(57)【要約】【課題】ガソリン及びエタノールを含む混合燃料から、効率的にガソリンを分離することができる分離装置を提供する。【解決手段】ガソリン及びエタノールを含む混合燃料に極性溶媒を混合して、前記ガソリンと、エタノール−極性溶媒とに分離させる分離装置１であって、疎水性多孔質膜２０を有し、疎水性多孔質膜２０によって、前記混合燃料と前記極性溶媒とが充填される第１室２２と、第１室２２から疎水性多孔質膜２０を透過した前記ガソリンが流入する第２室２４とに区画された分離槽１０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン及びエタノールを含む混合燃料に極性溶媒を混合して、前記ガソリンと、エタノール−極性溶媒とに分離させる分離装置であって、
疎水性多孔質膜を有し、前記疎水性多孔質膜によって、前記混合燃料と前記極性溶媒とが充填される第１室と、前記第１室から前記疎水性多孔質膜を透過した前記ガソリンが流入する第２室とに区画された分離槽を備えることを特徴とする分離装置。
【請求項２】
前記第１室に極性溶媒を供給する極性溶媒供給手段と、
前記第１室又は前記第２室に前記混合燃料を供給する混合燃料供給手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の分離装置。
【請求項３】
前記第１室と連通する混合槽と、
前記混合槽に極性溶媒を供給する極性溶媒供給手段と、
前記混合槽に前記混合燃料を供給する混合燃料供給手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の分離装置。
【請求項４】
前記第１室又は前記混合槽で生成するエタノール−極性溶媒を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により蒸発したエタノールを凝縮する凝縮手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の分離装置。
【請求項５】
前記極性溶媒の誘電率は３８以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の分離装置。
【請求項６】
前記極性溶媒は、エチレングリコール、グリセリン、水のうち、少なくともいずれか１つから選択される溶媒であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン及びエタノールを含む混合燃料に極性溶媒を混合して、前記ガソリンと、エタノール−極性溶媒とに分離させる分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費を向上し、排出物を低減するために、予混合圧縮着火内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が検討されている。圧縮着火内燃機関は、酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料とをシリンダ内に導入し、圧縮して自着火させるものである。
【０００３】
このような圧縮着火内燃機関等には、エタノールとガソリンとの混合燃料等が用いられる。エタノールはガソリンよりも沸点が高いので、エタノールとガソリンとの混合燃料をエンジンに供給した場合、冷間時においては、エンジンが始動し得ないという問題があり、冷間時におけるエンジンの始動性を向上させることが課題となっている。そこで、エタノールとガソリンとの混合燃料からガソリンを分離して、分離したガソリンをエンジンに供給することで、冷間時におけるエンジンの始動性を向上させることが検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、エタノールとガソリンとの混合燃料を充填したメインタンク内に、水を添加混合することで、ガソリンとエタノール−水混合液とに分離させ、エタノール−水混合液をポンプでサブタンクに移送する燃料タンクシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０３７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、メインタンク内で分離したエタノール−水混合液をサブタンクに移送する際に、エタノール−水混合液と共にガソリンがサブタンク内に移送されてしまう虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、ガソリン及びエタノールを含む混合燃料から、効率的にガソリンを分離することができる分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガソリン及びエタノールを含む混合燃料に極性溶媒を混合して、前記ガソリンと、エタノール−極性溶媒とに分離させる分離装置であって、疎水性多孔質膜を有し、前記疎水性多孔質膜によって、前記混合燃料と前記極性溶媒とが充填される第１室と、前記第１室から前記疎水性多孔質膜を透過した前記ガソリンが流入する第２室とに区画された分離槽を備える。
【０００９】
また、上記分離装置において、前記第１室に極性溶媒を供給する極性溶媒供給手段と、前記第１室又は前記第２室に前記混合燃料を供給する混合燃料供給手段と、を備えることが好ましい。
【００１０】
また、上記分離装置において、前記第１室と連通する混合槽と、前記混合槽に極性溶媒を供給する極性溶媒供給手段と、前記混合槽に前記混合燃料を供給する混合燃料供給手段と、を備えることが好ましい。
【００１１】
また、上記分離装置において、前記第１室又は前記混合槽で生成するエタノール−極性溶媒を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により蒸発したエタノールを凝縮する凝縮手段と、を備えることが好ましい。
【００１２】
また、上記分離装置において、前記極性溶媒の誘電率は３８以上であることが好ましい。
【００１３】
また、上記分離装置において、前記極性溶媒は、エチレングリコール、グリセリン、水のうち、少なくともいずれか１つから選択される溶媒であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガソリン及びエタノールを含む混合燃料から、効率的にガソリンを分離することができる分離装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る分離装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る分離装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る分離装置１は、ガソリン及びエタノールを含む混合燃料に極性溶媒を混合して、燃料をガソリンとエタノール−極性溶媒とに分離させるものであり、圧縮着火内燃機関等のエンジン（不図示）等に用いられる。例えば、冷間時（例えば、１０℃以下）のエンジン始動には、分離装置１により分離されたガソリンがエンジンに供給される。
【００１８】
図１に示す分離装置１は、分離槽１０、ガソリン及びエタノールを含む混合燃料を分離槽１０に供給する混合燃料供給装置、極性溶媒を分離槽１０に供給する極性溶媒供給装置、リザーバタンク１２、分離槽１０で分離されたガソリンを貯留するガソリンタンク１４、分離槽１０で分離されたエタノール−極性溶媒を貯留するエタノール−極性溶媒タンク１６、制御装置１８、を備える。なお、図１の分離槽１０は、分離槽１０の内部構造を説明するために、模式断面図で表している。
【００１９】
分離槽１０は、疎水性多孔質膜２０を備えている。分離槽１０内は、疎水性多孔質膜２０により、第１室２２と第２室２４とに区画される。本実施形態では、分離槽１０内に疎水性多孔質膜２０を水平方向に設置して、垂直方向に第１室２２と第２室２４が配置される構成を示しているが、分離槽１０内に疎水性多孔質膜２０を垂直方向に設置して、水平方向に第１室２２と第２室２４が配置される構成であってもよい。
【００２０】
疎水性多孔質膜２０を分離槽１０内に固定する方法は特に制限されるものではないが、例えば、疎水性多孔質膜２０の外周端部が、分離槽１０内の内壁に形成されたスリット（不図示）に挿入され、スリット内に接着剤等を充填することにより、疎水性多孔質膜２０が分離槽１０内に固定される。疎水性多孔質膜２０の形状は、図１に示すような水平板状に限定されるものではなく、例えば湾曲状のものであってもよい。
【００２１】
疎水性多孔質膜２０は、その表面特性が疎水性を示すものであり、例えば、疎水性高分子からなる膜等が挙げられる。疎水性多孔質膜２０を用いることにより、ガソリンは疎水性であるため当該膜を容易に通過し、エタノール−極性溶媒は当該膜表面で撥水するため、疎水性多孔質膜２０を介してガソリンとエタノール−極性溶媒とに分離することが可能となる。
【００２２】
疎水性多孔質膜２０は、ガソリンとエタノール−極性溶媒とを効率的に分離することができる点で、５０質量％エタノール水溶液の液滴を接触させたときの接触角が９０°以上であることが好ましく、１０５°以上であることがより好ましい。接触角は、ＪＩＳ Ｒ３２５７「基板ガラス表面のぬれ性試験方法」内の「６．静滴法」に記載された方法が適用される。
【００２３】
疎水性多孔質膜２０の素材としては、例えば、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリスルホン系、ポリ四フッ化エチレン（ポリテトラフルオロエチレン）系、ポリカーボネート系、ポリエステル系、セルロース系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリメチルメタクリル系、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリエーテル系等の疎水性或いは疎水化処理した多孔質繊維樹脂又は多孔質粉末樹脂、ＳｉＣ、カーボン、アルミナ、活性アルミナ、ガラス、コージェライト、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム等の疎水性或いは疎水化処理した多孔質セラミックス、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏおよびその合金等の疎水性或いは疎水化処理した多孔質金属等が挙げられる。特に、耐薬品性、ガソリンの透過性、エタノール−極性溶媒の撥水性等の点等で、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン等が好ましい。
【００２４】
疎水性多孔質膜２０の孔径は、ガソリンとエタノール−極性溶媒とを効率良く分離することができれば特に制限されるものではないが、例えば、２μｍ〜１００μｍの範囲が好ましく、１０μｍ〜６０μｍの範囲がより好ましい。また、疎水性多孔質膜２０の空孔率は、例えば６５％〜７５％の範囲で設定されることが望ましい。また、疎水性多孔質膜２０の膜厚は、例えば、１００μｍ〜３００μｍの範囲で設定されることが好ましい。
【００２５】
本実施形態の極性溶媒供給装置は、例えば、極性溶媒を収容する極性溶媒タンク（不図示）、極性溶媒タンクから極性溶媒が送液される極性溶媒ライン２６、極性溶媒ライン２６を通して第１室２２に極性溶媒を供給する極性溶媒ポンプ２８等から構成される。図１の極性溶媒ライン２６には、電磁バルブ２６ａが設けられ、極性溶媒ライン２６の一端が第１室２２の側面に接続され、他端が極性溶媒ポンプ２８に接続されている。
【００２６】
極性溶媒は、ガソリン及びエタノールを含む混合燃料と混合して、ガソリンを分離するため、エタノールより極性の高い溶媒であれば特に制限されるものではない。極性の高低の指標の一つとしては誘電率が挙げられるため、エタノールの誘電率より高い誘電率を有する極性溶媒が好ましい。エタノールの誘電率は２４（沸点７８℃、動粘度１．４ｍｍ２／ｓ）であるから、例えば、誘電率が３８であるエチレングリコール（沸点１９８℃、動粘度１５ｍｍ２／ｓ）、誘電率が４３であるグリセリン（沸点２９０℃、動粘度７４８ｍｍ２／ｓ）、誘電率が７８である水（沸点１００℃、動粘度１ｍｍ２／ｓ）等が好ましい。なお、ガソリンの物性値は、組成により異なるが、おおよそ誘電率は２であり、沸点は３０〜２２０℃の範囲であり、動粘度は０．５ｍｍ２／ｓである。
【００２７】
本実施形態の混合燃料供給装置は、例えば、混合燃料を収容する混合燃料タンク（不図示）、混合燃料タンクから混合燃料が送液される混合燃料ライン３０、混合燃料ライン３０を通して第１室２２に混合燃料を供給する混合燃料ポンプ３２等から構成される。図１の混合燃料ライン３０には、電磁バルブ３０ａが設けられ、混合燃料ライン３０の一端が第１室２２の側面に接続され、他端が混合燃料ポンプ３２に接続されている。なお、第１室２２に供給される混合燃料と極性溶媒とが十分に混合されるように、第１室２２側の混合燃料ライン３０の接続点は、第１室２２の底部付近とすることが望ましい。
【００２８】
混合燃料供給装置から供給される混合燃料は、エタノールとガソリンが、例えば、５０：５０〜８５：１５の範囲の重量比で混合されたものであり、所謂、高濃度エタノールガソリンである。
【００２９】
本実施形態では、エタノール−極性溶媒排出ライン３１が設けられ、エタノール−極性溶媒排出ライン３１の一端が分離槽１０の第１室２２の底部に接続され、他端がエタノール−極性溶媒タンク１６に接続されている。エタノール−極性溶媒排出ライン３１には、電磁バルブ３１ａが設けられている。
【００３０】
また、本実施形態では、送液ライン３４が設けられ、送液ライン３４の一端が分離槽１０の第１室２２に接続され、他端がリザーバタンク１２に接続されている。第１室２２側の送液ライン３４の接続点は、第１室２２側の混合燃料ライン３０の接続点や極性溶媒ライン２６の接続点より離れた位置とすることが好ましい。
【００３１】
図１に示す分離槽１０の第１室２２内には、隔壁３６が設けられる。隔壁３６は、第１室２２に供給された混合燃料が、第１室２２内で極性溶媒とほとんど混合されないままリザーバタンク１２へ流れることを抑制するためのものであり、第１室２２側の送液ライン３４の接続点近傍に設けられる。
【００３２】
また、本実施形態では、ガソリン排出ライン３８が設けられ、ガソリン排出ライン３８の一端が分離槽１０の第２室２４に接続され、他端がガソリンタンク１４に接続されている。ガソリン排出ライン３８には、電磁バルブ３８ａが設けられている。
【００３３】
本実施形態の制御装置１８は、各電磁バルブや各ポンプ等と電気的に接続されており、主に、バルブの開閉やポンプの稼働等を制御したり、混合燃料の供給量を設定したりする装置として機能する。制御装置１８は、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。
【００３４】
以下に、本実施形態の分離装置１の動作を説明する。
【００３５】
制御装置１８により、極性溶媒ポンプ２８が稼働されると共に、電磁バルブ２６ａが開放されて、極性溶媒が極性溶媒ライン２６から分離槽１０の第１室２２に充填される。分離槽１０の第１室２２が極性溶媒で満たされた段階で、制御装置１８により、電磁バルブ２６ａが閉じられ、極性溶媒ポンプ２８の稼働が停止される。次に、制御装置１８により、混合燃料ポンプ３２が稼働されると共に、電磁バルブ３０ａが開放されて、混合燃料が混合燃料ライン３０から分離槽１０の第１室２２に充填される。所定量の混合燃料が供給された段階で、制御装置１８により、電磁バルブ３０ａが閉じられ、混合燃料ポンプ３２の稼働が停止される。所定量の混合燃料が第１室２２内に充填されることで、充填された混合燃料分の極性溶媒が送液ライン３４からリザーバタンク１２に移送される。
【００３６】
そして、第１室２２内では、供給された混合燃料が極性溶媒と混合され、混合燃料中のエタノールと極性溶媒とが結合（又は極性溶媒中にエタノールが溶解）して、エタノール−極性溶媒（混合液）が生成され、ガソリンが分離される。分離したガソリン中には、極性溶媒に結合または溶解しなかったエタノールが含まれる場合がある。分離したガソリンは、主に冷間時のエンジンの始動に用いられるため、冷間時のエンジンの始動性の点から、分離したガソリン中のエタノールは、２０質量％以下とすることが望ましい。分離したガソリン中のエタノール濃度は、例えば第１室２２内への混合燃料の供給量を調節すること等により、低濃度化される。また、例えば、第１室２２内に撹拌機を設置して、混合燃料と極性溶媒との接触率を向上させること等によっても、分離したガソリン中のエタノール濃度は効率的に低濃度化される。
【００３７】
第１室２２内で混合燃料から分離したガソリン（低濃度エタノール含有ガソリンも含む）は、エタノール−極性溶媒より密度が小さいため、第１室２２内を上昇して、疎水性多孔質膜２０と接触する。疎水性であるガソリンは、疎水性多孔質膜２０を透過して第２室２４に流入するが、エタノール−極性溶媒は疎水性多孔質膜２０を透過せず第１室２２内に留まる。なお、疎水性多孔質膜２０を透過したガソリン分の極性溶媒がリザーバタンク１２から第１室２２内に戻される。そして、制御装置１８により、混合燃料ポンプ３２の稼働、電磁バルブ３０ａの開閉制御を繰り返し、第１室２２内への混合燃料の供給、ガソリンの分離、第２室２４へのガソリンの流入が繰り返し行われる。
【００３８】
ここで、第１室２２への混合燃料の供給を繰り返して、ガソリンの分離を継続していくと、第１室２２内のエタノール−極性溶媒中のエタノール濃度が高くなる。エタノール−極性溶媒中のエタノール濃度が高くなくと、ガソリンと共にエタノールも疎水性多孔質膜２０を透過する場合がある。
【００３９】
そこで、本実施形態では、第１室２２への混合燃料の供給量を、例えば以下のように設定し、エタノールが疎水性多孔質膜２０を透過することを抑えることが好ましい。下式（１）に示すように、第１室２２内のエタノール−極性溶媒中のエタノール濃度Ｃが疎水性多孔質膜２０を透過するエタノール−極性溶媒中のエタノール濃度の上限値Ｃｃｒより小さければ、第１室２２内のエタノールが疎水性多孔質膜２０を透過することが抑制される。
Ｃ＜Ｃｃｒ              （１）
【００４０】
式（１）中のＣは、下式（２）で表される。また、第１室２２に供給する混合燃料中のエタノール濃度ηは、下式（３）で表される。
Ｃ＝Ｍｅ／（Ｍｅ＋Ｍｗ）    （２）
η＝Ｍｅ／Ｍｆ              （３）
Ｍｆ：第１室２２へ供給する混合燃料の質量
Ｍｅ：第１室２２へ供給する混合燃料中のエタノール質量
Ｍｗ：第１室２２に充填された極性溶媒の重量
【００４１】
式（２）及び（３）を式（１）に当てはめると、下式（４）となる。
Ｍｆ＜Ｃｃｒ・Ｍｗ／（η・（１−Ｃｃｒ））        （４）
【００４２】
式（４）の右辺のＣｃｒは、予め実験等により求める必要がある。Ｃｃｒは、例えば、種々のエタノール濃度を有するエタノール−極性溶媒をそれぞれ第１室２２に供給し、第２室２４側へのエタノールの移動の有無を確認し、エタノールの移動が起こらない最大のエタノール濃度として設定される。式（４）の右辺のＭｗは、第１室の容積から規定値として与えられる。式（４）のηは、例えば、混合燃料供給装置を構成する混合燃料タンク（不図示）にエタノール濃度センサを設置し、該エタノール濃度センサの測定値として与えられる。
【００４３】
そして、制御装置１８により、式（４）の右辺の値が計算され、その値を超えない範囲でＭｆ（第１室２２へ供給する混合燃料の質量）が設定される。これにより、ガソリンと共にエタノールが疎水性多孔質膜２０を透過して第２室２４側へ流入することが抑えられる。好ましくは、第１室２２内でのエタノールの濃度むら等を考慮して、式（４）の右辺の値の７０％〜８０％をＭｆ（第１室２２へ供給する混合燃料の質量）として設定することが好適である。なお、設定した質量の混合燃料を第１室２２へ一度に供給してもよいし、複数回に分けて供給しても良い。
【００４４】
設定した質量の混合燃料を第１室２２へ供給して、第１室２２から第２室２４へ所定量のガソリンが流入した後は、制御装置１８により電磁バルブ３８ａが開放され、第２室２４内のガソリンがガソリン排出ライン３８からガソリンタンク１４に移送される。ガソリンタンク１４に移送されたガソリンは、冷間時のエンジンの始動において、不図示のスタートインジェクタに圧送され、エンジンに供給される。本実施形態によれば、疎水性多孔質膜２０によって、エタノール及びガソリンを含む混合燃料から効率的にガソリンを分離することができるため、エタノール−極性溶媒等の混入を抑えたガソリンをエンジンに供給することが可能となる。これにより、混合燃料をエンジンに供給した場合と比較して、冷間時におけるエンジンの始動性を向上させることが可能となる。スタートインジェクタの作動は、外気温を検知して、所定の温度以下の条件で作動させるようにしてもよいし、外気温に関わらず、エンジン始動時には、常にスタートインジェクタを作動させ、分離したガソリンをエンジンに供給するようにしてもよい。そして、エンジン始動後は、例えば、エタノール及びガソリンを含む混合燃料が混合燃料インジェクタに圧送され、エンジンに供給される。
【００４５】
また、第１室２２から第２室２４へ所定量のガソリンが流入した後、制御装置１８により、電磁バルブ３１ａが開放され、第１室２２内に残ったエタノール−極性溶媒が、エタノール−極性溶媒排出ライン３１からエタノール−極性溶媒タンク１６に移送される。エタノール−極性溶媒タンク１６に移送されたエタノール−極性溶媒は、ノッキングが発生しやすい運転条件等において、エタノール−極性溶媒インジェクタに圧送され、エンジンに供給される。これにより、ノッキングを防止すること等が可能となる。また、エタノール−極性溶媒タンク１６に移送されたエタノール−極性溶媒は、ウインドウウォッシャ液として用いても良い。
【００４６】
これまで本実施形態では、分離槽１０内に疎水性多孔質膜２０を水平に設置する構成を例に説明しているが、ガソリン排出ライン３８側と反対側の分離槽１０の内壁からガソリン排出ライン３８側の分離槽１０の内壁に向って下るように疎水性多孔質膜２０を傾斜させてもよい。これにより、第２室２４側に流入したガソリンが速やかにガソリン排出ライン３８へ排出される。
【００４７】
また、前述したように、分離槽１０内に疎水性多孔質膜２０を垂直方向に設置してもよい。この場合、第１室２２に極性溶媒及び混合燃料が充填されれば、第１室２２と第２室２４との間で圧力差が形成されるため、第１室２２内で分離されたガソリンが疎水性多孔質膜２０を通過して、第２室２４へ流入し、ガソリンとエタノール−極性溶媒との分離が可能となる。なお、以下に、分離槽１０内に疎水性多孔質膜２０を水平に設置した例に基づいて、本実施形態の変形例について説明するが、全ての変形例において、分離槽１０内に疎水性多孔質膜２０を垂直方向に設置した実施形態が適用される。
【００４８】
図２は、本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。図２に示す分離装置２において図１に示す分離装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す分離装置２では、混合燃料ライン３０の一端が分離槽１０の第２室２４に接続され、混合燃料ライン３０の他端が混合燃料ポンプ３２に接続されている。
【００４９】
図２に示す分離装置２では、制御装置１８により、混合燃料ポンプ３２が稼働されると共に、電磁バルブ３０ａが開放されて、混合燃料が混合燃料ライン３０から分離槽１０の第２室２４に供給される。所定量の混合燃料が供給された段階で、制御装置１８により、電磁バルブ３０ａが閉じられ、混合燃料ポンプ３２の稼働が停止される。第２室２４内に供給された混合燃料は、そのまま疎水性多孔質膜２０を透過し第１室２２内に充填された極性溶媒と混合される（混合燃料中のエタノールは高濃度であり、エタノールも疎水性多孔質膜２０を透過する）。所定の混合燃料が第１室２２内に移送されることで、混合燃料分の極性溶媒が送液ライン３４からリザーバタンク１２に移送される。そして、第１室２２内では、混合燃料中のエタノールと極性溶媒とが結合（又は極性溶媒中にエタノールが溶解）して、エタノール−極性溶媒が生成され、ガソリンが分離される。なお、第１室２２内に撹拌機を設置して、混合燃料と極性溶媒との接触率を向上させてもよい。
【００５０】
第１室２２内で分離したガソリンは、エタノール−極性溶媒より密度が小さいため、疎水性多孔質膜２０と接触する。さらに、ガソリンは、疎水性多孔質膜２０を透過して第２室２４に流入する。第２室２４内で所定量のガソリンが流入した後、制御装置１８により電磁バルブ３８ａが開放され、第２室２４内のガソリンがガソリン排出ライン３８からガソリンタンク１４に移送される。また、制御装置１８により、電磁バルブ３１ａが開放され、第１室２２内のエタノール−極性溶媒が、エタノール−極性溶媒排出ライン３１からエタノール−極性溶媒タンク１６に移送される。なお、疎水性多孔質膜２０の種類にもよるが、第１室２２内のエタノール極性溶媒中のエタノール濃度が６０質量％以上となると、ガソリンと共にエタノールが疎水性多孔質膜２０を透過する傾向にある。したがって、エタノール極性溶媒中のエタノール濃度が６０質量％に達するまでに、第１室２２からエタノール−極性溶媒を排出して、新たな極性溶媒を第１室２２に供給することが望ましい。
【００５１】
このように、図２の分離装置２によっても、エタノール及びガソリンを含む混合燃料から効率的にガソリンを分離することができるため、エタノール−極性溶媒等の混入を抑えたガソリンをエンジンに供給することが可能となる。
【００５２】
図３は、本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。図３に示す分離装置３において図１に示す分離装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す分離装置３は、分離槽１０の第１室２２と連通する混合槽４０を備えており、混合槽４０で、予め混合燃料と極性溶媒とを混合する装置構成となっている。なお、図３の混合槽４０も、混合槽４０の内部構造を説明するために、模式断面図で表している。
【００５３】
混合燃料ライン３０の一端及び極性溶媒ライン２６の一端が混合槽４０の底部側面に接続され、混合燃料ライン３０の他端が混合燃料ポンプ３２に接続され、極性溶媒ライン２６の他端が極性溶媒ポンプ２８に接続されている。また、エタノール−極性溶媒排出ライン３１の一端が混合槽４０の底面に接続され、他端がエタノール−極性溶媒タンク１６に接続されている。
【００５４】
本実施形態では、連通ライン４２が設けられ、連通ライン４２の一端が第１室２２に接続され、連通ライン４２の他端側は混合槽４０内に挿入され、連通ライン４２の他端が、分離槽１０に設置される疎水性多孔質膜２０より高い位置に配置される。また、連通ライン４２にはエタノール−極性溶媒排出ライン４６の一端が接続され、エタノール−極性溶媒タンク１６にエタノール−極性溶媒排出ライン４６の他端が接続されている。連通ライン４２とエタノール−極性溶媒排出ライン４６の接続箇所には、電磁三方バルブ４４が設置されている。電磁三方バルブ４４は、混合槽４０側、分離槽１０側、エタノール−極性溶媒タンク１６側がそれぞれ開放されるように構成されており、混合槽４０側及び分離槽１０側を開放すれば、混合槽４０と分離槽１０の第１室２２とが連通し、分離槽１０側及びエタノール−極性溶媒タンク１６側を開放すれば、分離槽１０の第１室２２とエタノール−極性溶媒タンク１６とが連通し、混合槽４０側及びエタノール−極性溶媒タンク１６側を開放すれば、混合槽４０とエタノール−極性溶媒タンク１６とが連通する。
【００５５】
図３に示す分離装置３では、制御装置１８により、極性溶媒ポンプ２８が稼働されると共に、電磁バルブ２６ａが開放されて、極性溶媒が極性溶媒ライン２６から混合槽４０に供給される。極性溶媒は、連通ライン４２の他端より低い位置まで充填される。そして、制御装置１８により、混合燃料ポンプ３２が稼働されると共に、電磁バルブ３０ａが開放されて、混合燃料が混合燃料ライン３０から混合槽４０に供給される。混合槽４０内では、供給された混合燃料が極性溶媒と混合され、混合燃料中のエタノールと極性溶媒とが結合（又は極性溶媒中にエタノールが溶解）して、エタノール−極性溶媒（混合液）が生成され、ガソリンが分離される。ガソリンはエタノール−極性溶媒より密度が小さいため、混合槽４０内では、ガソリンの上層とエタノール−極性溶媒の下層とに分離される。
【００５６】
また、制御装置１８により、電磁三方バルブ４４の混合槽４０側及び分離槽１０側が開放される。そして、混合槽４０への混合燃料の供給に伴って、混合槽４０内の液面が連通ライン４２の他端に達すれば、上層のガソリンが連通ライン４２に流れ込み、その後下層のエタノール−極性溶媒が連通ライン４２に流れ込み、第１室２２に供給される。第１室２２内のガソリンは疎水性多孔質膜２０を透過して第２室２４へ流入するが、エタノール−極性溶媒は疎水性多孔質膜２０を透過できず第１室２２内に貯留される。混合燃料の供給量は、第１室２２に流れ込むエタノール−極性溶媒の量が第１室２２内の容積と等しいか、第１室２２内の容積の１０％〜２０％多くなるように調節することが好ましい。この混合燃料の供給量は、混合燃料中のエタノール濃度（エタノール濃度センサ等により測定）、混合槽４０への極性溶媒の供給量、混合槽４０及び連通ライン４２の寸法、第１室２２の寸法から算出される。
【００５７】
第２室２４内のガソリンは、ガソリン排出ライン３８からガソリンタンク１４に移送される。また、制御装置１８によって、電磁三方バルブ４４の分離槽１０側及びエタノール−極性溶媒タンク１６側が開放されると共に、エタノール−極性溶媒排出ライン３１の電磁バルブ３１ａが開放され、第１室２２内のエタノール−極性溶媒、及び混合槽４０内のエタノール極性溶媒が、エタノール−極性溶媒排出ライン３１，４６を介してエタノール−極性溶媒タンク１６に移送される。
【００５８】
このように、図３の分離装置３によっても、エタノール及びガソリンを含む混合燃料から効率的にガソリンを分離することができるため、エタノール−極性溶媒等の混入を抑えたガソリンをエンジンに供給することが可能となる。
【００５９】
図４は、本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。図４に示す分離装置４において図１に示す分離装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す分離装置４は、第１室２２内で生成されるエタノール−極性溶媒からエタノールを除去して、低エタノール濃度の極性溶媒を得る（極性溶媒の再生）ことが可能な装置である。これまでの図１〜３に示す分離装置１〜３は、極性溶媒供給装置のタンク内の極性溶媒が不足した場合等には、ユーザ等が極性溶媒をタンクに補給する必要があるため、ユーザ等に負担が生じてしまう。また、極性溶媒が水であれば、排気ガス中の水分を分離して、タンクに補給することも可能であるが、装置構成が複雑化し装置コストが増加してしまう。しかし、図４に示す分離装置４によれば、極性溶媒の補給が不要となり、ユーザ等の負担、装置構成の複雑化等が軽減される。
【００６０】
図４に示す分離装置４は、第１室２２内に生成するエタノール−極性溶媒を加熱するための加熱装置４８、加熱装置４８によりエタノール−極性溶媒から蒸発したエタノールを凝縮する凝縮器５０、を備えている。加熱装置４８は、少なくとも第１室２２側に設置されればよく、電気ヒータ、熱交換器等が挙げられる。熱交換器は、例えば、分離槽１０に排気ガスが通る配管を設置し、排気ガスの熱を利用して第１室２２内のエタノール−極性溶媒を加熱するもの等が挙げられる。なお、加熱装置４８は分離槽１０の外側に設置される場合に限定されるものではなく、分離槽１０の第１室２２内に設置されてもよい。本実施形態は、エタノール流通ライン５２が設けられ、エタノール流通ライン５２の一端が凝縮器５０に接続され、他端が第２室２４に接続されている。
【００６１】
図４に示す分離装置４では、第２室２４内のガソリン（混合燃料から分離したガソリン）をガソリン排出ライン３８からガソリンタンク１４に送液し、第２室２４内のガソリンを空にした後、制御装置１８により、加熱装置４８を稼働させることで、第１室２２内のエタノール−極性溶媒が加熱される。加熱温度は、エタノールの沸点以上（７８度以上）であり、極性溶媒の沸点以下の温度である。したがって、第１室２２内に充填される極性溶媒は、少なくともエタノールの沸点以上の沸点を有する極性溶媒が選択される。エタノールとの沸点の差が大きければ、加熱制御が容易となるため、水よりも沸点の高いエチレングリコール、グリセリンを選択することが望ましいが、低温環境下でも液相状態を維持することができる点から、グリセリン（融点は１７．８℃）より融点の低い、水が好ましく、水より融点の低いエチレングリコールの方がより好ましい。
【００６２】
加熱装置４８によりエタノール−極性溶媒が加熱され、エタノールが蒸発すると、蒸発したエタノールは疎水性多孔質膜２０を透過し、エタノール流通ライン５２から凝縮器５０に導入される。凝縮器５０により、蒸発したエタノールが冷却され、液化される（凝縮される）。液化したエタノールは凝縮器５０から排出され、例えば、不図示のエタノールタンクに貯蔵されてもよいし、混合燃料供給装置の混合燃料タンク（不図示）に導入されてもよい。
【００６３】
このように、エタノール−極性溶媒からエタノールを蒸発除去することで、低濃度エタノール−極性溶媒が得られるため（極性溶媒の再生）、第１室２２内に予め極性溶媒を充填しておけば、例えば第１室２２内で混合燃料からガソリンを分離する処理を行う度に、第１室２２に新たな極性溶媒を供給する等の必要がなくなる。したがって、極性溶媒を補給するというユーザ等の負担、装置構成の複雑化等が軽減される。なお、長期間の使用により、第１室２２内の極性溶媒が減少することも考えられるため、リザーバタンク１２内に極性溶媒を余分に入れておくことが望ましい。
【００６４】
また、図４に示す分離装置４は、図１に示す分離装置１と同様に、極性溶媒供給装置を設置して、第１室２２に極性溶媒を供給してもよいし、エタノール−極性溶媒タンク１６を設置して、第１室２２内のエタノール−極性溶媒をエタノール−極性溶媒タンク１６に貯留する装置構成としてもよい。
【００６５】
図５は、本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。図５に示す分離装置５において図４に示す分離装置４と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示す分離装置５は、混合燃料ライン３０の一端が分離槽１０の第２室２４に接続され、他端が混合燃料ポンプ３２に接続されている。
【００６６】
図５に示す分離装置５も図４に示す分離装置４と同様に、第２室２４内のガソリン（混合燃料から分離したガソリン）を空にした後、制御装置１８により加熱装置４８を稼働させることで、第１室２２内のエタノール−極性溶媒を加熱し、エタノールを蒸発させる。蒸発したエタノールは疎水性多孔質膜２０を透過し、エタノール流通ライン５２から凝縮器５０に導入される。凝縮器５０により、蒸発したエタノールが冷却され、液化される（凝縮される）。液化したエタノールは凝縮器５０から排出される。
【００６７】
図６は、本実施形態に係る分離装置の構成の他の一例を示す模式図である。図６に示す分離装置６において図３に示す分離装置３と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図６に示す分離装置６は、図３に示す分離装置３と同様に、分離槽１０の第１室２２と連通する混合槽４０で、予め混合燃料と極性溶媒とを混合する装置構成である。また、図６に示す分離装置６は、混合槽４０内で生成するエタノール−極性溶媒を加熱するための加熱装置４８、加熱装置４８により、蒸発したエタノールを凝縮する凝縮器５０、を備えている。図６の加熱装置４８は、混合槽４０に設置される。加熱装置４８は、前述したように、例えば、電気ヒータ、熱交換器等が用いられる。
【００６８】
図６の分離装置６では、第１室２２と混合槽４０との間に設けられる連通ライン４２に送液ポンプ５４が設けられている（図３の電磁三方バルブ４４は不要）。送液ポンプ５４は、第１室２２内の溶液を混合槽４０に送液するためのものである。また、連通ライン４２にはバイパスライン５６が接続されており、バイパスライン５６には電磁バルブ５６ａが設けられている。また、エタノール流通ライン５２の一端が凝縮器５０に接続され、他端が混合槽４０に接続されている。
【００６９】
図６に示す分離装置６では、制御装置１８により、混合燃料ポンプ３２が稼働されると共に、電磁バルブ３０ａが開放されて、混合燃料が混合燃料ライン３０から混合槽４０に供給される。また、制御装置１８により、混合燃料の供給前、供給中又は供給後に、バイパスライン５６の電磁バルブ５６ａが開放される。混合槽４０内では、予め充填された極性溶媒（供給装置により供給してもよい）と供給された混合燃料とが混合され、混合燃料中のエタノールと極性溶媒とが結合（又は極性溶媒中にエタノールが溶解）して、エタノール−極性溶媒（混合液）が生成され、ガソリンが分離される。ガソリンは、エタノール−極性溶媒より密度が小さいため、混合槽４０内で、ガソリンの上層、エタノール−極性溶媒の下層に分離される。そして、混合槽４０への混合燃料の供給に伴って、混合槽４０内の液面が連通ライン４２の他端に達すれば、最初に上層のガソリンが連通ライン４２に流れ込み、その後下層のエタノール−極性溶媒が連通ライン４２に流れ込み、バイパスライン５６を経由して、第１室２２に供給される。第１室２２内のガソリンは疎水性多孔質膜２０を透過して第２室２４へ抽出されるが、エタノール−極性溶媒は疎水性多孔質膜２０を透過できず第１室２２内に貯留される。
【００７０】
第２室２４内のガソリンは、ガソリン排出ライン３８からガソリンタンク１４に移送される。その後、制御装置１８によって、バイパスライン５６の電磁バルブ５６ａが閉じられ、連通ライン４２に設置した送液ポンプ５４を稼働させる。第１室２２内のエタノール−極性溶媒は、連通ライン４２を通り、混合槽４０に送液される。そして、加熱装置４８により、混合槽４０内のエタノール−極性溶媒が加熱され、エタノールが蒸発する。蒸発したエタノールはエタノール流通ライン５２から凝縮器５０に導入され、蒸発したエタノールが冷却され、液化される（凝縮される）。液化したエタノールは凝縮器５０から排出される。
【００７１】
図６の分離装置６では、エタノール−極性溶媒の加熱を混合槽４０内で行うため、疎水性多孔質膜２０が直接に加熱されることはない。これにより、疎水性多孔質膜２０の熱膨張を小さくし、耐久性を向上させることができる。また、蒸発したエタノールが疎水性多孔質膜２０を透過することがないので、仮に突沸のような現象が発生しても、疎水性多孔質膜２０に過度の圧力が掛かることが抑制され、疎水性多孔質膜２０の耐久性や信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１〜６  分離装置、１０  分離槽、１２  リザーバタンク、１４  ガソリンタンク、１６  エタノール−極性溶媒タンク、１８  制御装置、２０  疎水性多孔質膜、２２  第１室、２４  第２室、２６  極性溶媒ライン、２６ａ，３０ａ，３１ａ，３８ａ，５６ａ  電磁バルブ、２８  極性溶媒ポンプ、３０  混合燃料ライン、３１，４６  エタノール−極性溶媒排出ライン、３２  混合燃料ポンプ、３４  送液ライン、３６  隔壁、３８  ガソリン排出ライン、４０  混合槽、４２  連通ライン、４４  電磁三方バルブ、４８  加熱装置、５０  凝縮器、５２  エタノール流通ライン、５４  送液ポンプ、５６  バイパスライン。
【図１】
2015206284.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015206284.tif 000007
【図６】
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