(57)【要約】【課題】低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができるガソリン分離膜モジュールおよび蒸発燃料処理装置を提供すること。【解決手段】ガソリン分離膜モジュール１１において、ガソリン分離膜１１ａにシリコーンにＥＰＤＭを変性した変性シリコーン層３１を形成する。そして、ガソリン分離膜１１ａにより区分された上流室１１ｂとキャニスタとの間にパージポンプ１２を設ける。また、上流室１１ｂと下流室１１ｃとの間に、上流室１１ｂの方が高圧となるような圧力差を生じさせるための調圧弁１３を上流室１１ｂに接続する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分離膜を利用して空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールであって、
前記ガス分離膜は、シリコーンに非極性材料を変性したもので形成されていることを特徴するガソリン分離膜モジュール。
【請求項２】
ガス分離膜を利用して空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールであって、
前記ガス分離膜は、シリコーンを発泡させたもので形成されていることを特徴とするガソリン分離膜モジュール。
【請求項３】
ガス分離膜を利用して空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールであって、
前記ガス分離膜に接する状態でガソリン蒸気供給側に吸着材が配設されていることを特徴するガソリン分離膜モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載するガソリン分離膜モジュールにおいて、
前記ガス分離膜上にシリコーンを発泡させたものが配設されていることを特徴とするガソリン分離膜モジュール。
【請求項５】
請求項３に記載するガソリン分離膜モジュールにおいて、
前記ガス分離膜は、シリコーンに非極性材料を変性したものであることを特徴とするガソリン分離膜モジュール。
【請求項６】
請求項３に記載するガソリン分離膜モジュールにおいて、
前記ガス分離膜は、シリコーンを発泡させたものであることを特徴とするガソリン分離膜モジュール。
【請求項７】
請求項５に記載するガソリン分離膜モジュールにおいて、
前記ガス分離膜上にシリコーンを発泡させたものが配設されていることを特徴とするガソリン分離膜モジュール。
【請求項８】
ガス分離膜により仕切られた２つの室を備え、空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールと、
燃料タンクからのガソリン蒸気を吸着材を用いて吸着または脱離させるキャニスタと、
前記キャニスタに吸着されたガソリン蒸気を脱離させるためのポンプと、
前記２つの室の間に圧力差を生じさせるためのレギュレータとを備え、
前記ガソリン分離膜モジュールが請求項１から請求項７に記載するいずれかのものであることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素化合物（ＨＣ）を含んだ空気から炭化水素化合物を取り除く分離膜モジュールに関する。さらに詳細には、キャニスタを再生する際に発生する低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができるガソリン分離膜モジュールおよび蒸発燃料処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料タンクから蒸発するガソリン蒸気を大気拡散させないために、キャニスタを用いた蒸発燃料処理装置が広く用いられている。この蒸発燃料処理装置では、エンジン停止時に燃料タンクからのガソリン蒸気をキャニスタ内に充填された活性炭に吸着させる。そして、エンジンの運転時に、キャニスタ外部から大気を取り入れることにより、活性炭に吸着されているガソリン蒸気を脱離させ、それを吸気管に吸い込ませるようになっている。
【０００３】
ところが、近年の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス中の炭化水素化合物を極力減らす必要がある。このため、キャニスタで吸着したガソリン蒸気をエンジン内に戻さずに、ガソリン蒸気を濃縮して燃料タンクへ戻す蒸発燃料処理装置が開発されている。そのうちの１つとして、特開平６−１４７０３７号公報に開示されたものがある。この蒸発燃料処理装置では、ガス分離膜を用いたガス分離器（ガス分離膜モジュール）でガソリン蒸気を濃縮して高濃度のガソリン蒸気とし、これを液化して燃料タンクに戻すようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平６−１４７０３７号公報に開示された技術では、低濃度のガソリン蒸気に対する分離効率が低いという問題があった。すなわち、低濃度域においては、ガソリン蒸気を効率よく濃縮することができなかった。ここで、キャニスタをパージしたときや燃料タンクから蒸発するガソリン蒸気の成分の多くは、ブタンのような低沸点成分（ガソリンのうちで炭素数が少ないもの）であって、その濃度は５〜４０ｖｏｌ％程度である。そして、この濃度域では、図１３および図１４に示すように、膜透過後のブタン濃度およびブタン透過量が低下している。なお、図１３は供給ブタンの濃度に対する膜透過後のブタン濃度を示したグラフであり、図１４は供給ブタンの濃度に対する膜を透過するブタンの量を示したグラフである。そして、燃料タンクにガソリンを戻すためには、８０〜９０ｖｏｌ％程度まで濃縮する必要がある。このため、特開平６−１４７０３７号公報に記載されたガス分離膜では、低濃度域においては濃縮不足になることがあり、ガソリン蒸気を効率よく濃縮することができないという問題があったのである。
【０００５】
なお、ガス分離器を多段として段階的にガソリン蒸気を濃縮して分離効率を向上させることが考えられるが、そうするとガス分離膜モジュールが大きくなってしまうという新たな問題が生じてしまう。
【０００６】
そこで、この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができるガソリン分離膜モジュールおよび蒸発燃料処理装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、ガス分離膜を利用して空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールであって、ガス分離膜は、シリコーンに非極性材料を変性したもので形成されていることを特徴する。
【０００８】
上記発明によれば、空気とガソリン蒸気とを分離してガソリン蒸気を濃縮するためのガス分離膜（ガソリン分離膜）に、シリコーンに非極性材料を変性したものを用いている。ここで、非極性材料とは分子内で電荷の偏りが生じていない材料であり、例えばＥＰＤＭ、ＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム）、ＩＲ（イソプレンゴム）などが挙げられる。そして、これら非極性材料は、ガソリン蒸気（ＨＣ）の溶解性が高い。ガソリンも非極性材料であるため、ガソリンとの親和性がよいからである。このため、ガス分離膜に非極性材料を変性することにより、ガソリン分離膜へのガソリン蒸気の溶解性が向上し、ガソリン分離膜を透過する量が増大する。
【０００９】
一方、空気はシリコーンの分子間を透過して、ガソリン分離膜を透過した後に濃度が低下する。これは、シリコーン分子が螺旋状構造を持つために、空気の透過量が多いためである。そこで、非極性材料を変性すること（アロイ化）により、シリコーン分子の螺旋状構造が崩されるため、分子間が近づけられるので空気の透過量が減少する。
【００１０】
このように、請求項１に記載の発明のガソリン分離膜モジュールでは、ガソリン蒸気の分離膜透過量が増大する一方、空気の分離膜透過量が減少するので、ガソリン分離膜によって低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができる。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、ガス分離膜を利用して空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールであって、ガス分離膜は、シリコーンを発泡させたもので形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、ガス分離膜（ガソリン分離膜）がシリコーンを発泡させたもので形成されていることから、ガソリン分離膜の表面積が増える。このため、ガソリン蒸気のガソリン分離膜への衝突回数が増加する。これにより、ガソリン分離膜へのガソリン蒸気の溶解性が高められるので、低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができる。
【００１３】
ここで、発泡形態としては、独立気泡や半独立気泡であってもよいが、望ましくは連続気泡であることがよい。最も分離膜の表面積を大きくすることができるので、ガソリン蒸気の溶解性を最も高くすることができるからである。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、ガス分離膜を利用して空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールであって、ガス分離膜に接する状態でガソリン蒸気供給側に吸着材が配設されていることを特徴する。
【００１５】
上記発明の構成によれば、低濃度のガソリン蒸気は、吸着材に吸着される。その後、吸着材の吸着量が増えていき、最終的に吸着材は過飽和になる。そうすると、吸着材はガソリン蒸気を吸着することができなくなるが、吸着材のまわりではガソリン蒸気の濃度が上がる。そして、吸着力が薄れたガソリン蒸気はガス分離膜（ガソリン分離膜）へ拡散し、ガソリン分離膜を透過する。このように、ガソリン分離膜を透過する前にガソリン蒸気の濃度を上げることができるので、ガソリン分離膜における分離効率が上昇して効率よくガソリン蒸気を濃縮することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、請求項１に記載する発明において、ガス分離膜上にシリコーンを発泡させたものが配設されていることを特徴とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、非極性材料で変性したシリコーンの上にシリコーンを発泡させたものが配設されている。このため、低濃度のガソリン蒸気は、シリコーンを発泡させたもの（発泡シリコーン層）を透過した後、非極性材料で変性したシリコーン（変性シリコーン層）を透過する。したがって、上記したように、ガソリン蒸気は、発泡シリコーン層および変性シリコーン層のそれぞれにおいて順に濃縮される。すなわち、低濃度のガソリン蒸気は、発泡シリコーン層により濃縮された後に、さらに変性シリコーン層により濃縮される。よって、非常に効率よく低濃度のガソリン蒸気を濃縮することができる。
【００１８】
ここで、発泡シリコーン層においては、気泡の形成を完全に制御することができないので、ピンホール等の欠陥ができるおそれがある。このような欠陥ができると、欠陥部分ではガソリン蒸気がガス分離膜（ガソリン分離膜）をそのまま（濃縮されることなく）通過してしまうので、ガソリン蒸気の分離効率が低下する。そこで、変性シリコーン層上に発泡シリコーン層を配設することにより、発泡シリコーンに欠陥があったとしても、ガソリン蒸気は変性シリコーン膜を透過するので、ガソリン蒸気の分離効率の低下を防止することができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、請求項３に記載する発明において、ガス分離膜は、シリコーンに非極性材料を変性したものであることを特徴とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、低濃度のガソリン蒸気は、吸着材に吸着される。その後、吸着材の吸着量が増えていき、最終的に吸着材は過飽和になる。そうすると、吸着材はガソリン蒸気を吸着することができなくなるが、吸着材のまわりではガソリン蒸気の濃度が上がる。そして、吸着力が薄れたガソリン蒸気はガソリン分離膜へ拡散し、ガス分離膜（ガソリン分離膜）を透過する。ここで、ガソリン分離膜は、シリコーンに非極性材料を変性したもの（変性シリコーン層）で形成されている。このため、上記したように、ガソリン分離膜に供給されたガソリン蒸気の透過量が増大する一方、空気の透過量が減少する。そして、ガソリン分離膜に供給されるガソリン蒸気は、吸着によりある程度濃度が上がっているので、変性シリコーン層を透過することによりさらに濃縮される。このように、上記の発明のガソリン分離膜モジュールは、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、請求項３に記載する発明において、ガス分離膜は、シリコーンを発泡させたものであることを特徴とする。
【００２２】
上記発明の構成によれば、低濃度のガソリン蒸気は、吸着材に吸着される。その後、吸着材の吸着量が増えていき、最終的に吸着材は過飽和になる。そうすると、吸着材はガソリン蒸気を吸着することができなくなるが、吸着材のまわりではガソリン蒸気の濃度が上がる。そして、吸着力が薄れたガソリン蒸気はガス分離膜（ガソリン分離膜）へ拡散し、ガソリン分離膜を透過する。ここで、ガソリン分離膜は、シリコーンを発泡させたもの（発泡シリコーン層）で形成されている。このため、上記したように、ガソリン蒸気のガソリン分離膜への衝突回数が増加して、ガソリン分離膜へのガソリン蒸気の溶解性が高められる。そして、ガソリン分離膜に供給されるガソリン蒸気は、吸着によりある程度濃度が上がっているので、発泡シリコーン層を透過することによりさらに濃縮される。このように、請求項６に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、請求項５に記載する発明において、ガス分離膜上にシリコーンを発泡させたものが配設されていることを特徴とする。
【００２４】
上記発明の構成によれば、低濃度のガソリン蒸気は一旦、吸着材に吸着される。その後、吸着材は過飽和になりガソリン蒸気を吸着することができなくなるが、吸着材のまわりではガソリン蒸気の濃度が上がる。そして、吸着力が薄れたガソリン蒸気はガス分離膜（ガソリン分離膜）へ拡散し、ガソリン分離膜を透過する。このとき、ガソリン蒸気は、シリコーンを発泡させたもの（発泡シリコーン層）を透過した後、シリコーンに非極性材料を変性したもの（変性シリコーン層）を透過する。したがって、上記したように、ガソリン蒸気は、発泡シリコーン層および変性シリコーン層のそれぞれの層によりさらに濃縮される。すなわち、ガソリン蒸気は、吸着材によりある程度濃縮された後に、さらに発泡シリコーン層および変性シリコーン層により濃縮される。このように、請求項７に記載の発明のガソリン分離膜モジュールは、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００２５】
ここで、発泡シリコーン層においては、気泡の形成を完全に制御することができないので、ピンホール等の欠陥ができるおそれがある。このような欠陥ができると、欠陥部分ではガソリン蒸気がガソリン分離膜をそのまま（濃縮されることなく）通過してしまうので、ガソリン蒸気の分離効率が低下する。そこで、変性シリコーン層の上に発泡シリコーン層を配設することにより、発泡シリコーン層に欠陥があったとしても、ガソリン蒸気は変性シリコーン膜を透過するので、ガソリン蒸気の分離効率の低下を防止することができる。
【００２６】
さらに、上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明の蒸発燃料処理装置は、ガス分離膜により仕切られた２つの室を備え、空気とガソリン蒸気を分離するガソリン分離膜モジュールと、燃料タンクからのガソリン蒸気を吸着材を用いて吸着または脱離させるキャニスタと、キャニスタに吸着されたガソリン蒸気を脱離させるためのポンプと、２つの室の間に圧力差を生じさせるためのレギュレータとを備え、ガソリン分離膜モジュールが請求項１から請求項６に記載するいずれかのものであることを特徴とする。
【００２７】
上記発明の構成によれば、キャニスタに吸着されたガソリン蒸気は、ポンプによりキャニスタから脱離させられる。このとき、キャニスタから脱離した低濃度のガソリン蒸気は、ポンプによりガソリン分離膜モジュールに備わる一方の室に送られる。そして、レギュレータの作用により、ガソリン分膜モジュールに備わる２つの室の間には圧力差が生じている。すなわち、ガソリン蒸気供給側の室（上記した一方の室）の方が高圧にされている。このため、ガス分離膜（ガソリン分離膜）に供給されたガソリン蒸気は、ガソリン分離膜を透過する。そして、上記の蒸発燃料処理装置におけるガソリン分離膜モジュールは、上記したいずれかの構成を有するものであるので、ガソリン分離膜を透過したガソリン蒸気は、効率よく濃縮される。したがって、燃料タンクからの低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができるので、蒸発ガソリンを燃料タンクに戻すことができる。
【００２８】
また、キャニスタの再生に吸気管負圧を使用しないので、キャニスタからのガソリン蒸気がエンジン内に導入されることがない。したがって、空燃比（Ａ／Ｆ）の制御性が向上し、排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。また、ハイブリッド車等の低負圧エンジンであっても、キャニスタの再生が遅れることがない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガソリン分離膜モジュールを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、本発明のガソリン分離膜モジュールを用いた蒸発燃料処理装置に関するものである。
【００３０】
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る蒸発燃料処理装置には、図１および図２に示すように、キャニスタ１０、ガソリン分離膜モジュール１１、パージポンプ１２、および調圧弁（レギュレータ）１３等が備わっている。なお、図１は蒸発燃料処理装置の主要部を示したものであり、図２は蒸発燃料処理装置の概略構成を示したものである。
【００３１】
キャニスタ１０は、その内部に吸着材１０ａが充填されており、それを用いて燃料タンク２０から蒸発したガソリン蒸気を吸着または脱離するものである。このキャニスタ１０は、チェックバルブ２１を介して燃料タンク２０と接続されている。チェックバルブ２１は、燃料タンク２０内の圧力が一定圧以上になると開くようになっている。このため、燃料タンク２０には、タンク内圧力を計測するための圧力センサ２３が設置されている。また、キャニスタ１０には、内部に大気を導入するための大気ポート２５が備わっている。この大気ポート２５には、開閉弁２６が設けられており、開閉弁２６を開くことによりキャニスタ１０内に大気を導入（大気開放）することができるようになっている。
【００３２】
パージポンプ１２は、キャニスタ１０に吸着されたガソリン蒸気を脱離させるとともに、キャニスタ１０から脱離したガソリン蒸気をガソリン分離膜モジュール１１へ供給するためのものである。
【００３３】
ガソリン分離膜モジュール１１は、キャニスタから供給されたガソリン蒸気を高濃度に濃縮するものである。このガソリン分離膜モジュール１１は、空気とガソリン蒸気とを分離するためのガソリン分離膜１１ａによって２つの室に分割されている。すなわち、ガソリン分離膜モジュール１１には、キャニスタ１０に接続されガソリン蒸気が供給される上流室１１ｂと、燃料タンク２０に接続された下流室１１ｃとが備わっている。
【００３４】
そして、上流室１１ｂにはパージポンプ１２が接続されており、キャニスタ１０から脱離したガソリン蒸気が供給されるようになっている。また、上流室１１ｂには調圧弁１３も接続されており、上流室１１ｂが下流室１１ｃよりも高圧になるように圧力調整がなされるようになっている。さらに、上流室１１ｂには、上流室１１ｂ内の圧力を計測するための圧力センサ２４が設置されている。一方、下流室１１ｃは燃料タンク２０に接続され、その途中にチェックバルブ２２が設けられている。このチェックバルブ２２は、燃料タンク２０からガソリン分離膜モジュール１１への逆流を防止するためのものである。また、下流室１１ｃには、濃縮されたガソリン蒸気を冷却して液化するための冷却素子デバイス１１ｄが備わっている。
【００３５】
ここで、ガソリン分離膜１１ａは、図３に示すように、変性シリコーン層３１と支持体３２とから構成されている。なお、図３はガソリン分離膜の構成を示す断面図である。より詳細に述べると、ガソリン分離膜１１ａは、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）で変性したシリコーンゴム（変性シリコーン層３１）を支持体３２に加硫接着させたものである。支持体３２としては、ガソリン分離膜モジュール１１内における上流室１１ｂと下流室１１ｃとの圧力差（１５０ｋＰａ程度）に耐え得る基布、不織布、金属メッシュ、燒結金属、多孔質セラミック、および多孔質樹脂などを用いればよい。これらは、シリコーンに比べガソリン蒸気の透過速度が非常に速いので、変性シリコーン層３１の分離性能に悪影響を与えることはない。
【００３６】
そして、変性シリコーン層３１は、１００μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下の厚さであり、欠陥のない均一な膜である。この変性シリコーン層３１においては、シリコーンにＥＰＤＭを変性したことにより、図４に示すように、シリコーン分子が螺旋状構造が崩されるため、分子間が近づけられている。このため、ガソリン分離膜１１ａに対する空気の透過量が少ない。また、変性シリコーン層３１へのガソリン蒸気の溶解性が高いので、ガソリン分離膜１１ａを透過するガソリン蒸気の量が多い。ＥＰＤＭは、ガソリンと同様に非極性材料であるため、ガソリン蒸気の溶解性が高いからである。なお、図４はＥＰＤＭを変性する前後におけるシリコーンの分子構造を示す模式図である。
【００３７】
続いて、上記した構成を有する蒸発燃料処理装置の動作について説明する。燃料タンク２０から蒸発したガソリン蒸気は、一旦キャニスタ１０内の吸着材１０ａに吸着される。そして、キャニスタ１０におけるガソリン蒸気の吸着量が所定量になると、パージポンプ１２が駆動される。これにより、キャニスタ１０内の吸着材１０ａに吸着されているガソリン蒸気は、吸着材１０ａから脱離する。
【００３８】
このように、キャニスタ１０の再生に吸気管負圧を使用しないので、キャニスタ１０からのガソリン蒸気がエンジン内に導入されることがない。したがって、空燃比（Ａ／Ｆ）の制御性が向上し、排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。また、ハイブリッド車等の低負圧エンジンであっても、キャニスタ１０の再生が遅れることがない。
【００３９】
そして、吸着材１０ａから脱離したガソリン蒸気は空気とともに、すなわちガソリン蒸気と空気との混合ガスとして、ガソリン分離膜モジュール１１へ供給される。なお、燃料タンク２０から蒸発するガソリン蒸気、あるいはキャニスタ１０の吸着材１０ａから脱離したガソリン蒸気の成分の多くは、ブタンのような低沸点成分（ガソリンのうちで炭素数が少ないもの）であって、その濃度は５〜４０ｖｏｌ％程度（低濃度）である。
【００４０】
その後、混合ガスは、ガソリン分離膜モジュール１１の上流室１１ｂへ導入される。ここで、ガソリン分離膜モジュール１１においては、調圧弁１３によって上流室１１ｂの圧力が下流室１１ｃの圧力よりも高くなるように圧力差Ｐ（約１５０ｋＰａ）を生じさせている。このため、混合ガスは、ガソリン分離膜１１ａを透過して下流室１１ｃへ移動する。そして、このガソリン分離膜１１ａの透過によりガソリン蒸気が濃縮される。
【００４１】
そこで、ガソリン蒸気がガソリン分離膜１１ａによって濃縮される原理を、図５を参照して説明する。上流室１１ｂへ導入された混合ガス（ＨＣ＋Ｎ２　）は、第１段階において、ガソリン分離膜１１ａに衝突し、ガソリン分離膜１１ａに吸着して溶解する。次いで、第２段階において、ガソリン分離膜１１ａに吸着溶解した混合ガスは、ガソリン分離膜１１ａ内を拡散する。そして、混合ガスは、ガソリン分離膜１１ａを透過して下流室１１ｃへ移動する。
【００４２】
ここで、ガソリン分離膜１１ａに対する透過速度（＝溶解度＊拡散速度）は、ガスの種類によって異なる。そのため、この速度差により、特定種類のガスが他のガスよりも多くガソリン分離膜１１ａを透過する。したがって、本実施の形態においては、ガソリン蒸気の膜透過量を空気の膜透過量に対してより多くする、すなわちガソリン蒸気の透過速度をより速くことにより、ガソリン蒸気を効率よく濃縮することができるのである。言い換えると、ガソリン分離膜１１ａの分離効率（ガソリン蒸気の膜透過速度／空気の膜透過速度）を向上させることができる。
【００４３】
そして一般的に、ガソリン蒸気（ＨＣ）と空気（Ｎ２　）とのシリコーンに対する溶解性は、ガソリン蒸気の方が圧倒的に高いことが知られているが、ガソリン分離膜１１ａは、上記したように、シリコーンにＥＰＤＭを変性したものであるから、ガソリン蒸気の溶解性が向上している一方、空気の透過量が減少する。したがって、ガソリン分離膜１１ａによれば、混合ガスのうちガソリン蒸気がより多く透過されるので、分離効率が向上する。つまり、低濃度のガソリン濃度が効率よく濃縮されるのである。
【００４４】
その後、ガソリン分離膜１１ａによって濃縮されたガソリン蒸気は、下流室１１ｃに備わる冷却素子デバイス１１ｄにより冷却されて液化され、液体となったガソリンが燃料タンク２０に戻される。
【００４５】
以上、詳細に説明したように第１の実施の形態に係る蒸発燃料処理装置によれば、ガソリン分離膜モジュール１１において、ガソリン分離膜１１ａにシリコーンにＥＰＤＭを変性した変性シリコーン層３１を形成しているので、ガソリン蒸気のガソリン分離膜１１ａに対する透過量が増大する一方、空気のガソリン分離膜１１ａに対する透過量が減少する。このため、ガソリン分離膜１１ａの分離効率が向上し、低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができる。
【００４６】
また、キャニスタ１０の再生をパージポンプ１２により行って吸気管負圧を使用しないようにしたので、キャニスタ１０からのガソリン蒸気がエンジン内に導入されることがない。したがって、空燃比（Ａ／Ｆ）の制御性が向上し、排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。また、ハイブリッド車等の低負圧エンジンであっても、キャニスタ１０の再生が遅れることがない。
【００４７】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほぼ同様の構成を有するものであるが、ガソリン分離膜の構成が異なる。このため、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成のものについては、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
そこで、ガソリン分離膜４１の概略構成を図６に示す。なお、図６は、ガソリン分離膜４１の概略構成を示す断面図である。ガソリン分離膜４１は、図６に示すように、発泡シリコーン層４０と支持体３２とから構成されている。より詳細に述べると、ガソリン分離膜４１は、支持体３２上に発泡シリコーンをコートティングして加硫発泡させることにより、表面に発泡シリコーン層４０を形成したものである。
【００４９】
ガソリン分離膜４１が上記した構成を有するので、ガソリン分離膜４１の表面、つまり発泡シリコーン層４０における表面積が増える。これにより、ガソリン蒸気のガソリン分離膜４１への衝突回数が増加する。ここで、発泡シリコーン層４０における発泡形態としては、独立気泡や半独立気泡であってもよいが、望ましくは連続気泡であることがよい。最も表面積を大きくすることができるからである。
【００５０】
このように、ガソリン分離膜４１においては、その表面積が増大してガソリン蒸気のガソリン分離膜４１への衝突回数が増加するので、ガソリン分離膜４１へのガソリン蒸気の溶解性が向上する。これにより、ガソリン分離膜４１に対するガソリン蒸気の溶解度が高くなるので、ガソリン蒸気の膜透過速度が速くなる。したがって、ガソリン分離膜４１を用いることによっても、低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができる。
【００５１】
ここで、発泡シリコーン層４０において、気泡の形成を完全に制御することができないので、ピンホール等の欠陥ができるおそれがある。このような欠陥ができると、欠陥部分ではガソリン蒸気がガソリン分離膜４１をそのまま通過してしまうので、ガソリン蒸気の分離効率が低下する。
【００５２】
そのため、図７に示すように、変性シリコーン層３１上にシリコーンを発泡させたものを配設したガソリン分離膜４１ａを用いることが望ましい。なお、図７はガソリン分離膜４１ａの概略構成を示す断面図である。このガソリン分離膜４１ａは、第１の実施の形態で述べたガソリン分離膜１１ａ上に発泡シリコーン層４０を形成したものである。このようなガソリン分離膜４１ａを用いることにより、発泡シリコーン層４０にピンホール等の欠陥があったとしても、ガソリン蒸気は変性シリコーン層３１を透過するので、ガソリン蒸気の分離効率の低下を防止することができる。
【００５３】
以上、詳細に説明したように第２の実施の形態に係る蒸発燃料処理装置によれば、ガソリン分離膜モジュールにおいて、ガソリン分離膜４１（あるいは４１ａ）に発泡シリコーン層４０を形成しているので、ガソリン蒸気のガソリン分離膜４１（あるいは４１ａ）への衝突回数が増加する。このため、ガソリン分離膜４１（あるいは４１ａ）へのガソリン蒸気の溶解性が高められる結果、ガソリン分離膜４１（あるいは４１ａ）の分離効率が向上するので、低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
最後に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態とほぼ同様の構成を有するものであるが、ガソリン分離膜モジュールの構成が異なる。このため、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成のものについては、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
そこで、本実施の形態におけるガソリン分離膜モジュール５１の概略構成を図８および図９に示す。なお、図８は本実施の形態に係る蒸発燃料処理装置の主要部の概略構成を示したものであり、図９はガソリン分離膜モジュール５１の概略構成を示す模式図である。ガソリン分離膜モジュール５１は、第１の実施の形態におけるガソリン分離膜モジュール１１の上流室１１ｂに吸着材５２を充填したものである。すなわち、ガソリン分離膜モジュール５１においては、上流側から順に、吸着材５２が充填された上流室１１ｂ、変性シリコーン層３１と支持体３２とからなるガソリン分離膜モジュール１１ａ、下流室１１ｃが設けられている。なお、吸着材５２としては、例えば活性炭、活性炭繊維、アルミナ、シリカゲル、有機系吸着材などを使用することができる。また、吸着材５２の形態は、破砕、粒状、粉末状、マット状などであればよい。
【００５６】
ここで、吸着材５２を充填する代わりに、図１０に示すように、変性シリコーン層３１と吸着材５２とを一体化したものを用いてもよい。なお、図１０は変性シリコーン層３１と吸着材５２とを一体化したガソリン分離膜の概略構成を示す断面図である。このような一体型のものは、変性シリコーン層３１を支持体３２に加硫接着する前に、あらかじめ変性シリコーン層３１に吸着材５２を塗布あるいは貼り付けたもの準備し、それを支持体３２に加硫接着することにより形成すればよい。また、ガソリン分離膜１１ａの代わりに、第２の実施の形態で述べたガソリン分離膜４１を用いることもできる。
【００５７】
そして、ガソリン分離膜モジュール５１が上記した構成を有するので、キャニスタ１０から脱離したガソリン蒸気は、まず、吸着材５２に吸着される。その後、吸着材５２の吸着量が増えていき、最終的に吸着材５２は過飽和となる。そうすると、吸着材５２はガソリン蒸気を吸着することができなくなるが、吸着材５２のまわりではガソリン蒸気の濃度が上がる。そして、吸着材５２が吸着することができなくなったガソリン蒸気は、ガソリン分離膜１１ａへ拡散していき、変性シリコーン層３１を透過する。この変性シリコーン層３１の透過により、ガソリン蒸気が濃縮される。ここで、変性シリコーン層３１を透過する前に、ガソリン蒸気は、吸着材５２により濃度が上げられている。したがって、ガソリン分離膜１１ａにおける分離効率がさらに上昇して非常に効率よくガソリン蒸気を濃縮することができる。
【００５８】
このように、ガソリン分離膜モジュール５１においては、上流室１１ｂに吸着材５２を充填することにより、ある程度濃度が上がったガソリン蒸気をガソリン分離膜１１ａへ供給することができる。したがって、ガソリン分離膜１１ａにおいて、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００５９】
以上、詳細に説明したように第３の実施の形態に係る蒸発燃料処理装置によれば、上流室１１ｂに吸着材５２を充填したガソリン分離膜モジュール５１を使用しているので、ガソリン分離膜１１ａを透過する前に、ガソリン蒸気の濃度を上げることができる。これにより、ガソリン分離膜１１ａにおける分離効率が上昇する。したがって、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００６０】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、以下のように実施することもできる。
【００６１】
（１）上記した第１の実施の形態では、ガソリン分離膜１１ａを支持体３２上に直接、加硫焼き付けしているが、溶剤に溶解させたガソリン分離膜１１ａを支持体３２上にコーティングした後に加硫焼き付けすることもできる。
【００６２】
（２）上記した第１の実施の形態では、変性シリコーン層３１はシリコーンにＥＰＤＭを変性したものであるが、ＥＰＤＭの代わりにＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム）、ＩＲ（イソプレンゴム）などをシリコーンに変性して変性シリコーン層３１を形成してもよい。
【００６３】
（３）上記した第３の実施の形態では、上流室１１ｂに吸着材５２を充填したガソリン分離膜モジュール５１を使用したが、その他に、図１１および図１２に示すように、交互に端部を閉塞したハニカム状支持体３２ａに変性シリコーン層３１を塗布し、硬化させ膜を形成し、混合ガス（空気＋ガソリン蒸気）が供給されるセル内に吸着材５２を配置してもよい。この場合、ハニカム状支持体３２ａの代わりに、ハニカム状活性炭や活性炭シート、マットを支持体として使用することもできる。これにより、部品点数を減らすことができる。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ガソリン蒸気のガス分離膜に対する透過量が増大する一方、空気のガス分離膜に対する透過量が減少するので、ガス分離膜によって低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができる。
【００６５】
請求項２に記載の発明によれば、ガソリン蒸気のガス分離膜への衝突回数が増加するため、ガス分離膜へのガソリン蒸気の溶解性が高められるので、低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができる。
【００６６】
請求項３に記載の発明の構成によれば、ガス分離膜を透過する前にガソリン蒸気の濃度を上げることができるので、ガス分離膜における分離効率が上昇して効率よくガソリン蒸気を濃縮することができる。
【００６７】
請求項４に記載の発明の構成によれば、低濃度のガソリン蒸気は、シリコーンを発泡させたものにより濃縮された後に、さらにシリコーンに非極性材料を変性したものにより濃縮されるので、非常に効率よく低濃度のガソリン蒸気を濃縮することができる。
【００６８】
請求項５に記載の発明の構成によれば、ガス分離膜に供給されるガソリン蒸気は、吸着材によりある程度濃縮された後に、シリコーンに非極性材料を変性したガス分離膜を透過することによりさらに濃縮されるので、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００６９】
請求項６に記載の発明の構成によれば、ガス分離膜に供給されるガソリン蒸気は、吸着によりある程度濃縮された後に、シリコーンを発泡させたガス分離膜を透過することによりさらに濃縮されるので、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００７０】
請求項７に記載の発明の構成によれば、ガソリン蒸気は、吸着材によりある程度濃縮された後に、さらにシリコーンを発泡させたもの、およびシリコーンに非極性材料を変性したものによりそれぞれ濃縮されるので、低濃度のガソリン蒸気を非常に効率よく濃縮することができる。
【００７１】
請求項８に記載の発明の構成によれば、燃料タンクからの低濃度のガソリン蒸気を効率よく濃縮することができるので、蒸発ガソリンを燃料タンクに戻すことができる。また、キャニスタの再生に吸気管負圧を使用しないので、キャニスタからのガソリン蒸気がエンジン内に導入されることがないため、空燃比（Ａ／Ｆ）の制御性が向上し、排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。さらに、ハイブリッド車等の低負圧エンジンであっても、キャニスタの再生が遅れることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る蒸発燃料処理装置における主要部の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る蒸発燃料処理装置の概略構成を示す図である。
【図３】ガソリン分離膜の概略構成を示す断面図である。
【図４】ＥＰＤＭを変性する前後におけるシリコーンの分子構造を示す模式図である
【図５】ガソリン分離膜によってガソリン蒸気が濃縮される原理を説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態におけるガソリン分離膜の概略構成を示す断面図である。
【図７】ガソリン分離膜の概略構成を示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態に係る蒸発燃料処理装置における主要部の概略構成を示す図である。
【図９】ガソリン分離膜モジュールの概略構成を示す模式図である。
【図１０】吸着材５２を一体化したガソリン分離膜の概略構成を示す断面図である。
【図１１】第３の実施の形態におけるガソリン分離膜の変形例を示す図である。
【図１２】同じく、第３の実施の形態におけるガソリン分離膜の変形例を示す図である。
【図１３】従来のガス分離膜における供給ブタンの濃度に対する膜透過後のブタン濃度を示したグラフである。
【図１４】従来のガス分離膜における供給ブタンの濃度に対する膜を透過するブタンの量を示したグラフである。
【符号の説明】
１０　　キャニスタ
１１　　ガソリン分離膜モジュール
１１ａ　ガソリン分離膜
１１ｂ　上流室
１１ｃ　下流室
１２　　パージポンプ
１３　　調圧弁
３１　　変性シリコーン層
３２　　支持体
４０　　発泡シリコーン層
【図１】
2004050042.tif 000003
【図２】
2004050042.tif 000004
【図３】
2004050042.tif 000005
【図４】
2004050042.tif 000006
【図５】
2004050042.tif 000007
【図６】
2004050042.tif 000008
【図７】
2004050042.tif 000009
【図８】
2004050042.tif 000010
【図９】
2004050042.tif 000011
【図１０】
2004050042.tif 000012
【図１１】
2004050042.tif 000013
【図１２】
2004050042.tif 000014
【図１３】
2004050042.tif 000015
【図１４】
2004050042.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月7日(2002.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2004050042.tif 000017
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2004050042.tif 000018