CN104747325B

CN104747325B - 滤毒罐

Info

Publication number: CN104747325B
Application number: CN201410828629.5A
Authority: CN
Inventors: 荒瀬雄治; 大道顺平; 莲见贵志; 山碕弘二
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahler Japan Co ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: US20150184621A1; US9322368B2; CN104747325A; JP2015124644A; JP6203043B2

Abstract

本发明涉及一种滤毒罐。通过调整大气开放侧的室内填充的吸附材料，提高吸附/解吸性能，并且谋求滤毒罐的小型、轻量化。在沿着盒(2)内的流动方向竖列配置的数个室(5)～(8)中，在大气口(5)侧的室(7)、(8)内填充的吸附材料为形成50nm以上大小的宏观细孔的物质，其成为外径为4～6mm的圆柱状或直径为4～6mm的球形且各部位的壁厚为0.6mm～1.5mm的中空形状。该吸附材料中的50nm以上大小的宏观细孔中，不足500nm大小的宏观细孔的体积比例设定为30～70％。

Description

滤毒罐

技术领域

本发明涉及用于例如汽车用内燃机的燃料蒸汽处理等的、使用具有微观细孔和宏观细孔的活性炭作为吸附材料的滤毒罐。

背景技术

例如在汽车用内燃机中，为了防止从车辆的燃料罐蒸发的燃料蒸汽向外部的放出，设计了能够吸附和解吸燃料蒸汽的滤毒罐。如所公知，该滤毒罐的盒内填充有吸附材料，在流动方向的一端侧设置有大气开放口，在另一端侧设置有连通燃料罐的燃料蒸汽流入部(充气口)和连通内燃机的进气通路的燃料蒸汽流出部(清洗口)。在车辆停止后等产生的燃料蒸汽通过流入部从燃料罐被导入滤毒罐中，被吸附材料暂时吸附。在其后的行驶中，在内燃机的进气循环中来自大气开放口的大气流入，产生由流出部流出的空气流，通过该进气流，吸附于吸附材料的燃料成分与新鲜气体一起解吸，从流出部经由内燃机的进气通路于燃烧室内进行燃烧处理。

在这样的滤毒罐中，为了使得吸附解吸有效进行，例如在专利文献1中公开有，在滤毒罐的盒内，沿着流动方向竖列配置填充有吸附材料的数个室，在大气开放侧的室中，配置热容大的吸附材料。

并且，在专利文献2中，作为大幅降低昼夜换气损失排放(Diurnal breathingLoss；DBL)的技术，将填充于滤毒罐的吸附材料划分为在正丁烷浓度在5体积％至50体积％之间时正丁烷浓度的平衡吸附量的差别超过35g/L的活性炭(以下称为“A炭”)和在35g/L以下的活性炭(以下称为“B炭”)两种，在流入/流出部侧的室内填充使用A炭的吸附材料，在大气开放侧的室内填充使用B炭的吸附材料。由此，通过在大气开放侧配置平衡吸附量的差别小的活性炭，即有效吸附量(吸附时与解吸后的吸附量的差别)小且解吸性能优异的B炭，抑制燃料蒸汽向大气开放侧的排出，谋求昼夜换气损失排放(DBL)的降低。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2009-19572号公报

[专利文献2]日本特表2005-510654号公报

发明内容

[发明要解决的课题]

然而，如果如上所述在大气开放侧配置使用有效吸附量小的B炭的吸附材料，则具有用于确保规定有效吸附量的必要活性炭的容量(体积)增加，滤毒器的大型化或重量增加的问题。

因此，本发明的目的为提供一种新型滤毒罐，其即使在大气开放侧配置使用有效吸附量大的活性炭的吸附材料的情况下，也具有优异的解吸性能，能够充分降低昼夜换气损失排放(DBL)。

[解决课题的方法]

本发明所述滤毒罐，其在沿着盒内的流动方向竖列配置的数个室内填充吸附材料，并且在所述流动方向的一端具备燃料蒸汽的流入/流出部，在另一端具备大气开放口。

所述数个室中，至少在所述大气开放侧的室内填充的吸附材料为，在具有不足50nm大小的微观细孔的活性炭粉末中，添加在烧制时消失的熔芯和粘结剂进行烧制，由此形成50nm以上大小的宏观细孔的物质。

并且，在该大气开放侧的室内填充的吸附材料为外径为4～6mm的圆柱状或直径为4～6mm的球形并且各部位的壁厚为0.6mm～1.5mm的中空形状，吸附材料中50nm以上大小的宏观细孔中，不足500nm大小的宏观细孔的体积比在30～70％的范围内。换言之，超过500nm大小的宏观细孔的体积比在70～30％的范围内。

在这样的本发明中，滤毒罐的大气开放侧的室内填充的吸附材料由于其外形尺寸为比较大的4～6mm，因此当填充至滤毒罐内时，通气阻力小。并且，由于制成中空形状而使得与外形尺寸相比各部位的壁厚设定得比较小，因此解吸性能也优异。

此外，本发明人等着眼于大气开放侧填充的吸附材料的宏观细孔的大小，发现了不足500nm大小的宏观细孔的体积比例在30～70％的范围内的情况下的有效性。即，通过按照宏观细孔的大小以500nm左右为基准并使其平均分布而设定细孔结构，通过所述吸附材料的大小、形状(中空形状和其壁厚)的组合，不仅能够将对于滤毒器重要的通气阻力维持在低水平，而且能够兼顾吸附性能和解吸性能。

根据本发明，典型地，作为所述大气开放侧的室内填充的吸附材料，可以使用在丁烷浓度在5体积％至丁烷浓度在50体积％之间时正丁烷的平衡吸附量的差别超过35g/L的A炭，通过使用这样的有效吸附量多的A炭，能够抑制吸附材料的体积、重量，谋求滤毒器的小型化/轻量化。即使在使用这样的A炭的情况下，通过调整如上所述的吸附材料的大小、形状，进一步调整宏观细孔的大小分布，能够确保充分的解吸性能，并且能够充分降低昼夜换气损失排放(DBL)。

并且，在沿着所述盒内的流动方向竖列配置4个以上室的滤毒罐中，优选，在该4个以上室中，作为在从所述大气开放侧起第1个室和第2室内填充的吸附材料，填充具有上述大小、形状和宏观细孔大小分布的结构的吸附材料，由此通过这两个室能够更加确实地降低燃料蒸汽从大气开放口的排出，并且能够大幅降低昼夜换气损失排放(DBL)。

[发明效果]

根据本发明，通过将吸附材料的外形尺寸设置为足够大能够谋求通气阻力的降低，通过将吸附材料形成为中空形状并限制各部分的壁厚，并且通过以500nm左右为基准分布宏观细孔的大小，能够兼顾燃料蒸汽的吸附性能和解吸性能，并且能够抑制吸附材料的容量，提供轻量且小型的滤毒罐。

附图说明

图1为显示滤毒罐的一个实施例的截面图。

图2为大气开放侧的室内填充的吸附材料的侧视图(a)和正视图(b)。

图3为显示能够作为吸附材料使用的5种活性炭的各个数据的表格。

图4为显示图3的5种活性炭的形状的截面图。

图5为显示图3的5种活性炭的宏观细孔大小分布的图。

图6为显示3种活性炭的宏观细孔大小分布的图。

图7为显示图6的3种活性炭的透过量(破過量)的图。

[符号说明]

1…滤毒罐

2…盒

3…充气口(流入部)

4…清洗口(流出部)

5…大气口(大气开放口)

6、7、8、9…室

10、11…吸附材料。

具体实施方式

图1显示根据本发明的滤毒罐1的一个实施例。该滤毒罐1为由合成树脂制的盒2以两层U形弯形状形成流路，在流动方向的一端设置有作为燃料蒸汽流入部的充气口3和作为燃料蒸汽流出部的清洗口4，在流动方向的另一端设置有作为大气开放口的大气口5。上述充气口3例如被连接至图中未示出的汽车燃料罐，上述清洗口4例如被连接至内燃机的进气系统。

上述盒2内，作为容纳吸附材料的室，从上述充气口3和清洗口4一侧按顺序竖列设置第1室6、第2室7、第3室8和第4室9。第1室6和第2室7中填充有如下所述的由活性炭A-1或活性炭A-3形成的相对粒径小的吸附材料10。在第3室8和第4室9中填充有如下所述的由活性炭A-2形成的相对粒径大的吸附材料11。由此，能够达到滤毒罐1的流路中，特别是在大气口5附近的部分的通气阻力的降低，提高滤毒罐1整体的解吸性能。上述第1室6、第2室7、第3室8和第4室9之间，通过例如具有通气性的多孔板或过滤器彼此划分。

上述吸附材料10、11除了具有活性炭本身的微观细孔(直径在2nm以上且不足50nm的细孔)，还具有形成燃料蒸汽通路的宏观细孔(直径在50nm以上且不足100000nm的细孔)，例如，为在粉末状的活性炭中，将常温下为固体且在下述烧制时的温度下气化、升华或分解的熔芯与粘结剂一起添加，进行成型并且烧制，从而制得规定大小的粒状物质。

活性炭为例如将市售的石炭类、木质类等活性炭粉碎成粒径在350μm以下(过42孔筛)的粉末状物质。粘结剂可以使用粉末状的膨润土、木节土、二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶等的粉末或溶胶的固体成分。熔芯可以使用常温下为固体且在烧制时的温度下气化、升华和分解，进一步难溶于制造时的介质水的粉末状(优选粒径为0.1μm～1mm)的材料，例如升华性有机化合物(萘、对二氯苯等)，或者熔点高、易分解的聚合物(聚乙烯等)，或者纤维状的材料，例如尼龙、聚酯、聚丙烯等。

然后，将这三者以适当的混合比例，加入适当的水进行混合，通过挤出成形成形为直径约4～6mm、长度约2～12mm(优选与直径几乎相等的长度)的圆柱状。然后，使用回转炉等，在惰性气氛下，于650℃～1000℃，将该成形体烧制3～4小时，得到粒状吸附材料11(活性炭A-2)。

上述熔芯在烧制时消失，由此能够形成活性炭本身的微观细孔(直径在2nm以上且不足50nm的细孔)和成为燃料蒸汽通路的宏观细孔(直径在50nm以上且不足100000nm的细孔)。即，得到的吸附材料11在具有由宏观细孔形成的所谓的大孔结构的同时，还具有捕捉燃料蒸汽分子的由微观细孔形成的所谓的介孔结构。

并且，虽然吸附材料11的宏观细孔的大小主要由所使用的活性炭决定，但是也可以通过熔芯的比例等来调整。在本实施例中，吸附材料11的直径在50nm以上且不足100000nm的宏观细孔的体积中的30～70％不足500nm。另外，宏观细孔的体积或大小的分布可以通过例如“ISO15901-1”中所规定的汞压法测定。

并且，吸附材料11具有如图2所示的截面形状。即，成为具有外侧的圆筒壁11A，和在该圆筒壁11A的中心部设置的十字形的放射状壁11B的中空圆筒状。并且，各部位的壁厚在0.6mm以上且1.5mm以下的范围内。例如，圆筒壁11A的外径D1为4.5mm，内径D2为3.0mm。并且，放射状壁11B的各个壁厚d为例如0.8mm，圆筒壁11A的壁厚(半径方向的厚度)为例如0.8mm。并且，轴向的长度L为4mm。但是这些尺寸在实际切断加工时产生的偏差很大。

另外，吸附材料11的外径可以为球形，并且作为放射状壁11B，除了如上所述的十字形，还可以为向三个方向延伸的放射状、或者向两个方向延伸的I字形等各种形状。

除了抑制滤毒器1的通气阻力，吸附材料11的大小较大也是有利的。但是，随之而来的是吸附材料11的壁厚(在为单纯的球形的情况下，其直径相当于壁厚)增厚，作为吸附材料的吸附解吸性能尤其是解吸性能变差。因此，特别地，将在大气开放侧的第3室8和第4室9中填充的吸附材料11制成中空形状，使各部位的壁厚薄。

图3为显示吸附材料所使用的5种活性炭A-1、A-2、A-3、B-1、B-2的各种数据的表格。如上所述，在上述实施例中，使用活性炭A-1(或A-3)的吸附材料10被填充于第1室6和第2室7中，使用活性炭A-2的吸附材料11被填充于第3室8和第4室9。活性炭A-1、A-3和B-1如图4(A)所示，成形为呈无中空的圆柱状的吸附材料10，其外径(粒径)为2mm。活性炭A-2如上述图2和图4(B)所示，成形为具有十字形的放射状壁11B的中空圆筒状的吸附材料11。活性炭B-2如图4(C)所示，为在滤毒罐1的一个室内插入/配置的一种成型为大的蜂窝状的吸附材料13中所使用的物质，其呈具有外侧的圆筒壁13A和在该圆筒壁13A的内侧设置的格子状壁13B的中空圆筒状，通过格子状壁13B将圆筒壁13A的内部分隔成沿着通路的长度方向的数个空间。圆筒壁13A的外径为30mm，格子状壁13B的厚度为0.3mm。

活性炭A-1、A-2和A-3为正丁烷浓度在5体积％(vol％)至50体积％之间时正丁烷浓度的平衡吸附量的差别超过35g/L的物质，相当于上述的“A炭”。活性炭B-1和B-2为丁烷浓度在5体积％(vol％)至50体积％之间时正丁烷浓度的平衡吸附量的差别为35g/L以下的物质，相当于上述“B炭”。

图5显示该5种活性炭的宏观细孔的大小(孔径)分布。如该图5所示，在5种活性炭中，活性炭A-2和活性炭A-3对于50～100000nm的宏观细孔的全部体积，具有50～500nm(即不足500nm)大小的宏观细孔的体积比例(不足500nm大小的宏观细孔的体积/宏观细孔的全部体积×100)在30～70％的范围内。换言之，按体积比例计，宏观细孔的70～30％为超过500nm大小的细孔结构。更具体而言，如图3所示，不足500nm的体积比例，活性炭A-2为54％，活性炭A-3为52％。即，形成了具有以500nm左右为基准或平均值的宏观细孔大小分布的细孔结构。

另一方面，活性炭A-1和活性炭B-1具有占宏观细孔的不足500nm的体积比例分别为较30％低的27％、20％，平均远大于500nm的细孔占多数的细孔结构。并且活性炭B-2具有占宏观细孔的不足500nm的体积比例为82％，即较70％还高，且较500nm小的细孔占大部分的细孔结构。

参考图6和图7，活性炭A-4和活性炭A-5为，相对于本实施例中大气开放侧的室7、8内填充的吸附材料11中使用的活性炭A-2，形状、大小相同，但是其宏观细孔大小分布不同的物质。特别地，在本实施例中使用的活性炭A-2或活性炭A-4中，不足500nm大小的宏观细孔的体积比例为47％、54％，但与此相对，活性炭A-5中该体积比例超过90％。

图7为显示这些活性炭A-2、A-4、A-5的DBL测试时的透过量的特性图，图中越靠上侧透过量越多，即表示解吸性能差。如该图所示，在相对于宏观细孔的全部体积的不足500nm大小的宏观细孔的体积比例为30～70％的活性炭A-2和活性炭A-4中，与上述体积比例超过90％的活性炭A-5相比，透过量被充分抑制，已确认解吸性能优异。

另外，虽然图中没有显示，但在相对于宏观细孔的全部体积的不足500nm大小的宏观细孔的体积比例为30～70％的活性炭中，与上述体积比例不足30％的活性炭相比，也同样确认了相当优异的解吸性能。

这样，本实施例中，作为大气开放侧的第3室7和第4室8中填充的吸附材料(活性炭A-2)，通过采用外径为比较大的4～6mm的中空的圆柱或球形的形状，能够确保作为吸附材料的强度，并且能够降低通气阻力。并且，通过将占宏观细孔的不足500nm大小的宏观细孔体积比例设为30～70％，即组合具有以500nm左右为基准的宏观细孔大小分布的细孔结构，能够大幅提高解吸性能。

这样，由于提高了解吸性能，使用平衡吸附量的差别大、有效吸附量大的活性炭A-2等的A炭成为可能，能够确保所希望的吸附/解吸性能，并且能够抑制活性炭的容量，谋求滤毒罐1的小型化、轻量化。

特别地，如本实施例的沿着盒2内的流动方向竖列配置4个以上的室5～8的滤毒罐1中，对于从大气开放侧起的第1个第4室8和第2个第3室7两者中填充的吸附材料，其形状、大小或体积比例如上所设定，由此通过2个室8、7能够更加确实地降低燃料蒸汽从大气开放口5的排出，能够大幅降低昼夜换气损失排放(DBL)。

如上所述，基于具体实施例说明了本发明，但是本发明并不限定于上述实施例，其还包含各种变形/变更。例如，虽然在上述实施例中将滤毒罐内划分为4个室，但也可以将其分割为3个室，在最靠近大气开放侧的室内填充上述吸附材料。

Claims

1.一种滤毒罐，其为在沿着盒内的流动方向竖列配置的数个室内填充有吸附材料，并且在所述流动方向的一端具备燃料蒸汽流入/流出部，在另一端具备大气开放口的滤毒罐；其特征在于，

其中，所述数个室中，至少在大气开放侧的室内填充的吸附材料为，向具有不足50nm大小的微观细孔的活性炭粉末中加入烧制时消失的熔芯和粘结剂进行烧制，由此形成50nm以上大小的宏观细孔的物质；

另外，在该大气开放侧的室内填充的吸附材料为，外径为4～6mm的圆柱状或直径为4～6mm的球形且各部位的壁厚为0.6mm～1.5mm的中空形状，并且该吸附材料中的50nm以上大小的宏观细孔中，不足500nm大小的宏观细孔的体积比例为30～70％。

2.根据权利要求1所述的滤毒罐，其特征在于，所述大气开放侧的室内填充的吸附材料为在正丁烷浓度在5体积％至50体积％之间时正丁烷浓度的平衡吸附量的差别超过35g/L的物质。

3.根据权利要求1或2所述的滤毒罐，其特征在于，沿着所述盒内的流动方向竖列配置4个以上的室，在该4个以上的室中，从所述大气开放侧起第1个室和第2个室内填充的吸附材料为，向具有不足50nm大小的微观细孔的活性炭粉末中加入烧制时消失的熔芯和粘结剂进行烧制，由此形成50nm以上大小的宏观细孔的物质；

另外，从该大气开放侧起第1个室和第2个室内填充的吸附材料为，外径为4～6mm的圆柱状或直径为4～6mm的球形且各部位的壁厚为0.6mm～1.5mm的中空形状，并且该吸附材料中的50nm以上大小的宏观细孔中，不足500nm大小的宏观细孔的体积比例为30～70％。