(57)【要約】浸透気化分離膜エレメントは、モノリスの軸線方向長さに沿って延在する多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群と、そして第１の複数の前記多孔質体流路壁を、前記モノリスの前記軸線方向長さに沿って被覆する機能膜と、を有するセラミックモノリスを含む。前記機能膜は、流体を非透過部分及び透過部分に分離するように機能する。前記機能膜で被覆される前記多孔質体流路壁群は、複数の離散配置貫通セグメントを画定し、前記離散配置貫通セグメント群の各離散配置貫通セグメントは、互いから複数の非被覆多孔質体流路壁により隔てられる。前記離散配置貫通セグメント群に流入する流体は、殆どの部分が前記離散配置貫通セグメント群を通って出て行く非透過部分、及び前記セラミックモノリスから、前記非被覆多孔質体流路壁群を通って、そして前記モノリスの外周面を通って半径方向外側に出て行く透過部分に分離される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックモノリス（１２０）であって：
前記セラミックモノリス（１２０）の軸線方向長さ（１２３）に沿って延在する多孔質体流路壁群（１２４）により隔てられた配列平行流路群（１２２）と、
第１の複数の前記多孔質体流路壁（１２４）を、前記セラミックモノリス（１２０）の前記軸線方向長さ（１２３）に沿って被覆する機能膜（１２６）であって、流体（９０）を非透過部分（９０Ｂ）及び透過部分（９０Ａ）に分離するように機能する、前記機能膜（１２６）と、
を備え、
前記機能膜（１２６）で被覆される前記多孔質体流路壁群（１２４）は、複数の離散配置貫通セグメント（１２８）を画定し、
前記離散配置貫通セグメント群（１２８）の各離散配置貫通セグメントは、互いから複数の非被覆多孔質体流路壁（１２４Ｂ）により隔てられ、
前記離散配置貫通セグメント群（１２８）に流入する流体（９０）は、前記セラミックモノリス（１２０）から殆どの部分が前記離散配置貫通セグメント群（１２８）を通って出て行く非透過部分（９０Ｂ）、及び前記セラミックモノリス（１２０）から、前記セラミックモノリス（１２０）の外周面（１２５）を通って半径方向外側に出て行く透過部分（９０Ａ）に分離される、
セラミックモノリス（１２０）。
【請求項２】
複数の多孔質体流路壁（１２４）を前記モノリス長さに沿って被覆する無機コーティング層（１２７）であって、前記多孔質体流路壁群（１２４）と前記機能膜（１２６）との間に配置される無機コーティング層（１２７）を更に備える、請求項１に記載のセラミックモノリス（１２０）。
【請求項３】
流体分離膜エレメント（１００）であって：
セラミックモノリス（１２０）の軸線方向長さ（１２３）に沿って延在する多孔質体流路壁群（１２４）により隔てられた配列平行流路群（１２２）を有するセラミックモノリス（１２０）と、
第１の複数の前記多孔質体流路壁（１２４）を前記セラミックモノリス（１２０）の前記軸線方向長さ（１２３）に沿って被覆する機能膜（１２６）であって、該機能膜（１２６）が、流体（９０）を非透過部分（９０Ｂ）及び透過部分（９０Ａ）に分離するように機能する、前記機能膜（１２６）と、
前記セラミックモノリス（１２０）の軸線方向端部に配置され、かつ複数の開口部（１３４）を有する分割エンドキャップ（１３０）と、を備え：
前記分割エンドキャップ（１３０）の前記複数の開口部（１３４）は、前記セラミックモノリス（１２０）の多孔質体流路壁群（１２４）の複数の離散配置貫通セグメント（１２８）を画定し、
前記分割エンドキャップ（１３０）は、前記流体（９０）を誘導して前記複数の離散配置貫通セグメント（１２８）に流入させ、そして
前記離散配置貫通セグメント群（１２８）に流入する流体（９０）は、殆どの部分が前記離散配置貫通セグメント群（１２８）を通って出て行く非透過部分（９０Ｂ）、及び前記セラミックモノリス（１２０）から、前記セラミックモノリス（１２０）の外周面（１２５）を通って半径方向外側に出て行く透過部分（９０Ａ）に分離される、
流体分離膜エレメント（１００）。
【請求項４】
前記離散配置貫通セグメント群（１２８）の各離散配置貫通セグメントは、互いから複数の非被覆多孔質体流路壁（１２４Ｂ）により隔てられ、
前記分割エンドキャップ（１３０）は、前記複数の開口部（１３４）から前記複数の離散配置貫通セグメント（１２８）が露出し、そして前記複数の非被覆多孔質体流路壁（１２４Ｂ）を覆うように配置され、そして
端面シール（１６０）は前記分割エンドキャップ（１３０）に接触し、前記端面シール（１６０）は、流体密閉壁部分群（１６４）により隔てられた複数の窓（１６２）を有し、前記窓群（１６２）は、前記複数の離散配置貫通セグメント（１２８）を露出させるように配置され、そして流体密閉壁部分群（１６４）は、流体（９０）が前記複数の窓（１６２）の間で遮断される状態を維持する、
請求項３に記載の流体分離膜エレメント（１００）。
【請求項５】
前記多孔質セラミックモノリス（１２０）が中に配置されるハウジングアセンブリ（１４０）であって、
流入側流体ポート（１４２）と、
流出側非透過ポート（１４４）と、
流出側透過ポート（１４６）と、
を含むハウジングアセンブリ（１４０）を更に備えた、請求項４に記載の流体分離膜エレメント（１００）。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１１年１１月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／５６３，８６０号の優先権の利益を米国特許法第１１９条に基づいて主張するものであり、この仮特許出願の内容は、本明細書で参照することにより、当該出願の内容全体が援用され、そして本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概して、仕切られたセラミックモノリスに関するものであり、特に流体を流体成分に分離するために仕切られたセラミックモノリスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、ガソリン燃料使用内燃機関は、点火を圧縮行程中に開始して燃焼室内の気化ガソリンに点火する。幾つかの運転状態では、幾つかの内燃機関は、駆動出力を、圧縮行程の点火時期を遅角させる要求に応じて下げて、エンジンノッキングを起こす燃料の早期点火を防止する。点火時期を進角させるためには、耐ノッキング性を向上させた、リサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）がより高い燃料を使用することができる。しかしながら、ＲＯＮがより高い燃料は一般的に、ＲＯＮがより低い燃料の場合よりも購入費用が高く付く。高ＲＯＮ燃料の入手可能性も、市場状況によって制限される虞がある。
【０００４】
特許文献１に記載されているような燃料分離装置は、混合燃料流を、燃料分離膜を通過させることにより、燃料流を高ＲＯＮ燃料及び低ＲＯＮ燃料を有する燃料流に分離する。しかしながら、このような燃料分離装置は、燃料の高ＲＯＮ燃料及び低ＲＯＮ燃料の分離能力が低下し易く、かつコストが高く付いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，１０７，９４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、コスト効率が良く、かつ仕切られたセラミックモノリスの能力を向上させて流体成分の分離に使用されるようにする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
種々の実施形態によれば、浸透気化分離膜エレメントは、モノリスの軸線方向長さに沿って延在する多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群と、そして第１の複数の前記多孔質体流路壁を、前記モノリスの前記軸線方向長さに沿って被覆する機能膜と、を有するセラミックモノリスを含む。前記機能膜は、流体を非透過部分及び透過部分に分離するように機能する。前記機能膜で被覆される前記多孔質体流路壁群は、複数の離散配置貫通セグメントを画定し、前記離散配置貫通セグメント群の各離散配置貫通セグメントは、互いから複数の非被覆多孔質体流路壁により隔てられる。前記離散配置貫通セグメント群に流入する流体は、殆どの部分が前記離散配置貫通セグメント群を通って出て行く非透過部分、及び前記セラミックモノリスから、前記非被覆多孔質体流路壁群、多孔質モノリス担体を通って、そして前記モノリスの外周面を通って半径方向外側に出て行く透過部分に分離される。
【０００８】
別の実施形態によれば、車載用燃料分離装置は、浸透気化分離膜エレメントと、燃料加熱器と、そして燃料冷却器と、を含む。前記浸透気化分離膜エレメントは、モノリス長さに沿って延在する多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群と、そして複数の多孔質体流路壁を前記モノリス長さに沿って被覆するポリマー膜と、を有するセラミックモノリスを含む。前記浸透気化分離膜エレメントの前記ポリマー膜は、複数の被覆多孔質体流路壁から成る複数の離散配置貫通セグメントを画定する。前記浸透気化分離膜エレメントの前記離散配置貫通セグメント群の各離散配置貫通セグメントは、互いから非被覆多孔質体流路壁群により隔てられる。
【０００９】
更に別の実施形態によれば、浸透気化分離膜エレメント用セラミックモノリスは、前記モノリスの軸線方向長さに沿って延在する多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群を含む。前記セラミックモノリスは更に、第１の複数の前記多孔質体流路壁を、前記モノリスの前記軸線方向長さに沿って被覆する機能膜を含み、該機能膜は、流体を非透過部分及び透過部分に分離するように機能する。前記機能膜で被覆される前記多孔質体流路壁群は、複数の離散配置貫通セグメントを画定し、前記離散配置貫通セグメント群の各離散配置貫通セグメントは、互いから複数の非被覆多孔質体流路壁により隔てられる。前記離散配置貫通セグメント群に流入する流体は、殆どの部分が前記離散配置貫通セグメント群を通って出て行く非透過部分、及び前記セラミックモノリスから、前記非被覆多孔質体流路壁群を通って、そして前記モノリスの外周面を通って半径方向外側に出て行く透過部分に分離される。
【００１０】
これらの実施形態の更に別の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に開示され、そしてかなりの部分が、この技術分野の当業者には、当該説明から容易に明らかになる、または以下の詳細な説明、請求項のみならず添付の図面を含む、本明細書において記載される実施形態を実施することにより容易に認識される。
【００１１】
これまでの概略説明、及び以下の詳細な説明は共に、種々の実施形態を記述し、そして特許請求する主題の本質及び特徴を理解するための概要または概略を提供するために行なわれる。添付の図面は、種々の実施形態に関する更なる理解を可能にするために取り入れられ、そして本明細書の一部に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本明細書において記載される種々の実施形態を例示し、そして当該説明とともに、特許請求する主題の原理及び動作を説明するために利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態による仕切られたセラミックモノリスを有する浸透気化分離膜エレメントの切り欠き図の概要を示している。
【図２】図１に示す仕切られたセラミックモノリスを有する浸透気化分離膜エレメントをＡ−Ａ線に沿って切断して見た部分側部断面図の概要を示している。
【図３】図１に示す仕切られたセラミックモノリスを有する浸透気化分離膜エレメントの１つの実施形態をＢ−Ｂ線に沿って切断して見た前面部分断面図の概要を示している。
【図４】図１に示す仕切られたセラミックモノリスを有する浸透気化分離膜エレメントの１つの実施形態をＢ−Ｂ線に沿って切断して見た前面部分断面図の概要を示している。
【図５】図１に示す仕切られたセラミックモノリスを有する浸透気化分離膜エレメントの１つの実施形態をＡ−Ａ線に沿って切断して見た部分側部断面図の概要を示している。
【図６】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態による端面シールの斜視図の概要を示している。
【図７Ａ】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態による端面シールの斜視図の概要を示している。
【図７Ｂ】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態による端面シールの斜視図の概要を示している。
【図８】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態による仕切られたセラミックモノリスを有する浸透気化分離膜エレメントの部分側部断面図の概要を示している。
【図９】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態による浸透気化分離膜エレメントの部分側部断面図の概要を示している。
【図１０】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態による浸透気化分離膜エレメントを含む車載用燃料分離装置の概要を示している。
【図１１】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態によるガソリンを、仕切りエレメントの個別セグメント群を使用して分離する浸透気化分離能を示している。
【図１２】本明細書において示され、かつ記載される１つ以上の実施形態によるガソリンを浸透気化分離法で分離するために使用される仕切りエレメントのＡ）未使用状態の画像、Ｂ）１セクションを使用した状態の画像、及びＣ）２セクションを使用した状態の画像を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図１を参照するに、仕切られたセラミックモノリスを組み込んだ浸透気化分離（パーベーパレーション）装置が、本明細書において示され、かつ説明される１つ以上の実施形態に従って模式的に描かれている。セラミックモノリスは、多孔質体流路壁により隔てられた複数の平行流路を備えるハニカム型構造である。複数の多孔質体流路壁は、機能膜でモノリスの軸方向長さに沿って被覆されている。モノリスの離散配置貫通セグメント群を画定するために、当該機能膜は、モノリス内を流れる流体を非透過部分と透過部分に分離する。離散配置貫通セグメント群の各離散配置貫通セグメントは、互いから、複数の非被覆多孔質体流路壁により隔てられる。離散配置貫通セグメント群のうちの１つの離散配置貫通セグメントに流れ込む流体は、離散配置貫通セグメント群に沿って流れる非透過部分と被覆多孔質体流路壁及び非被覆多孔質体流路壁を通って流れる透過部分に分離される。特定の浸透気化分離膜エレメント、及び浸透気化分離膜エレメントを形成する方法が、本明細書において更に詳細に説明される。
【００１４】
“パーベーパレイション（ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）”という用語は、目標流体を、モノリス壁の膜を透過させることができることを指す。この現象は、溶液拡散プロセスであり、この溶液拡散プロセスは、供給液成分が膜に吸着される現象（所定の成分の溶解性Ｓｉで特徴付けられる）、膜を透過して拡散する現象（所定の成分の拡散性Ｄｉで特徴付けられる）、及び成分が膜の裏面から吸着解放されてモノリス担体に向かって流れる現象により特徴付けられる。Ｓ及びＤは、アセンブリへの供給液の各化学種について異なっている。これは、所定の材料の透過性または透過度ＰｉをＤｉ×Ｓｉとして与える。更に、別種類の化学種に対する或る種類の化学種の比を表わす選択性αｉ／ｊは、Ｐｉ／Ｐｊで与えられる。
【００１５】
図１を詳細に参照するに、浸透気化分離膜エレメント１００の一部が描かれている。浸透気化分離膜エレメント１００はモノリスアセンブリ１１０を含み、このモノリスアセンブリ１１０は、セラミックモノリス１２０と、上流側分割エンドキャップ１３０と、そして下流側分割エンドキャップ１３２と、を含む。セラミックモノリス１２０は、軸線方向長さ１２３、及び固有外周部または外周面１２５を有する。上流側分割エンドキャップ１３０及び下流側分割エンドキャップ１３２は、セラミックモノリス１２０の軸線方向両端部１２１に沿って配置される。モノリスアセンブリ１１０は、切り欠いて図示されるハウジングアセンブリ１４０の内部に配置される。ハウジングアセンブリ１４０はモノリスアセンブリ１１０を取り囲み、そして流体密閉接続状態を流入側流体ポート１４２、流出側非透過ポート１４４、及び流出側透過ポート１４６の間に実現する。以下に説明するように、セラミックモノリス１２０に流れ込む流体は、２つの流体流に分離される。一方の流体流は、セラミックモノリス１２０の複数の平行流路１２２を軸線方向に流れ、そして浸透気化分離膜エレメント１００から流出側非透過ポート１４４を通って流出する。他方の流体流は、セラミックモノリス１２０の複数の多孔質体流路壁１２４を透過し、そして浸透気化分離膜エレメント１００から流出側透過ポート１４６を通って流出する。
【００１６】
図１及び図３〜４を参照するに、複数の平行流路１２２は断面が略円形である。しかしながら、別の実施形態では、製品内の複数の流路は、矩形、正方形、長円形、三角形、八角形、六角形、またはこれらの形状の組合せを含む他の断面形状を有することができる。
【００１７】
本明細書において記載される実施形態では、セラミックモノリス１２０は、最大約５００流路／平方インチ（ｃｈａｎｎｅｌｓ  ｐｅｒ  ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ：ｃｐｓｉ）の流路密度を有するように形成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、セラミックモノリス１２０は、約７０ｃｐｓｉ〜約４００ｃｐｓｉ（約１１流路／平方センチメートル〜約６２流路／平方センチメートル）の範囲の流路密度を有することができる。他の実施形態では、セラミックモノリス１２０は、約２００ｃｐｓｉ〜約２５０ｃｐｓｉ（約３１流路／平方センチメートル〜約３９流路／平方センチメートル）の範囲の流路密度を有することができる、または約７０ｃｐｓｉ〜約１５０ｃｐｓｉ（約１１流路／平方センチメートル〜約２３流路／平方センチメートル）の範囲の流路密度を有することもできる。
【００１８】
本明細書において記載される実施形態では、セラミックモノリス１２０の多孔質体流路壁１２４は、約１０ミル（２５４マイクロメートル）超の厚さを有することができる。例えば、幾つかの実施形態では、これらの多孔質体流路壁１２４の厚さは、約１０ミル（２５４マイクロメートル）〜最大約３０ミル（７６２マイクロメートル）の範囲とすることができる。幾つかの他の実施形態では、これらの多孔質体流路壁１２４の厚さは、約１５ミル（３８１マイクロメートル）〜約２６ミル（６６０マイクロメートル）の範囲とすることができる。
【００１９】
本明細書において記載される浸透気化分離膜エレメント１００の実施形態では、セラミックモノリス１２０のこれらの多孔質体流路壁１２４は、コーティングをセラミックモノリス１２０に塗布する前には必ず、目詰まりを生じていない場合の気孔率（すなわち、コーティングをセラミックモノリス１２０に塗布する前に必ず得られる気孔率）％Ｐ≧３５％を有することができる。幾つかの実施形態では、これらの多孔質体流路壁１２４の目詰まりを生じていない場合の気孔率は、２０％≦％Ｐ≦６０％が成り立つようにすることができる。他の実施形態では、これらの多孔質体流路壁１２４の目詰まりを生じていない場合の気孔率は、２５％≦％Ｐ≦４０％が成り立つようにすることができる。
【００２０】
一般的に、セラミックモノリスを、約１マイクロメートル超の平均細孔サイズを有するように形成すると、有望な膜コーティングを基材の上に形成することが非常に難しくなる。従って、一般的に、これらの多孔質体流路壁の平均細孔サイズを約０．０１マイクロメートル〜約０．８０マイクロメートルに維持することが望ましい。
【００２１】
本明細書において記載される実施形態では、セラミックモノリス１２０のハニカム担体は、例えばコージェライト、ムライト、炭化珪素、酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、または高温微粒子濾過用途への使用に適する任意の他の多孔質材料のようなセラミック材料により形成される。
【００２２】
次に、図１及び２を参照するに、分割エンドキャップ１３０，１３２は、セラミックモノリス１２０の複数の平行流路１２２を露出させるように配置される複数の開口部１３４を含むと同時に、セラミックモノリス１２０の複数の他の平行流路を覆い、かつ密閉する。分割エンドキャップ１３０，１３２は、セラミックモノリス１２０の軸線方向の両端部に、流密状態を分割エンドキャップ１３０，１３２とセラミックモノリス１２０との間に形成する接着剤１３６で固定される。
【００２３】
図２を参照するに、モノリスアセンブリ１１０の一部が描かれている。セラミックモノリス１２０は、多孔質体流路壁群１２４により隔てられた配列平行流路１２２を含む。これらの多孔質体流路壁１２４は、セラミックモノリス１２０の軸線方向長さに沿って延在する。これらの多孔質体流路壁１２４によって、流体は、隣接する平行流路１２２の間のこれらの多孔質体流路壁１２４を透過することができる。複数の多孔質体流路壁１２４は、機能膜１２６で被覆される。機能膜１２６は、流体流の幾つかの構成部分を透過させることができ、そして他の構成部分を透過させない。流体９０がモノリスアセンブリ１１０内を流れることにより、機能膜１２６は、当該流体を、複数の平行流路１２２内を流れる非透過部分９０Ｂと、被覆多孔質体流路壁群１２４を透過する透過部分９０Ａに分離する。
【００２４】
幾つかの実施形態では、これらの多孔質体流路壁１２４は、塗布中間層である無機コーティング層１２７で被覆され、この塗布中間層は、これらの多孔質体流路壁１２４への機能膜１２６の接着性を向上させる。これらの例として、米国特許出願公開第２００８／００３５５５７号明細書に開示される無機膜、及び同様の膜を挙げることができる。
【００２５】
ジエポキシ−ｎ−オクタン−ポリ（プロピレングリコール）ビス（２−アミノプロピルエチル）（ＭＷ４００）を含む機能膜１２６の例
（ＤＥＮＯ−Ｄ４００），架橋有機ポリマー材料。１つの例では、多孔質媒体上で固化されると、ＤＥＮＯ−Ｄ４００は、高ＲＯＮ（例えば、約１００超のＲＯＮを有する燃料部分）を有する液体及び蒸発燃料のような流体流を、固化ポリマー及び多孔質媒体を選択的に透過させるとともに、低ＲＯＮを有する液体及び蒸発燃料が、固化ポリマー及び多孔質媒体を透過するのを抑制することができる。従って、機能膜１２６は、燃料流を、低ＲＯＮを有する非透過部分と、高ＲＯＮを有する透過部分に分離する。機能膜１２６の１つの例がＤＥＮＯ−Ｄ４００であるが、例えば米国特許第５，５５０，１９９号明細書に記載されているようなポリエステルポリイミド、及び例えば、米国特許第８，１１９，００６号明細書及び米国特許出願第６１／４７６，９８８号明細書に記載されているような他のポリエステル−エポキシアミンのような他の機能膜を使用することができることを理解されたい。
【００２６】
これらの多孔質体流路壁１２４にコーティングされる機能膜１２６の透過性は、これらの平行流路１２２に流れ込む流体の温度に応じて変わり得る。一般的に、流体の温度が高くなると、機能膜１２６の透過流量が大きくなる。しかしながら、機能膜１２６の透過流量が大きくなると、流体流の透過部分の平均ＲＯＮが変化する。平均ＲＯＮと透過流量の関係をバランスさせる最適な運転設定点を実現することができる。浸透気化分離膜エレメント１００に流れ込む約６０〜約２００℃の温度、かつ約２００〜約１０００ｋＰａの圧力、好ましくは約１２０〜約１６０℃の温度、かつ約４００〜約６００ｋＰａの圧力の流体流は、殆どの市販ガソリンから得られる９５超のＲＯＮ、好適には約１００超のＲＯＮを有する有効量の燃料透過部分を供給することができる。
【００２７】
図２及び３に示すように、セラミックモノリス１２０の幾つかの多孔質体流路壁１２４Ａが機能膜１２６で被覆されているのに対し、セラミックモノリスの他の多孔質体流路壁群１２４Ｂは、機能膜１２６で被覆されていない。図２に示すように、分割エンドキャップ１３０の固体部分の後方に配置されるこれらの多孔質体流路壁１２４が、機能膜１２６で被覆されないままになっているのに対し、分割エンドキャップ１３０の開口部群１３４の後方に配置されるこれらの多孔質体流路壁１２４は、機能膜１２６で被覆されている。
【００２８】
図３を参照するに、被覆多孔質体流路壁１２４Ａ、及び非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂの位置のレイアウトが模式的に描かれている。これらの被覆多孔質体流路壁１２４Ａは、公称境界１２９に接触する、または公称境界１２９の内側にある多孔質体流路壁１２４及び平行流路１２２として図示される複数の離散配置貫通セグメント１２８を画定する。これらの離散配置貫通セグメント１２８の各々は、互いから、公称境界１２９の外側に全体がある多孔質体流路壁１２４として図示される複数の非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂにより隔てられる。幾つかの実施形態では、複数の非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂは、セラミックモノリス１２０の外周面１２５に沿って配置される。固有外周面１２５に沿って配置されるこれらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂによって流体の透過部分を、半径方向外側に向かって外周面１２５を透過させることができ、そしてハウジングアセンブリ１４０で捕集することができ、そして流出側透過ポート１４６（図１）に向かって引き出すことができる。
【００２９】
本明細書において記載される実施形態では、機能膜１２６は、これらの多孔質体流路壁１２４に、多種多様な塗布方法を用いてコーティングすることができる。機能膜１２６は、セラミックモノリス１２０に、米国特許出願公開第２００８／００３５５５７Ａ１号明細書に記載の通りに塗布する、または別の構成として、米国特許出願第６１／４７６，９８８号明細書に記載されるスリップコーティング法により塗布することができる。機能膜は、セラミックモノリス１２０に、水性エマルジョンコーティング剤として塗布することができる。水性エマルジョンコーティングはセラミックモノリス１２０に、セラミックモノリス１２０を水性エマルジョン“浴”に少なくとも一部を沈めることにより施すことができる。次に、水性エマルジョンを硬化させて、機能膜１２６を多孔質体流路壁１２４の周りで固化させる。この水性エマルジョンコーティングは、水性スリップコーティングのような他のコーティングプロセスと組み合わせることができる。
【００３０】
別の実施形態では、機能膜１２６は、“噴霧（ｆｏｇｇｉｎｇ）”プロセスにより塗布することができ、この噴霧プロセスでは、機能膜を形成する浸透気化分離膜用未硬化ポリマー材料の液滴を空気中に噴霧してエアロゾルを形成する。セラミックモノリス１２０を、浸透気化分離膜用ポリマー材料のエアロゾルに曝し、そしてこれらの液滴が、凝縮液を多孔質体流路壁１２４上に形成する。次に、この凝縮液を硬化させて、機能膜１２６をこれらの多孔質体流路壁１２４の周りで固化させる。
【００３１】
非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂで取り囲まれる平行流路１２２は、浸透気化分離膜用ポリマー材料をセラミックモノリス１２０に塗布する前にマスクされる。幾つかの実施形態では、分割エンドキャップ１３０は、これらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂに浸透気化分離膜用ポリマー材料がコーティングされないように、これらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂをマスクする。他の実施形態では、ブロッキングプレートで、これらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂに浸透気化分離膜用ポリマー材料がコーティングされないように、これらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂをマスクする。このブロッキングプレートは、消耗品とすることができる、または基材にコーティングを施すために使用される装置の装備品とすることができる。
【００３２】
固化して機能膜１２６を形成する浸透気化分離膜用ポリマー材料をこれらの多孔質体流路壁１２４に、約１〜約１０マイクロメートルの厚さで塗布する。例えば、幾つかの実施形態では、機能膜１２６は、約２〜約９マイクロメートルの厚さを有する。更に、多孔質体流路壁１２４が、これらの多孔質体流路壁１２４と機能膜１２６の中間に塗布される無機コーティング層１２７を含む場合、当該無機コーティング層は、最大約５マイクロメートルの厚さに塗布される。無機コーティング層１２７は普通、これらの多孔質体流路壁１２４の透過性を低下させる。
【００３３】
セラミックモノリス１２０を使用して燃料分離を行なう実施形態では、セラミックモノリス１２０、機能膜１２６、及び無機コーティング層１２７は、もし有しているとすれば、浸透気化分離膜エレメントに流れ込むいずれの燃料による化学的腐食に対しても耐久性が大きい。ガソリンは、広い沸点範囲を有する芳香族炭化水素及び脂肪族炭化水素の複雑な混合物であり、そしてこれらには限定されないが、酸化防止剤、金属不活性剤、洗浄剤、色素、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、エチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、メタノール、エタノール、ｎ−ブタノール、テトラエチル鉛、及びメチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニルを含む多種多様な成分及び添加剤を含むことができる。更に、燃料に接触するようになる可能性がある浸透気化分離膜エレメント１００の構成部品は、浸透気化分離膜エレメントに流れ込む燃料による化学的腐食に対する耐久性が大きい材料により形成される。例えば、ハウジングアセンブリ１４０は、ステンレス鋼により形成することができる。端面シール１６０は、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）フルオロエラストマーにより形成することができる。
【００３４】
図４を参照するに、被覆多孔質体流路壁１２４Ａ及び非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂの他のパターンが、セラミックモノリス１２０について、例えば図４に示す通りに、被覆多孔質体流路壁１２４Ａ及び非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂのパターンを変えることにより想到され、離散配置貫通セグメント１２８の数を変更することができる。
【００３５】
再度、図１〜３を参照するに、一般的に、流体は、液体及び／又は蒸気として離散配置貫通セグメント群１２８のうちの１つの離散配置貫通セグメント１２８の被覆多孔質体流路壁１２４Ａに流れ込む。１つの実施形態では、流体は燃料、例えばガソリンである。燃料がセラミックモノリス１２０内を流れるとき、高ＲＯＮ成分を有する燃料部分は、これらの被覆多孔質体流路壁１２４Ａを選択的に透過して浸透気化分離され、そしてこれらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂに流れ込む。これらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂは、これらの被覆多孔質体流路壁１２４Ａに比べて透過性が高いので、高ＲＯＮを有し、かつこれらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂを通り抜ける燃料部分は、モノリスアセンブリ１１０から半径方向に流れ出して、ハウジングアセンブリ１４０に流れ込む。高オクタン価成分を多量に含む燃料部分は、当該燃料部分が浸透気化分離膜エレメント１００から出て行く先の流出側透過ポート１４６に回収される。
【００３６】
これとは異なり、機能膜１２６は、低ＲＯＮを有する燃料部分が、これらの被覆多孔質体流路壁１２４Ａを透過するのを選択的に抑制するので、燃料の低ＲＯＮ成分のみが、セラミックモノリス１２０内を、これらの離散配置貫通セグメント１２８内の平行流路群１２２の軸線方向長さに沿って流れる。低ＲＯＮを有する燃料部分は、これらの離散配置貫通セグメント１２８内の複数の平行流路１２２の内部にセラミックモノリス１２０の軸線方向長さに沿って滞留し、そして当該燃料部分が浸透気化分離膜エレメント１００から出て行く先の流出側非透過ポート１４４に誘導される。
【００３７】
仕切られたモノリス１２０を燃料分離装置に利用する場合、燃料分離装置の分離能力は時間と共に低下する。機能膜１２６を取り入れた燃料分離装置の分離能力は、当該膜が、燃料の高沸点芳香族成分及び添加剤成分によって汚れることにより悪影響を受ける。高ＲＯＮ燃料の分離能力を長期間に亘って高く維持するために、本開示の浸透気化分離膜エレメント１００は、セラミックモノリス１２０を貫通する複数の離散配置貫通セグメント１２８を含む。燃料は、単一の離散配置貫通セグメント１２８内を、当該離散配置貫通セグメント１２８によって分離される高ＲＯＮ燃料の分離能力が閾値を下回るようになるまで、通過するように誘導される。一旦、第１離散配置貫通セグメント１２８による分離能力が当該閾値を下回ると、当該離散配置貫通セグメント１２８は、準最適状態で動作するとして分類することができる。次に、燃料を、準最適状態で動作する離散配置貫通セグメント１２８から離れるように誘導して、正常状態で動作する離散配置貫通セグメント１２８に流れ込ませることにより、同じモノリスアセンブリ１１０による高ＲＯＮ燃料の必要な分離能力を確保する。従って、単一のセラミックモノリス１２０の使用期間は、セラミックモノリス１２０を複数の離散配置セクションに分けることにより長くすることができる。
【００３８】
次に、図５及び６を参照するに、モノリスアセンブリ１１０をハウジングアセンブリ１４０内に配置して、浸透気化分離膜エレメント１００が流密状態を維持して、流体の透過部分が、流体の供給部分及び非透過部分の両方と混合するのを防止する。環状Ｏ−リング１１２をモノリスアセンブリ１１０とハウジングアセンブリ１４０との間に配置して、セラミックモノリス１２０から半径方向外側に流れる流体の透過部分が全て、モノリスアセンブリ１１０とハウジングアセンブリ１４０との間の境界が形成する流体密閉ゾーン内に捕集されるようにする。流体密閉ゾーン内に捕集された流体の透過部分は、浸透気化分離膜エレメント１００から流出側透過ポート１４６に誘導される。
【００３９】
図５に示す実施形態では、浸透気化分離膜エレメント１００は端面シール１６０を含み、この端面シール１６０は、モノリスアセンブリ１１０に接触し、そして流密状態をハウジングアセンブリ１４０の結合リング１４７とモノリスアセンブリ１１０との間に形成する。端面シール１６０は、離散配置貫通セグメント群１２８のうちの１つの離散配置貫通セグメント１２８に流れ込む流体が、離散配置貫通セグメント群１２８のうちの別の離散配置貫通セグメント１２８に流入するのを防止する。図５に示すように、端面シール１６０は、上流側分割エンドキャップ１３０に接触し、そして壁部分１６４により隔てられた複数の窓１６２を含む。図６を参照するに、端面シール１６０の幾つかの実施形態は、セラミックモノリス１２０の離散配置貫通セグメント群１２８の形状及びサイズ（すなわち、図３に示すような）に略一致する形状及びサイズを有する複数の窓１６２を含む。図５に示すように、結合リング１４７は、結合リング１４７の接触面１４９の陥凹部に収納されるシールグランド１４８を含む。シールグランド１４８は、端面シール１６０に略一致する形状及びサイズを有することにより、端面シール１６０がシールグランド１４８の内部に、モノリスアセンブリ１１０が結合リング１４７の接触面１４９に接触すると配置されるようになる。シールグランド１４８は、端面シール１６０の支持体となることにより、端面シール１６０がモノリスアセンブリ１１０との接触から外れるのを防止するので、モノリスアセンブリ１１０とハウジングアセンブリ１４０の結合リング１４７との間の流密状態が破れるのを防止する。特に、端面シール１６０及びシールグランド１４８の配置について上に説明してきたが、シールグランド１４８は、浸透気化分離膜エレメント１００の多種多様な構成部品内に配置することができることを理解されたい。
【００４０】
次に、図７Ａ及び７Ｂを参照するに、端面シール群の別の実施形態が模式的に描かれている。これらの実施形態では、これらの端面シール１６０は、対応するモノリスアセンブリ１１０内の離散配置貫通セグメント群１２８の数と比較して、少ない数の窓１６２を有する。例えば、図７Ａは、１個の窓１６２を有する端面シール１６０を模式的に描いている。端面シール１６０の壁部分１６４は、流密状態を結合リング１４７とモノリスアセンブリ１１０との間に形成し、そしてモノリスアセンブリ１１０の未使用離散配置貫通セグメント群１２８をマスクして、不所望な流体の流入を防止する。従って、図７Ａの端面シール１６０を用いて、端面シール１６０の取り付け先のモノリスアセンブリの１個の貫通セグメントを切り離すことにより、流体がモノリスアセンブリに流入して窓１６２から覗いている貫通セグメントのみを流れるように制限し、そして他の貫通セグメント群をマスクすることができることを理解されたい。図７Ｂは、２個の窓１６２を備える端面シール１６０を描いており、これらの窓１６２で、端面シール１６０の取り付け先のモノリスアセンブリの対応する貫通セグメント群を切り離している。この実施形態では、端面シール１６０は、流体が、これらの窓１６２から覗いているモノリスアセンブリの貫通セグメント群だけに流入するのを許可し、そして流体が、端面シール１６０でマスクされる貫通セグメント群に流入するのを防止する。
【００４１】
図６、７Ａ、及び７Ｂは、それぞれ４個、１個、及び２個の窓を備えるシールマスクを描いているが、これらのシールマスクは、任意の個数の窓を備えるように形成して、モノリスアセンブリ１１０の所望の個数の貫通セグメントを容易に露出させ、そして／またはマスクすることができることを理解されたい。特定の個数の貫通セグメントに流入する流体流を制御するためにこれらのシールマスクを使用して、浸透気化分離膜エレメントの分離能力、浸透気化分離膜エレメントの透過／非透過分離速度、及び分離流体の透過部分及び非透過部分の揮発濃度を制御することができる。例えば、露出貫通セグメントの個数を２個（すなわち、図７Ｂのシールマスクを使用する場合）から１個（すなわち、図７Ａのシールマスクを使用する場合）に減らすと、浸透気化分離膜エレメントの透過能力は、半分だけ小さくなり、そして更に、分離速度も低くなる。しかしながら、透過物質は、２個の貫通セグメントを利用する浸透気化分離膜エレメントから生じる透過物質よりも低い揮発性物質濃度を有することができる。
【００４２】
浸透気化分離膜エレメント１００の他の実施形態は、上流側及び／又は下流側分割エンドキャップ１３０，１３２を排除したモノリスアセンブリ１１０を含む。これらの実施形態では、セラミックモノリス１２０は、図３及び４に図示されるものと同様のパターンの被覆多孔質体流路壁１２４Ａ及び非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂを含むことにより、これらの被覆多孔質体流路壁１２４Ａが、複数の非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂにより隔てられた離散配置貫通セグメント群１２８を画定する。しかしながら、これらの実施形態では、端面シール１６０は、セラミックモノリス１２０の軸線方向端部群１２１に直接接触して流密状態を形成し、これにより流体を離散配置貫通セグメント群１２８のうちの１つの離散配置貫通セグメント１２８に、流体がこれらの非被覆多孔質体流路壁１２４Ｂに誘導されるのを防止しながら誘導することができる。
【００４３】
図８を参照するに、浸透気化分離膜エレメント１００の選択可能な流入側プレナム１７０が描かれている。選択可能な流入側プレナム１７０は、複数の流路１７２を含み、これらの流路１７２は、流体を離散配置貫通セグメント群１２８のうちの１つの離散配置貫通セグメント１２８に誘導するように配置される。これらの流路１７２の各流路はバルブアセンブリ１７４を含み、このバルブアセンブリ１７４は、開くか、または閉じるように選択的に配置することができる。これらの流路１７２のうちの１つの流路のバルブアセンブリ１７４が開くと、選択可能な流入側プレナム１７０が離散配置貫通セグメント１２８と流体連通して、流入側流体ポート１４２に流れ込む流体が、当該流路１７２に沿って誘導されて、モノリスアセンブリ１１０の対応する離散配置貫通セグメント１２８に流入する。バルブアセンブリ１７４が閉じると、選択可能な流入側プレナム１７０は、当該離散配置貫通セグメント１２８との流体連通が遮断されて、流入側流体ポート１４２に流れ込む流体が、閉バルブアセンブリ１７４に対応するモノリスアセンブリ１１０の離散配置貫通セグメント１２８を避けて流れるようになる。従って、選択可能な流入側プレナムは、モノリスアセンブリ１１０の対応する離散配置貫通セグメント群１２８のうちのいずれかの離散配置貫通セグメント１２８と流体連通するように、またはいずれかの離散配置貫通セグメント１２８との流体連通が遮断されるように選択可能である。
【００４４】
次に、図９を参照するに、複数のインジェクタ１８２を組み込んだ浸透気化分離膜エレメント１００の選択可能な流入側プレナム１７０の別の実施形態が描かれている。モノリスアセンブリ１１０は、ハウジングアセンブリ１４０内に配置されて、各インジェクタ１８２が、モノリスアセンブリ１１０の離散配置貫通セグメント群１２８のうちの１つの離散配置貫通セグメント１２８と流体連通するようになる。これらのインジェクタ１８２は、流体の流れを制御して、流体が、モノリスアセンブリ１１０の離散配置貫通セグメント群１２８のうちの１つの離散配置貫通セグメント１２８に流れ込むように選択可能である。
【００４５】
上に説明したように、本明細書において記載される浸透気化分離膜エレメント１００は、車両の車載用燃料分離装置に利用することができる。図１０を参照するに、浸透気化分離膜エレメント１００を含む車載用燃料分離装置２００の模式図が図示されている。燃料は、車載用燃料分離装置２００を通って、複数の燃料配管２１２から供給される。これらの燃料配管２１２は、車載用燃料分離装置２００の接続部品群を互いに対して流密状態にする。燃料は燃料タンク２１０に車両のオペレータによって貯留される。燃料は、高圧で、燃料タンク２１０から燃料加熱器２２０に給送され、この燃料加熱器２２０では、燃料の温度を上昇させる。次に、加熱された燃料は浸透気化分離膜エレメント１００に誘導され、この浸透気化分離膜エレメント１００では、燃料が、選択可能な流入側プレナム１７０に流れ込み、そしてモノリスアセンブリ１１０の離散配置貫通セグメント群１２８のうちの１つの離散配置貫通セグメント１２８に誘導される。燃料がモノリスアセンブリ１１０内を通って給送されるとき、燃料は高ＲＯＮを有する透過部分と低ＲＯＮを有する非透過部分に分離される。非透過部分及び透過部分は共に、燃料冷却器２２２に誘導され、この燃料冷却器２２２は、燃料の非透過部分及び透過部分を、燃料流の２つの部分の間の分離状態を保ちながら冷却する。非透過部分は、非透過燃料配管２１２Ａを通って給送され、そして透過部分は、透過燃料配管２１２Ｂを通って給送される。冷却された後、燃料流の非透過部分は、燃料タンク２１０に戻る方向に誘導されるか、またはエンジン３００に誘導されるかのいずれかである。燃料流の透過部分は、燃料タンク２１０の透過燃料貯留室２１０Ｂに誘導され、この透過燃料貯留室２１０Ｂには、透過部分が、エンジン３００からの要求があるまで貯留される。
【００４６】
ここで、機能膜で被覆されたセラミックモノリスを使用して流体を構成成分に分離することができることを理解されたい。これらの多孔質体流路壁のうちの或る部分は、機能膜で被覆される。この機能膜は、流体流の特定成分を、他の成分を、セラミックモノリス内を軸線方向に流動させながら、これらの多孔質体流路壁を半径方向に透過させることができる。被覆多孔質体流路壁の複数の領域は、セラミックモノリス内に配置し、そして複数の非被覆多孔質体流路壁を挟んで離間させることにより、これらの領域が互いの流体連通を遮断されるようにすることができる。流体はこれらの領域に、流体の分離効率が閾値レベルを下回るまで流れ込むことができる。流体を分離するために使用されるセラミックモノリスは、これらには限定されないが、ＲＯＮごとの流体分離、溶媒の浄化、または浄水、及び水／アルコール分離を含む多種多様な用途に使用することができる。
【００４７】
第１の態様では、本開示は、浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは：モノリスの軸線方向長さに沿って延在する多孔質体流路壁により隔てられた配列平行流路群と；そして第１の複数の多孔質体流路壁をモノリスの軸線方向長さに沿って被覆し、かつ流体を非透過部分及び透過部分に分離するように機能する機能膜と、を有するセラミックモノリスを備え：機能膜で被覆されるこれらの多孔質体流路壁は、複数の離散配置貫通セグメントを画定し；これらの離散配置貫通セグメントの各離散配置貫通セグメントは、互いから複数の非被覆多孔質体流路壁により隔てられ；そしてこれらの離散配置貫通セグメントに流入する流体は、これらの離散配置貫通セグメント内を通って殆どの部分が出て行く非透過部分と、非被覆多孔質体流路壁及びモノリスの外周面を通って半径方向外側にセラミックモノリスから流出する透過部分に分けられる。
【００４８】
第２の態様では、本開示は、浸透気化分離膜エレメントと、燃料加熱器と、そして燃料冷却器と、を備える車載用燃料分離装置を提供し：当該浸透気化分離膜エレメントは、モノリス長さに沿って延設される多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群と、そして複数の多孔質体流路壁をモノリス長さに沿って被覆するポリマー膜と、を有するセラミックモノリスを備え；当該浸透気化分離膜エレメントのポリマー膜は、複数の被覆多孔質体流路壁から成る複数の離散配置貫通セグメントを画定し；そして当該浸透気化分離膜エレメントの離散配置貫通セグメント群の各離散配置貫通セグメントは、互いから非被覆多孔質体流路壁群により隔てられる。
【００４９】
第３の態様では、本開示はセラミックモノリスを提供し、当該セラミックモノリスは：当該モノリスの軸線方向長さに沿って延設される多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群と；そして第１の複数の多孔質体流路壁を、当該モノリスの軸線方向長さに沿って被覆し、かつ流体を非透過部分と透過部分に分離するように機能する機能膜と、を備え：当該機能膜で被覆されるこれらの多孔質体流路壁は、複数の離散配置貫通セグメントを画定し；これらの離散配置貫通セグメントの各離散配置貫通セグメントは、互いから複数の非被覆多孔質体流路壁により隔てられ；そしてこれらの離散配置貫通セグメントに流入する流体は、これらの離散配置貫通セグメント内を通って殆どの部分が出て行く非透過部分と、そして当該セラミックモノリスから、これらの非被覆多孔質体流路壁及び当該モノリスの外周面を通って半径方向外側に出て行く透過部分に分離される。
【００５０】
第４の態様では、本開示は、第１の態様〜第３の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、これらの非被覆多孔質体流路壁は、当該セラミックモノリスの外周部の少なくとも一部に配設される。
【００５１】
第５の態様では、本開示は、第１、第２、または第４の態様のうちのいずれかの態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、当該モノリスの軸線方向端部に配置される分割エンドキャップを備え、当該分割エンドキャップは、複数の離散配置貫通セグメントを露出させ、かつ複数の非被覆多孔質体流路壁を覆うように配置される複数の開口部を有し、当該分割エンドキャップは、流体を誘導して、複数の離散配置貫通セグメントに流入させる。
【００５２】
第６の態様では、本開示は、第５の態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、当該分割エンドキャップに接触する端面シールを備え、当該端面シールは、流体密閉壁部分により隔てられた複数の窓を有し、これらの窓は、対応する複数の離散配置貫通セグメントを露出させるように配置され、そして流体密閉壁部分は、複数の窓の間の流体遮断状態を保つ。
【００５３】
第７の態様では、本開示は、第６の態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、当該分割エンドキャップに隣接配置される結合リングを備え、当該結合リングは、接触面の陥凹部に収納されるシールグランドを備え、当該シールグランドは、当該端面シールと略同様の形状を有する。
【００５４】
第８の態様では、本開示は、第５の態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、当該分割エンドキャップに接触する端面シールを備え、当該端面シールは、当該モノリスの離散配置貫通セグメントに対応する少なくとも１つの窓と、そして複数の離散配置貫通セグメントのうちの残りの離散配置貫通セグメントを少なくとも１つの窓から遮断する流体密閉壁部分と、を有する。
【００５５】
第９の態様では、本開示は、第８の態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、当該分割エンドキャップに隣接配置される結合リングを備え、当該結合リングは、接触面の陥凹部に収納されるシールグランドを備え、当該シールグランドは、当該端面シールと略同様の形状を有する。
【００５６】
第１０の態様では、本開示は、第１、第２、または第４〜第９の態様のうちのいずれかの態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、当該多孔質セラミックモノリスが配置されるハウジングアセンブリを備え、当該ハウジングアセンブリは：流入側流体ポートと；流出側非透過流体ポートと；そして流出側透過流体ポートと、を備える。
【００５７】
第１１の態様では、本開示は、第１、第２、または第４〜第９の態様のうちのいずれかの態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、選択可能な流入側プレナムを備え、当該選択可能な流入側プレナムは、流入側流体ポートを第１離散配置貫通セグメントと流体連通の状態にする。
【００５８】
第１２の態様では、本開示は、第１１の態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該選択可能な流入側プレナムは、流入側流体ポートを第２離散配置流路部分と流体連通の状態にし、そして流入側流体ポートを第１離散配置流路部分との流体連通が遮断された状態にするように選択可能である。
【００５９】
第１３の態様では、本開示は、第１１の態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、選択可能な流入側プレナムを備え、当該選択可能な流入側プレナムは、流入側流体ポートを、これらの離散配置貫通セグメントのうちの１つの離散配置貫通セグメントとの流体連通が遮断された状態にする。
【００６０】
第１４の態様では、本開示は、第１、第２、または第４〜第１３の態様のうちのいずれかの態様の浸透気化分離膜エレメントを提供し、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、複数のインジェクタを備え、各インジェクタは、これらの離散配置貫通セグメントのうちの少なくとも１つの離散配置貫通セグメントと流体連通する。
【００６１】
第１５の態様では、本開示は、第１〜第１４の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、これらの多孔質体流路壁は、液状ガソリン及び／又は蒸発ガソリンによる化学的腐食に対する耐久性が大きい。
【００６２】
第１６の態様では、本開示は、第１〜第１４の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、当該機能膜は、液状ガソリン及び蒸発ガソリンを構成成分に分離するポリマー材料を含む。
【００６３】
第１７の態様では、本開示は、第１〜第１５の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、当該機能膜は、液状ガソリン及び蒸発ガソリンを構成成分に分離する有機コーティングを含む。
【００６４】
第１８の態様では、本開示は、第１〜第１５の態様、または第１７の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、当該機能膜はＤＥＮＯ−Ｄ４００を含む。
【００６５】
第１９の態様では、本開示は、第１〜第１８の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、当該セラミックモノリスはムライトを含む。
【００６６】
第２０の態様では、本開示は、第１〜第１８の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、当該セラミックモノリスはコージェライトを含む。
【００６７】
第２１の態様では、本開示は、第１〜第１８の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、当該セラミックモノリスはチタン酸アルミニウムを含む。
【００６８】
第２２の態様では、本開示は、第１〜第２１の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、当該セラミックモノリスは更に、複数の多孔質体流路壁を、モノリス長さに沿って被覆する無機コーティング層を備え、当該無機コーティング層は、これらの多孔質体流路壁と当該機能膜との間に散在させる。
【００６９】
第２３の態様では、本開示は、第１〜第２２の態様のうちのいずれかの態様のセラミックモノリスを提供し、この場合、当該セラミックモノリスは、３５％の気孔率を有する。
【００７０】
第２４の態様では、本開示は、第２の態様の車載用燃料分離装置を提供し、この場合、当該燃料加熱器及び当該燃料冷却器は当該浸透気化分離膜エレメントと流体連通し、そして当該浸透気化分離膜エレメントの上流及び下流にそれぞれ配置される。
【００７１】
第２５の態様では、本開示は、第２〜第２４の態様のうちのいずれかの態様の車載用燃料分離装置を提供し、この場合、当該浸透気化分離膜エレメントは更に、選択可能な流入側プレナムを備え、そして当該選択可能な流入側プレナムは、燃料流を誘導して、これらの離散配置貫通セグメントのうちの１つの離散配置貫通セグメントに流入させる。
【００７２】
第２６の態様では、本開示は、浸透気化分離膜エレメントを製造する方法を提供し、当該方法は：モノリス長さに沿って延設される多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群を備えるセラミックモノリスを押し出し成形する工程と；複数の多孔質体流路壁をマスクする工程と；そして浸透気化分離膜ポリマー材料を、マスクされない複数の多孔質体流路壁に塗布する工程と、を含む。
【００７３】
第２７の態様では、本開示は、第２６の態様の方法を提供し、この場合、浸透気化分離膜ポリマー材料を流体コーティングとして塗布する。
【００７４】
第２８の態様では、本開示は、第２６または第２７の態様のうちのいずれかの態様の方法を提供し、この場合、浸透気化分離膜ポリマー材料をエアロゾルとして塗布する。
【００７５】
第２９の態様では、本開示は、第２６〜第２８の態様のうちのいずれかの態様の方法を提供し、当該方法は更に、無機コーティング層を複数の多孔質体流路壁に塗布する工程を含む。
【００７６】
第３０の態様では、本開示は、第２６〜第２９の態様のうちのいずれかの態様の方法を提供し、当該方法は更に：セラミックモノリスをハウジングアセンブリに挿入する工程と；そしてシール部材を当該ハウジングアセンブリに挿入して、浸透気化分離膜ポリマー材料で被覆される多孔質体流路壁群により画定され、かつ非被覆多孔質体流路壁群により互いから隔てられた複数の離散配置貫通セグメントが互いに流体連通が遮断される状態を維持する工程と、を含む。
【００７７】
第３１の態様では、本開示は、高ＲＯＮ燃料を低ＲＯＮ燃料から分離する方法を提供し、当該方法は：高ＲＯＮ部分及び低ＲＯＮ部分を有する燃料を浸透気化分離膜エレメントに流し込む工程であって、該浸透気化分離膜エレメントが、多孔質体流路壁群により隔てられた配列平行流路群と、そして複数の多孔質体流路壁を被覆する機能膜と、を有するセラミックモノリスを備え、当該機能膜で被覆されるこれらの多孔質体流路壁が、複数の離散配置貫通セグメントを画定し、そしてこれらの離散配置貫通セグメントの各離散配置貫通セグメントが互いから、複数の非被覆多孔質体流路壁群により隔てられる、前記流し込む工程と；燃料を、浸透気化分離膜エレメントの複数の離散配置貫通セグメントのうちの１つ以上の離散配置貫通セグメント内を流して、低ＲＯＮを有する燃料の非透過部分が、離散配置貫通セグメントまたは離散配置貫通セグメント群に沿って流れるようにし、そして高ＲＯＮを有する透過燃料が、被覆多孔質体流路壁群及び非被覆多孔質体流路壁群を透過して流れるようにする工程と；そして燃料が、浸透気化分離膜エレメントの複数の離散配置貫通セグメントの他の離散配置貫通セグメントから離れるように誘導する工程と、を含む。
【００７８】
第３２の態様では、本開示は、第３１の態様の方法を提供し、当該方法は更に：高ＲＯＮ部分及び低ＲＯＮ部分を有する燃料を加熱する工程と；そして燃料の非透過部分、及び燃料の透過部分を冷却する工程と、を含む。
【００７９】
この技術分野の当業者であれば、種々の変形及び変更を、本明細書において記載される実施形態に対して、特許請求する主題の思想及び範囲から逸脱しない限り加えることができることを理解できるであろう。従って、本明細書は、本明細書において記載される種々の実施形態の変形及び変更を、このような変形及び変更が添付の請求項、及び請求項の均等物の範囲に含まれる場合には包含するものである。
【実施例】
【００８０】
実施例１．ＤＥＮＯ−Ｄ４００プレポリマーの合成
脂肪族エポキシ−ポリエーテルアミン架橋膜ポリマーを、略当量の４７．０ｇの１，２，７，８−ジエポキシ−ｎ−オクタンまたはＤＥＮＯ（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）、及び６３．０ｇの４００ｍｗポリプロピレングリコールビス２アミノプロピルエチルまたはＤ４００（Ａｌｄｒｉｃｈ／Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製）を用いて作製した。これらを、１２．０ｇのベンジルアルコール触媒及び３３１．２ｇのトルエンと、凝縮器及び２５０ｒｐｍで回転する撹拌機（Ｅｕｒｏｓｔａｒ（ユーロスター）社製ＰＷＲ  ＣＶ８１）を備える１０００ｍｌの反応フラスコ内で混合し、そして２時間かけて１００℃で反応させた。この混合液は、撹拌しながら、かつトルクを監視しながら６０℃に冷却することができた。この反応液をトルエンで希釈することにより急冷して、トルク増加が、ｎｍｒ換算で５４％（トルク読み取り値＝１０）に一致したときに最終的な２５％のプレポリマー濃度を得た。最終的なエポキシ：ＮＨの比は１．０５であった。生成物は、使用前に０℃で冷蔵した。
【００８１】
実施例２．仕切られたモノリスへのコーティング
米国特許出願公開第２００８／００３５５５７号明細書に記載の通りに、公称１．８ｍｍの流路径を有する公称２．４”（約６．１ｃｍ）径×８”（約４．３ｃｍ）長さの多孔質ムライトモノリスに一連の金属酸化物微粒子スラリーをコーティングし、そして当該多孔質ムライトモノリスを焼成して、公称０．０１マイクロメートルの細孔を持つチタニア表面を有する多孔質基材を得た。当該モノリスは、端部リング群をセラミック充填エポキシセメントで固定し、そして密閉することにより仕切って４象限セグメントとした。各象限セグメントは、表面積が０．０８７ｍ２であり、かつ合計面積が０．３４８ｍ２である８２本の流路を有していた。仕切られたセラミックモノリスは、２Ｌ２Ｒ−３３Ｍと表記された。
【００８２】
０．０１マイクロメートルの細孔を持つ仕切られたモノリスに、実施例１において記載した通りに調製されたＤＥＮＯ−Ｄ４００ポリマー前駆体をコーティングし、かつ２０１１ＥＭ００６に基づく米国仮特許出願の実施例４に記載されている方法と同様の方法でコーティングした。幾種類かのコーティング（７）が、漏れのないポリマーフィルムを得るために必要であった。最初の２種類のコーティングの前に、表面を水で、１５ｋＰａの窒素背圧に逆らって濡らし、続いてこれらの流路の排水及びブローを行ない、次にこれらの流路に、トルエン中の１２．５％プレポリマー溶液を満たした。更に別のコーティングを、プレポリマー溶液を表１に記載の通りに希釈することにより作製した。２．３１ｇの最終的なＤＥＮＯ−Ｄ４００ポリマー重量が、１５０℃で１２時間かけて硬化させた後に得られた。当該モノリスは、−９２ｋＰａから、１０分間で１２ｋＰａの許容可能な真空損失を有していた。
【００８３】
【表１】
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【００８４】
実施例３．仕切られたモノリスに対する浸透気化分離試験
実施例２の仕切り膜モノリスを、浸透気化分離能について、４５重量％のｎ−ヘプタン、４５重量％のトルエン、及び１０重量％のエタノールからなる供給モデルを使用して評価した。各セグメントの仕切り膜を、未使用セクションを密閉して切り離すことにより個別に試験した。０．５ｇ／ｓの供給速度、１４５℃の流入側温度、ゲージ圧で４００ｋＰａ、及び約２０ｋＰａの透過真空圧力の試験条件を使用した。供給液は、供給液を使用セクションに送液するために配置されるＷＬ１／２−９０Ｂｅｔｅスプレーノズル（マサチューセッツ州のグリーンフィールドにあるＢｅｔｅ  Ｆｏｇ  Ｎｏｚｚｌｅ社製）を介して流し込んだ。全ての４つのセグメントは、同じ分離能力で比較した場合に、同様の流束挙動、及びほぼ同じ芳香族選択性及びエタノール選択性を有していたことが判明した。
【００８５】
【表２】
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【００８６】
実施例３．仕切られたモノリスに対するガソリン試験
実施例３の仕切り膜モノリスを、ガソリンを米国特許第７，８０３，２７５Ｂ２号明細書に記載の通りに高オクタン価成分及び低オクタン価成分に分離する動作について評価した。当該モノリスを、流入口をハウジングの上部に位置させ、そして非透過流体の流出口及び透過流体の流出口を下側にして、垂直に立つように取り付けた。レギュラーグレード８７ＡＫＩ（９２．６ＲＯＮ）ＵＳ  Ｅ１０ガソリンを供給ガソリンとして用いた。給油速度が、ゲージ圧で４００ｋＰａの圧力、及び約１５５℃の流入側温度において０．３５ｇ／ｓというプロセス条件を設定した。これらの条件では、供給ガソリンの約８０％が蒸発した。供給気液混合物を、ＷＬ１／２−９０Ｂｅｔｅスプレーノズル（マサチューセッツ州のグリーンフィールドにあるＢｅｔｅ  Ｆｏｇ  Ｎｏｚｚｌｅ社製）を介して供給して、供給混合物を選択セグメントのモノリス流路群に供給した。未使用セクションは、図６及び７において既に説明し、そして図示した通りに、Ｖｉｔｏｎ端面シール（１６０）で、モノリスの両側の端部においてマスクした。膜モジュールを分離し、そして断熱して動作させた。膜ハウジングの外側環状体の真空を、ゲージ圧で５００ｋＰａの圧力で供給される冷却透過生成物を使用するＦｏｘ０．０３１”（約０．７９ｍｍ） 超小型オリフィス排出ポンプ（ニュージャージー州のドーバーにあるＦｏｘ  Ｖａｌｖｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ社製）により維持して、透過蒸発生成物を約３０ｋＰａの圧力で取り込んだ。透過サンプル及び非透過サンプルを収集し、秤量し、そしてガスクロマトグラフィーで分析した。
【００８７】
セグメント＃２を、まず試験し、続いて検査し、そして次に、セグメント＃１の試験を行なった。各試験は、約１００時間かけて継続し、その間、分離能力は図１１に示すように低下した。セグメント＃２の試験を行なっている間、透過能力は、６５％から３９％に低下した。セグメント＃１に対する試験を再開すると、５６％の初期透過能力が３９％に低下した最初の試験と非常に類似する特性が得られた。この結果は、２つのセグメントが、互いに同様に、かつ個別に効果的に機能したことを示している。各試験の最後に得られた生成物の分析から、各セグメントの特性の類似性が表３に示す通りであることが確認された。高オクタン価のエタノールは、殆どが透過部分に集中し、それに応じて低オクタン価Ｃ６＋の非芳香族成分が少なくなった。
【００８８】
【表３】
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【００８９】
各試験後の仕切られたモノリスの検査から、供給ガソリンに使用されるセクションのポリマーコーティングが黒くなり、残りの未使用セグメント群がより明るい色のままであることが明確に分かる。検査写真を図１２ａ（未使用の仕切り膜）、及び図１２ｂ（セグメント＃２を使用した後）、図１２ｃ（セグメント＃２及び＃１の両方を使用した後）に示す。全ての場合において、透過生成物が無色のままであったのに対し、非透過生成物は、明るい黄色の供給ガソリンよりも暗い黄色を有していた。
【符号の説明】
【００９０】
９０    流体
９０Ａ    透過部分
９０Ｂ    非透過部分
１００    浸透気化分離膜エレメント
１１０    モノリスアセンブリ
１１２    環状Ｏ−リング
１２０    セラミックモノリス
１２１    軸線方向端部
１２２    平行流路
１２３    軸線方向長さ
１２４    多孔質体流路壁
１２４Ａ    被覆多孔質体流路壁
１２４Ｂ    非被覆多孔質体流路壁
１２５    外周面
１２６    機能膜
１２７    無機コーティング膜
１２８    離散配置貫通セグメント
１２９    公称境界
１３０    上流側分割エンドキャップ
１３２    下流側分割エンドキャップ
１３４    開口部
１４０    ハウジングアセンブリ
１４２    流入側流体ポート
１４４    流出側非透過ポート
１４６    流出側透過ポート
１４７    結合リング
１４８    シールグランド
１４９    接触面
１６０    端面シール
１６２    窓
１６４    壁部分
１７０    流入側プレナム
１７２    流路
１７４    バルブアセンブリ
１８２    インジェクタ
２００    車載用燃料分離装置
２１０    燃料タンク
２１０Ｂ    透過燃料貯留室
２１２    燃料配管
２１２Ａ    非透過燃料配管
２１２Ｂ    透過燃料配管
２２０    燃料加熱器
２２２    燃料冷却器
３００    エンジン
％Ｐ    気孔率
Ｄｉ    拡散性
Ｓｉ    溶解性
αｉ／ｊ    選択性
【図１】
2014534069.tif 000006
【図２】
2014534069.tif 000007
【図３】
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【図４】
2014534069.tif 000009
【図５】
2014534069.tif 000010
【図６】
2014534069.tif 000011
【図７Ａ】
2014534069.tif 000012
【図７Ｂ】
2014534069.tif 000013
【図８】
2014534069.tif 000014
【図９】
2014534069.tif 000015
【図１０】
2014534069.tif 000016
【図１１】
2014534069.tif 000017
【図１２Ａ】
2014534069.tif 000018
【図１２Ｂ】
2014534069.tif 000019
【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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2014534069.tif 000022
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