(57)【要約】【課題】金属イオン除去装置１において、燃料中の金属イオンを電気化学的に除去する場合に、陰極１８に引き寄せた金属イオンの逆流を阻止できるとともに、金属イオンの総量を低減できる構造を提供する。【解決手段】金属イオン除去装置１は、陰極１８が収容される陰極室２０を燃料流路である陽極室２１から区画する陽イオン交換膜２２を備える。これにより、陽極室２１を流れるあらゆる種類の金属イオンは、陽イオン交換膜２２を通過して陰極１８の方に引き寄せられる。そして、一旦、陰極室２０に入り込んだ金属イオンは、陽イオン交換膜２２に阻止されて陽極室２１の方に逆流することができなくなる。このため、陰極１８に引き寄せた金属イオンの逆流を阻止することができるとともに、燃料中の金属イオンの総量を低減することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、内燃機関に供給される燃料に含まれる金属イオンを除去する金属イオン除去装置において、
燃料に含まれる陽イオンを引き寄せる陰極と、
この陰極が収容される空間を燃料流路から区画する陽イオン交換膜と、
前記燃料流路中に配されて燃料に含まれる陰イオンを引き寄せる陽極とを備える金属イオン除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金属イオン除去装置において、
燃料から水分を分離する水分除去部を備え、
この水分除去部の下側に、分離された水分が溜まる水溜室が形成されており、
前記陽イオン交換膜により区画されて前記陰極を収容する空間は、前記水溜室の最下部に設けられていることを特徴とする金属イオン除去装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の金属イオン除去装置において、
前記内燃機関に供給される燃料は、バイオ燃料であることを特徴とする金属イオン除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料に含まれる金属イオンを除去する金属イオン除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関等に供給される燃料には、不純物として極微量の金属イオンが含まれる一方、潤滑剤としてオレイン酸等の脂肪酸が添加されている。このため、燃料中で、これら金属イオンと脂肪酸との間に塩反応が起こり、脂肪酸金属塩が生成される可能性がある。そして、脂肪酸金属塩は、一般的に燃料に不溶であるため、例えば、インジェクタの摺動部等に析出して作動不良を引き起こす虞がある。
【０００３】
そこで、燃料タンクからインジェクタに至る燃料の供給路に、金属イオンを除去する金属イオン除去装置を配する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の金属イオン除去装置によれば、例えば、キレート樹脂を金属イオンの吸着材として利用したり、燃料通路に陽極および陰極を配して陰極に金属イオンを引き寄せることで電気化学的に金属イオンを除去したりする。
【０００４】
ところで、キレート樹脂やイオン交換樹脂は、網目構造を呈するポリスチレン等の高分子が母体となっており、この網目構造の母体に、キレート形成基やイオン交換基のように金属イオンを捕捉できる活性基が導入されて設けられている。このため、キレート樹脂やイオン交換樹脂では、金属イオン除去自体に寄与する活性基よりも、母体としての高分子の部分が容積の大部分を占めており、車両搭載性を考えた場合、金属イオン除去能力に比べて容積が大きい点が課題となる。
【０００５】
また、陽極および陰極を配して電気化学的に金属イオンを除去する場合、一旦、陰極に引き寄せた金属イオンが燃料流等の影響を受けて、陰極から遠ざかるように逆流する事態が想定され、金属イオンの除去が不充分になる虞がある。
【０００６】
なお、特許文献２には、鉄イオンおよび亜鉛イオンを高濃度に含有するめっき液中に陰極を配して陰極室を形成するとともに、導電性水溶液中に陽極を配して陽極室を形成し、陰極室と陽極室とを陽イオン交換膜によって区画するめっき液処理装置が開示されている。そして、特許文献２によれば、めっき液中に高濃度に蓄積した鉄イオンおよび亜鉛イオンが、陽イオン交換膜によって陽極側への移動が阻止されるので、めっき液中の鉄イオンおよび亜鉛イオンを効果的に陰極側に滞留させて電気化学的に除去することができる旨、開示されている。
【０００７】
しかし、特許文献２のめっき液処理装置では、陽極室には処理対象とは別の導電性水溶液を供給する必要があり、陽極室の導電性成分（つまり、金属イオン）は、当然に陽イオン交換膜を通過して陰極室に移動することができる。このため、特許文献２のめっき液処理装置によれば、陰極室において鉄イオンおよび亜鉛イオンの濃度は低減するものの、陽極室から移動してきた金属イオンによって、金属イオンの総量はさほど低減していないものと考えられる。
【０００８】
このため、鉄イオンや亜鉛イオン以外にナトリウムイオン、カリウムイオンやカルシウムイオン等を含有する燃料を処理対象として、あらゆる金属イオンを除去する必要がある場合に、特許文献２の装置構成では金属イオンの総量を低減することができない。
また、特許文献２のめっき液処理装置では、単一空間の陰極室に処理対象となるめっき液を供給するため、陰極に引き寄せた金属イオンの逆流を阻止することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１０５０９２号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、金属イオン除去装置において、燃料中の金属イオンを電気化学的に除去する場合に、陰極に引き寄せた金属イオンの逆流を阻止できるとともに、金属イオンの総量を低減できる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の金属イオン除去装置は、車両に搭載され、内燃機関に供給される燃料に含まれる金属イオンを除去するものである。また、金属イオン除去装置は、燃料に含まれる陽イオンを引き寄せる陰極と、陰極が収容される空間を燃料流路から区画する陽イオン交換膜と、燃料流路中に配されて燃料に含まれる陰イオンを引き寄せる陽極とを備える。
【００１２】
これにより、燃料流路を流れるあらゆる種類の金属イオンは、陽イオン交換膜を通過して陰極の方に引き寄せられる。そして、一旦、陰極の方に引き寄せられた金属イオンは、陽イオン交換膜に阻止されて陽極の方に向かうことができなくなる。このため、陰極に引き寄せた金属イオンの逆流を阻止することができるとともに、燃料中の金属イオンの総量を低減することができる。
【００１３】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の金属イオン除去装置は、燃料から水分を分離する水分除去部を備え、水分除去部の下側に、分離された水分が溜まる水溜室が形成されている。そして、陽イオン交換膜により区画されて陰極を収容する空間は、水溜室の最下部に設けられている。
これにより、装置から水抜きをすることで、分離した金属イオンを簡便に抜き出すことができる。
【００１４】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の金属イオン除去装置によれば、内燃機関に供給される燃料はバイオ燃料である。
バイオ燃料は、例えば、使用済みの食用油等から生成される脂肪酸メチルエステルを主成分とするものであり、エステル化の逆反応である加水分解により脂肪酸を含有している。このため、金属製の配管を用いて燃料流路を構成する場合、バイオ燃料は配管から金属イオンを溶出させるように作用する。また、バイオ燃料の生成反応では、金属酸化物を触媒として利用する場合も多い。
【００１５】
以上により、バイオ燃料は、ガソリンや軽油に比べて金属イオンの含有量が大きくなる虞が高い。したがって、バイオ燃料を内燃機関に供給する場合には、請求項１、２の手段の作用効果を極めて顕著に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】燃料噴射装置の構成図である（実施例）。
【図２】金属イオン除去装置を含む燃料フィルタの構成図である（実施例）。
【図３】金属イオン除去装置の構成図である（変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施形態の金属イオン除去装置は、車両に搭載され、内燃機関に供給される燃料に含まれる金属イオンを除去するものである。また、金属イオン除去装置は、燃料に含まれる陽イオンを引き寄せる陰極と、陰極が収容される空間を燃料流路から区画する陽イオン交換膜と、燃料流路中に配されて燃料に含まれる陰イオンを引き寄せる陽極とを備える。
【００１８】
また、金属イオン除去装置は、燃料から水分を分離する水分除去部を備え、水分除去部の下側に、分離された水分が溜まる水溜室が形成されている。そして、陽イオン交換膜により区画されて陰極を収容する空間は、水溜室の最下部に設けられている。
【実施例】
【００１９】
〔実施例の構成〕
実施例の金属イオン除去装置１の構成を、図面に基づいて説明する。
金属イオン除去装置１は、車両の内燃機関（図示せず）に噴射供給される燃料から金属イオンを除去するものであり、例えば、燃料に含まれる異物を除去する燃料フィルタ２に組み込まれている。そして、燃料フィルタ２は、例えば、図１に示すように、コモンレール３を介して高圧状態に蓄圧された軽油等の化石燃料を内燃機関に噴射供給する蓄圧式の燃料噴射装置４の一部を構成している。
【００２０】
なお、燃料噴射装置４は、例えば、燃料タンク５から燃料を汲み上げる電動式の低圧供給ポンプ６と、低圧供給ポンプ６から供給された燃料を高圧化して吐出する高圧供給ポンプ７と、高圧供給ポンプ７から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール３と、内燃機関の気筒ごとに搭載され、コモンレール３から燃料の分配を受けて各気筒内に燃料を噴射するインジェクタ８と、各種センサから内燃機関の運転状態を示す検出信号の入力を受けるとともに、これらの検出信号に基づいて低圧、高圧供給ポンプ６、７およびインジェクタ８等の動作を制御する電子制御装置９とを備える周知構造を有するものである。
【００２１】
ここで、インジェクタ８内には、コモンレール３で蓄圧された高圧の燃料が導入される各種の燃料室が形成され、噴孔を開閉する弁体のように燃料噴射の開始および停止に係わる各種部材は、これらの燃料室を高圧状態に維持しながらインジェクタ８内で変位する。このため、これらの各種部材は、クリアランスの狭い摺動部等を形成している。
【００２２】
また、摺動部等におけるクリアランスは、燃料圧が高いほど狭くなっており、コモンレール３を介してディーゼルエンジンに軽油を噴射するような場合、燃料圧は１００ＭＰａを超える高圧となっており、摺動部等におけるクリアランスは極めて狭い。したがって、このように狭いクリアランスを形成する摺動部等に脂肪酸金属塩が析出すると、インジェクタ８の作動不良を引き起こす虞がある。
【００２３】
すなわち、内燃機関に供給される燃料には、不純物として極微量の金属イオンが含まれる一方、潤滑剤としてオレイン酸等の脂肪酸が添加されている。このため、燃料中で、これら金属イオンと脂肪酸との間に塩反応が起こり、脂肪酸金属塩が生成される可能性がある。そして、脂肪酸金属塩は、一般的に燃料に不溶であるため、インジェクタ８の摺動部等に析出して作動不良を引き起こす虞がある。
【００２４】
そこで、燃料噴射装置４によれば、燃料フィルタ２に金属イオン除去装置１の機能を組み込んで金属イオンを積極的に除去している。なお、燃料フィルタ２は、低圧供給ポンプ６から高圧供給ポンプ７に至る燃料通路１０に配されている。
【００２５】
燃料フィルタ２は、例えば、図２に示すように、異物を捕捉する濾過部１４を備え、濾過部１４は、燃料から水分を分離する水分除去部としても機能する。そして、濾過部１４の下側には、濾過部１４により燃料から分離された水分が溜まる水溜室１５が形成され、水溜室１５は、水分が溜まるのに伴って下側から徐々に燃料から水分に置き換わっていく。
【００２６】
また、濾過部１４の軸心部には、燃料通路１０から受け入れた燃料を水溜室１５の方に導く軸心流路１６が設けられている。そして、燃料通路１０から燃料フィルタ２内に受け入れられた燃料は、軸心流路１６を上から下に向かって流れた後、水溜室１５にて径方向外側に向かって流れるとともに流れ方向を上向きに変え、濾過部１４を下から上に通過して燃料通路１０に戻る。
【００２７】
このような燃料フィルタ２において、金属イオン除去装置１は、燃料に含まれる陽イオンを引き寄せる陰極１８と、燃料に含まれる陰イオンを引き寄せる陽極１９と、陰極１８が収容される陰極室２０と陽極１９が収容される陽極室２１とを区画する陽イオン交換膜２２とを備えるように構成されている。
【００２８】
陰極１８は、水溜室１５の最下部に収容されており、水溜室１５の最下部は、陽イオン交換膜２２により水溜室１５の上部と区画されて陰極室２０を形成する。また、陽極１９は、濾過部１４の下側、つまり水溜室１５の上部に配されており、水溜室１５の上部は陽極室２１を形成する。そして、陽極室２１は、軸心流路１６から下方に向かって流出した燃料が流れる燃料流路をなす。つまり、軸心流路１６から流出した燃料は、陽極１９の下側を径方向外側に向かって流れ、陽極１９の外周側から濾過部１４に流入する。
【００２９】
ここで、陽イオン交換膜２２は、網目構造を呈するポリスチレン等の高分子を母体として、この網目構造の母体にスルホン酸基またはカルボキシル基等の陽イオン交換基が導入されて設けられる周知の膜状成形物である。
【００３０】
以上の構成により、陰極１８、陽極１９間に電圧が印加されると、陽極室２１を流れる燃料に含まれる金属イオンは陰極１８に向かって引き寄せられ、陽イオン交換膜２２を通過して陰極室２０に入り込む。そして、一旦、陰極室２０に入り込んだ金属イオンは、陽イオン交換膜２２により陽極室２１への移動を遮られて陰極室２０に留まる。
なお、陰極室２０の底壁には、水抜き栓２４が組み込まれており、陰極室２０に溜まった金属イオンを水分とともに燃料フィルタ２の外に抜き出すことができる。
【００３１】
〔実施例の効果〕
実施例の金属イオン除去装置１は、燃料に含まれる陽イオンを引き寄せる陰極１８と、陰極１８が収容される陰極室２０を燃料流路である陽極室２１から区画する陽イオン交換膜２２と、陽極室２１に配されて燃料に含まれる陰イオンを引き寄せる陽極１９とを備える。
これにより、陽極室２１を流れるあらゆる種類の金属イオンは、陽イオン交換膜２２を通過して陰極１８の方に引き寄せられる。そして、一旦、陰極室２０に入り込んだ金属イオンは、陽イオン交換膜２２に阻止されて陽極室２１の方に逆流することができなくなる。このため、陰極１８に引き寄せた金属イオンの逆流を阻止することができるとともに、燃料中の金属イオンの総量を低減することができる。
【００３２】
また、金属イオン除去装置１によれば、水溜室１５の最下部が陽イオン交換膜２２により陽極室２１と区画されて陰極室２０をなす。
これにより、水抜き栓２４を引き抜いて陰極室２０から水抜きをすることで、金属イオンを簡便に抜き出すことができる。
【００３３】
〔変形例〕
金属イオン除去装置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装置１は、燃料フィルタ２内に組み込まれていたが、図３に示すように、燃料フィルタ２とは別に燃料通路１０に金属イオン除去装置１を組み込んでもよい。
この場合、陽極１９は燃料通路１０に配されており、燃料通路１０が陽極室２１をなす。また、陰極１８を収容する陰極室２０は、陽イオン交換膜２２により燃料通路１０と区画されるように設けられている。
【００３４】
また、実施例の金属イオン除去装置１は、軽油等の化石燃料から金属イオンを除去していたが、バイオ燃料から金属イオンを除去するようにしてもよい。ここで、バイオ燃料は、例えば、使用済みの食用油等から生成される脂肪酸メチルエステルを主成分とするものであり、エステル化の逆反応である加水分解により脂肪酸を含有している。このため、金属製の配管を用いて燃料流路を構成する場合、バイオ燃料は配管から金属イオンを溶出させるように作用する。また、バイオ燃料の生成反応では、金属酸化物を触媒として利用する場合も多い。
【００３５】
以上により、バイオ燃料は、ガソリンや軽油に比べて金属イオンの含有量が大きくなる虞が高い。したがって、バイオ燃料を内燃機関に供給する場合には、金属イオン除去装置１による金属イオン除去効果を極めて顕著に得ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  金属イオン除去装置
１４  濾過部（水分除去部）
１５  水溜室
１８  陰極
１９  陽極
２０  陰極室（陰極が収容される空間）
２１  陽極室（燃料流路）
２２  陽イオン交換膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011132840.tif 000005