃料タンクへ連通又は大気に開放され、前記蒸発燃料希釈膜の透過側は前記キャニスタへ連通されていることを特徴とする。

蒸発燃料濃縮膜では、蒸発燃料濃度を基準とすれば、透過側に相対的に濃度が高いガスが生じ、非透過側に相対的に濃度が低いガスが生じる。逆に言えば、透過側に相対的に空気濃度が低いガスが生じ、非透過側に相対的に空気濃度が高いガスが生じることになる。したがって、蒸発燃料濃縮膜は、空気希釈膜ということもできる。一方、蒸発燃料希釈膜では、蒸発燃料濃度を基準とすれば、透過側に相対的に濃度が低いガスが生じ、非透過側に相対的に濃度が高いガスが生じる。逆に言えば、透過側に相対的に空気濃度が高いガスが生じ、非透過側に相対的に空気濃度が低いガスが生じることになる。したがって、蒸発燃料希釈膜は、空気濃縮膜ということもできる。本発明において濃縮ガス・希釈ガスとは、特に言及しない限り、基本的には蒸発燃料濃度を基準とする。なお、用語の便宜上、蒸発燃料希釈膜という表現を用いているが、当該蒸発燃料希釈膜でも非透過側に相対的に高濃度ガスが生じるので、当該蒸発燃料希釈膜でも非透過側において蒸発燃料が濃縮されていることになる。透過係数とは、透過機構を問わず透過速度ないし透過量の大きさを意味する。例えば、溶解、拡散、脱溶解を経て膜を透過する場合は、溶解拡散係数が透過係数に相当する。

このような蒸発燃料処理装置においては、前記蒸発燃料濃縮膜の非透過側と前記キャニスタとを連通して、前記蒸発燃料希釈膜を蒸発燃料濃縮膜の下流に設けたり、前記蒸発燃料希釈膜の非透過側と前記キャニスタとを連通して、前記蒸発燃料濃縮膜を前記蒸発燃料希釈膜の下流に設けたりできる。

前記蒸発燃料濃縮膜及び／又は前記蒸発燃料希釈膜は、複数個設けることが好ましい。この場合、前記燃料タンクへ連通された蒸発燃料濃縮膜の透過側及び前記キャニスタへ連通された蒸発燃料希釈膜の透過側以外で生じるガスのうち少なくとも１つを、最上流に設けられた蒸発燃料濃縮膜又は蒸発燃料希釈膜の上流へ還流させることが好ましい。

本発明によれば、蒸発燃料濃縮膜と蒸発燃料希釈膜の２種類の分離膜を使用していることで、良好な蒸発燃料の回収効率を確保しながら、キャニスタへ返流するガス中の蒸発燃料濃度を的確に低減することができる。具体的には、蒸発燃料濃縮膜と蒸発燃料希釈膜とを直列に設けることで、少なくとも二段階で蒸発燃料が濃縮される。そのうえで、蒸発燃料濃縮膜の透過側を燃料タンクへ連通していることで、蒸発燃料が的確に濃縮された状態で回収され、良好な蒸発燃料の回収効率を確保できる。一方、蒸発燃料希釈膜の透過側をキャニスタへ連通していることで、確実に蒸発燃料が希釈された状態、換言すれば確実に空気成分が濃縮された状態でパージ用の返流ガスとして返流できるので、キャニスタに吸着された蒸発燃料の脱離効率の低下を避けられる。

蒸発燃料濃縮膜を蒸発燃料希釈膜よりも上流（キャニスタ側）へ設けていれば、パージ用の返流ガス中の蒸発燃料濃度低減効果において特に有利である。蒸発燃料希釈膜を蒸発燃料濃縮膜よりも上流に設けていれば、蒸発燃料の回収効率において特に有利である。

また、蒸発燃料濃縮膜及び／又は蒸発燃料希釈膜を複数個設けておけば、二段階複数段階で蒸発燃料が濃縮及び／又は希釈されるので、蒸発燃料の回収効率及び返流ガス中の蒸発燃料低減効果がより向上する。このとき、中流域で生じたガスのうち少なくとも１つを再度最上流に設けられた第１の分離手段又は第２の分離手段へ還流すれば、さらに分離回収効率が向上する。

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。本発明の蒸発燃料処理装置は、キャニスタに吸着された蒸発燃料（ベーパ）を、エンジン駆動時の吸気管負圧を利用して脱離（パージ）させる方法とは異なり、ポンプによってパージさせて分離膜に加圧供給し、当該分離膜によって分離された蒸発燃料を高濃度で回収するパージレスエバポシステムとして構成されており、アイドリング停止システム、ハイブリッドシステム、又は直噴式エンジンなどを採用した車両に搭載される。

（実施例１）
図１に、本発明の実施例１に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を示す。図１に示されるように、本実施例１の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク１から発生する蒸発燃料を吸着捕集するキャニスタ２と、キャニスタ２から脱離された蒸発燃料を含む蒸発燃料含有ガスを、蒸発燃料を高濃度で含む高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含む低濃度ガスとに分離する分離膜と、キャニスタ２から分離膜モジュールへ蒸発燃料含有ガスを圧送するポンプ５とを有する。分離膜としては、膜に対する蒸発燃料の透過係数が高い蒸発燃料濃縮膜３（以下、単に濃縮膜３と称す）と、膜に対する蒸発燃料の透過係数が空気成分より低い蒸発燃料希釈膜４（以下、単に希釈膜４と称す）の２種類が使用されている。濃縮膜３及び希釈膜４は、それぞれモジュール化ないしユニット化されている。実施例１では、それぞれ内部に濃縮膜３を備える第１・第２の濃縮膜モジュール３０・３１が直列に２つ設けられ、その下流に内部に希釈膜４を備える希釈膜モジュール４０が直列に設けられている。なお、ポンプ５が、本発明の圧送手段に相当する。

燃料タンク１とキャニスタ２とは、エバポライン１０を介して連通されている。キャニスタ２と第１の濃縮膜モジュール３０の非透過室（低濃度ガス室）３２とは、パージライン１１を介して連通されている。パージライン１１上に、ポンプ５が配されている。第１の濃縮膜モジュール３０の透過室（濃縮ガス室）３３と燃料タンク１とは、回収ライン１２を介して連通されている。第１の濃縮膜モジュール３０の非透過室３２と第２の濃縮膜モジュール３１の非透過室（低濃度ガス室）３４とは直列に連通される。第２の濃縮膜モジュール３１の透過室（濃縮ガス室）３５には、パージライン１１におけるポンプ５の上流に至る循環ライン１３が連接されている。第２の濃縮膜モジュール３１の非透過室３４と希釈膜モジュール４０の非透過室（濃縮ガス室）４１とが、直列に連通されている。希釈膜モジュール４０の非透過室４１には、パージライン１１におけるポンプ５の上流に至る循環ライン１４が連接されている。なお、第２の濃縮膜モジュール３１からの循環ライン１３と、希釈膜モジュール４０からの循環ライン１４とは、パージライン１１へ至る前に合流している。希釈膜モジュール４０の透過室（希釈ガス室）４２とキャニタ２とは、返流ライン１５を介して連通されている。キャニスタ２には、その先端が大気に連通する大気ライン１６も連接されている。また、エバポライン１０上に調圧弁２０が、希釈膜モジュール４０からの循環ライン１４上に調圧弁２１が、返流ライン１５上に調圧弁２２が、大気ライン１６上に電磁弁２３が、それぞれ設けられている。

キャニスタ２内には、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料が吸着捕集され、燃料成分より分子径の小さい空気は吸着されずに透過する多孔体からなる吸着材が内蔵されている。本実施例１では、吸着材として活性炭を使用した。キャニスタ２内には、当該キャニスタ２内を加熱する，ピエゾ素子などの加熱素子デバイスにより構成されたヒータを設けておくことも好ましい。ポンプ５は電動式であり、キャニスタ２内に吸着された蒸発燃料を脱離させ、当該脱離された蒸発燃料と空気とを含む蒸発燃料含有ガスを、第１の濃縮膜モジュール３０側へ圧送する。なお、ポンプ５や電磁弁２３は、図示していない電子制御装置（ＥＣＵ）によって制御されている。ＥＣＵは、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを有する。ＲＯＭに所定の制御プログラムが予め記憶されており、ＣＰＵが、制御プログラムに基づいてポンプ５などを所定のタイミングで制御操作する。また、燃料タンク１と連通された分離膜モジュールである第１の濃縮膜モジュール３０の透過室３３内には、濃縮膜３を透過した濃縮ガスを冷却液化するための、ペルチェ素子等の冷却素子デバイスからなるクーラを内設することも好ましい。

濃縮膜３は、燃料成分の透過係数が高く、燃料成分以外の空気成分の透過係数が低い素材が使用された炭化水素分離膜であり、蒸発燃料含有ガスが濃縮膜３に供給されることで、燃料成分が優先的に透過し、空気成分は透過し難い。これにより、濃縮膜モジュール３０・３１の透過室３３・３５内には、供給された蒸発燃料含有ガスよりも高濃度で蒸発燃料を含む高濃度ガス（濃縮ガス）が精製分離され、非透過室３２・３４内には、供給された蒸発燃料含有ガスよりも低濃度で蒸発燃料を含む低濃度ガスが残存分離される。濃縮膜３は、燃料成分の溶解拡散係数が高く、溶解、拡散、脱溶解により燃料成分を優先的に透過させる非多孔質型の薄膜層と、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。薄膜層が濃縮膜３の主体的機能を果たし、一般的には炭化水素に対して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系高分子材料が用いられる。薄膜層の膜厚は、０．５〜３μｍ程度とされる。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ライド（ＰＶＤＦ）などの合成樹脂のほか、セラミックも使用さる。濃縮膜３の構造としては、平板状、中空糸状、ハニカム状、渦巻状等にすることができる。

希釈膜４は、燃料成分の透過係数が低く、燃料成分以外の空気成分の透過係数が高い素材が使用された空気（主に窒素）分離膜であり、蒸発燃料含有ガスが希釈膜４に供給されることで、空気成分が優先的に透過し、燃料成分は透過し難い。これにより、希釈膜モジュール４０の透過室４２内には、供給された蒸発燃料含有ガスよりも低濃度で蒸発燃料を含む（高濃度で空気成分を含む）低濃度ガス（希釈ガス）が精製分離され、非透過室４１内には、供給された蒸発燃料含有ガスよりも高濃度で蒸発燃料を含む高濃度ガスが残存分離される。希釈膜４は、空気成分を優先的に選択透過させる非多孔質型の薄膜層と、該薄膜層を支持する多孔質支持膜層とによって構成できる。薄膜層には、空気成分に対して選択性及び透過性を有する、フッ素系の高分子材料を使用できる。多孔質支持膜層は濃縮膜３と同じでよい。または、希釈膜４として、分子篩作用を有するゼオライト等の多孔質膜を使用することもできる。分子篩作用を有する多孔質膜とした場合、分子径の大きい炭化水素からなる蒸発燃料は多孔質膜を透過し難いが、分子径が小さい空気成分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分離される。希釈膜４も、平板状、中空糸状、ハニカム状、渦巻状等にすることができる。

次に、蒸発燃料処理装置の作用について説明する。燃料タンク１から蒸発燃料が発生すると、当該蒸発燃料はエバポライン１０を通してキャニスタ２内に吸着捕集され、余分な空気成分はキャニスタ２を通って大気ライン１６から排出される。電磁弁２３は、常時は開弁されている。そして、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）やスタータなどの内燃機関始動用のスイッチを入れると、ポンプ５が駆動されて、キャニスタ２から第１の濃縮膜モジュール３０側へ至る気流が発生する。すると、大気ライン１６から空気（外気）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、大気ライン１６から吸入された空気成分と共に蒸発燃料含有ガスとして、ポンプ５によってパージライン１１を通して第１の濃縮膜モジュール３０の非透過室３２へ圧送供給される。すると、濃縮膜３によって蒸発燃料含有ガス中から燃料成分が優先的に透過分離されて、透過室３３内に蒸発燃料を高濃度で含有する濃縮ガスが精製される。第１の濃縮膜モジュール３０には蒸発燃料濃度の高いガスが供給されるので、当該第１の濃縮膜モジュール３０の濃縮膜３における分離効率は高い。濃縮ガスは、回収ライン１２を通して燃料タンク１へ回収される。

一方、第１の濃縮膜モジュール３０の非透過室３２内には、濃縮膜３で分離されなかった空気と、濃縮膜３で分離されずに残った蒸発燃料とが混在する中濃度ガスが残る。この中濃度ガスは、さらにポンプ５によって第２の濃縮膜モジュール３１の非透過室３４へ供給される。すると、濃縮膜３によって中濃度ガス中から燃料成分が優先的に透過分離され、透過室３５内には供給された中濃度ガスよりも蒸発燃料濃度が高められた二次濃縮ガスが精製される。第２の濃縮膜モジュール３１には、第１の濃縮膜モジュール３０によってある程度蒸発燃料濃度が下げられた中濃度ガスが供給されるので、その分蒸発燃料の分離効率は劣る。そこで、第２の濃縮膜モジュール３１に内設する濃縮膜３は、第１の濃縮膜モジュール３０に内設する濃縮膜３よりも有効膜面積を大きくしている。第２の濃縮膜モジュール３１の透過室３５に精製された二次濃縮ガスは、循環ライン１３を通してポンプ５の上流に還流され、再度第１の濃縮膜モジュール３０へ供給される。なお、循環ライン１３をポンプ５の上流に連通させているのは、ポンプ５の下流は加圧されているので、循環ライン１３をポンプ５の下流に連通すると、二次濃縮ガスを第１の濃縮膜モジュール３０へ還流できなくなるからである。第１の濃縮膜モジュール３０へ還流された二次濃縮ガスは、再度第１の濃縮膜モジュール３０によって蒸発燃料が分離されるので、蒸発燃料の回収効率が向上する。

第２の濃縮膜モジュール３１の非透過室３４には、濃縮膜３で分離されなかった空気と、濃縮膜３で分離されずに残った僅かな蒸発燃料とが混在する低濃度ガスが残存する。当該低濃度ガスは、さらに希釈膜モジュール４０の非透過室４１へ供給される。すると、希釈膜４によって低濃度ガス中から空気成分が優先的に透過分離され、透過室４２内に供給された低濃度ガスよりも蒸発燃料成分が低い希釈ガス（空気濃縮ガス）が精製される。希釈ガスは、返流ライン１５を通してキャニスタ２へ返流される。希釈膜モジュール４０には、第１の濃縮膜モジュール３０と第２の濃縮膜モジュール３１とによって二段階で蒸発燃料濃度が下げられて空気成分濃度が良好に高められた低濃度ガスが供給されるので、希釈膜４による空気成分分離効率は高い。これにより、希釈ガス中の蒸発燃料濃度は確実に低下する。したがって、希釈ガスがキャニスタ２へ返流されてパージ用ガスとして使用されても、キャニスタ２からの蒸発燃料脱離効率が低下することが避けられる。希釈ガスがキャニスタ２へ返流され始めると、電磁弁２３が閉弁され、希釈ガスのみによってパージされるようになる。希釈膜モジュール４０の非透過室４１には、希釈膜４を透過しなかった蒸発燃料を含む三次濃縮ガスが残存する。当該三次濃縮ガスは、循環ライン１４を通してポンプ５の上流に還流される。ポンプ５の上流へ還流された三次濃縮ガスのその後は、二次濃縮ガスと同様である。これにより、さらに蒸発燃料の回収効率が向上する。

なお、上記ガスの流動及び各分離膜（濃縮膜３や希釈膜４）による分離は、ポンプ５の駆動と共に、各所に設けられた調圧弁２０・２１・２２によって、各ラインが的確に減圧ないし加圧状態に保持され、且つこれにより各分離膜の透過側と非透過側とに差圧が生じていることで、達成されている。具体的には、ポンプ５の駆動中、調圧弁２０によってエバポライン１０は減圧状態にある。パージライン１１のポンプ５より上流（キャニスタ２側）は減圧状態にあるので、キャニスタ２内に吸着捕集されている蒸発燃料が的確に吸引脱離される。パージライン１１のポンプ５より下流（第１の濃縮膜モジュール３０側）は加圧状態にある。これに対し回収ライン１２は大気圧相当なので、第１の濃縮膜モジュール３０の非透過室３２と透過室３３との間には、濃縮膜３を介して有効な差圧が生じているので、濃縮膜３による効果的な分離が生じる。第１の濃縮膜モジュール３０の非透過室３２と直列に連通された第２の濃縮膜モジュール３１の非透過室３４は加圧状態にある。一方、循環ライン１３はパージライン１１のポンプ５より上流に連接されていることで、減圧状態にある。これにより、第２の濃縮膜モジュール３１の非透過室３４と透過室３５との間には、濃縮膜３を介して有効な差圧が生じているので、濃縮膜３による効果的な分離が生じる。また、二次濃縮ガスは第１の濃縮膜モジュール３０へ的確に還流される。第２の濃縮膜モジュール３１の非透過室３４と直列に連通された希釈膜モジュール４０の非透過室４１から、循環ライン１４の調圧弁２１までは、加圧状態にある。一方、返流ライン１５における調圧弁２２より上流（希釈膜モジュール４０側）は大気圧相当である。これにより、希釈膜モジュール４０の非透過室４１と透過室４２との間には、希釈膜４を介して有効な差圧が生じているので、希釈膜４による効果的な分離が生じる。循環ライン１４における調圧弁２１より下流は、パージライン１１におけるポンプ５の上流に連接されていることで、減圧状態にある。これにより、三次濃縮ガスは第１の濃縮膜モジュール３０へ的確に還流される。返流ライン１５における調圧弁２２より下流（キャニスタ２側）は、キャニスタ２を介してパージライン１１と連通しているので、減圧状態にある。これにより、パージ用の希釈ガスはキャニスタ２へ的確に返流される。大気ライン１６もキャニスタ２を介してパージライン１１と連通しているので減圧状態であり、大気が大気ライン１６を通して的確に吸引される。このように、実施例１では、エバポライン１０上に設けた調圧弁２０、希釈膜モジュール４０からの循環ライン１４上に設けた調圧弁２１、及び返流ライン１５上に設けた調圧弁２２によって、１つのポンプ５を駆動させるだけで系内の適所を的確な圧力に保持して的確なガスの流動及び分離膜による効果的な分離が可能となっている。

（実施例２）
図２に、本発明の実施例２に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を示す。実施例２は、濃縮膜３を備える濃縮膜モジュール３０と希釈膜４を備える希釈膜モジュール４０とをそれぞれ１つずつ有し、希釈膜モジュール４０を上流（キャニスタ２側）に設け、これの下流に濃縮膜モジュール３０を直列に設けている。具体的には、図２に示すように、燃料タンク１とキャニスタ２とが、エバポライン１０を介して連通されている。キャニスタ２と希釈膜モジュール４０の非透過室４１とが、パージライン１１を介して連通されている。パージライン１１上には、ポンプ５が設けられている。希釈膜モジュール４０の透過室４２とキャニスタ２とが、返流ライン１５を介して連通されている。希釈膜モジュール４０の非透過室４１に、濃縮膜モジュール３０の非透過室３２が直列に連通される。濃縮膜モジュール３０の透過室３３と燃料タンク１とが、回収ライン１２を介して連通されている。濃縮膜モジュール３０の非透過室３２には、パージライン１１におけるポンプ５の上流に至る循環ライン１３が連接されている。キャニスタ２には、大気ライン１６が連接されている。エバポライン１０上に調圧弁２０が、循環ライン１３上に調圧弁２１が、返流ライン１５上に調圧弁２２が、大気ライン１６上に電磁弁２３が設けられている。濃縮膜３及び希釈膜４には、実施例１における濃縮膜３及び希釈膜４を使用でき、それぞれのモジュール形態も同様にできる。

ポンプ５が駆動されてキャニスタ２から蒸発燃料が脱離されると、パージライン１１を通して蒸発燃料含有ガスが希釈膜モジュール４０の非透過室４１へ圧送供給される。すると、希釈膜４によって透過室４２に蒸発燃料が希釈（空気が濃縮）された希釈ガス（低濃度ガス）が精製され、当該蒸発燃料濃度が的確に低減された希釈ガスが、返流ライン１５を通してパージ用ガスとしてキャニスタ２へ返流される。希釈膜モジュール４０の非透過室４１に残存した一次濃縮ガスは、濃縮膜モジュール３０の非透過室３２へ供給される。濃縮膜モジュール３０へ一次濃縮ガスが供給されると、濃縮膜３によって透過室３３に蒸発燃料が濃縮された二次濃縮ガスが精製される。このとき、濃縮膜３にはキャニスタ２から発生した蒸発燃料含有ガスよりも希釈膜４によって蒸発燃料濃度が高められた一次濃縮ガスが供給されるので、濃縮膜３における蒸発燃料分離効率は高まる。また、濃縮膜３の有効膜面積は希釈膜４より大きくされており、これにより濃縮膜３における蒸発燃料分離効率とも相俟って回収効率が良好になっている。濃縮膜３によって精製された二次濃縮ガスは、回収ライン１２を通して燃料タンク１へ回収される。濃縮膜モジュール３０の非透過室３２に残存する中濃度ガスは、循環ライン１３を通してポンプ５の上流へ還流され、再度希釈膜モジュール４０へ供給される。

エバポライン１０、パージライン１１におけるポンプ５より上流、循環ライン１３における調圧弁２１より下流、返流ライン１５における調圧弁２２より下流、及び大気ライン１６が、それぞれ減圧状態にある。パージライン１１におけるポンプ５より下流から、希釈膜モジュール４０の非透過室４１及び濃縮膜モジュール３０の非透過室３２を経て、循環ライン１３における調圧弁２１の上流までが、加圧状態にある。回収ライン１２及び返流ライン１５における調圧弁２２の上流が、それぞれ大気圧相当となっている。その他の作用効果などを含めて細かな点は実施例１と同様なので、実施例１における説明を実施例２の構成に読み替え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に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を示す。実施例３は、濃縮膜３を備える濃縮膜モジュール３０を１つ有し、それぞれ希釈膜４を備える第１・第２の希釈膜モジュール４０・４３を有する。希釈膜モジュール４０・４３を上流（キャニスタ２側）に設け、これの下流に濃縮膜モジュール３０を直列に設けている。具体的には、図３に示すように、燃料タンク１とキャニスタ２とが、エバポライン１０を介して連通されている。キャニスタ２と第１の希釈膜モジュール４０の非透過室４１とが、パージライン１１を介して連通されている。パージライン１１上には、ポンプ５が設けられている。第１の希釈膜モジュール４０の透過室４２とキャニスタ２とが、返流ライン１５を介して連通されている。第１の希釈膜モジュール４０の非透過室４１に、第２の希釈膜モジュール４３の非透過室４４が直列に連通される。第２の希釈膜モジュール４３の透過室４５には、パージライン１１におけるポンプ５の上流に至る循環ライン１３が連接されている。第２の希釈膜モジュール４３の非透過室４４に、濃縮膜モジュール３０の非透過室３２が直列に連通される。濃縮膜モジュール３０の透過室３３と燃料タンク１とが、回収ライン１２を介して連通されている。濃縮膜モジュール３０の非透過室３２には、パージライン１１におけるポンプ５の上流に至る循環ライン１４が連接されている。キャニスタ２には、大気ライン１６が連接されている。エバポライン１０上に調圧弁２０が、循環ライン１４上に調圧弁２１が、返流ライン１５上に調圧弁２２が、大気ライン１６上に電磁弁２３が設けられている。濃縮膜３及び希釈膜４には、実施例１における濃縮膜３及び希釈膜４を使用でき、それぞれのモジュール形態も同様にできる。

ポンプ５が駆動されてキャニスタ２から蒸発燃料が脱離されると、パージライン１１を通して蒸発燃料含有ガスが第１の希釈膜モジュール４０の非透過室４１へ圧送供給され、希釈膜４によって的確に蒸発燃料が希釈（空気が濃縮）された一次希釈ガス（低濃度ガス）が、透過室４２から返流ライン１５を通してパージ用ガスとしてキャニスタ２へ返流される。第１の希釈膜モジュール４０の非透過室４１に残存した一次濃縮ガスは、第２の希釈膜モジュール４３の非透過室４４へ供給される。すると、第２の希釈膜４によって分離された二次希釈ガスが、透過室４５から循環ライン１３を通してポンプ５の上流へ還流され、再度第１の希釈膜モジュール４０へ供給される。第２の希釈膜モジュール４３の非透過室４４からは、希釈膜４を透過しなかった二次濃縮ガスが濃縮膜モジュール３０の非透過室３２へ供給される。濃縮膜モジュール３０へ二次濃縮ガスが供給されると、濃縮膜３によって透過室３３に蒸発燃料が濃縮された三次濃縮ガスが精製され、回収ライン１２を通して燃料タンク１へ回収される。このように、キャニスタ２から発生した蒸発燃料含有ガスが三段階で濃縮されて回収されるので、濃縮膜３における分離効率、及び蒸発燃料の回収効率が高い。濃縮膜モジュール３０の非透過室３２に残存する中濃度ガスは、循環ライン１４を通してポンプ５の上流へ還流され、再度希釈膜モジュール４０へ供給される。

エバポライン１０、パージライン１１におけるポンプ５より上流、循環ライン１３における調圧弁２１より下流、返流ライン１５における調圧弁２２より下流、大気ライン１６が、それぞれ減圧状態にある。パージライン１１におけるポンプ５より下流から、希釈膜モジュール４０の非透過室４１及び濃縮膜モジュール３０の非透過室３２を経て、循環ライン１３における調圧弁２１の上流までが、加圧状態にある。回収ライン１２及び返流ライン１５における調圧弁２２の上流が、それぞれ大気圧相当となっている。その他の作用効果などを含めて細かな点は実施例１と同様なので、実施例１における説明を実施例３の構成に読み替えてその説明を省略する。

（変形例）
上記各実施例では、ポンプ５をパージライン１１上に設けて、各分離膜モジュールより上流においてキャにスタ２から分離膜へ蒸発燃料含有ガスを加圧供給させているが、他にも、例えばポンプ５を返流ライン１５に設けるなどして、各分離膜モジュールよりも下流においてキャニスタ２から分離膜へ蒸発燃料含有ガスを減圧供給させることもできる。

蒸発燃料処理装置の作動は、ＩＧスイッチやスタータなどの内燃機関の始動用スイッチを入れるとポンプの駆動により作動することとしたが、ＩＧスイッチオフの内燃機関の停止中に作動させてもよい。

希釈膜４の透過側に連接されている返流ライン１５は、キャニスタ２へ連通させるのみならず、直接大気に開放させてもよい。

実施例１の蒸発燃料処理装置の概略構成図である。 実施例２の蒸発燃料処理装置の概略構成図である。 実施例３の蒸発燃料処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 燃料タンク
２ キャニスタ
３ 蒸発燃料濃縮膜
４ 蒸発燃料希釈膜
５ ポンプ
１０ エバポライン
１１ パージライン
１２ 回収ライン
１３・１４ 循環ライン
１５ 返流ライン
１６ 大気ライン
３０ （第１の）濃縮膜モジュール
３１ 第２の濃縮膜モジュール
３２・３４ 非透過室
３３・３５ 透過室
４０ （第１の）希釈膜モジュール
４１・４４ 非透過室
４２・４５ 透過室
４３ 第２の希釈膜モジュール

Claims (4)

1. 燃料タンクから発生する蒸発燃料を吸着捕集するキャニスタと、前記キャニスタから脱離された蒸発燃料を含む蒸発燃料含有ガスを、蒸発燃料を高濃度で含む高濃度ガスと蒸発燃料を低濃度で含む低濃度ガスとに分離する分離膜と、前記キャニスタから前記分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送する圧送手段とを有する蒸発燃料処理装置であって、
   前記分離膜として、膜に対する蒸発燃料の透過係数が高い蒸発燃料濃縮膜と、膜に対する蒸発燃料の透過係数が低い蒸発燃料希釈膜とを有し、
   前記蒸発燃料濃縮膜の非透過側と前記蒸発燃料希釈膜の非透過側とが直列に連通され、
   前記蒸発燃料濃縮膜の透過側は前記燃料タンクへ連通され、
   前記蒸発燃料希釈膜の透過側は前記キャニスタへ連通又は大気に開放されていることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
2. 前記蒸発燃料濃縮膜の非透過側が前記キャニスタと連通され、
   前記蒸発燃料希釈膜が前記蒸発燃料濃縮膜の下流に設けられている、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
3. 前記蒸発燃料希釈膜の非透過側が前記キャニスタと連通され、
   前記蒸発燃料濃縮膜が前記蒸発燃料希釈膜の下流に設けられている、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
4. 前記蒸発燃料濃縮膜及び／又は前記蒸発燃料希釈膜は複数個設けられており、
   前記燃料タンクへ連通された蒸発燃料濃縮膜の透過側及び前記キャニスタへ連通された蒸発燃料希釈膜の透過側以外で生じるガスのうち少なくとも１つが、最上流に設けられた蒸発燃料濃縮膜又は蒸発燃料希釈膜の上流へ還流される、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
   
   

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