JP2022544141A - 空気取り入れ用の吸着デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2019年8月8日に出願された、米国仮特許出願第62/884,458号の優先権を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明の吸着材料シートは、限定されるものではないが、活性化炭素、カーボンナノチューブ、またはグラフェンなどの炭素系材料を含む、上述の吸着材料のうちのいくつかを含み得る。炭素性材料ではない他の吸着材料としては、天然および合成ゼオライト、シリカ、シリカゲル、アルミナ、ジルコニア、および珪藻土が含まれる。特定の実施形態では、吸着材料シートは、活性化炭素を含む。吸着剤は、単独でまたは組み合わせて使用されてもよい。
特定の実施形態では、吸着材料シート(カルゴンカーボンのCALFLEXなど)は、上述のように生成され、吸着材料シート製品を形成するために、積層されるか、またはそうでなければ裏打ちシートに付着される。裏打ちシートは、限定されず、車両の空気取り入れシステムの様々な構成要素に固定される吸着材料シート製品全体を可能にする一方で、吸着材料シートを支持することができる任意のポリマー材料であり得る。
様々な実施形態で上述したような吸着材料シート製品は、一部の実施形態では、空気取り入れ部の一部である。本明細書で使用される場合、用語「空気取り入れ部」は、それを通して空気または他の酸化剤がエンジンの燃焼チャンバに入る前に通過するすべての構造を意味する。エンジンの選択は、特に限定されず、任意の既知の液体燃料を使用して動作する内燃機関、または任意の既知の液体燃料を使用して動作する外部燃焼エンジンを含む。一部の実施形態では、エンジンは、自動車、トラック、オートバイ、ボート、船、ヘリコプター、航空機、芝生、小型変位デバイス、ATV、スノーモービル、スノーブロア、その他の芝生装置、および他の小型モータデバイス内にある、ガソリンエンジンである。他の実施形態では、エンジンは、車両、トラック、オートバイ、ボート、船、ヘリコプター、または航空機内にあるディーゼルエンジンである。さらに他の実施形態では、エンジンは、車両、トラック、オートバイ、ボート、船、ヘリコプター、または航空機内にあるガスタービンエンジンである。エンジンは、ガソリン、ディーゼル、エタノール、ケロシン、天然ガス(メタン)、プロパン、ブタン、ジェット燃料、ジェットA、ジェットA-1、メタノール、植物油、バイオ燃料、バイオディーゼル、バイオガス、ブタノール、およびそれらの組み合わせを含む、任意の燃料または燃料の組み合わせで動作してもよい。
追加の実施形態がまた企図される。1つの実施形態では、吸着材料シート製品の形態は、吸着材料シートを含む圧延されたシートである。別の実施形態では、吸着材料シート製品の形態は、吸着材料シートの細断ストリップを含む細断シートである。別の実施形態では、吸着材料シート製品の形態は、様々な形状の吸着材料シートの切断シートである。シートが細断または切断される場合、シートのxおよびy寸法は、シートの厚さよりも大きい。
本発明は、センサ、例えば、燃料組成センサを含んでもよい。燃料組成センサを用いて、ハウジングまたは空気取り入れ部および吸着材料内に含まれるガソリンおよびエタノールまたは他の燃料の混合物を検出することができ、この情報は、ECUに伝達され、後でエンジンに放出される蒸気はエンジンの燃焼中により正確に使用され得る。他のセンサには、温度センサ、蒸気圧センサ、酸素センサ等が含まれる。センサは、ECUに必要な情報の種類に応じて、電気化学的相互作用、熱電対のような電子的、電気機械的、屈折率、赤外線分光法などの原理に基づいて動作することができる。センサを、単独で、もしくは組み合わせてハウジングまたは空気取り入れ部内に含めることができ、またはハウジングが指定されていない場合は、吸着材料シートを含むエリア内に含めることができる。センサを、シートから切り取られた穴もしくは切り欠きに、またはセンサの周りにシートがラップされるもしくは折り畳まれて、シート間のスペースに、含めることができる。
先行技術製品試験に対する炭化水素吸着の利点を実証するために、ブタンを用いて以下のように実施した。
試験セットアップ:
●気密ボックスには、注入ポート、およびブタン検出センサ用のポートが入っている
●試験中、センサはボックスの中に残り、試験開始前にゼロ化される
●1.25mlのブタンを、シリンジを使用してボックスに注入する
●1000ppmレベルが検出されたら、試料をボックスに入れる
●試験試料がボックスに入ったら、タイマーが起動する
●測定は、最初の30分間は5分間隔で、その後は試験終了まで(120分、またはブタンの0PPmが読み取られるまで)10分ごとに行われる。
試験セットアップを図5に示す。
ブタン活性(BA)は、試験方法の条件下で、炭素がブタンで飽和されたときに、活性化炭素試料によって吸収されたブタンの質量の比率(%)として定義される。BA試験は、CCI4番号試験の代わりに、非オゾン枯渇性の代用として使用され得る。BAをCCI4番号に変換する必要がある場合には、2つの試験を相関する要素が提供される。 ブタン作業能力(BWC)は、飽和で吸着されたブタンと、指定されたパージ後の単位体積当たりの炭素に保持されたブタンとの間の差として定義される。この方法は、ASTM D5742およびASTM D5228に従ってモデル化される。
試験セットアップ:
●3.5インチ×2.5インチのダイカッティングツールを使用して、HCAから試料をカットする必要がある。部品から切断された材料のストリップは、オーブン対応トレイに配置される。次いで、105℃で一晩オーブン乾燥した。
●空の乾燥試料管を0.01グラム単位で量り、風袋重量を記録する
●切断されたカーボンストリップ試料でカラムを充填する
●充填された試料管を0.01グラム単位で再計量する、炭素および試料管の重量を記録する
●ブタン吸着装置を較正する。水浴を、25±0.2℃の温度を維持するようにセットする。250±5mL/分で炭素床を通過するようにブタンの流れを調節する。試料が測定されているときに定期的にフローを確認する
●充填された試料管を定温浴に入れ、ブタン送達ラインを管に接続し、ブタンダウンフローをカーボン床に少なくとも20分間、または飽和が達成されるまで通過させる
・床を破損させることなく、試料管を慎重に装置から取り出し、拭いて乾かし、0.01グラム単位で計量する
●管の計量後、試料の入った管を定温水浴に戻して、空気送達ラインを管に接続する。炭素床を通る空気のダウンフローを提供するように装置を設定する
●回転計は、300±5mL/分の速度で40分間±20秒間、乾燥空気で試料をパージするように調整される。パージサイクル中、重量をチェックし、10分ごとに0.01g単位で記録する。
●.パージ時間後、空気を抜き、管を外し、ストッパーを取り付け、試料管を水浴から取り出し、乾燥させる
●管を0.01g単位で計量して、質量を記録する
この試験では
ブタン吸着サイクルの試験セットアップ:
●分析バランスを使用して試料の予オーブン乾燥質量を記録し、105℃で少なくとも3時間または一晩オーブン乾燥する
●試験用の空気取り入れボックスを選択し、試験ステーションでセットアップする
●ブタンをオンにし、流量計を使用して、流量を毎分0.442リットル(L/分)に設定する
●流量が設定されたら、ブタンホースラインをボックスに取り付ける
●ボックスの中にポケットバランスを入れ、ボックスの中にスタンドオフを置き、ボックスへのドアを開けたままにする
●オーブンから試料を取り出し、分析バランスを使用して質量を記録する
●ボックスの中にあるスタンドオフの上のボックス内部に試料を入れる
●ドアを閉め、しっかり閉じ込める
●90分間試験を実施する
●試験終了時、ボックスから試料を取り出す前に、その質量が記録されているジップロックポリ袋が準備されていることを確認する
●90分経過したら、ボックスから試料を取り出し、すぐに袋詰めする
●バッグ内部の試料の質量を記録する。バッグ質量を総質量から減算して、試験後の最終質量を記録する
空気パージサイクルの試験セットアップ:
●ブタンラインをボックスから前のブタン吸着サイクルから切り離す
●エアバルブの電源を入れる
●空気流量を23.70L/分に設定する
●空気ラインをボックスに接続し、別の空気ラインを使用して、任意の残留ブタンのボックスから流出させる
●ブタン検出センサを使用して、追加の空気ラインを取り外す前に、ブタンが残留していないかどうかを決定する
●流量を設定し、ブタンを装填した試料をポリ袋から取り出し、ボックスのスタンドオフの上に置く
●ボックスのドアを閉め、しっかり閉じる。
●最初の30分間は、ボックスから試料を取り出し、5分ごとに分析バランスに置く。最初の30分後、合計120分の試験時間が達成されるまで10分ごとに質量記録を繰り返す
●最後の質量の記録は、試験後の最終的な質量としての役目を果たすことになる
●試験完了時に、追加の試験を準備していない場合、バランスをオフにし、ガス流(ブタンおよび空気)を遮断する
3つの実験例群をブタン蒸気で飽和させ、次いでパージして、吸着材料シートの全体的なブタン作業能力、異なるサイズのエッジシールが吸着剤の全体的なブタン作業能力に与える影響、および従来から使用されている先行技術の炭素紙シートと比較における、吸着材料シートの相対的性能を決定した。試験は、上記の実施例3に従って実施された。試験の結果を以下の表1および図9に示し、表1では、各行に「試料」とラベルが付けられているのは、実際に複数の試験実行の平均値であり、各個々の試料の実際の曲線を図9に示す。試験の各々において、全体的な吸着材料シート製品は、同じサイズであったが、エッジシールの深さは変化した。エッジシールは、吸着材料シート製品の全外周にあった。試料CCC_RD_0070は、より大きな全体シートサイズを有し、したがって、CCC_RD_0068およびCCC_RD_0069よりも高い平均ブタン吸着結果を有する。試料CCC_RD_0068およびCCC_RD_0069を、空気取り入れ蒸発吸着用途で一般的に使用されるのと同じサイズの市販の炭素紙と比較した。3つの本発明の試料の吸着材料シート製品は、89重量%の量のRB粉末状活性化炭素と、不織布ポリプロピレン繊維を有するPTFE結合剤の11重量%の総量との混合物から形成された。
Claims (20)
- 蒸気吸着空気取り入れ部であって、
内部壁表面を画定する空気取り入れ部と、
吸着材料シートおよび少なくとも1つの多孔質カバー層を含む、吸着材料シート製品と、を含み、
前記吸着材料シート製品が、蒸気との相互作用のために、前記内部壁表面に沿って、その近傍に位置し、および位置付けられている、蒸気吸着空気取り入れ部。 - 前記吸着材料が、炭素性材料を含む、請求項1に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記炭素性材料が、活性化炭素、再活性化炭素、カーボンナノチューブ、グラフェン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項2に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記炭素性材料が、活性化炭素または再活性化炭素である、請求項3に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 吸着材料シートが、吸着材料および結合剤を含み、前記結合剤が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFEまたはTEFLON)、ポリフッ化ビニリデン(PVF2またはPVDF)、エチレン-プロピレン-ジエン(EPDM)ゴム、ポリエチレン酸化物(PEO)、UV硬化性アクリレート、UV硬化性メタクリレート、熱硬化性ジビニルエーテル、ポリブチレンテレフタレート、アセタールもしくはポリオキシメチレン樹脂、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー(FFKM)および/もしくはテトラフルオロエチレン/プロピレンゴム(FEPM)、アラミドポリマー、パラアラミドポリマー、メタアラミドポリマー、ポリトリメチレンテレフタレート、エチレンアクリルエラストマー、ポリイミド、ポリアミド-イミド、ポリウレタン、低密度および高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、二軸延伸ポリプロピレン(BoPP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(BoPET)、ポリクロロプレン、またはそれらのコポリマーもしくは組み合わせを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記少なくとも1つの多孔質カバー層の各々が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFEまたはTEFLON)、ポリフッ化ビニリデン(PVF2またはPVDF)、エチレン-プロピレン-ジエン(EPDM)ゴム、ポリエチレン酸化物(PEO)、UV硬化性アクリレート、UV硬化性メタクリレート、熱硬化性ジビニルエーテル、ポリブチレンテレフタレート、アセタールもしくはポリオキシメチレン樹脂、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー(FFKM)および/もしくはテトラフルオロエチレン/プロピレンゴム(FEPM)、アラミドポリマー、パラアラミドポリマー、メタアラミドポリマー、ポリトリメチレンテレフタレート、エチレンアクリルエラストマー、ポリイミド、ポリアミド-イミド、ポリウレタン、低密度および高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、二軸延伸ポリプロピレン(BoPP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(BoPET)、ポリクロロプレン、またはそれらのコポリマーもしくは組み合わせを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記多孔質カバー層が、不織布繊維の形態である、請求項5に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記蒸気吸着空気取り入れ部が、エアフィルターボックスもしくはエアフィルターハウジング、空気取り入れ管、マス空気流センサ、スロットル本体、空気取り入れマニホールド、個々のシリンダもしくは燃焼チャンバに接続された空気取り入れランナー、または複数のシリンダもしくは燃焼チャンバに接続された空気取り入れランナーのうちの少なくとも1つである、請求項1~7のいずれか一項に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記吸着材料シートが、前記吸着材料シートの外周のうちの1つ以上に配置されるか、または前記空気取り入れ部の前記内部壁表面に対する前記吸着材料シートの取り付け部の近位にある、エッジシールを有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記エッジシールが、約1mm~約10mmのエッジシール幅を有する、請求項9に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記エッジシールが、約2.5mm~約5mmのエッジシール幅を有する、請求項10に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 前記エッジシールが、前記1つ以上の多孔質カバー層の1つ以上の部分上に、赤外線放射、超音波振動、もしくは加熱されたツールとの接触による局所的加熱、紫外線放射もしくは酸化もしくはフリーラジカル化合物による局所的硬化もしくは局所的架橋、接着剤もしくは結合剤の局所的適用、またはステッチ、折り目、ステープル、もしくはクランプのうちの少なくとも1つによる機械的締結のうちの少なくとも1つによって形成される、請求項9に記載の蒸気吸着空気取り入れ部。
- 吸着材料シート製品であって、
少なくとも1つの吸着材料シート、および前記少なくとも1つの吸着材料シート上に配置された少なくとも1つの多孔質カバー層を含み、前記吸着材料シート製品が、前記吸着材料シートの外周のうちの1つ以上に配置されるか、または蒸気吸着空気取り入れ部の内部壁表面への前記吸着材料シートの取り付けのための取り付け部の近位にある、エッジシールを有する、吸着材料シート製品。 - 前記エッジシールが、約1mm~約10mmのエッジシール幅を有する、請求項13に記載の吸着材料シート製品。
- 前記エッジシールが、約2.5mm~約5mmのエッジシール幅を有する、請求項13に記載の吸着材料シート製品。
- 吸着材料シート製品を作製する方法であって、前記方法が、
結合剤および吸着材料を混合することと、
前記結合剤と前記吸着材料の混合物から少なくとも1つの吸着材料シートを形成することと、
蒸気吸着空気取り入れ部の内部壁表面に前記吸着材料シートを取り付けるための取り付け部を、前記吸着材料シート上に提供することと、
前記少なくとも1つの吸着材料シート上に多孔質カバー層を提供することと、
前記吸着材料シート製品の外周のうちの1つ以上に配置されるか、または蒸気吸着空気取り入れ部の前記内部壁表面への前記吸着材料シートの取り付けのための取り付け部の近位にある、エッジシールを形成することと、を含む、方法。 - 前記エッジシールが、赤外線放射、超音波振動、または加熱されたツールとの接触による局所的加熱、紫外線放射または酸化もしくはフリーラジカル化合物による局所的硬化または局所的架橋、接着剤、結合剤、粘着剤、またはプライマーの局所的適用、ステッチ、折り目、ステープル、またはクランプのうちの少なくとも1つによる機械的締結、および前述の工程のうちの2つ以上の組み合わせによって形成される、請求項16に記載の方法。
- 蒸気吸着空気取り入れ部内の蒸気を捕捉する方法であって、前記方法が、
内部壁表面に沿って位置し、および位置付けられる、吸着材料シートおよび少なくとも1つの多孔質カバー層を含む、内部壁表面および吸着材料シート製品を画定する、空気取り入れ部を提供することと、
前記吸着材料シート製品と接触し、それによって、前記吸着材料シート製品によって吸着される蒸気を許容することと、を含む、方法。 - 前記吸着材料シート製品をパージガスと接触させることによって、前記吸着材料シート製品によって以前に吸着された前記蒸気を脱着させることをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 蒸気吸着空気取り入れ部であって、
内部壁表面を画定する空気取り入れ部と、
吸着材料および結合剤を含む、吸着材料シートであって、前記結合剤が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFEまたはTEFLON)、ポリフッ化ビニリデン(PVF2またはPVDF)、エチレン-プロピレン-ジエン(EPDM)ゴム、ポリエチレン酸化物(PEO)、UV硬化性アクリレート、UV硬化性メタクリレート、熱硬化性ジビニルエーテル、ポリブチレンテレフタレート、アセタールもしくはポリオキシメチレン樹脂、フルオロエラストマー、パーフルオロエラストマー(FFKM)および/もしくはテトラフルオロエチレン/プロピレンゴム(FEPM)、アラミドポリマー、パラアラミドポリマー、メタアラミドポリマー、ポリトリメチレンテレフタレート、エチレンアクリルエラストマー、ポリイミド、ポリアミド-イミド、ポリウレタン、低密度および高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、二軸延伸ポリプロピレン(BoPP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(BoPET)、ポリクロロプレン、またはそれらのコポリマーもしくは組み合わせである、吸着材料シートと、を含み、
前記吸着材料シートが、蒸気との相互作用のために、前記内部壁表面に沿って、その近傍に位置し、および位置付けられている、蒸気吸着空気取り入れ部。
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