JPH08500765A - 液体の上に発生するガス混合物の分離のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体（１１）上に形成されるガス混合物（１２）、特に炭化水素ガス混合物を、ガス分離膜を有する分離装置を用いて分離するための方法及び装置（１０）が提案される。該分離膜の残留側（１４）では、１以上の成分が除去された混合物（残留物）が生成され得、該分離膜の透過側（１５）では、１以上の成分が富化された混合物（透過物）を生成しうる。透過側及び残留側の負圧によって分離装置（１３）へ送られる単位時間当たりの分離されたガス混合物（１２）（このガス混合物は環境ガス（１８）と接触することによって液体（１１）の移動の間に生成される。）の容積量は、補給操作のときに補給された液体（１１）の単位時間当たりの容積量よりも大きい。従って、生じた透過物（１５）の単位時間当たりの容積量は、補給操作のときに補給される液体（１１）の容積量に等しいか又はそれより少ない。ポンプ装置（１６、１７）は、残留側及び透過側で分離装置（１３）に接続され、これによって 分離装置（１３）を適切に操作するための圧力インベントリーを提供するため、及び分離装置（１３）にガス混合物（１２）を輸送するために分離装置（１３）を適切に操作するための圧力範囲が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 液体の上に発生するガス混合物の分離のための方法及び装置 本発明は、ガス分離膜を有し、その残留物側に１以上の成分が希薄されたガス 混合物（残留物）を、透過物側に１以上の成分が濃縮された混合物（透過物）を 発生することができる分離装置を使用して液体上に発生するガス混合物、特に炭 化水素ガス混合物を分離するための方法及びこの方法の実施のための装置に関す る。 例えば容器に液体を充填するときに直接に充填場所にガス又は液体の成分から なるガス混合物が発生することは知られている。自然法則的過程に基づき発生す るこのガス又はガス混合物はこれまでたいていの場合環境へ無秩序に、例えば給 油所で自動車に給油する場合大気に直接放出される。このような補給又は給油操 作の際のガス又はガス混合物の無秩序な放出には２つの大きな欠点がある。一方 では多量の液体がガス状で環境に放出され、それが大きな経済的不利益を招き、 他方ではその際環境も、補給又は給油操作を行う係員も、多量の健康に有害なガ スに影響されるのである。 この大きな欠点を除くために、とりわけ法的規制に基づいて、例えば自動車の タンクの給油のために燃料を自動車のタンクへ流出させるいわゆる給油ガンに、 タンクの注入管と給油ガンの一部を取り囲む密封スリーブを装備することが計画 された。その場合タンク注入管と給油弁の接合部が環境に対 して密封される。給油過程で発生するガスはこの密封スリーブによって環境から 隔離して閉じ込められ、タンクへ戻される。このように自動車のタンクの給油の 時には、他の充填される容器にも基本的に同様に当てはまることであるが、給油 又は補給時に発生するガス又はガス混合物をタンクから流出させないで、むしろ 閉じた系の中で再循環することを保証しなければならない。その場合通常どの液 体タンクにも設けられているタンク空気抜きに設置された、この種のタンクの呼 吸損失（Atmungsverlust）の減少も兼ねて設けられたフィルタ、例えばカーボン フィルタが自動車のタンク又は容器の内部に通常発生するガスの吸着を行う。燃 料液タンクから排出されたガス容積を、液体が取り出される貯蔵タンクへ再び返 送するのが狙いである。この点に関連していわゆるガス補償にも言及する。ガス 補償は各国で指定されており、呼吸損失の減少のための自動車への小型カーボン 缶の設置及び給油所でのガス補償を内容とする。 本発明の課題は、液体容器へのガス又はガス混合物のいっそう効果的な返送が 可能であり、その際方法を簡単な手段で実施することができ、方法の実施のため の装置を安価かつ実質的にメンテナンスフリーに準備することができ、この方法 及び／又は装置を例えば自動車等のための給油所のあらゆる任意の計量給油器又 は中央装置で使用することができ、その際環境負荷及び補給操作を行う係員の健 康に危険な負荷が、環境及び健康に無害な範囲まで減少されるように前述の系を 改善する、冒頭に挙げた種類の方法及び装置を提供すること である。 本発明に基づく方法により、液体の補給操作の時に環境気体と接触して発生し 、残留物側及び透過物側の負圧により分離装置へ送られる被分離ガス混合物の時 間当たりの容積量が、補給操作の時に補給される液体の時間当たりの容積量より 大きく、生じた透過物の時間当たりの容積量が補給操作の時に補給される液体の 時間当たりの容積量と等しいかそれより小さいことによって上記の課題が解決さ れる。 例えばガソリン等のような燃料を貯蔵する容器又はタンクの液面上に形成され るガス及び空気の安定な混合物層が、この成層を乱されない所定の比に保たれ、 この比が本発明に基づき乱されず、従ってこのように操作される負圧支援式ガス 返送系は決してその効率に制限を受けないことこがこうして具合よく保証される 。 本方法の有利な構成によれば、返送されるガス混合物と補給される液体の容積 比は１：１，０５の範囲である。 容器に液体を補給又は充填する場所で直接にガス混合物を吸い出すために、及 び簡単にしかも的確に調整し得るような方法を可能にするために、被分離ガス混 合物に対して透過物を減圧することが好ましい。その場合残留物も被分離ガス混 合物に対して減圧することが好ましい。このようにしてガス又はガス混合物が負 荷された容器又はタンク注入管の環境が、完全に吸い出されるような負圧を補給 場所の区域に生じるので、圧力インベントリーを、ガス分離膜を有する分離装置 中のガス混合物の分離のために計画的に利用することができる。 補給操作のために液体を抽出した液体貯蔵物、例えば給油所等の地中タンク等 に残留物を再び送ることが好ましい。 被分離ガスがごく僅かしか負荷されていない残留物は環境へ放出することが好 ましい。また残留物を環境に直接放出するのでなく、少なくとも一部は液体容器 の空気抜き室に導いて、例えば液体容器のガス容積の不足分をこの処置によって 補償するのが適当である。 最後に、分離装置に進入する前に被分離ガス混合物の吸込圧力を所定の値に調 整するのが有利である。 本方法の実施のための装置において、分離装置の残留物側と透過物側のいずれ ににも夫々１個の負圧発生のためのポンプ装置を配設し、液体の補給操作の時に 環境気体と接触して発生し、分離装置へ送られる被分離ガス混合物の時間当たり の容積量が、補給操作の時に補給される液体の時間当たりの容積量より大きく、 生じた透過物の時間当たりの容積量が、補給操作の時に補給された液体の時間当 たりの容積量に等しいか又はこれより小さいように上記ポンプ装置を調整し得る ことによって、本発明の課題が解決される。 本発明に基づく装置の利点はおおむね次の点にある。即ち残留物側及び透過物 側に設けたポンプ装置が最小負荷から全負荷に達するまでの範囲で、ガス分離膜 を装備する分離装置の同様の分離成績を常に保証することができるように、ポン プ装置の使用特性を調整することができ、その際ガス又はガス混合物と容器又は タンク内の補給された液体の容積量との許容比を超えないように、時間当たりの 容積量の比を簡単に 持続的に保持することができるのである。容器又はタンク内の液面上のガス又は ガス混合物の安定な成層が乱されないことがこうして簡単に保証される。 基本的にはポンプ装置を適当に選択することより、時間当たりの容積量の比を 最小値と最大値の間で持続的に維持することができる。補給場所から分離装置へ の送給管に制御弁を配設すれば、調節が簡単なので有利である。補給場所から吸 い出されるガス混合物と送給された液体容積の比も、この制御弁でポンプ装置の 制御によるよりも場合によっては簡単に調整することができる。 透過物のためのポンプ装置の、とりわけ出口側を、得た透過物を返送する液体 容器と連結することが好ましく、一方ポンプ装置を退出する残留物は、環境へ放 出することが好ましい。なお、ポンプ装置、好ましくは真空ポンプの圧力インベ ントリーは出口側で著しく大きいので、残留物及び透過物の環境又は液体容器へ の所定の搬送を行うための補助ポンプ装置は不要である。 また、例えば液体容器内のガス又はガス混合物の不足分を分離装置からくる残 留物で補償することができるように、残留物のためのポンプ装置を液体容器の空 気抜き室と連結することが好ましい。 最後に、本装置のもう一つの好適な構成においては、分離装置へ導かれる被分 離ガス混合物の吸込圧力が制御弁で調整されるように形成する。 次に実施例に基づき下記の単一の概略図面を参照しつつ本 発明を詳述する。 図面には、自動車に液体燃料を供給する給油所と相互作用し、かつ燃料を送り 出す液体タンクと相互作用する本装置の個別要素をブロック構成図式の関連図で 示す。 この単独の図に示す装置１０は実質的に、ガス分離膜を具備する分離装置１３ からなる。分離装置１３は基本的に公知の仕方で、例えばガス透過により、ガス 混合物１２の残留物１４及び透過物１５への分離を行う。上記の分離装置１３が 取り扱うこの分離方法はそれ自体公知であるから、ここでは詳しく触れない。分 離装置１３の入口側は送給管１９を介して液体１１のための給油所の給油ホース ２４と連結され、液体１１は液体１１の送給用のここに特に図示しないポンプ装 置により液体容器２２から適当な接続管を経て給油所２５へ送られる。ホース２ ４はいわゆる同軸ホースであり、これによって被分離ガス混合物１２及び自動車 ２６のタンクの補給ための液体１１の送給が可能である、単独の図を参照。 補給場所３０から分離装置１３に至るガス混合物１２の送給管１９に、制御弁 として構成された弁２１が配設されている。弁２１については下記で詳しく触れ る。分離装置１３に続いて残留物側１５にも透過物側１４にも、真空ポンプとし て構成された、分離装置１３の残留物側及び透過物側に負圧を発生するためのポ ンプ装置１６、１７が夫々配設されている。透過物１５のためのポンプ装置１７ は出口側が液体容器２２と連結され、一方ポンプ装置１６を退出する残留物１４ は選択により空気抜き管２７に接続される。空気抜き管２７ は通常すべての液体容器２２でそこにある空気抜き室２３と環境又は環境気体即 ち大気１８とを連通する。 本発明に基づき装置の操作を行うとき、装置１０は下記の手順で動作する。 まず給油ホース２４の自由端に配設された給油ガン２８を自動車２６のタンク のここに特に図示しない注入管に差し込む。給油ガン２８は液体１１の射出口の 区域に直接に、ここに特に図示しない吸込ノズル又は吸込口を有する。吸込ノズ ル又は吸込口は液体１１の補給操作の時に環境気体１８、この場合環境空気と接 触して発生するガス混合物１２を吸い出させる。そこで液体１１の送給時に、給 油ガン２８の給油弁の操作の後に、ガス混合物が２つのポンプ装置１６、１７に よって、同軸ホースとして形成された給油ホース２４を通り制御弁２１を経て分 離装置１３へ導かれる。２つのポンプ装置１６、１７は、装置１０の所定の機能 のために著しく大きな圧カインベントリーを形成するから、分離装置１３へガス 混合物１２を十分に送給するための補助的処置を行わないでよい。補給場所２０ 、即ち自動車２６のタンクの注入管への液体１１の移行の区域に直接におおむね 一定の負圧を持続的に維持することができるように、制御弁２１が設けられてい る。即ちこの制御弁によって一定の吸込圧力の維持が図られるのである。 液体の補給操作の時に環境気体１８と接触して発生し、こうして透過物側及び 残留物側の負圧によって分離装置１３へ送られる被分離ガス混合物の時間当たり の容積量が補給操作 の時に補給される液体１１の時間当たりの容積量より常に大きく、生じた透過物 の時間当たりの容積量が、補給操作の時に補給される液体１１の時間当たりの容 積量に等しいか又はこれより小さいことが、ポンプ装置１６、１７の適当に選択 した排出量と制御弁の組合わせによって保証される。その場合入口の被分離ガス 混合物１２と補給される液体１１の容積比は液体容器２２で１：１，０５の範囲 である。 分離装置１３を所定のとおり退出する透過物１５はポンプ装置１７の出口側か ら液体タンク２２へ返送される。ポンプ装置１６を経て分離装置１３を退出する 残留物、即ちこの場合空気は、液体１１の成分によるごく僅かな、危険のない汚 染度を有し、環境１６又は環境気体、即ち大気へ放出され又は液体容器２２の中 のガス容積の不足分を補償するために液体容器２２の空気抜き室２３へ移送され る。 本発明に基づく方法をモデル計算に基づき２つの使用状態について説明する。 本発明に基づく方法及び本発明に基づく装置は他のガス混合物、例えば種々の 体積流量で均一な分離を行わなければならない永久ガス混合物の分離にも使用す ることができる。 参照符号一覧 １０ 装置 １１ 液体 １２ ガス混合物 １３ 分離装置 １４ 残留物（残留物側） １４０ 残留物 １５ 透過物（透過物側） １５０ 残留物 １６ ポンプ装置 １７ ポンプ装置 １８ 環境気体（環境） １９ 送給管 １９０ 送給管 ２０ 補給場所 ２１ 制御弁 ２２ 液体容器 ２３ 空気抜き室 ２４ 給油ホース ２５ 給油所 ２６ 自動車 ２７ 空気抜き管 ２８ 給油ガン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オルローゲ、クラウス ドイツ連邦共和国、2054 ゲースタヒト、 アム・ゲヘルツ ５ (72)発明者 ビント、ヤン ドイツ連邦共和国、2000 バルスビュッテ ル、レッゲンホフ 26 (72)発明者 ブルマイスター、ミハエル ドイツ連邦共和国、2058 ラウエンブル ク、ブレス・ラウエル・シュトラーセ 40 【要約の続き】 するために分離装置（１３）を適切に操作するための圧 力範囲が提供される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス分離膜を有し、その残留物側にガスが希薄された混合物（残留物）が 生じ、透過物側にガスが濃縮された混合物（透過物）が生じる分離装置を使用し て液体上に発生するガス混合物、特に炭化水素ガス混合物を分離するための方法 において、液体の補給の時に環境気体と接触して発生し、残留物側及び透過物側 の負圧により分離装置へ送られる被分離ガス混合物の時間当たりの容積量が補給 操作の時に補給される液体の時間当たりの容積量より大きく、生じる透過物の時 間当たりの容積量が補給操作の時に補給される液体の時間当たりの容積量に等し いことを特徴とする方法。 ２．残留物が被分離ガス混合物に比して減圧されていることを特徴とする請求 項１に記載の方法。 ３．補給操作のために液体を抽出した液体貯蔵物に透過物を再び返送すること を特徴とする請求項１又は２のいずれか１つ又は両方に記載の方法。 ４．残留物を環境へ放出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１ 項又は数項に記載の方法。 ５．分離装置に進入する前の被分離ガス混合物の吸込圧力を所定の値に調整す ることができることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項又は数項に記 載の方法。 ６．ガス分離膜を有し、その残留物側にガスが希薄された混合物（残留物）が 生じ、透過物側にガスが濃縮された混合物（透過物）が生じる分離装置を使用し て液体上に発生するガス混合物、特に炭化水素ガス混合物を分離する、請求項１ ないし５のいずれか１項又は数項に記載の方法の実施のための装置において、分 離装置（１３）の残留物側（１４）と透過物側（１５）のいずれににも夫々１個 の負圧発生のためのポンプ装置（１６、１７）が配設され、液体（１１）の補給 操作の時に環境気体（１８）と接触して発生し、分離装置（１３）へ送られる被 分離ガス混合物（１２）の時間当たりの容積量が補給操作の時に補給される液体 （１１）の時間当たりの容積量より大きく、生じた透過物（１５）の時間当たり の容積量が補給操作の時に補給された液体（１１）の時間当たりの容積量に等し いように上記ポンプ装置を調整することができることを特徴とする装置。 ７．補給場所（３０）から分離装置（１３）に至るガス混合物（１２）の送給 管（１９）に制御弁（２１）を配設したことを特徴とする請求項６に記載の装置 。 ８．透過物（１５）のためのポンプ装置（１７）の出口側を液体容器（２２） と連結したことを特徴とする請求項６又は７のいずれか１つ又は両方に記載の装 置。 ９．ポンプ装置（１６）を退出する残留物（１４）を環境（１８）へ放出する ことができることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項又は数項に記載 の装置。 １０．残留物（１４）のためのポンプ装置（１６）が液体容器（２２）の空気 抜き室（２３）と連結されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。 １１．分離装置（１３）へ送られる被分離ガス混合物（１２）の吸込圧力を制 御弁（２１）により調整することができ ることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１項又は数項に記載の装置。