JP2000303916A

JP2000303916A - キャニスタ

Info

Publication number: JP2000303916A
Application number: JP11118214A
Authority: JP
Inventors: Noriyasu Amano; 典保天野; Naoya Kato; 直也加藤; Hisayoshi Ota; 久喜太田; Hideaki Itakura; 秀明板倉; Yoshihiko Hyodo; 義彦兵道
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】更に高い吸着・脱離性能を有するキャニスタ
を提供する。【解決手段】キャニスタ２において、活性炭層の中央
部分である中央部分活性炭層２２に壁面部分にある壁面
部分活性炭層２１よりも熱伝導率が大きい、または熱容
量が大きい活性炭を充填しているので、中央部分で発生
した熱は速やかに壁面部分に伝わり、壁面部分からキャ
ニスタ外部へ放熱されるため、中央部分の温度変化幅を
小さく抑えることができ、中央部分も高い性能を得るこ
とができる。また、中央部分に熱容量の大きな活性炭を
用いることによっても同様の効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料タンクから発
生した燃料蒸気を処理するキャニスタ（蒸発燃料処理装
置）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料タンクから発生した燃料蒸気をキャ
ニスタに導入し、キャニスタに充填された活性炭に吸着
させることにより大気への放出を防止することが行われ
ている。

【０００３】近年、この燃料蒸気の大気放出に関する規
制の強化（ＯＲＶＲ規制等）に伴い、大量の燃料蒸気を
処理する必要があり、高い性能を持つキャニスタが求め
られている。

【０００４】ところで、活性炭の吸着脱離性能は温度が
低い程吸着性能が高く、温度が高い程脱離性能が高いこ
とが研究により明らかにされている。一方、キャニスタ
内では吸着時には燃料蒸気の液化による発熱のため温度
が上昇し、脱離時では燃料蒸気の気化による吸熱のため
温度が低下する。このように、吸着脱離時のキャニスタ
内の温度は活性炭の性能を低下させる方向へ働いてい
る。

【０００５】この対策として、キャニスタの温度を調整
することが考えられている。たとえば特開昭６４−３４
７では燃料タンク内にキャニスタを配置することによ
り、吸着時にはタンク内の燃料でキャニスタを冷却し、
脱離時にはエンジンからの戻り燃料によりキャニスタを
暖めることが提案されている。

【０００６】しかし、特開昭６４−３４７等の温度調整
方法はキャニスタの外部から加熱、冷却してキャニスタ
の温度調整を行っているため、活性炭層の壁面付近はキ
ャニスタ外部との熱交換により温度調整されるが、中央
部分は外部からの熱が伝わりにくいため温度調整でき
ず、中央部分の性能が低いままであるという問題があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は更に高い吸着
・脱離性能を有するキャニスタを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、請求項１ないし請求項６に記載した技術的手
段を採用する。

【０００９】請求項１に記載の発明によれば、キャニス
タにおいて、燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部
分活性炭層に、流路の壁面部分にある壁面部分活性炭層
よりも熱伝導率が大きい、または熱容量が大きい活性炭
を充填しているので、中央部分で発生した熱は速やかに
壁面部分に伝わり、壁面部分からキャニスタ外部へ放熱
されるため、中央部分の温度変化幅を小さく抑えること
ができ、中央部分も高い性能を得ることができる。ま
た、中央部分に熱容量の大きな活性炭を用いることによ
っても同様の効果が得られる。同量の発熱量が発生した
場合、熱容量が大きい程温度変化は小さくなるため、活
性炭性能を低下させる温度変化幅を小さく抑えることが
できる。このため、中央部分も高い性能を得ることがで
きる。

【００１０】請求項２に記載の発明によれば、キャニス
タにおいて、燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部
分活性炭層に粒径が小さい活性炭を、流路の壁面部分に
ある壁面部分活性炭層に粒径の大きな活性炭を充填して
いるので、粒径の小さな活性炭は密に充填されるため、
活性炭間の隙間が小さくなり活性炭どうしが接触する面
積が広くなることによる熱伝導増加の効果と、活性炭間
の隙間が小さくなり単位体積当たりの活性炭量が増加す
ることによる熱容量増加の効果の両方を得ることができ
る。これにより、中央部分の温度変化幅を小さく抑える
ことができると同時に、発生した熱を早く放熱させるこ
とができる。この結果、活性炭温度の変化によるキャニ
スタの性能低下を抑え、高い性能を得ることができる。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、キャニス
タにおいて、燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部
分活性炭層に細孔量が少ない活性炭を、流路の壁面部分
にある壁面部分活性炭層に細孔量の多い活性炭を充填し
ているので、細孔量が少ない活性炭では、吸着・脱離量
が少なくなるため吸着・脱離に伴う発熱量も少なくな
る。細孔量が少ないことにより活性炭自身の吸着能力は
低下しているが、発熱量が少ないことにより活性炭性能
を低下させる温度変化を小さく抑えることができる。こ
の時、活性炭自身の吸着能力の低下よりも温度変化を抑
えたことによるキャニスタの性能向上の効果の方が大き
い領域が存在し、この領域では性能を向上することがで
きる。一方、壁面部分は外部への放熱が容易であるた
め、細孔量を増やして吸着量を増加させる。これによ
り、キャニスタとしては更に高い性能をえることができ
る。

【００１２】請求項４に記載の発明によれば、キャニス
タにおいて、燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部
分活性炭層に木質系の活性炭を、流路の壁面部分にある
壁面部分活性炭層に石炭系の活性炭を充填している。そ
れぞれの活性炭を比較すると石炭系活性炭の方が燃料蒸
気を吸着しやすく、吸着時の発熱量は大きくなる。この
ため、石炭系活性炭を充填した壁面部分は吸着量、発熱
量が多くなり、木質系活性炭を充填した中央部分は吸着
量、発熱量は少なくなり、このため請求項３の場合と同
様の効果が得られる。

【００１３】請求項５に記載の発明によれば、キャニス
タにおいて、燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部
分活性炭層と、流路の壁面部分にある壁面部分活性炭層
とに仕切り壁により分離しているので、活性炭の充填が
容易になる。

【００１４】請求項６に記載の発明によれば、キャニス
タにおいて、中央部分と壁面部分を分離する仕切り壁に
パンチングメタル、金網等の金属、または熱伝導率が大
きな材質で燃料蒸気が通過可能な材料を用いているの
で、中央部分で発生した熱を早く放熱させることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態に関
するもので、（Ａ）はキャニスタ２を含むシステムの全
体を示す全体図であり、（Ｂ）は（Ａ）図中キャニスタ
２の断面Ｉ−Ｉの断面図である。

【００１６】図１において１は燃料タンク、２はキャニ
スタである。燃料タンクは通路３１、３２、三方弁３５
を介してキャニスタ２のポート２３に接続されている。
さらに三方弁３５から通路３３を介してエンジンの吸気
管に接続されている。キャニスタ２のもう一つのポート
２４は通路３４を介して大気とつながっている。キャニ
スタ２はその容器内において燃料蒸気の流路の中央部分
に中央部分活性炭層２２が設けられ、流路の壁面部分に
壁面部分活性炭層２１が設けられている。壁面部分活性
炭層２１には従来の木炭系活性炭が充填され、中央部分
活性炭層２２には壁面部分活性炭層２１に充填した木炭
系の活性炭よりも２〜３倍熱伝導率の大きな石炭系の活
性炭が充填してある。壁面部分活性炭層２１と中央部分
活性炭層２２の間は燃料蒸気が通過できる壁２９によっ
て仕切られている。そして、活性炭層の上流と下流には
燃料蒸気が各活性炭層に均等に分配されるように空間２
５、２６が設けてあり、活性炭層と空間との間はフィル
タまたはパンチングメタルなどの燃料蒸気が通過できる
壁２７、２８によって仕切られている。

【００１７】このキャニスタ２の機能を説明する。エン
ジン停止時及び運転時の燃料蒸気を吸着する時は三方弁
３５は燃料タンク１側に開いている。このため、燃料タ
ンクで発生した燃料は、配管３１、三方弁３５、配管３
２を通りキャニスタ２に流入する。キャニスタ２に流入
した燃料蒸気は空間２５で拡散され、壁面部分活性炭層
２１、中央部分活性炭層２２に均等に分配され、それぞ
れの活性炭層に充填された活性炭に吸着される。

【００１８】燃料蒸気が活性炭に吸着される時、燃料蒸
気の液化に伴って吸着熱を発生し、活性炭層の温度は上
昇する。一方、活性炭の吸着性能は温度が低い程高いた
め、活性炭層の温度上昇に伴い活性炭の吸着性能は低下
する。壁面部分活性炭層２１はキャニスタ外壁３６に囲
まれており、壁面部分活性炭層２１内で発生した熱はす
ぐにキャニスタ外壁３６からキャニスタ外へ放熱される
ため、壁面部分活性炭層２１の温度上昇幅は小さい。こ
のため、温度上昇による吸着性能の低下は小さく抑えら
れる。

【００１９】一方、中央部分活性炭層２２で発生した熱
は中央部分から壁面部分に熱伝導し、キャニスタ外壁３
６から放熱されることになる。このため、キャニスタ２
全体に同一の活性炭が充填されている従来のキャニスタ
では、キャニスタ外壁３６に熱が伝わるまでに時間がか
かるため中央部分は放熱性が悪く、また、壁面部分から
伝わってきた熱も加わるため、壁面部分よりも温度が高
くなり吸着性能は低くなっていた。

【００２０】本発明では、中央部分は壁面部分よりも熱
伝導率の大きな活性炭が充填されている。このため中央
部分で発生した熱はすぐに壁面部分に熱伝導し、キャニ
スタ外壁３６から放熱される。このため中央部分の温度
上昇は抑えられ、従来より高い吸着性能が得られる。

【００２１】脱離についても同様のことが行われる。脱
離時、三方弁３５は吸気管側に開いている。走行時に吸
気管で発生した負圧により、配管３４から大気がパージ
エアとしてキャニスタ２内に導入される。キャニスタ２
に流入した大気は空間２６で拡散され、壁面部分活性炭
層２１、中央部分活性炭層２２に均等に分配され、それ
ぞれの活性炭層へ流れ込む。活性炭に吸着されていた燃
料蒸気はこのパージエアにより脱離され、通路３２、三
方弁３５、通路３３を通り吸気管に導入され、エンジン
で燃焼される。

【００２２】燃料蒸気が脱離される時、燃料蒸気の気化
に伴って周囲の熱を奪い、活性炭層の温度は低下する。
一方、温度が高い程、活性炭の脱離性能は高いため、活
性炭層の温度低下に伴い活性炭の脱離性能は低下する。
この時、壁面部分は吸熱しやすいため温度低下幅は小さ
く、中央部分は吸熱性が悪いため温度低下幅が大きくな
る。

【００２３】しかし、中央部分は壁面部分よりも熱伝導
率のおおきな活性炭が充填されているため、すぐに壁面
部分から熱伝導し、キャニスタ外壁３６から吸熱され
る。このため中央部分の温度低下は抑えられ、従来より
高い性能が得られる。

【００２４】図２は図１（Ｂ）と同じ位置における本発
明の第２実施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図であ
る。

【００２５】第１実施形態では中央部分に熱伝導率の大
きな石炭系の活性炭を用いたが、図２に示す第２実施形
態のように中央部分に熱容量の大きな活性炭を用いても
同様の効果が得られる。第２実施形態ではキャニスタの
構造は第１実施形態と同じであり、壁面部分の活性炭よ
りも熱容量の大きな活性炭を中央部分に充填してある。
吸着時、燃料蒸気の液化に伴って吸着熱が発生し、温度
が上昇する。一方、中央部分の活性炭は熱容量が大きい
ため、従来と同量の吸着熱が発生しても温度上昇幅は小
さく、吸着性能の低下は抑えられる。

【００２６】脱離時についても同様に燃料蒸気の気化に
伴って気化熱が奪われ、温度が低下する。一方、中央部
分の活性炭は熱容量が大きいため、従来と同量の気化熱
が奪われても温度低下幅は小さく、脱離性能の低下は抑
えられる。この時、壁面部分については、従来と同じ熱
容量の活性炭を用いても吸熱性能が高いため温度変化幅
は小さく、高い性能が保たれたままである。このように
活性炭の熱容量を変えることによっても中央部分の温度
変化を抑えることができ、高い性能を得ることができ
る。

【００２７】図３は図１（Ｂ）と同じ位置における本発
明の第３実施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図であ
る。

【００２８】図３の第３実施形態ではキャニスタの構造
は第１実施形態と同じであり、壁面部分の活性炭よりも
粒径の小さな直径１．９ｍｍの活性炭を中央部分に充填
してある。粒径が小さいと活性炭は密に充填されるた
め、活性炭の間の隙間は少なくなる。熱伝導率は空気よ
りも活性炭の方が約１０倍程度大きいため、活性炭が密
に充填され活性炭の隙間の空気が少なくなると、活性炭
層の熱伝導率は高くなる。このため、吸着時に中央部分
で発生した熱はすぐに壁面部分へ伝わり、キャニスタ外
壁から放熱される。このため、温度上昇幅は従来に比べ
て小さくなり、従来より高い吸着性能が得られる。さら
に、密に充填されることにより活性炭量が増えて熱容量
が大きくなるため、発熱量が同量でも温度上昇幅は小さ
くできる。このように粒径を変えることにより、熱伝導
と熱容量の二重の効果が得られる。脱離についても同様
に中央部分の熱伝導率が高いため温度低下幅は小さくな
り、熱容量が大きくなるためさらに温度低下幅は小さく
なり、高い脱離性能が得られる。

【００２９】図４は図１（Ｂ）と同じ位置における本発
明の第４実施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図であ
る。

【００３０】図４に示す第４実施形態のキャニスタ２の
中央部分には壁面部分よりも細孔量の少ない活性炭が充
填されている。図５は細孔表面積と温度、吸着量との関
係を示すグラフである。この時の作用を図５を例にして
説明する。壁面部分に図５中矢印で示した細孔表面積を
持つ活性炭を充填したとする。この時、壁面と同じ活性
炭を中央部分に充填すると中央部分の吸着量は破線Ａと
太線Ｂとの交点Ｋである。細孔表面積を狭くすることに
より細孔量を少なくすると図５の実線Ｃのように活性炭
自身の吸着性能が低下する。このため、吸着により発生
する発熱量も低下して、１点鎖線Ｄのように活性炭温度
は低下する。活性炭の吸着量は温度の影響を大きく受け
るため、１点鎖線Ｄの温度での吸着量は実線Ｅのように
なり、温度が下がるほど吸着量は多くなる。従って、細
孔量を少なくした時の吸着量は太線Ｂのようになる。こ
のように、細孔量の減少により活性炭自身の吸着性能が
低下しても、温度の低下による吸着性能向上の効果の方
が大きいため、図５のハッチングしていない細孔表面積
が４２５〜５５０ｍ²／ｃｃの領域では矢印で示した壁
面部分と同じ活性炭を充填した場合よりも高い吸着性能
が得られる。

【００３１】一方、壁面部分には中央部分の活性炭より
も細孔量の多い活性炭を充填する。細孔量を多くすると
吸着量が増加するため、発熱量は増加する。しかし、壁
面部分はキャニスタ外壁３６に囲まれており放熱が容易
であるため、発熱量が増加しても外部への放熱が速やか
に行われ、温度上昇による性能低下はほとんどない。こ
れにより中央部分、壁面部分ともに従来よりも吸着性能
を高くすることができるため、高性能のキャニスタを得
ることができる。なお、図５で示した高い性能が得られ
る領域はキャニスタ中の活性炭の材質、形状等が異なる
と変化する。

【００３２】図６は図１（Ｂ）と同じ位置における本発
明の第５実施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図であ
る。図６の第５実施形態では壁面部分に石炭系活性炭、
中央部分に木質系活性炭が充填されている。それぞれの
活性炭を比較すると石炭系活性炭の細孔の方が細長い細
孔である。細長い細孔の方が燃料蒸気を吸着しやすいた
め、石炭系活性炭の方が燃料蒸気を吸着しやすく、吸着
時の発熱量は大きくなる。このため、石炭系活性炭を充
填した壁面部分は吸着量、発熱量が多くなり、木質系活
性炭を充填した中央部分は吸着量、発熱量は少なくな
る。この結果、第４実施形態のキャニスタと同様の理由
により、中央部分、壁面部分の吸着性能を高くすること
ができ、高性能のキャニスタを得ることができる。

【００３３】図７は図１（Ｂ）と同じ位置における本発
明の第６実施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図であ
る。キャニスタ外壁３６とキャニスタ内の熱交換が効果
的に行われるのはキャニスタ外壁３６から３ｃｍ程度ま
でであることが実験によりわかっている。このため、第
１実施形態ないし第６実施形態において、図７のように
キャニスタ外壁３６から３ｃｍ以内を壁面部分、キャニ
スタ外壁３６から３ｃｍ以上を中央部分とすることが望
ましい。

【００３４】また、中央部分２２と壁面部分２１を仕切
っている仕切り壁２９は金属のように熱伝導率の大きな
材質（例えば金網、パンチングメタル等）であると、中
央部分の熱を早く壁面部分へ伝達できるため、中央部分
の温度低下が早くなり、高い吸着性能を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に関するもので、（Ａ）
はキャニスタ２を含むシステムの全体を示す全体図であ
り、（Ｂ）は（Ａ）図中キャニスタ２の断面Ｉ−Ｉの断
面図である。

【図２】図１（Ｂ）と同じ位置における本発明の第２実
施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図である。

【図３】図１（Ｂ）と同じ位置における本発明の第３実
施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図である。

【図４】図１（Ｂ）と同じ位置における本発明の第４実
施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図である。

【図５】細孔表面積と温度、吸着量との関係を示すグラ
フである。

【図６】図１（Ｂ）と同じ位置における本発明の第５実
施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図である。

【図７】図１（Ｂ）と同じ位置における本発明の第６実
施形態のキャニスタ２のＩ−Ｉ断面図である。

【符号の説明】

２キャニスタ２１壁面部分活性炭層２２中央部分活性炭層２９仕切り壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤直也愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者太田久喜愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者板倉秀明愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者兵道義彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に活性炭を充填し、燃料蒸気を該
活性炭に吸着、脱離させて処理するキャニスタにおい
て、前記燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部分活
性炭層に、前記流路の壁面部分にある壁面部分活性炭層
よりも熱伝導率が大きい、または熱容量が大きい活性炭
を充填したことを特徴とするキャニスタ。
【請求項２】容器内に活性炭を充填し、燃料蒸気を該
活性炭に吸着、脱離させて処理するキャニスタにおい
て、前記燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部分活
性炭層に粒径が小さい活性炭を、前記流路の壁面部分に
ある壁面部分活性炭層に粒径の大きな活性炭を充填した
ことを特徴とするキャニスタ。
【請求項３】容器内に活性炭を充填し、燃料蒸気を該
活性炭に吸着、脱離させて処理するキャニスタにおい
て、前記燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部分活
性炭層に細孔量が少ない活性炭を、前記流路の壁面部分
にある壁面部分活性炭層に細孔量の多い活性炭を充填し
たことを特徴とするキャニスタ。
【請求項４】容器内に活性炭を充填し、燃料蒸気を該
活性炭に吸着、脱離させて処理するキャニスタにおい
て、前記燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部分活
性炭層に木質系の活性炭を、前記流路の壁面部分にある
壁面部分活性炭層に石炭系の活性炭を充填したことを特
徴とするキャニスタ。
【請求項５】容器内に活性炭を充填し、燃料蒸気を該
活性炭に吸着、脱離させて処理するキャニスタにおい
て、前記燃料蒸気の流路の中央部分に設けた中央部分活
性炭層と、前記流路の壁面部分にある壁面部分活性炭層
とに仕切り壁により分離したことを特徴とするキャニス
タ。
【請求項６】前記キャニスタにおいて、前記中央部分
と前記壁面部分を分離する前記仕切り壁にパンチングメ
タル、金網等の金属、または熱伝導率が大きな材質で燃
料蒸気が通過可能な材料を用いたことを特徴とする請求
項５に記載のキャニスタ。