JP5020921B2

JP5020921B2 - 蒸発燃料処理装置

Info

Publication number: JP5020921B2
Application number: JP2008279927A
Authority: JP
Inventors: 勝彦牧野; 俊幸岩崎; 孝萬井
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-10-30
Also published as: JP2010106766A

Description

本発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を、燃料成分を選択的に透過分離する分離膜を介して濃縮した状態で燃料タンクへ効率良く回収する、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は、最も単純な基本的構成で説明すると、図１９に示すように、燃料タンク１で発生する蒸発燃料を吸着捕集するためのキャニスタ２と、キャニスタ２から脱離された蒸発燃料を含むガスから燃料成分を選択的に透過分離する分離膜４を有する分離膜モジュール１１と、キャニスタ２から分離膜モジュール１１へ蒸発燃料含有ガスを圧送供給するポンプ６とを備える。キャニスタ２内には、活性炭などの多孔質体からなる吸着材が充填されている。符号３は燃料タンク１とキャニスタ２とを連通するエバポ通路であり、符号５はキャニスタ２と分離膜モジュール１１とを連通するパージ通路であり、符合７はキャニスタ２と大気とを連通する大気通路であり、符合８は分離膜モジュール１１と燃料タンク１とを連通する回収通路であり、符号９は分離膜モジュール１１とキャニスタ２とを連通する返流通路であり、符合１０は系内を一定圧力に保持するレギュレータである。なお、燃料タンク１内には、燃料供給通路１２を通して図外のエンジンへ燃料を圧送する燃料ポンプ１３が配されている。

このような蒸発燃料処理装置は、キャニスタ２に吸着捕集された蒸発燃料を、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６によってパージさせながら分離膜モジュール１１に加圧供給し、分離膜４を透過した蒸発燃料を高濃度で回収するエバポパージレスシステムとして構成されている。具体的には、燃料タンク１内で発生した蒸発燃料は、エバポ通路３を通ってキャニスタ２内の吸着材に吸着される。エンジンスタート等によってポンプ６が駆動されると、大気通路７から吸入された大気（外気）がキャニスタ２内を通過する際に、吸着材に吸着されていた蒸発燃料が脱離（パージ）され、蒸発燃料含有ガスが分離膜モジュール１１へ圧送される。分離膜４は燃料成分を選択的に分離するので、分離膜モジュール１１へ導入された蒸発燃料含有ガスは、分離膜４を透過した濃縮ガス（高濃度ガス）と分離膜４を透過しなかった低濃度ガスとに分離される。濃縮ガスは回収通路８を通して燃料タンク１に回収され、低濃度ガスは返流通路９を通してキャニスタ２へ返流される。

このように、キャニスタから脱離された蒸発燃料を含むガスを分離膜を介して濃縮回収するので、蒸発燃料の回収効率が向上する。しかし、さらに蒸発燃料を高効率で回収することが求められる。そこで、さらに蒸発燃料の高効率回収を図った蒸発燃料処理装置として、例えば本出願人らが先に提案した特許文献１がある。特許文献１では、２つの分離膜を直列に設け、蒸発燃料含有ガスを二段階で濃縮することで、燃料成分の回収効率を向上させている。具体的には、第１の分離膜によって分離された低濃度ガスを第２の分離膜へ供給して中濃度ガスと低濃度ガスに分離している。第２の分離膜によって分離された中濃度ガスは、循環通路を通して再度第１の分離手段に循環供給され、第２の分離膜によって分離された低濃度ガスは、返流通路を通してキャニスタ側へ戻される。

一方、分離膜自体の分離性能向上を図ったものも提案されている。自動車のガソリン燃料から発生する燃料成分を選択的に分離するものではないが、例えば特許文献２には、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類などの有機溶剤から発生する有機蒸気を含む混合ガスから、有機蒸気成分を選択的に分離する分離膜が開示されている。このような分離膜の分離性能は、供給ガス流量、供給側と透過側との差圧、供給ガス温度、供給ガス濃度など、種々の要因によって変動し得るが、特許文献２では所定の内径を有する中空糸膜モジュールに対して混合ガスを中空糸の内側に供給することで、平膜型分離膜を使用したスパイラル型膜モジュールよりも分離性能の向上を図っている。なお、特許文献２では、透過ガス流量と供給ガス流量との比を５〜５０％（０．０５〜０．５）の範囲にすればよいとされている。実施例として有効長さ８５ｃｍ、有効膜面積０．４８ｍ²の中空糸膜を使用しており、比較例として正方形（１ｍ×１ｍ）の平膜型分離膜を使用している。

同じく燃料成分を選択的に分離するものではないが、特許文献３には空気中の酸素を選択的に透過する分離膜（酸素富化膜）が開示されている。分離膜による分離原理は、供給ガスが所定の相対圧下で分離膜の表面を沿うように流動する際に、所定の成分は分離膜に対する溶解拡散係数が高いことで分離膜を透過するが、他の成分は分離膜に対する溶解拡散係数が低いことで分離膜を透過しないことによる。そこで、分離膜による単位時間当たりの処理能力（透過ガス流量）を向上させるには、単純には分離膜の面積を大きくすることが考えられる。しかし、単に分離膜の面積を増やしただけでは、単位時間当たりの透過ガス流量は増えるが透過ガス濃度が低下してしまう。当該分離膜においては、供給ガス中の分離対象成分濃度が高いほど、分離性能も高くなる傾向がある。したがって、例えば図２０に示すように、供給ガスの流動方向に対して分離膜の長さが長いと、分離膜の表面に沿って流動する供給ガス中の分離成分濃度は、供給ガスの流れに沿って下流に行くにつれて、その途中で分離成分の多くが分離膜を通過していくため小さくなる。これにより、分離膜による分離性能も下流に行くほど悪くなる。これは、分離膜ないし分離膜モジュールの形態がどのようなものであっても基本的に同様である。例えば特許文献２のような中空糸膜であっても、これを長さ方向に切り開いて平面的に展開すれば、平膜と同様に考えることができる。そこで、特許文献３では、酸素富化膜を略長方形に形成して、その短手方向（短辺）が空気の流動方向と略並行になるように、かつ酸素富化膜の長手方向（長辺）が空気の流動方向と略直角になるように配置することで、酸素分子の分離効率の向上を図っている。

特開２００４−３２４４８８号公報特開平６−２４６１２６号公報特開２００４−２１６１１６号公報

特許文献１では、蒸発燃料含有ガスを二段階で濃縮し、中濃度ガスを再度第１の分離膜へ循環供給しているので、蒸発燃料の回収率が高まる。しかし、各分離膜自体の分離性能については特に考慮しておらず、改良の余地が残る。これに対し特許文献２では、分離膜自体の分離性能の向上を図っているが、これは分離膜モジュールの形態やガス供給方法を規定することで達成している。これでは、分離膜モジュールの形態やガス供給方法が制限されるので汎用性に欠け、設計自由度が低い。また、具体的な分離膜として、有効長さ８５ｃｍ、有効膜面積０．４８ｍ²の中空糸膜を使用しているが、これは、実質的な有効幅が約５６ｃｍに相当する。つまり、供給ガスの流動方向に沿う方向の寸法に対して、これと交差（直交）する方向の寸法が短くなっている。したがって、特許文献２の分離膜では分離効率が悪くなる。一方、特許文献３では、酸素富化膜を長方形にしてその短手方向（短辺）が空気の流動方向と略並行、かつ長手方向（長辺）が空気の流動方向と略直角になるように配置することで、効率良く酸素を分離している。しかし、単に酸素富膜を長方形にするのみであって、これ以外の形態とすることは想定していない。

しかも特許文献１〜３では、分離膜による分離性能に影響を与える供給ガス量にについては特に考慮されていない。特許文献２には一応の好ましい範囲が規定されているが、具体的な条件までは考慮されていない。供給ガス流量が少ないと透過ガス流量も少なくなるので、分離膜による処理能力を最大限発揮できない。一方、供給ガス流量が多すぎても、処理能力（透過ガス流量）にはある程度の限界があるので、消費電力すなわちエネルギーコストの無駄となる。したがって、分離効率の点からは、供給ガス流量を、分離膜による処理能力をほぼ最大限発揮できる範囲とすることが望まれる。さらにエネルギーコストも考慮すると、供給ガス流量は、分離膜による処理能力をほぼ最大限発揮できる必要最低限に抑えることが好ましいことになる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、分離膜の処理能力を最大限発揮させながら、効率良く蒸発燃料を分離回収できる蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明は、燃料タンクで発生する蒸発燃料を捕集するためのキャニスタと、該キャニスタから脱離された蒸発燃料を含むガスから燃料成分を選択的に透過分離する分離膜と、前記キャニスタから分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送供給するガス供給手段と、を備える蒸発燃料処理装置であって、前記分離膜へ供給される供給ガスの流量と前記分離膜を透過したガスの流量との比（供給ガス流量／透過ガス流量）が７以上、好ましくは７〜１０となるように、供給ガス流量が電子制御装置によって制御されていることを特徴とする。なお、本発明において供給ガスとは、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意味する。供給ガス流量は、ガス供給手段の出力や、ガス供給手段とは別に設けた流量調整器などを、電子制御装置によって制御することで制御できる。また、以下においては、（供給ガス流量／透過ガス流量）をステージカットと称すことがある。

供給ガス流量の制御は、次のように行うことができる。第１に、前記キャニスタと分離膜との間に供給ガス中の蒸発燃料濃度を検知する供給ガス濃度検知手段を設け、前記電子制御装置には、供給ガス中の蒸発燃料濃度に応じた透過特性を予め記憶させておく。そのうえで、前記電子制御装置は、前記供給ガス濃度検知手段によって検知された蒸発燃料濃度と、予め記憶された透過特性とに基づいて供給ガス流量を制御することができる。

第２に、前記分離膜と燃料タンクとの間に、透過ガス中の蒸発燃料濃度を検知する透過ガス濃度検知手段を設け、前記電子制御装置には、透過ガス中の蒸発燃料濃度に応じた透過特性を予め記憶させておく。そのうえで、前記電子制御装置は、前記透過ガス濃度検知手段によって検知された蒸発燃料濃度と、予め記憶された透過特性とに基づいて供給ガス流量を制御することができる。

第３に、前記分離膜と燃料タンクとの間に、透過ガスの流量を検知する透過ガス流量検知手段を設け、前記電子制御装置には、透過ガス流量に応じた透過特性を予め記憶させておく。そのうえで、前記電子制御装置は、前記透過ガス流量検知手段によって検知された透過ガス流量と予め記憶された透過特性とに基づいて供給ガス流量を制御することができる。なお、透過特性とは、供給ガス流量に応じた透過ガス流量や透過ガス濃度などの挙動特性を意味する。

前記分離膜は、供給ガスの流動方向と平行な方向の寸法を、供給ガスの流動方向と直交する方向の寸法よりも形状的もしくは実質的に短くしておくことが好ましい。なお、形状的に短いとは、例えば平膜型分離膜において長さ寸法を幅寸法よりも短くする場合など、分離膜の形状そのものによって直接的に短くなっている場合を意味する。これに対し実質的に短いとは、例えば中空糸分離膜のように、周長さが実質的に幅寸法に相当するような場合が当てはまる。また、個々の分離膜は必ずしも流動方向と平行な方向の寸法が直交する方向の寸法よりも短くなくても、複数個の分離膜を並列に設けることで、結果として実質的に短くなっている場合も当てはまる。

すなわち、前記分離膜を複数個設けたうえで、供給ガスの流動経路における最上流側から複数個の分離膜を並列に設けてもよい。この場合、並列関係にある分離膜全体において、流動方向と平行な方向の寸法が直交する方向の寸法よりも実質的に短くなってさえいれば、個々の分離膜における当該寸法は短くても長くても構わない。

本発明によれば、ステージカットすなわち（供給ガス流量／透過ガス流量）が７以上となるように供給ガス流量が制御されているので、分離膜による処理能力をほぼ最大限発揮させることができ、蒸発燃料の回収効率も向上する。ステージカットが７〜１０となるように供給ガス流量が制御されていれば、分離膜による処理能力をほぼ最大限発揮させながら供給ガス流量を抑えられるので、エネルギーコストを効果的に抑えられる。

また、分離膜における供給ガスの流動方向と平行な方向の寸法を、供給ガスの流動方向と直交する方向の寸法よりも短くしておけば、分離膜の処理能力（単位時間当たりの透過ガス流量）を増大させるために分離膜の面積を大きくしても、供給ガスの流動方向下流域でも透過ガス濃度が大きく低下することを避けられ、分離効率が向上する。

複数個の分離膜を並列に設けることで、供給ガスの流動方向と平行な方向の寸法を供給ガスの流動方向と直交する方向の寸法よりも実質的に短くなっていれば、個々の分離膜における寸法をそれぞれ別個に設計する必要は必ずしも無いので、設計自由度が高くなる。複数の分離膜を直列に設けて段階的に濃縮するような場合でも、少なくとも供給ガスの流動経路における最上流側から複数個を並列としていれば、最も分離性能が重要となる最初の分離において、透過ガス濃度が大きく低下することなく単位時間当たりの処理能力を向上できる。

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。特に、蒸発燃料処理装置の基本的構成は、後述の各実施例に限らず、種々のものに適用可能である。本発明の蒸発燃料処理装置は、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を採用した車両に搭載される。

［分離膜の面積と透過ガス濃度との関係評価試験］
先ず、分離膜の面積と透過ガス濃度との関係について評価した。ここで使用した分離膜の特性は、次のとおりである。
材質：シリコーン系
分離方式：溶解拡散方式
ガス透過性：ｎ−ブタン；５．３５cc/cm²/h/kPa（透過量／膜面積／時間／圧力）
窒素；０．２２cc/cm²/h/kPa（透過量／膜面積／時間／圧力）
分離係数：２４（５．３５／０．２２）
形状：平膜正方形
また、試験条件は次のとおりである。
相対圧：１５０ｋＰａ
供給ガス流量：４０Ｌ／ｍｉｎ
供給ガス：ｎ−ブタン４０vol%、窒素６０vol%混合ガス

上記条件において、図１に概略構成図を示す評価装置によって評価した。具体的には、ガスボンベ１００から流量調整器１０１を介して供給ガスＧ₀を分離膜モジュール１０２へ供給した。分離膜モジュール１０２内では、供給ガスＧ₀は分離膜１０３の表面を沿うように流動し、その間に透過ガス（濃縮ガス）Ｇ₁と低濃度ガスＧ₂とに分離される。透過ガスＧ₁の流量及びガス濃度は、流量・濃度計１０４によって計測した。低濃度ガスＧ₂は、そのまま分離膜モジュール１０２から排出される。相対圧は、調圧弁１０５によって調整した。なお、膜面積を種々変更する際、分離膜の縦寸法と横寸法とは同じ寸法に保った。当該評価試験の結果を図２に示す。

なお、分離膜による分離性能は、供給ガス中の分離成分濃度によっても変動する。そこで、供給ガスをｎ−ブタン５０vol%、窒素５０vol%混合ガスとした場合についても評価した。その結果を図３に示す。

図２、３の結果から、分離膜の膜面積を大きくすれば、単位時間当たりの処理量（透過ガス流量）は増大するが、その反面、いずれの供給ガス濃度でも透過ガス濃度（ｎ−ブタン濃度）は減少していた。これは、供給ガスの流動方向と平行な長さ寸法が大きくなることで、供給ガスが下流へ流動するにしたがって分離効率が低下することに起因する。このように、たとえ正方形の分離膜であっても、単に膜面積を大きくするだけでは分離効率が低下することがわかった。これにより、分離膜の形状や寸法を設計する場合、供給ガスの流動方向と平行な方向の寸法を、供給ガスの流動方向と直交する方向の寸法よりも短くする必要があることがわかった。これを踏まえて、以下に本発明の各実施例について説明する。

（実施例１）
図４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４に示すごとく、実施例１は、上記従来技術で説明した図１９に示す基本的構成の蒸発燃料処理装置に適用したものである。したがって、具体的な基本的構成及び基本的作用については、従来技術と同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略し、従来技術とは異なる点を中心に説明する。なお、ポンプ６が本発明のガス供給手段に相当する。

キャニスタ２と分離膜モジュール１１との間のパージ通路５上には、供給ガス（蒸発燃料含有ガス）中の蒸発燃料濃度を検知する濃度センサ１５が設けられている。濃度センサ１５の検出信号は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと称す）１６へ送られる。ポンプ６は、これの作動タイミングのほか、その出力もＥＣＵ１６によって制御される。なお、濃度センサ１５が、本発明の供給ガス濃度検知手段に相当する。

分離膜４には、蒸発燃料含有ガス中の燃料成分が優先的に透過し、空気成分は透過し難い炭化水素分離膜を使用している。詳しくは、燃料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を有する。ポリエステル等の不織布が積層された三層構造からなることもある。薄膜層が分離膜４の主体的機能を果たし、一般的には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。燃料成分は、分離膜４に対する溶解係数及び拡散係数が高いことから、容易に分離膜４に溶解・拡散・脱溶解することで、透過速度が速い。これに対し、窒素や酸素等の空気成分は、分離膜４に対する溶解係数及び拡散係数が蒸発燃料成分より低く、分離膜４を透過し難い。これによって、蒸発燃料含有ガス中の燃料成分が分離膜４によって優先的に分離されて高濃度ガス（濃縮ガス）となり、空気成分は分離膜４で分離されずに低濃度ガスとなる。

分離膜４は長方形の平膜型分離膜とされており、図５に示すように、短手方向（短辺）が供給ガスＧ₀の流動方向と平行となり、かつ長手方向（長辺）が供給ガスＧ₀の流動方向と直行するように配されている。すなわち、供給ガスＧ₀の流動方向と平行な長さ方向の寸法が、供給ガスＧ₀の流動方向と直交する幅方向の寸法よりも形状的に短くなっている。分離膜モジュール１１は、分離膜４によって受入室（低濃度ガス室）１７と透過室（濃縮ガス室）１８とに区画される。なお、図４には分離膜モジュール１１を概念的に示しているが、実際は図１に示す分離膜モジュール１０２と同様の構成となっている。

ＥＣＵ１６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が当該制御プログラムに基づいてＲＡＭ上で計算処理し、ポンプ６の作動タイミングや出力を制御操作する。制御プログラムには、供給ガス中の蒸発燃料濃度に応じた透過特性が含まれている。

［供給ガス流量と透過ガス流量との関係評価試験］
ＥＣＵ１６による供給ガス流量の制御について説明する前に、透過特性を評価した試験について説明する。本評価試験の分離膜特性、試験条件、試験装置は、上記分離膜の面積と透過ガス濃度との関係評価試験と同じである。分離膜は１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形とし、供給ガスにはｎ−ブタン４０vol%、窒素６０vol%混合ガスを使用した。その結果を図６に示す。

図６の結果から、供給ガス流量が比較的少ない範囲においては、供給ガス流量を増量させるにつれて透過ガス流量も顕著に増量し、供給ガス流量の変動に対する透過ガス流量の変動が激しい。これに対し、供給ガス流量が一定量以上の範囲では、供給ガス流量を増量させても透過ガス流量はあまり増量せず安定しており、当該量が分離膜による処理能力の限界であることがわかる。そして、供給ガス流量に対して透過ガス流量の変動が激しい範囲と供給ガス流量に対して透過ガス流量が安定化する範囲との境界は、ステージカットが７程度であることがわかった。

透過特性は供給ガス濃度によって変動する。そこで、次いで供給ガス濃度を種々変更した場合の各透過特性についても、同様の条件で評価した。その結果を図７に示し、同時に測定した供給ガス流量に応じた透過ガス濃度特性結果を図８に示す。図７の結果から、ステージカットが７以上であれば、どのような供給ガス濃度であっても透過ガス流量が安定していた。これにより、分離膜の処理能力をほぼ最大限発揮させながら分離性能を安定化するには、ステージカットを少なくとも７以上とする必要があることが分かった。また、エネルギーコストも考慮すると、ステージカットを７〜１０とすることが好ましく、最も好ましくはステージカットを限りなく７に近づけることがわかった。

このように、事前に供給ガス濃度に応じた透過特性を求めておき、その結果をＥＣＵ１６のＲＯＭへ記憶させておく。このとき、供給ガス濃度を細かく変更したできるだけ多くの透過特性を記憶させておく。そして、ガス濃度センサ１５によって供給ガス中の蒸発燃料濃度が検知されると、ＥＣＵ１６は予め記憶されている図７のような供給ガス濃度に応じた透過特性に照らし合わせ、その結果に基づいて少なくともステージカットが７以上、好ましくはステージカット７〜１０、より好ましくはステージカット約７となるように、ポンプ６の出力を制御して供給ガス流量を制御する。例えば、供給ガス濃度が９０％のように高い場合は供給ガス流量を７．５Ｌ／ｍｉｎ程度とする。蒸発燃料の分離回収を続けていると、供給ガス濃度は経時的に減少してくるので、これに伴い供給ガス流量も減少させる。例えば供給ガス濃度が２５％のように低くなれば、これに応じて供給ガス流量は０．８Ｌ／ｍｉｎ程度に制御される。

（実施例２）
図９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は実施例１の変形例であって、特許文献１のような二段階で蒸発燃料を濃縮する構成の蒸発燃料処理装置に適用した例である。具体的には、図９に示すように、分離膜モジュール１１は第１の分離手段となっており、さらに第２の分離手段としてもう１つの分離膜モジュール２０が設けられている。第２の分離膜モジュール２０内にも、第１の分離膜モジュール１１と同じ分離膜４が設けられており、当該分離膜４を挟んで受入室（低濃度ガス室）２１と透過室（濃縮ガス室）２２とに区画されている。第１の分離膜モジュール１１の低濃度ガス室１７は、第２の分離膜モジュール２０の受入室２１に連通されている。すなわち、第１の分離膜モジュール１１と第２の分離膜モジュール２０とは、直列に設けられている。また、第２の分離膜モジュール２０の低濃度ガス室２１に返流通路９が連接され、第２の分離膜モジュール２０の透過室２２に循環通路２３の一端が連接されている。循環通路２３の他端は、ポンプ６より上流においてパージ通路５と連通している。

第１の分離膜モジュール１１によって分離された低濃度ガスは、低濃度ガス室１７から第２の分離膜モジュール２０の受入室２１へ供給され、分離膜４によってさらに分離濃縮される。第２の分離膜モジュール２０の分離膜４を透過した濃縮ガスは、循環通路２３を通して再度第１の分離膜モジュール１１へ循環供給され、残余の燃料成分が再度分離膜４によって分離回収される。第２の分離膜モジュール２０の低濃度ガス室２２からは、超低濃度ガスが返流通路９を通してキャニスタ２へ返流される。ステージカットに基づく供給ガス流量制御を含め、その他は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

なお、実施例２のように複数の分離膜モジュールを直列に設ける場合、少なくとも供給ガスの流動経路における最上流にある第１の分離膜モジュールにおける分離膜さえ、供給ガスの流動方向と平行な方向の寸法が供給ガスの流動方向と直交する方向の寸法よりも短くなっていれば、第２の分離膜モジュールにおける分離膜は必ずしもこのように設計されていなくてもよい。第２の分離膜モジュールは補佐的に設けられているものであって、蒸発燃料含有ガスから燃料成分を直接分離回収するのは第１の分離膜モジュールだからである。

（実施例３）
図１０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、実施例１の別の変形例であって、２つの分離手段１１・２０が供給ガスの流動経路において並列に設けられている。実施例３は実施例２の変形例と見ることもできる。具体的には、図１０に示すように、パージ通路５は途中で分岐して、第１の分離膜モジュール１１の受入室１７と第２の分離膜モジュール２０の受入室２１との双方に連接されている。また、第１の分離膜モジュール１１の受入室１７と第２の分離膜モジュール２０の受入室２１の双方から、キャニスタ２へ返流通路９が延びている。さらに、第１の分離膜モジュール１１の透過室１８と第２の分離膜モジュール２０の透過室２２の双方から、燃料タンク１へ回収通路８が延びている。この構成によれば、ポンプ６によってキャニスタ２から供給されてくる蒸発燃料含有ガスは、第１の分離膜モジュール１１と第２の分離膜モジュール２０へ同時に供給され、それぞれの分離膜４・４において同時に分離される。したがって、この構成を概念的に示せば図１１のようになり、分離膜４における供給ガスＧ₀の流動方向に直交する方向の寸法すなわち幅寸法が、実質的に２つの分離膜４・４の合計寸法と同じになる。

［透過特性試験］
これを確認するため、１つの分離膜によって分離した場合と、並列に並べた同じ形状の分離膜２つを使用して分離した場合のガス透過特性について評価した。ここでの試験も、上記供給ガス流量と透過ガス流量との関係評価試験と同じ分離膜特性、試験条件、分離膜寸法、供給ガスとした。膜面積１００ｃｍ²には図１に示す試験装置を使用し、膜面積２００ｃｍ²には図１０と同様に膜面積１００ｃｍ²の分離膜を並列させた試験装置を使用した。その結果を図１２，１３に示す。図１３の結果から、同じ形状寸法の２つの分離膜を並設すれば、これと同じ形状寸法の分離膜１つを使用した場合に対して、透過ガス流量がほぼ２倍となっていた。一方、図１２の結果をみると、２つの分離膜を並設した場合でも１つの分離膜を使用した場合とほぼ同等の透過ガス濃度であった。この結果は、一般的には膜面積が大きいと透過ガス濃度が低下する傾向（図２参照）に合致しない。これにより、分離膜を併設すれば、２つの分離膜の幅寸法の合計が、実質的に１つの分離膜における幅寸法として機能することがわかった。

そこで、実施例３では、この実質的な分離膜４の幅寸法を考慮して、供給ガスの流動方向と平行な方向の寸法（長さ寸法）を、供給ガスの流動方向と直交する方向の寸法（幅寸法）よりも実質的に短くしている。これにより、分離膜４における分離効率を向上できる。したがって、個々の分離膜４・４のそれぞれにおいても、長さ寸法が幅寸法よりも小さいことが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。また、結果として実質的に長さ寸法が幅寸法よりも小さければよいので、各分離膜４・４の寸法を異ならせてもよい。ステージカットに基づく供給ガス流量制御を含めてその他は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例４）
図１４に、本発明の実施例４に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を示す。実施例４は実施例２と実施例３との組み合わせに相当する。すなわち、図１４に示されるように、第１の分離膜モジュール１１と第２の分離膜モジュール２０とを並列に設けた上で、さらに両分離膜モジュール１１・２０の下流に第３の分離膜モジュール２５を直列に設けている。具体的には、第１の分離膜モジュール１１の透過室１７と第２の分離膜モジュール２０の透過室２２に、第３の分離膜モジュール２５の受入室２６がそれぞれ連通されている。返流通路９は第３の分離膜モジュール２５の受入室２６に連接され、第３の分離膜モジュール２５の透過室２７に還流通路２３が連接されている。並列関係にある第１及び第２の分離膜モジュール１１・２０は、供給ガスの流動経路において最上流に位置している。各分離膜４における長さ寸法と幅寸法との関係、及びステージカットに基づく供給ガス流量の制御を含めて、その他は実施例２や実施例３と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例５）
図１５に、本発明の実施例５に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を示す。実施例５は実施例１の変形例であって、供給ガス中の蒸発燃料濃度を検知する濃度センサ１５に代えて、透過ガス中の蒸発燃料濃度を検知する濃度センサ３０を設けている。すなわち、パージ通路５上に設けた濃度センサ１５に代えて、図１５に示されるように、濃度センサ３０を回収通路８上に設けている。なお、濃度センサ３０が、本発明の透過ガス濃度検知手段に相当する。

実施例５では、上記供給ガス流量と透過ガス流量との関係評価試験によって求めた、図７のような供給ガス流量に応じた透過ガス流量の挙動特性や、図８のような供給ガス流量に応じた透過ガス濃度の挙動特性を、予めＥＣＵ１６のＲＯＭへ記憶させておく。このとき、供給ガス濃度を細かく変更したできるだけ多くの透過特性を記憶させておく。そして、濃度センサ３０によって透過ガス中の蒸発燃料濃度が検知されると、ＥＣＵ１６は予め記憶されている図８のような透過ガス濃度に応じた透過特性と図７のような透過特性とを照合し、その結果に基づいて少なくともステージカットが７以上、好ましくはステージカット７〜１０、より好ましくはステージカット約７となるように、ポンプ６の出力を制御して供給ガス流量を制御する。蒸発燃料処理装置の構成など、その他は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例６〜８）
実施例２〜４においても、実施例５と同じように供給ガス流量を制御することができる。図１６に本発明の実施例６に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を、図１７に本発明の実施例７に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を、図１８に本発明の実施例８に係る蒸発燃料処理装置の概略構成図を、それぞれ示す。実施例６は実施例２の変形例であり、実施例７は実施例３の変形例であり、実施例８は実施例４の変形例である。これら実施例６〜８においても、図１６〜１８に示すように、回収通路８上に透過ガス中の蒸発燃料濃度を検知する濃度センサ３０を設けており、実施例５と同じようにして供給ガス流量を制御できる。実施例６〜８における濃度センサ３０以外の構成は、それぞれ実施例２〜４と同じなので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（その他の変形例）
以上、本発明の代表的な各実施例について説明したが、その他にも種々の変形が可能である。例えば、実施例１〜４ではパージ通路５上に設けた濃度センサ１５による供給ガス濃度に基づいて、実施例５〜８では回収通路８上に設けた濃度センサ３０による透過ガス濃度に基づいて、それぞれ供給ガス流量を制御しているが、他にも回収通路８上に流量センサを設けて透過ガス流量に基づいて供給ガス流量を制御することもできる。この場合も、実施例１〜４と同様に図７のような透過特性をＥＣＵ１６に予め記憶させておけばよいが、ＥＣＵ１６においては実施例１〜４の場合とは逆に計算することで供給ガス流量を制御することになる。

実施例１〜８では平膜型の分離膜を使用した例であるが、中空糸膜を使用することもできる。中空糸膜を使用する場合、供給ガスを中空内部に導入して外部に透過させる内圧分離方式と、中空糸膜の外部から供給ガスを導入して中空内部に透過させる外圧分離方式の、いずれの分離方式としてもよい。中空糸膜においては、内圧分離方式であれば内周面の周長さ、外圧分離方式であれば外周面の周長さが、供給ガスの流動方向に直行する長さである幅寸法に相当する。これを踏まえて、中空糸膜においても、供給ガスの流動方向と平行な長さ方向の寸法を、供給ガスの流動方向と直交する周方向の寸法よりも短くしておく。また、ハニカム状の分離膜を使用することもできる。平膜型分離膜も、平板状のほか渦巻状にしてもよい。これらの場合における寸法設計も、上記中空糸膜の場合と同様に考えればよい。

供給ガス流量は、ポンプ６の出力のほか、流量調整器によって制御することもできる。すなわち、パージ通路５上にポンプ６とは別に流量調整器を設け、電子制御装置によって流量調整器を制御することで供給ガス流量を制御してもよい。

透過特性評価試験で使用した試験装置の概略構成図である。膜面積に応じた透過ガス濃度及び透過ガス流量の変化を示すグラフである。図２とは異なる供給ガス濃度における膜面積に応じた透過ガス濃度及び透過ガス流量の挙動を示すグラフである。実施例１の概略構成図である。実施例１における分離膜と供給ガスの流動方向との関係を示す概念図である。供給ガス流量に応じた透過ガス流量変化を示すグラフである。種々の供給ガス濃度における供給ガス流量に応じた透過ガス流量変化を示すグラフである。種々の供給ガス濃度における供給ガス流量に応じた透過ガス濃度変化を示すグラフである。実施例２の概略構成図である。実施例３の概略構成図である。実施例３における分離膜と供給ガスの流動方向との関係を示す概念図である。供給ガス濃度に応じた透過ガス濃度変化を示すグラフである。供給ガス濃度に応じた透過ガス流量変化を示すグラフである。実施例４の概略構成図である。実施例５の概略構成図である。実施例６の概略構成図である。実施例７の概略構成図である。実施例８の概略構成図である。従来例の概略構成図である。分離膜による分離原理を示す概念図である。

符号の説明

１燃料タンク
２キャニスタ
３エバポ通路
４分離膜
５パージ通路
６ポンプ（ガス圧送手段）
７大気通路
８回収通路
９返流通路
１０レギュレータ
１１第１の分離膜モジュール
１５濃度センサ（供給ガス濃度検知手段）
２０第２の分離膜モジュール
２３循環通路
２５第３の分離膜モジュール
３０濃度センサ（透過ガス濃度検知手段）
１００ガスボンベ
１０１流量調整器
１０２分離膜モジュール
１０３分離膜
１０４流量・濃度計
１０５調圧弁
Ｇ₀ 供給ガス（蒸発燃料含有ガス）
Ｇ₁ 透過ガス（濃縮ガス）
Ｇ₂ 低濃度ガス

Claims

燃料タンクで発生する蒸発燃料を捕集するためのキャニスタと、該キャニスタから脱離された蒸発燃料を含むガスから燃料成分を選択的に透過分離する分離膜と、前記キャニスタから分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送供給するガス供給手段と、前記分離膜へ供給される供給ガスの流量を制御する電子制御装置とを備える蒸発燃料処理装置において、
前記キャニスタと分離膜との間には、前記供給ガス中の蒸発燃料濃度を検知する供給ガス濃度検知手段が設けられており、
前記電子制御装置には、前記供給ガス中の蒸発燃料濃度に応じた透過特性が予め記憶されており、
前記電子制御装置は、前記供給ガス濃度検知手段によって検知された蒸発燃料濃度と、予め記憶された前記透過特性とに基づいて供給ガス流量を制御することで、前記分離膜へ供給される供給ガスの流量と前記分離膜を透過した透過ガスの流量との比（供給ガス流量／透過ガス流量）が７以上となるように制御されていることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
燃料タンクで発生する蒸発燃料を捕集するためのキャニスタと、該キャニスタから脱離された蒸発燃料を含むガスから燃料成分を選択的に透過分離する分離膜と、前記キャニスタから分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送供給するガス供給手段と、前記分離膜へ供給される供給ガスの流量を制御する電子制御装置とを備える蒸発燃料処理装置において、
前記分離膜と燃料タンクとの間には、前記分離膜を透過した透過ガス中の蒸発燃料濃度を検知する透過ガス濃度検知手段が設けられており、
前記電子制御装置には、前記透過ガス中の蒸発燃料濃度に応じた透過特性が予め記憶されており、
前記電子制御装置は、前記透過ガス濃度検知手段によって検知された蒸発燃料濃度と、予め記憶された前記透過特性とに基づいて供給ガス流量を制御することで、前記分離膜へ供給される供給ガスの流量と前記分離膜を透過した透過ガスの流量との比（供給ガス流量／透過ガス流量）が７以上となるように制御されていることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
燃料タンクで発生する蒸発燃料を捕集するためのキャニスタと、該キャニスタから脱離された蒸発燃料を含むガスから燃料成分を選択的に透過分離する分離膜と、前記キャニスタから分離膜へ蒸発燃料含有ガスを圧送供給するガス供給手段と、前記分離膜へ供給される供給ガスの流量を制御する電子制御装置とを備える蒸発燃料処理装置において、
前記分離膜と燃料タンクとの間には、前記分離膜を透過した透過ガスの流量を検知する透過ガス流量検知手段が設けられており、
前記電子制御装置には、前記透過ガス中の蒸発燃料濃度又は透過ガス流量に応じた透過特性が予め記憶されており、
前記電子制御装置は、前記透過ガス流量検知手段によって検知された透過ガス流量と、予め記憶された前記透過特性とに基づいて供給ガス流量を制御することで、前記分離膜へ供給される供給ガスの流量と前記分離膜を透過した透過ガスの流量との比（供給ガス流量／透過ガス流量）が７以上となるように制御されていることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
（供給ガス流量／透過ガス流量）が７〜１０となるように供給ガス流量が制御されている、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。
前記分離膜は、供給ガスの流動方向と平行な方向の寸法が、供給ガスの流動方向と直交する方向の寸法よりも形状的もしくは実質的に短くなっている、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
前記分離膜は複数個設けられており、
供給ガスの流動経路における最上流側から複数個の分離膜が並列に設けられている、請求項５に記載の蒸発燃料処理装装置。