JP2005325708A - キャニスタ - Google Patents

Abstract

【課題】小型であっても、十分に温度変化を抑制でき、しかも、捕集性能を向上できるキャニスタを得る。
【解決手段】容器１内を主室６と副室８とに分けると共に、互いに連通し、主室６には燃料蒸気を導入する流入ポート１６と脱離した燃料を内燃機関の吸気管に排出させる流出ポート１８とを設け、また、副室８には空気を導入する導入ポート２６を設け、流入ポート１６から導入する燃料蒸気を吸着材４２，５０に吸着させると共に、導入ポート２６から導入する空気により、吸着材４２，５０に吸着した燃料を脱離させる。主室６には、吸着材４２と共に、相変化により吸熱・放熱をする蓄熱材を内包したカプセル４４を充填し、かつ、副室８に充填される吸着材５０は、粉状の活性炭から成形すると共に、吸着材５０は、吸着材５０の表面から内部の活性炭までの距離を短くした形状に形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の燃料タンク等で発生する燃料蒸気を吸着材に吸着して処理するキャニスタに関する。

従来より、特許文献１にあるように、キャニスタの容器内にペレット状の活性炭からなる活性炭層と、活性炭より熱伝導率と比熱の大きなペレット状の蓄熱体からなる蓄熱体層とを交互に、複数段積層して配置したものが提案されている。これにより、容器内に導入された燃料蒸気は、活性炭に吸着され、その吸着時に発生する熱は蓄熱体により吸熱されて、温度上昇が抑制されて、吸着能力の低下を防止している。また、活性炭に吸着された燃料は、内燃機関の運転時に、容器内に空気が導入されて脱離され、その脱離時の温度低下を、蓄熱体から熱を奪うことによって防止するようにしていた。
特開平９−１１２３５６号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、燃料蒸気の吸着時における発熱を蓄熱体の温度上昇により吸熱し、吸着燃料の脱離時には、蓄熱体の温度低下により、活性炭が蓄熱体から熱を奪う。蓄熱体の比熱に応じた温度変化による吸熱・放熱により、活性炭の温度変化を防止するようにしているので、吸熱・放熱と共に、蓄熱体の温度が変化してしまい、それと共に活性炭の温度も変化し、十分に吸着・脱離性能の低下を抑制できないという問題があった。また、温度変化を小さくしようとすると、多量の蓄熱体を充填しなければならないという問題があった。

また、直径が２ｍｍ、長さが３〜４ｍｍ程度の円柱形、あるいは、直径が２〜３ｍｍ程度の球形のペレット状の活性炭を用いており、燃料を吸着する際には、ペレット状の活性炭の中心まで燃料が浸透するが、ペレット状の活性炭から燃料を脱離する際には、中心付近の燃料の脱離が進行せず、中心付近に燃料が残留してしまうという問題があった。特に、容器内を主室と副室とに分割し、副室を介して大気中に排出する構造のキャニスタでは、主室で吸着しきれなかった燃料蒸気を副室で吸着して、大気中へ放出しないようにしている。副室内の活性炭からの脱離が十分でないと、残留蒸気が大気へ放出される場合があるという問題があった。

本発明の課題は、小型であっても、十分に温度変化を抑制でき、しかも、捕集性能を向上できるキャニスタを提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
吸着材を充填した容器を備え、前記容器内を主室と副室とに分けると共に、互いに連通し、前記主室には燃料タンクからの燃料蒸気を導入する流入ポートと脱離した燃料を内燃機関の吸気管に排出させる流出ポートとを設け、また、前記副室には空気を導入する導入ポートを設け、前記流入ポートから導入する燃料蒸気を前記吸着材に吸着させると共に、前記導入ポートから導入する空気により、前記吸着材に吸着した燃料を脱離させるキャニスタにおいて、
前記主室には、前記吸着材と共に、相変化により吸熱・放熱をする蓄熱材を内包したカプセルを充填し、かつ、前記副室に充填される前記吸着材は、粉状の活性炭から成形すると共に、前記吸着材は、前記吸着材の表面から内部の前記活性炭までの距離を短くした形状に形成したことを特徴とするキャニスタがそれである。

前記蓄熱材は、固相と液相との間での相変化により吸熱・放熱をするものでもよい。また、前記カプセルは、耐熱性の樹脂により前記蓄熱材を内包するとよい。前記副室には、更に、熱容量の大きい蓄熱材を充填してもよい。あるいは、前記副室には、更に、相変化により吸熱・放熱をする蓄熱材を内包したカプセルを充填してもよい。

本発明のキャニスタは、相変化により吸熱・放熱をする蓄熱材を内包したカプセルを充填したので、小型であっても、十分に主室の温度変化を抑制でき、副室の吸着材は吸着材の表面から内部の活性炭までの距離を短くしたので、燃料の脱離が速やかに行われて吸着の回復が早く、捕集性能を向上させることができるという効果を奏する。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はキャニスタの容器で、容器１は合成樹脂により形成されている。容器１の一方は開口されており、蓋部材２により閉塞されている。本実施形態では、容器１は、隔壁４により仕切られて、主室６と副室８とが形成されている。主室６の容積は副室８の容積よりも大きく、副室８は細長い形状に形成されている。主室６と副室８とは、蓋部材２側に形成された連通路１０により互いに連通されている。

容器１には、蓋部材２と反対側に、図４に示すように、燃料タンク１２にチェック弁１４を介して接続される流入ポート１６が形成されている。流入ポート１６は、主室６に燃料タンク１２からの燃料蒸気を導入できるように接続されている。

また、容器１には、流入ポート１６に併設して流出ポート１８が形成されており、流出ポート１８は、内燃機関２０の吸気管２２にパージ弁２４を介して接続されている。流出ポート１８は、主室６に接続されており、後述する脱離された燃料をパージ弁２４を介して吸気管２２に排出できるように構成されている。更に、容器１には、大気側と連通された導入ポート２６が形成されており、導入ポート２６は副室８に接続されている。導入ポート２６は、大気側からの空気を副室８に導入できるように構成されている。

主室６には、流入ポート１６及び流出ポート１８側の端に、フィルタ２８，３０が設けられており、また、蓋部材２側の端にもフィルタ３２が設けられている。副室８には、導入ポート２６側の端に、フィルタ３４が設けられており、蓋部材２側の端にもフィルタ３６が設けられている。蓋部材２側のそれぞれのフィルタ３２，３６には、それぞれ多孔板３８，４０が併設されており、多孔板３８，４０と蓋部材２との間には、それぞれコイルバネ４１ａ，４１ｂが介装されている。

主室６内には、流入ポート１６及び流出ポート１８側の両フィルタ２８，３０と、蓋部材２側のフィルタ３２との間に、吸着材４２とカプセル４４とが充填されている。本実施形態では、吸着材４２は、粒状の活性炭をバインダと共に混練して、直径が１〜３ｍｍ程度で、長さが３〜１０ｍｍ程度の円柱状に成形したペレットである。カプセル４４は、図２に示すように、被膜４６内に蓄熱材４８を内包したもので、ほぼ球状に形成されている。被膜４６は、本実施形態では、耐熱性の樹脂により形成されており、被膜４６は、燃料蒸気を吸着材４２に吸着した際の発熱による温度上昇に耐えられるように、１２０℃程度の耐熱性を有するのが好ましい。

蓄熱材４８は、２５〜３５℃附近を融点・凝固点として、融解及び凝固する物質、即ち、固相から液相に相変化及び液相から固相に相変化する物質であり、相変化する際には、吸熱あるいは放熱する物質が用いられる。２５〜３５℃附近を融点・凝固点としているのは、自動車に搭載されたキャニスタでは、吸着材４２が燃料蒸気を吸着あるいは燃料を脱離する温度がこの近傍で用いられるからである。

図１（Ａ）に示すように、活性炭を円柱状に形成した吸着材４２と、カプセル４４とを混合して、吸着材４２の表面にカプセル４４をまぶして、これらを主室６に充填するようにしてもよく、また、図１（Ｂ）に示すように、活性炭とカプセル４４とを混合して、円柱状の吸着材４２にカプセル４４を共に含めて形成して、これを主室６に充填するようにしてもよい。

蓄熱材４８の融点・凝固点が異なる複数種類のカプセル４４を用いてもよい。例えば、２５℃の融点・凝固点を有する蓄熱材４８のカプセル４４と、３５℃の融点・凝固点を有する蓄熱材４８のカプセル４４との両方を、吸着材４２と共に、主室６に充填するようにしてもよい。本実施形態では、カプセル４４の蓄熱材４８の固相・液相の相変化による潜熱を利用したが、これに限らず、液相・気相の相変化による潜熱を利用するようにしてもよい。

副室８内には、導入ポート２６側のフィルタ３４と、蓋部材２側のフィルタ３６との間に、吸着材５０が充填されている。本実施形態では、吸着材５０は、粒状の活性炭をバインダと共に混練して、直径が１〜３ｍｍ程度で、長さが３〜１０ｍｍ程度に成形したペレットである。

また、この吸着材５０は、主室６内の吸着材４２と異なり、図３に示すように、吸着材５０の表面から内部の活性炭までの距離を短くした形状に形成されている。内部の活性炭までの距離を短くした形状に形成する場合として、内部を中空に形成して見掛け上の表面積を大きく形成して内部の活性炭までの距離を短くしてもよく、あるいは、表面に凹凸を設けて、外観上の表面積が大きくなるように形成して内部の活性炭までの距離を短くしてもよい。

例えば、図３（イ）に示すように、内部を中空状とした円筒状に成形して、表面積を大きくして内部の活性炭までの距離を短くしてもよい。また、図３（ロ）に示すように、円柱状に成形すると共に、多数の小孔を有するように成形して、表面積を大きくして内部の活性炭までの距離を短くしてもよい。

更に、図３（ハ）に示すように、外形を円柱状に成形すると共に、内部をハニカム状に成形して、表面積を大きくして内部の活性炭までの距離を短くしてもよい。あるいは、図３（ニ）に示すように、円柱状に成形した表面に多数の窪みを形成して、表面積を大きくして内部の活性炭までの距離を短くしてもよい。また、図３（ホ）に示すように、多数の突起が突き出た形状に成形して、表面積を大きくして内部の活性炭までの距離を短くしてもよい。内部の活性炭までの距離を短く形成することにより、後述する副室８に導入される空気が吸着材５０の表面に触れた際に、燃料の脱離が容易に行われる。即ち、吸着材５０の表面から各粒状の活性炭までの距離が短くなり、燃料の脱離が速やかに行われる。

また、副室８には、吸着材５０の充填と共に、熱容量の大きい炭を用いた蓄熱材を均一に分散して充填してもよい。蓄熱材は密度が大きい炭を用いている。あるいは、副室８には、この炭を用いた蓄熱材に代えて、前述したカプセル４４を均一に分散して充填してもよい。

次に、前述した本実施形態のキャニスタの作動について説明する。
まず、自動車が内燃機関２０を運転することなく停止している状態では、燃料タンク１２等で発生した燃料蒸気が流入ポート１６を介して、主室６に導入される。導入された燃料蒸気は、フィルタ２８を通ってから、主室６内の吸着材４２に吸着される。燃料蒸気が液体の燃料となって吸着材４２に吸着される際には、発熱する。

本実施形態では、この発熱により、温度が上昇し、２５〜３５℃附近での融点となると、蓄熱材４８が固相から液相に相変化する融解により、吸熱が行われる。従って、燃料蒸気の液化による熱が、蓄熱材４８の融解による吸熱で、熱が奪われ、温度上昇が抑制される。蓄熱材４８は、固相から液相に相変化する間、温度が変化しない。また、蓄熱材４８の融解熱は大きく、多くの熱量を奪うことができる。よって、主室６内では、融点近傍の温度が保たれて、温度上昇が抑制され、吸着材４２への吸着が促進される。更に、蓄熱材４８が融解しても、被膜４６により覆われているので、蓄熱材４８が流れ出すことはない。

燃料蒸気が主室６内に導入されると、流入ポート１６側の吸着材４２に吸着され、蓋部材２側の吸着材４２に向かって、順次、燃料蒸気の吸着が行われる。主室６内の吸着材４２に吸着されなかった燃料蒸気は、連通路１０を通り、副室８に導入される。そして、副室８内の吸着材５０により吸着される。その際、副室８に蓄熱材やカプセル４４を充填したものでは、燃料蒸気の液化による熱は、蓄熱材の吸熱や蓄熱材４８の融解による吸熱で、熱が奪われ、温度上昇が抑制される。よって、吸着材５０への吸着が促進される。

一方、内燃機関２０の運転中には、導入ポート２６から大気中の空気がフィルタ３４を介して副室８に導入される。副室８に導入された空気は、副室８内の吸着材５０から燃料を脱離させた後、連通路１０を介して主室６に導かれる。副室８内の吸着材５０は、表面積が大きく、表面に吸着されている燃料は速やかに脱離する。また、吸着材５０の内部に吸着されている燃料でも、吸着材５０の表面から内部の活性炭までの距離が短いので、残留することなく、脱離するので、副室８内の吸着材５０からは、燃料が速やかに脱離され、燃料蒸気を吸着できる状態になる回復が早い。

燃料蒸気を含んだ空気は、主室６、流出ポート１８、パージ弁２４を介して吸気管２２に排出され、内燃機関２０で燃焼される。副室８内の脱離が進行すると、次に、主室６内でも同様に、吸着材４２から燃料の脱離が行われ、気化熱が奪われ、温度が低下する。その温度が蓄熱材４８の凝固点となると、蓄熱材４８では、蓄熱材４８が液相から固相に相変化して、凝固熱が放出される。主室６内では、凝固点近傍の温度が保たれて、温度低下が抑制され、吸着材４２からの燃料の脱離が促進される。

このように、蓄熱材４８の相変化に伴う潜熱を利用して、吸熱・放熱を行なうので、その熱量は大きく、少ない量の蓄熱材４８で吸着材４２の温度変化を抑制できる。よって、キャニスタを小型化でき、しかも、小型化しても、十分に吸着材４２の温度変化を抑制できる。

また、主室６内の吸着材４２は、ほぼ円柱状に形成されているので、その中心付近では脱離が進行せずに燃料が残留する場合があるが、主室６の吸着材４２は、より多くの燃料を吸着できるように、ほぼ円柱状に形成されている。これに対して、副室８内の吸着材５０は吸着材５０の表面から内部の活性炭までの距離が短く形成されており、より多くの燃料を吸着するよりも、脱離性能の向上を図るようにしている。これにより、導入ポート２６から空気を導入した際に、副室８内の吸着材５０から速やかに燃料が脱離され、副室８の吸着が速やかに回復される。

例えば、内燃機関２０の運転と停止とが頻繁に繰り返されたような場合でも、副室８の吸着は速やかに回復されて、運転を停止中の燃料蒸気が主室６で吸着されなかった場合でも、副室８で確実に吸着して、大気中への燃料蒸気が排出を防止する。よって、捕集性能を向上させることができる。

副室８に蓄熱材やカプセル４４を充填したものでは、吸着材５０から燃料が脱離する際には、気化熱が奪われ、温度が低下するが、蓄熱材からの放熱や蓄熱材４８の凝固による放熱で、温度低下が抑制される。よって、副室８内の吸着材５０からの脱離が促進される。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としてのキャニスタの断面図である。 本実施形態のカプセルの拡大断面図である。 本実施形態の吸着材の拡大斜視図である。 本実施形態のキャニスタと燃料タンク、内燃機関との接続を示す説明図である。

符号の説明

１…容器 ２…蓋部材
４…隔壁 ６…主室
８…副室 １０…連通路
１２…燃料タンク １６…流入ポート
１８…流出ポート ２０…内燃機関
２２…吸気管 ２６…導入ポート
２８，３０，３２，３４，３６…フィルタ
３８，４０…多孔板 ４２，５０…吸着材
４４…カプセル
４６…被膜 ４８…蓄熱材

Claims (5)

1. 吸着材を充填した容器を備え、前記容器内を主室と副室とに分けると共に、互いに連通し、前記主室には燃料タンクからの燃料蒸気を導入する流入ポートと脱離した燃料を内燃機関の吸気管に排出させる流出ポートとを設け、また、前記副室には空気を導入する導入ポートを設け、前記流入ポートから導入する燃料蒸気を前記吸着材に吸着させると共に、前記導入ポートから導入する空気により、前記吸着材に吸着した燃料を脱離させるキャニスタにおいて、
   前記主室には、前記吸着材と共に、相変化により吸熱・放熱をする蓄熱材を内包したカプセルを充填し、かつ、前記副室に充填される前記吸着材は、粉状の活性炭から成形すると共に、前記吸着材は、前記吸着材の表面から内部の前記活性炭までの距離を短くした形状に形成したことを特徴とするキャニスタ。
2. 前記蓄熱材は、固相と液相との間での相変化により吸熱・放熱をすることを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ。
3. 前記カプセルは、耐熱性の樹脂により前記蓄熱材を内包したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャニスタ。
4. 前記副室には、更に、熱容量の大きい蓄熱材を充填したことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のキャニスタ。
5. 前記副室には、更に、相変化により吸熱・放熱をする蓄熱材を内包したカプセルを充填したことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のキャニスタ。
   

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