JP2010223162A - キャニスタ用蓄熱器の製造方法及びキャニスタ用蓄熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱材を収容した密閉容器を溶接により封止する際の蓄熱材の発火を防止する。
【解決手段】キャニスタ１０のキャニスタケース１２内に配置される金属製の密閉容器４４と、密閉容器４４内に収容された蓄熱材４５とを備える。密閉容器４４が、上面を開口する浅底状の容器本体４７と、該容器本体４７の上面の開口を塞ぐ蓋体４８とにより構成される。容器本体４７内に蓄熱材４５を収容した状態で、容器本体４７と蓋体４８とを全周に亘って溶接により封止する。密閉容器４４の溶接部４９と蓄熱材４５との間に、溶接による熱が蓄熱材４５に伝わるまでにその熱の温度を蓄熱材４５の発火点以下の温度に低下させる距離を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の内燃機関の燃料系に生じる蒸発燃料を処理するキャニスタに用いられるキャニスタ用蓄熱器の製造方法及びキャニスタ用蓄熱器に関する。

従来のキャニスタ用蓄熱器には、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の蓄熱器は、金属製の密閉容器内に相変化物質からなる蓄熱材が収容されたもので、キャニスタのキャニスタケース内（詳しくは、吸着材層内）に配置される。このような蓄熱器は、吸着材が蒸発燃料を吸着するときの温度上昇を蓄熱材が溶融する際の潜熱により抑制することにより、吸着材による蒸発燃料の吸着性能を向上し、また、吸着材が蒸発燃料を離脱するときの温度低下を蓄熱材が凝固する際の潜熱による抑制することにより、吸着材による蒸発燃料の離脱性能を向上する。

特開２００６−２３３９６２号（段落［００７６］、図１５参照）

前記特許文献１の蓄熱器では、密閉容器の側壁に開けた小孔状の開口部から蓄熱材を注入した後、開口部を栓で封止している。このため、別部材としての栓が必要であるため、コストアップを余儀なくされる。そこで、密閉容器を溶接により封止することにより、栓部材を省略することが考えられる。しかし、不用意に溶接を行うと、溶接時の熱により蓄熱材の発火を招くおそれがあった。
本発明が解決しようとする課題は、蓄熱材を収容した密閉容器を溶接により封止する際の蓄熱材の発火を防止することのできるキャニスタ用蓄熱器の製造方法及びキャニスタ用蓄熱器を提供することにある。

前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とするキャニスタ用蓄熱器の製造方法及びキャニスタ用蓄熱器により解決することができる。
すなわち、請求項１に記載されたキャニスタ用蓄熱器の製造方法によると、密閉容器内に蓄熱材を収容した後、密閉容器を溶接により封止する際、密閉容器の溶接部と蓄熱材との間に、溶接による熱が蓄熱材に伝わるまでにその熱の温度を蓄熱材の発火点以下の温度に低下させる距離を設定するようにしている。したがって、密閉容器の封止に係る溶接による熱の温度が蓄熱材にその発火点以上の温度で伝熱されない。このため、蓄熱材を収容した密閉容器を溶接により封止する際の蓄熱材の発火を防止することができる。なお、溶接には、レーザ溶接、ろう付け等の溶接方法を適用することができる。

また、請求項２に記載されたキャニスタ用蓄熱器の製造方法によると、密閉容器が、上面を開口する容器本体と、該容器本体の上面の開口を塞ぐ蓋体とにより構成され、容器本体内に蓄熱材を収容した状態で、容器本体と蓋体とを全周に亘って溶接により封止する。したがって、浅底状の容器本体内を水平状においた状態で、容器本体内に蓄熱材を容易に入れることができる。これとともに、蓄熱材を収容した容器本体を水平状においた状態のままで、容器本体と蓋体とを全周に亘って溶接により封止することにより、密閉容器の完成とともにキャニスタ用蓄熱器を完成することができる。

また、請求項３に記載されたキャニスタ用蓄熱器によると、請求項１又は２に記載のキャニスタ用蓄熱器の製造方法により製造されたキャニスタ用蓄熱器を提供することができる。

一実施例にかかるキャニスタを示す平断面図である。 蓄熱器を一部破断して示す平面図である。 図２のIII−III線矢視断面図である。 蓄熱器の製造工程を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。説明の都合上、車両に搭載されるキャニスタの概要を説明した後で、キャニスタ用蓄熱器、その製造方法の順で説明する。なお、図１はキャニスタを示す平断面図である。また、図１を基準としてキャニスタの左右を定め、図１における上側を前側、同じく下側を後側と定める。
図１に示すように、キャニスタ１０は、樹脂製のキャニスタケース１２を備えている。キャニスタケース１２は、後端面（図１において下面）を開口する有底角筒状のケース本体１３と、ケース本体１３の後端面の開口を閉鎖するカバープレート１４とにより構成されている。ケース本体１３は、角筒状の周壁部１５と、その周壁部１５の前端面（図１における上端面）を閉鎖する端壁部１６とを有している。

前記ケース本体１３内は、前記端壁部１６から後方（図１において下方）に延びる隔壁１８により左側の吸着材室（以下、「第１の吸着材室」という）１９と右側の吸着材室（以下、「第２の吸着材室」という）２０とに区画されている。また、第１の吸着材室１９内の前端部（図１において上端部）は、端壁部１６に突出された仕切壁２１により左右の分室に区画されている。また、端壁部１６の前側（図１において上側）には、左側から右側へ並ぶタンクポート２３、パージポート２４、大気ポート２５が形成されている。タンクポート２３は、第１の吸着材室１９の左側の分室内外を連通している。また、パージポート２４は、第１の吸着材室１９の右側の分室内外を連通している。また、大気ポート２５は、第２の吸着材室２０の内外を連通している。また、第１の吸着材室１９の各分室、及び、第２の吸着材室２０の前壁面には、各ポートの室内側の開口面を閉塞するシート状のフィルタ２７がそれぞれ面接触状に設けられている。

前記ケース本体１３の両吸着材室１９，２０内には、蒸発燃料を吸着・脱離可能な吸着材３０がそれぞれ層状に充填されている。吸着材３０には、例えば粒状の活性炭が用いられている。また、前記第２の吸着材室２０内にはバッファプレート３２が配置されている。バッファプレート３２は、通気性を有しており、第２の吸着材室２０内を前後の分室に仕切っている。バッファプレート３２の後面には、シート状のフィルタ３３が面接触状に設けられている。また、両吸着材室１９，２０の開口端部内には、通気性を有する押圧プレート３４がそれぞれ前後方向（図１において上下方向）へ移動可能に嵌合されている。各押圧プレート３４と前記カバープレート１４との間には、コイルスプリングからなる押圧スプリング３５がそれぞれ介在されている。各押圧スプリング３５は、当該押圧プレート３４を前方（図１において上方）へ弾性的に付勢している。各押圧プレート３４の前面には、シート状のフィルタ３６がそれぞれ面接触状に設けられている。なお、各フィルタ２７，３３，３６は、例えばポリエステル繊維とレーヨン繊維との混合繊維からなる不織布によりそれぞれ形成されており、いずれも通気性を有している。

前記カバープレート１４と前記各押圧プレート３４（詳しくは、フィルタ３６）との間は、カバープレート１４と隔壁１８との間の隙間３８ａを介して両吸着材室１９，２０を連通する連通路３８となっている。したがって、キャニスタケース１２内には、両吸着材室１９，２０と連通路３８とにより、蒸発燃料ガスが流れるＵターンフロー型の通路が形成されている。なお、第２の吸着材室２０の通路断面積は、第１の吸着材室１９の通路断面積の約半分程度に設定されている。また、キャニスタケース１２の各吸着材室１９，２０内に配置されたキャニスタ用蓄熱器４１，４２については後で説明する。

前記キャニスタ１０において、キャニスタケース１２のタンクポート２３は燃料タンク（図示省略）に接続され、また、パージポート２４はエンジンのインテークマニホルド（図示省略）に接続され、また、大気ポート２５は大気に連通される。そして、エンジンの停止時、停車時等に燃料タンクから発生する蒸発燃料ガスは、タンクポート２３から第１の吸着材室１９内に導入され、その吸着材室１９内の吸着材３０に蒸発燃料（ＨＣ）が吸着される。そして、第１の吸着材室１９内の吸着材３０で吸着しきれなかった蒸発燃料は、連通路３８を介して第２の吸着材室２０に導入され、その吸着材室２０内の吸着材３０に吸着される。各吸着材室１９，２０内の吸着材３０によって蒸発燃料が吸着された後の空気は、大気ポート２５から大気に放出される。なお、第２の吸着材室２０内において、後側の分室に導入された蒸発燃料ガスは、バッファプレート３２を通して前側の分室に導入される。また、吸着材３０は、蒸発燃料を吸着する際に温度が上昇することにより、蒸発燃料の吸着効率が低下する。

また、エンジンの運転時には、エンジンの吸気通路すなわちインテークマニホルド内に発生する負圧が、パージポート２４から第１の吸着材室１９、連通路３８、第２の吸着材室２０に作用する。これにより、大気中の空気が、大気ポート２５から第２の吸着材室２０内に導入され、第２の吸着材室２０、連通路３８、第１の吸着材室１９を通り抜ける。これにより、各吸着材室２０，１９内の吸着材３０に吸着されていた蒸発燃料が空気と共に、パージポート２４からインテークマニホルド内にパージされ、エンジン内において燃焼に利用される。このようなパージによって、各吸着材室１９，２０内の吸着材３０の吸着能力が再生される。なお、第２の吸着材室２０内において、前側の分室に導入された空気は、バッファプレート３２を通して後側の分室に導入される。また、吸着材３０は、蒸発燃料を離脱する際に温度が低下することにより、蒸発燃料の離脱効率が低下する。

前記キャニスタ１０の各吸着材室１９，２０内に配置されたキャニスタ用蓄熱器４１，４２について説明する。
図１に示すように、前記第１の吸着材室１９内には、扁平な四角形箱状に形成された第１のキャニスタ用蓄熱器（以下、「第１の蓄熱器」という）４１が水平状態で配置されている。第１の蓄熱器４１の上下両側（図１において紙面表裏両側）は、第１の吸着材室１９内の吸着材３０の層内に埋設されている。なお、図１では１個の第１の蓄熱器４１が示されているが、複数個の第１の蓄熱器４１が相互（上下方向）に所定距離を隔てた状態で多層状に配置されることもある。

また、前記第２の吸着材室２０（詳しくは、後側（図１において下側）の分室）内には、扁平な矩形状に形成された第２のキャニスタ用蓄熱器（以下、「第２の蓄熱器」という）４２が水平状態で配置されている。第２の蓄熱器４２の上下両側（図１において紙面表裏両側）は、第２の吸着材室２０の後側の分室内に充填される吸着材３０の層内に埋設されている。なお、図１では１個の第２の蓄熱器４２が示されているが、複数個の第２の蓄熱器４２が相互（上下方向）に所定距離を隔てた状態で多層状に配置されることもある。なお、両蓄熱器４１，４２は、実質的に同一構成をなすものであるから、第１の蓄熱器４１について説明し、第２の蓄熱器４２についての説明は省略する。なお、図２は蓄熱器を一部破断して示す平面図、図３は図２のIII−III線矢視断面図である。

図２及び図３に示すように、前記第１の蓄熱器４１は、金属製の密閉容器４４と、その密閉容器４４内に収容された蓄熱材４５とを備えてなる。蓄熱材４５は、凝固あるいは溶融する際の潜熱を利用して前記吸着材３０（図１参照）の温度変化を抑制する相変化物質からなる。本実施例では、蓄熱材４５として、例えば、融点が１８℃で９５％以上のノルマルヘキサデカン（Ｃ₁₆Ｈ₃₄）が使用されている。このため、蓄熱材４５が溶融する際に、蒸発燃料を吸着する際の吸着材３０の熱を奪うことで、吸着材３０の温度上昇を抑制する。逆に、吸着材３０の温度が１８℃以下になるときは、蒸発燃料を離脱する際の蓄熱材４５が凝固する際に熱を放出することで、吸着材３０の温度低下を抑制する。

図３に示すように、前記密閉容器４４は、上面を開口する浅底状の容器本体４７と、該容器本体４７の上面の開口を塞ぐ平板状の蓋体４８とにより構成されている。容器本体４７は、例えば、ステンレス製の板材をプレス成形することにより、長四角形状の皿状に形成されている。容器本体４７は、四角形状の底板部４７ａと、底板部４７ａの外周部から上方へ向かって緩やかに拡がる四角形枠状の側板部４７ｂと、側板部４７ｂの上端部から全周に亘って外側方へ張り出すフランジ部４７ｃとを有している。また、底板部４７ａと側板部４７ｂとは、Ｒ状の底側の円弧状部４７ｄによってなだらかに連続されている。また、側板部４７ｂとフランジ部４７ｃとは、Ｒ状のフランジ側の円弧状部４７ｅによってなだらかに連続されている。

前記蓋体４８は、例えば、ステンレス製の板材をプレス成形することにより、長四角形板状に形成されている。蓋体４８は、前記容器本体４７のフランジ部４７ｃを含む上面に整合する外形で形成されている。蓋体４８において、容器本体４７のフランジ部４７ｃに面接触状に重なり合う外周部分をフランジ部４８ａ、フランジ部４８ａ以外の部分を蓋板部４８ｂという。蓋体４８は、蓄熱材４５が収容された容器本体４７上に載置した状態で、フランジ部４７ｃ，４８ａの重ね合わせ部が全周に亘ってレーザ溶接により封止されることにより、容器本体４７の上面の開口を閉鎖している。なお、レーザ溶接による溶接部に符号、４９を付す（図１及び図２中、二点鎖線４９参照）。また、密閉容器４４内には、気相部が残る状態で蓄熱材４５が収容されているものとする（図３参照）。また、容器本体４７の底板部４７ａ、蓋体４８の蓋板部４８ｂに相当する部分は、前後方向（図２において上下方向）に延びる断面波形状に形成されている（図４参照）。

図１に示すように、前記第１の蓄熱器４１は、前記第１の吸着材室１９内に水平状態で配置されている。詳しくは、前記第１の吸着材室１９の左右両側壁すなわちケース本体１３の周壁部１５の左側壁部と隔壁１８との対向壁面に前後方向（図１において上下方向）に延びる直線状の条溝５１が形成されており、その両条溝５１に前記密閉容器４４の両フランジ部４７ｃ，４８ａの左右両側部をスライドさせるように差し込むことによって、該吸着材室１９内に水平状態に支持されている。
また、前記第２の蓄熱器４２は、前記第２の吸着材室２０内に水平状態で配置されている。詳しくは、前記バッファプレート３２に第２の吸着材室２０（詳しくは、後側（図１において後側）の分室）内に嵌合する筒状部５３が形成されており、その筒状部５３の左右両側壁の対向壁面に前後方向（図１において上下方向）に延びる直線状の条溝５４が形成されており、その両条溝５４に前記密閉容器４４の両フランジ部４７ｃ，４８ａの左右両側部をスライドさせるように差し込むことによって、該吸着材室２０（詳しくは、後側の分室）内に水平状態に支持されている。

前記キャニスタ１０の各吸着材室１９，２０内に配置された蓄熱器４１，４２によると、吸着材３０が蒸発燃料を吸着する際の温度上昇により、蓄熱材４５の融点１８℃を超えるときには、蓄熱材４５が溶融する際に吸着材３０の熱を奪うことにより、吸着材３０の温度上昇を抑制することができる。このため、吸着材３０による蒸発燃料の吸着効率の低下を抑制することができる。
また、吸着材３０が蒸発燃料を離脱する際の温度低下により、蓄熱材４５の融点１８℃以下になるときには、蓄熱材４５が凝固する際に熱を放出することにより、吸着材３０の温度低下を抑制することができる。このため、吸着材３０による蒸発燃料の離脱効率の低下を抑制することができる。

次に、前記蓄熱器４１の製造方法について説明する。図４は蓄熱器の製造工程を示す説明図である。なお、図４における図（Ａ）は工程１、図（Ｂ）は工程２、図（Ｃ）は工程３、図（４）は工程４をそれぞれ示している。
［工程１］
ステンレス製の板材をプレス成形することにより、容器本体４７、蓋体４８を成形する（図４（Ａ）参照）。
［工程２］
次に、水平状態においた容器本体４７内に蓄熱材４５を注入して収容する（図４（Ｂ）参照）。
［工程３］
次に、水平状態においた容器本体４７上に蓋体４８を載置し、容器本体４７の上面の開口を閉鎖する。（図４（Ｃ）参照）。
［工程４］
次に、容器本体４７を水平状態においたまま、容器本体４７のフランジ部４７ｃと蓋体４８のフランジ部４８ａとの重ね合わせ部を全周に亘ってレーザ溶接により封止する（図４（Ｄ）参照）。
このようにして、密閉容器４４の完成とともに蓄熱器４１が完成する。

しかしながら、前記工程４（図４（Ｄ）参照）において、蓄熱材４５を収容した密閉容器４４に蓋体４８をレーザ溶接することにより封止する際、溶接部４９と蓄熱材４５との間に、レーザ溶接による熱が蓄熱材４５に伝わるまでにその熱の温度を蓄熱材４５の発火点以下の温度に低下させるための距離すなわち距離Ｌ（図３参照）が設定されている。なお、本実施例において、距離Ｌは、図３に示すように、密閉容器４４の側断面において、溶接部４９の中心（レーザ中心）から蓄熱材４５の液面４５ａまでの水平方向の距離Ｌとしている。

具体的には、本実施例の蓄熱材４５の発火点は２０３℃である。また、容器本体４７及び蓋体４８には、０．６ｍｍの板厚で、融点が１４００℃のステンレス製の板材が用いられる。また、レーザ溶接に係るレーザの出力は９８０（Ｗ）で、全周の溶接に係るレーザの照射時間は１０（ｓ）である。また、レーザ溶接に係るスポット径は０．１９ｍｍである。また、レーザ溶接に係る溶接部４９の全長（溶接長）は５３０ｍｍである。また、レーザ溶接により発生する熱が蓄熱材４５の液面４５ａに伝わるまでにその熱の温度が蓄熱材４５の発火点（２０３℃）以下に低下させるに十分な距離Ｌ（本実施例では４ｍｍ）が設定されている。したがって、密閉容器４４の溶接部４９のレーザ溶接による熱の温度が蓄熱材４５にその発火点以上の温度で伝熱されない。このため、蓄熱材４５を収容した密閉容器４４を溶接により封止する際の蓄熱材４５の発火を防止することができる。なお、溶接部４９のレーザ溶接による熱（レーザ溶接により発生する熱）としては、溶接部４９の温度上昇に必要な熱量、溶接部４９を融解させるのに必要な熱量、溶接部４９の周辺の空気の温度上昇に必要な熱量、レーザにより溶接部４９に与えられる熱量を考慮するものとし、熱量計算から距離Ｌを算出することができる。また、実際に熱量計算、及び、各種実験を行った結果、距離Ｌは４ｍｍ以上とするとよいことが確認された。なお、距離Ｌが４ｍｍ以下では、レーザ溶接により発生する熱が蓄熱材４５の液面４５ａに伝わるまでにその熱の温度が蓄熱材４５の発火点（２０３℃）以下に低下されず、その熱で蓄熱材４５が発火することになる。

前記した蓄熱器４１の製造方法及びその製造方法により製造された蓄熱器４１によると、密閉容器４４内に蓄熱材４５を収容した後、密閉容器４４を溶接により封止する際、密閉容器４４の溶接部４９と蓄熱材４５との間に、溶接による熱が蓄熱材４５に伝わるまでにその熱の温度を蓄熱材４５の発火点以下の温度に低下させる距離Ｌを設定するようにしている。したがって、密閉容器４４の封止に係る溶接による熱の温度が蓄熱材４５にその発火点以上の温度で伝熱されない。このため、蓄熱材４５を収容した密閉容器４４を溶接により封止する際の蓄熱材４５の発火を防止することができる。

また、密閉容器４４が、上面を開口する浅底状の容器本体４７と、容器本体４７の上面の開口を塞ぐ蓋体４８とにより構成され、容器本体４７内に蓄熱材４５を収容した状態で、容器本体４７と蓋体４８とを全周に亘って溶接により封止するようにしている。したがって、浅底状の容器本体４７内を水平状においた状態で、該容器本体４７内に蓄熱材４５を容易に入れることができるとともに、また、容器本体４７を水平状に置いた状態のままで、該容器本体４７と蓋体４８とを全周に亘って溶接により封止することにより、密閉容器４４の完成とともに蓄熱器４１を完成することができる。

本発明は上記した実施例に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ける変更が可能である。例えば、密閉容器４４の容器本体４７及び／又は蓋体４８は、ステンレス製に限らず、鉄製、銅製、アルミニウム製等の金属製でもよい。また、蓄熱材４５としては、融点が１８℃で９５％以上のノルマルヘキサデカン（Ｃ₁₆Ｈ₃₄）の他、例えば融点が２２℃のヘプタデカン（Ｃ₁₇Ｈ₃₆）を使用することもできる。また、前記実施例では、距離Ｌを、密閉容器４４の側断面において溶接部４９の中心（レーザ中心）から蓄熱材４５の液面４５ａまでの水平方向の距離Ｌとしたが、容器本体４７の側断面において溶接部４９の中心（レーザ中心）から蓄熱材４５の液面４５ａまでの実距離（実際の距離）としてもよい。また、前記実施例では、密閉容器４４の完成とともに蓄熱器４１を完成するものを例示したが、密閉容器４４は、前記実施例に限られるものではない。例えば、蓄熱材４５を注入する注入口を設けた密閉容器４４とし、密閉容器４４に蓄熱材４５を注入した後、注入口を溶接により封止するものでもよい。また、前記実施例では、蓄熱材４５を収容した容器本体４７を水平状態においたまま、容器本体４７のフランジ部４７ｃと蓋体４８のフランジ部４８ａとを全周に亘ってレーザ溶接により封止したが、蓄熱材４５を収容する前に、容器本体４７のフランジ部４７ｃと蓋体４８のフランジ部４８ａとを全周のうちの一部を未封止部分として残りの部分を溶接により封止しておき、未封止部分の両フランジ部４７ｃ，４８ａの間から容器本体４７内に蓄熱材４５を注入して収容した後で未封止部分を溶接により封止することもできる。この場合、蓄熱材４５を収容した密閉容器４４を水平状態においたままで未封止部分を溶接により封止することができる他、未封止部分を上向きとするように容器部分を傾けたり、縦向きにしたりした状態で未封止部分を溶接により封止することもできる。

１０…キャニスタ
１２…キャニスタケース
４１，４２…蓄熱器
４４…密閉容器
４５…蓄熱材
４７…容器本体
４８…蓋体
４９…溶接部

Claims (3)

1. キャニスタのキャニスタケース内に配置される金属製の密閉容器と、前記密閉容器内に収容された蓄熱材とを備えるキャニスタ用蓄熱器の製造方法であって、
   前記密閉容器内に前記蓄熱材を収容した後、該密閉容器を溶接により封止する際、密閉容器の溶接部と蓄熱材との間に、溶接による熱が蓄熱材に伝わるまでにその熱の温度を蓄熱材の発火点以下の温度に低下させる距離を設定するようにしたことを特徴とするキャニスタ用蓄熱器の製造方法。
2. 請求項１に記載のキャニスタ用蓄熱器の製造方法であって、
   前記密閉容器が、上面を開口する浅底状の容器本体と、該容器本体の上面の開口を塞ぐ蓋体とにより構成され、
   前記容器本体内に前記蓄熱材を収容した状態で、前記容器本体と前記蓋体とを全周に亘って溶接により封止する
   ことを特徴とするキャニスタ用蓄熱器の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のキャニスタ用蓄熱器の製造方法により製造されたことを特徴とするキャニスタ用蓄熱器。
   

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