JP5005613B2 - キャニスタ - Google Patents
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Description
そしてこの蓄熱材は、キャニスタ内の温度変化に応じて潜熱の吸収及び放出を生じる相変化物質(例えばn−エイコサン)をメラミン樹脂のカプセル体に封入したのち、複数のカプセル体をバインダにて造粒して製造される。この蓄熱材は、キャニスタの温度変化に対応して相変化物質が素早く相変化することが好ましく、典型的にはカプセル体がバインダにて覆われないよう、バインダ量を極力抑えて造粒される(カプセル体同士の間に若干の隙間を設けて、各々のカプセル体を露出状態とする)。
そこで本発明者らは、鋭意検討の結果、キャニスタの性能が低下する主な原因として、蓄熱材(露出状態のカプセル体)中にアルコール蒸気が侵入して相変化物質が流出することを見出した。而して本発明は上述の点に鑑みて創案されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、アルコール蒸気による相変化物質の流出を防止又は低減して、アルコール含有燃料を含む幅広い燃料に対応可能なキャニスタを提供することにある。
そこで本発明では、相変化物質をカプセル体に封入したのち、複数のカプセル体をバインダにて造粒して造粒体とする。そして耐アルコール性樹脂の皮膜で造粒体を被覆して(皮膜にて造粒体を遮蔽状態として)蓄熱材を構成することにより、アルコール蒸気がキャニスタ内に流入したとしても、相変化物質を蓄熱材内に保持可能な構成とした。
そしてバインダがフェノール樹脂であって、その混合量比がカプセル体に対して1〜10重量%であり、耐アルコール性樹脂がフェノール樹脂であって、耐アルコール性樹脂の皮膜の重量比が造粒体に対して1〜10重量%である。
そして第2発明によれば、ポリビニルアルコールの層によって、耐アルコール性樹脂皮膜の付着性を向上させることができる。
そして本実施の形態では、図1を参照して、アルコール含有燃料によって走行する車両(図示省略)を一例として、本実施の形態に係るキャニスタ2の構成を説明する。この車両では、その燃料タンク(8)と外部(6)を連通する経路途中にキャニスタ2を配設する構成である。
本実施の形態に係る蓄熱材20は、図2を参照して、相変化物質22と、相変化物質22を封入のカプセル体24と、複数のカプセル体24を造粒してなる造粒体26と、造粒体26を被覆する耐アルコール性樹脂の皮膜28とを備える。以下、各構成要素について詳しく説明する。
(相変化物質)
相変化物質22は、温度変化に応じて潜熱の吸収及び放出を生じる物質であり、典型的には融点が10℃〜80℃の物質(有機化合物又は無機化合物)である。この有機化合物として、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、ヘンイコサン、ドコサンなどの直鎖の脂肪族炭化水素、天然ワックス、石油ワックス、炭素数が12〜15の高級アルコール、バルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル等のエステルを例示することができる。また無機化合物として、LiNO3・H2O、Na2SO4・10H2O、Na2HPO4・12H2Oなどの無機化合物の水和物を例示することができる。また相変化物質22として、上記有機化合物及び無機化合物からなる群より選ばれる2種類以上の物質を併用してもよい。
なお相変化物質22として融点20℃以下の物質を用いることが好ましいが、例えばヘキサデカン(融点18℃)のように分子サイズが比較的小さく、アルコール蒸気にて後述のカプセル体24から流出しやすい物質もある。
そして上述の相変化物質22を芯材として、コアセルベーション法、界面重縮合反応法等の方法によりマイクロカプセル化して、中空球形のカプセル体24を成形する(図2(a)を参照)。このカプセル体24の外殻として、メラミン樹脂、スチレン樹脂、ポリオルガノシロキサン、ゼラチンを例示することができる。
このときカプセル体24の外殻としてメラミン樹脂を使用することが好ましい。このメラミン樹脂は、ホルムアルデヒドとメラミンをアルカリ条件下で縮合させてメチロールメラミンとしたのち、このメチロールメラミンを重縮合させる際の温度設定によって、比較的簡単に三次元網目状に架橋させることができる(比較的簡単に架橋度を高めることができる)。このメラミン樹脂(三次元網目状)にてカプセル体24の外殻を構成することにより、上述の相変化物質22をより確実に封入することができる。
そして複数のカプセル体24を、バインダとともに加圧造粒して任意の形状及び寸法の造粒体26を成形する(図2(b)を参照)。このバインダとして、キャニスタ2として要求される温度や溶媒に対する安定性および強度の上からフェノール樹脂をバインダとして用いることが好ましい。
たとえば複数のカプセル体24の全重量に対して、バインダの添加量が1重量%〜10重量%の範囲であればよい。なおバインダの添加量が1重量%より少ないと、カプセル体24同士の結合力が弱くなり、造粒体26の形状安定性が低下して所定の形状を付与できなくなる。またバインダの添加量が10重量%より多いと、カプセル体24がバインダに覆われやすくなる。そして複数のカプセル体24の全重量に対して、バインダの添加量が1重量%〜3重量%であれば、カプセル体24同士をより確実に結合しつつ、好適な多孔質状となる。
また造粒体26(蓄熱材20)の形状は、球状、円柱粒状又は多角形状などの各種形状を選択可能である。例えば本実施の形態の造粒体26(蓄熱材20)のように、直径1mm〜3mmで且つ長さ1mm〜5mmの円柱粒状(いわゆるペレット状)であることが好ましい(なお本実施の形態では、上記吸着材10もほぼ同一の寸法である)。この円柱粒状の造粒体26は、例えば連続的に押出したものを切断又は破断して得ることができる。
ここで上述の造粒体26に、ポリビニルアルコール(PVA)を付与することが望ましい。すなわち後述する耐アルコール性樹脂の皮膜28と造粒体26の間にポリビニルアルコールの層(中間層)を形成する。こうすることで、耐アルコール性樹脂の皮膜28の付着性を向上させることができる。
そして上述の造粒体26に、耐アルコール性樹脂の皮膜28を形成する(図2(c)を参照)。この耐アルコール性樹脂の皮膜28は、耐アルコール性樹脂溶液のスプレー噴霧、塗布、漬込み等の含浸などの手法により造粒体26に形成することができる。なかでも減圧条件の下におけるスプレー噴霧は、略均一な厚みの皮膜28を造粒体26に形成することができるため好ましい。
そして皮膜28の厚みが0.5μm〜15μmの範囲であれば、長期間の使用に耐え得る耐久性を備えるとともに、吸着材10からの熱の伝導性(蓄熱性能)が良好となる(造粒体26とほぼ同等の熱の伝導性を有する)。このため通常の燃料(アルコールをほとんど含有しないガソリン燃料)についても好適に使用可能である。
このように耐アルコール性樹脂の皮膜28で造粒体26を被覆して(皮膜28にて造粒体26を遮蔽状態として)蓄熱材20を構成する。こうすることでアルコール蒸気がキャニスタ2内に流入したとしても、相変化物質22が蓄熱材20内に好適に保持されることとなる(図1を参照)。
そして図1を参照して、上述の蓄熱材20及び吸着材10をハウジング4内に収納してキャニスタ2とする。
これら蓄熱材20と吸着材10との配合割合は、典型的に蓄熱材20及び吸着材10の総量に対して、蓄熱材20が5重量%〜40重量%の割合である。このとき望ましくは、蓄熱材20が10重量%〜35重量%の割合である。蓄熱材20の割合が過度に少ないと、蓄熱作用による吸着材10の温度変化を抑制する効果が十分に得られず、また蓄熱材20の割合が過度に多いと、吸着材10の割合が減少する結果、キャニスタ2の単位体積当たりの吸着量が低下する。
また蓄熱材20の充填密度は、吸着材10の充填密度に対して0.3倍〜3倍であることが望ましい。さらに望ましくは、吸着材10の充填密度に対して、蓄熱材20の充填密度が0.5倍〜2倍である。両者の充填密度が大きく異なると、キャニスタ2として車両等に搭載されて加振されたときに、相対的に重い方がハウジング4内で下方に移動しようとし、両者の分離が促進される。
また車両運転中には、大気ラインALより外気をキャニスタ2に導通して吸着材10から燃料蒸気を脱離したのちパージラインPLを介してエンジンにパージする。このときキャニスタ2によれば、相変化物質22が蓄熱材20内に好適に保持されていることから、キャニスタ2内を適温に保つことで、効率良く脱離反応を行うことができる。
このように本実施の形態に係るキャニスタ2によれば、アルコール蒸気による相変化物質22の流出を防止又は低減することにより、アルコール含有燃料を含む幅広い燃料に対応することができる。
以下、本実施の形態を試験例に基づいて説明するが、本発明は試験例に限定されない。
(実施例1の蓄熱材)
メラミン粉末5gに37%ホルムアルデヒド水溶液6.5gと水10gを加え、pHを8に調整した後、約70℃まで加熱し、メラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液を得た。そしてpHを4.5に調整したスチレン無水酸共重合体のナトリウム塩水溶液100g中に、ヘキサデカン(相変化物質)80gを溶解した混合液を、メラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液に激しく攪拌しながら添加して乳化を行ったのち、pH9に調整してマイクロカプセル化した。そして余分な溶媒を乾燥により除去し、メラミン樹脂の外殻で覆われたヘキサデカンのカプセル体を得た。そして複数のカプセル体に対して、バインダとしてフェノール樹脂を4重量%混合した後、円柱粒状に押し出し成形し、これを乾燥させるとともに切断して、直径約2mm、長さ約3mmの造粒体(円柱粒状)を得た。そしてこの造粒体に対して、減圧条件の下、フェノール樹脂3重量%を回転方式のスプレー噴霧により付与した(塗布条件:温度100℃、噴霧時間1h、回転数30rpm)。そしてフェノール樹脂(耐アルコール性樹脂)の皮膜にて造粒体を被覆して実施例1の蓄熱材を得た(図2(c)を参照)。本実施例の皮膜の厚みは略6μmに設定した。
上述の実施例1と同様の手順により、スチレン無水酸共重合体のナトリウム塩水溶液にヘキサデカン(相変化物質)を溶解した混合液を、メラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液に添加して乳化したのち、メラミン樹脂の外殻で覆われたヘキサデカンのカプセル体を得た。そして複数のカプセル体に、バインダとしてフェノール樹脂を添加して混合した後、円柱粒状に押し出し成形し、これを乾燥させるとともに切断して、直径約2mm、長さ1〜5mmの造粒体(比較例1の蓄熱材)を得た。
なお上述の製造法では、比較例1のカプセル体がバインダにて覆われることなく、カプセル体同士の間に若干の隙間が生じて各々のカプセル体が露出状態となる(図2(b)を参照)。
本試験では、図3を参照して、中空状の耐圧ボンベ32を蓋部材30で密閉したのち、この耐圧ボンベ32を65℃の油槽34にて保温する構成を用いた。
そして耐圧ボンベ32に、エタノール30%と微量の不純物を含有のガソリン燃料36を入れて、このガソリン燃料36中に実施例1の蓄熱材(図3では符号20)を浸漬状態として一定時間保持した。そして実施例1の蓄熱材の潜熱量(液体から固体に相変化する際の発熱量)を、浸漬時間毎に示差走査熱量計(Seiko Instruments社製、型番SSC/5200 DSC220C)にて測定した。そして浸漬時間毎における潜熱保持率を、下記の計算式により算出した。
計算式:潜熱保持率(%)=(浸漬後の潜熱量/浸漬前の潜熱量)×100
そして比較例1の蓄熱材を、実施例1と同様の手順にて、ガソリン燃料36中に浸漬状態として一定時間保持したのち、浸漬時間毎における潜熱保持率を測定した。
図4を参照して、実施例1の蓄熱材では、浸漬時間が200時間に至っても潜熱保持率の極端な低下は見られなかった。このことから実施例1の蓄熱材は、アルコールによるヘキサデカン(相変化物質)の流出がフェノール樹脂(耐アルコール性樹脂)の皮膜により抑えられて、実用的な吸着・脱離性能を長期間維持することがわかった。
以上の結果より、実施例1の蓄熱材によれば、アルコール蒸気による相変化物質の流出を防止又は低減することにより、アルコール含有燃料を含む幅広い燃料に対応可能であることがわかった。
より詳しくは、実施例1の蓄熱材が、ガソリン燃料36(エタノール30%及び不純物含有)においても好適な潜熱保持率を保持した。このため実施例1の蓄熱材は、現在実用化されている各種のアルコール含有燃料(典型的にアルコール含量が1vol%〜20vol%)や、不純物を含有のアルコール含有燃料に対して好適に使用可能であることがわかった。
以上の結果より、比較例1の蓄熱材は、アルコール蒸気による相変化物質の流出により、アルコール含有燃料には適さないことがわかった。なお本段落に記載の推測は本発明を拘束するものではない。
(1)本実施の形態では、吸着材10として活性炭を用いたが、燃料蒸気中の燃料成分(例えば分子サイズが4.2Å〜5.0Åのブタン)を吸着可能な物質であればよく、例えばゼオライトやポリイミドなどの多孔質体を使用可能である。なお吸着材10は、燃料成分より分子径の小さい空気成分(例えば4.0Å以下の窒素や3.8Å以下の酸素)は吸着しにくい特質を備えることが望ましい。また本実施の形態では円柱粒状の吸着材10(活性炭)を例示したが、粉状の吸着材を用いることもできる。
なお各ラインにおける燃料蒸気の流出入の制御は、典型的に別途車両に配設されたポンプ及び弁部材(図示省略)により行われるが、燃料タンク等に生じる負圧により行う構成としてもよい。
4 ハウジング
EL エバポライン
PL パージライン
AL 大気ライン
10 吸着材
20 蓄熱材
22 相変化物質
24 カプセル体
26 造粒体
28 皮膜
Claims (3)
- 燃料蒸気を吸着可能な吸着材と、温度変化に応じて潜熱の吸収及び放出を生じる相変化物質を有する蓄熱材とを備えるキャニスタにおいて、
前記蓄熱材を、前記相変化物質をカプセル体に封入したのち、これら複数の前記カプセル体をバインダにて造粒して造粒体とし、耐アルコール性樹脂の皮膜で前記造粒体を被覆して構成するとともに、
前記バインダがフェノール樹脂であって、その混合量比が前記カプセル体に対して1〜10重量%であり、
前記耐アルコール性樹脂がフェノール樹脂であって、前記耐アルコール性樹脂の皮膜の重量比が前記造粒体に対して1〜10重量%であるキャニスタ。 - 請求項1に記載のキャニスタにおいて、
前記耐アルコール性樹脂の皮膜と前記造粒体の間にポリビニルアルコールの層を形成した蓄熱材を使用のキャニスタ。 - 請求項1又は2に記載のキャニスタにおいて、
前記バインダの混合量比が、前記カプセル体に対して4重量%であり、
前記耐アルコール性樹脂の皮膜の重量比が、前記造粒体に対して3重量%である蓄熱材を使用のキャニスタ。
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