JP7469223B2 - 吸着材、キャニスタ及び吸着材の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2の吸着材では、外径が4~6mmのサイズと比較的に小さいため、強度を確保するために、活性炭の骨格の部分が多くなり、また、そのためにパージ性能が低下することによりDBL(Diurnal Breathing Loss、ダイアーナルブリージングロス)性能が十分ではない。
また、特許文献3の吸着材では、n-ブタンの平衡吸着量の差分を調整して吸着性能を高めることができるものの、パージ性能が低くパージ後のブタン残存量が多く、DBL性能が十分ではない。
本発明に係る吸着材の特徴構成は、
キャニスタに充填される吸着材であって、
前記吸着材は、少なくとも、活性炭と、前記活性炭より熱容量が高い添加材料とを有して構成されており、前記吸着材には、前記活性炭に由来する100nm未満の第1細孔と、メルタブルコアに由来する1μm以上の第2細孔とが形成されており、
前記吸着材は、外径が6mmより大きく、50mm以下であり、かつ、各部の肉厚が0.2mm以上1mm以下である中空形状の成型体から構成されており、
前記吸着材の体積比熱が0.08kcal/L・℃以上であり、
前記第1細孔の容積に対する、前記第2細孔の容積の割合が、10%以上200%以下である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記吸着材の熱伝導率が0.1kcal/m・h・℃以上である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記添加材料は、金属酸化物である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の1.0倍以上3.0倍以下である点にある。
なお、添加材料の割合を大きくすると吸着材中の活性炭の割合が小さくなり、100nm未満の第1細孔の割合が小さくなる。よって、吸着性能が低下する可能性がある。前述のように第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合を10%以上200%以下と調整し、また吸着材の外径を6mmより大きく、50mm以下で中空形状とすることで、吸着性能の低下を抑制できる。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記添加材料は、相変化温度35℃以下である相変化物質及び相転移温度35℃以下である相転移物質の少なくともいずれかの物質である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記添加材料の質量は、前記活性炭の質量の0.05倍以上0.3倍以下である点にある。
相変化物質及び相転移物質等の添加割合を、活性炭の質量の0.05倍以上0.3倍以下とすることで、活性炭の温度を適正温度に調整可能である。例えば、添加割合が0.05倍未満の場合は、相変化物質及び相転移物質等によって、活性炭の温度の過度な低下を抑制する効果が十分でない。一方、添加割合が0.3倍を超える場合は、相変化物質及び相転移物質等の添加によって、吸着材における活性炭の割合が小さくなり吸着性能が低下する。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記吸着材に含まれる前記第1細孔の細孔容積が0.55ml/g未満であり、かつ、前記第1細孔の容積に対する、前記第2細孔の容積の割合が、20%以上90%以下である点にある。
また、前述の通り第1細孔の細孔容積が0.55ml/g未満でありパージ性能が向上するため、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合を20%以上90%以下と、比較的に小さく抑えることができる。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記吸着材を構成する成型体の骨格に対する、骨格中の前記第2細孔の割合が5vol%以上40vol%以下である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記メルタブルコアは、繊維状の物質であり、直径が1.0μm以上100μm以下であり、長さが1mm未満である点にある。
なお、メルタブルコアの直径が1.0μm未満の場合には、蒸発燃料の通流が悪く、脱吸着速度が遅くなり、パージ性能が低下する。一方、メルタブルコアの直径が100μmを超える場合、及び、長さが1mm以上である場合の少なくともいずれかの場合、吸着材の骨格中に存在する第2細孔の容積が大きくなり、吸着材の硬度が低下する。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記メルタブルコアは、長さが0.5mm以下のパルプ繊維である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記吸着材は、無機バインダを含んで構成されており、
前記メルタブルコアは、前記活性炭及び前記無機バインダの合計質量に対して、10質量%以上45質量%以下である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記メルタブルコアは、C-N結合を有する点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記吸着材は、n-ブタン濃度が5vol%と50vol%との間でn-ブタン濃度の平衡吸着量の差分が35g/Lを超える点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記吸着材は、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが6.0g/dL以上9.7g/dL未満である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記吸着材は、ASTMD5228によるBWC評価法における、ブタンを吸着させ、続いてブタンを脱離させた後のブタン残存量が1.7g/dL未満である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記吸着材は、ハニカム、中空ペレット及びハニカムペレットの少なくともいずれかの形状の成型体から構成されている点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、1μm以上の前記第2細孔の平均直径が、1μm以上100μm以下である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記各部の肉厚の少なくとも一部が0.2mm以上0.6mm未満である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上3.0倍以下である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上1.5倍未満である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上1.0倍以下である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記添加材料は金属酸化物である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記吸着材に含まれる前記第1細孔の細孔容積が0.8ml/g未満であり、かつ、前記第1細孔の容積に対する、前記第2細孔の容積の割合が、10%以上90%以下である点にある。
また、前述の通り第1細孔の細孔容積が0.8ml/g未満においてパージ性能が向上するため、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合の下限値を10%以上として、比較的に小さく抑えることができる。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記吸着材は、無機バインダを含んで構成されており、
前記メルタブルコアは、前記活性炭及び前記無機バインダの合計質量に対して、5質量%以上45質量%以下である点にある。
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記吸着材は、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが6.0g/dL以上11.0g/dL未満である点にある。
本発明に係るキャニスタの特徴構成は、
内燃機関の燃料タンクの上部気室に連通するタンクポートと、内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、前記タンクポートから前記大気ポートへと蒸発燃料が流れる吸着材室を有する蒸発燃料処理用のキャニスタにおいて、
前記吸着材室における前記大気ポートに隣接した大気側隣接領域に、上記の吸着材が配設されている点にある。
本発明に係るキャニスタの更なる特徴構成は、
前記吸着材室における前記タンクポートに隣接したタンク側隣接領域に、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが15.0g/dL以上の活性炭と、相変化温度が36℃以上である相変化物質及び相転移温度が36℃以上である相転移物質の少なくともいずれかの添加材料とを含む吸着材が配設されている点にある。
さらに、活性炭を含む吸着材がタンク側隣接領域に配設されるから、吸着材室に収納される活性炭の量の減少が抑制され、吸着性能の低下を抑制できる。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の特徴構成は、
少なくとも、前記活性炭と、前記活性炭より熱容量が高い添加材料と、前記メルタブルコアとを混合し、その後混練し、
前記混練された混練材料を前記成型体に成型し、
前記成型体に乾燥処理及び焼成処理の少なくともいずれかの処理を施す点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記添加材料は、金属酸化物である点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記各部の肉厚が0.2mm以上1mm以下であり、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の1.0倍以上3.0倍以下である点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記各部の肉厚の少なくとも一部が0.2mm以上0.6mm未満であり、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上3.0倍以下である点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記添加材料は、相変化温度35℃以下である相変化物質及び相転移温度35℃以下である相転移物質の少なくともいずれかの物質である点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、
前記添加材料の質量は、前記活性炭の質量の0.05倍以上0.3倍以下である点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、
前記混練材料は、無機バインダを含んで構成されており、
メルタブルコアは、前記活性炭及び前記無機バインダの合計質量に対して、10質量%以上45質量%以下である点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上3.0倍以下である点にある。
添加材料は、蒸発燃料の吸着時における活性炭の発熱を抑制して吸着材の吸着性能を向上させるとともに、吸着燃料のパージ時における活性炭の温度低下を抑制して吸着材のパージ性能を向上させる。上記特徴構成によれば、中空形状の吸着材の各部の肉厚の少なくとも一部が0.2mm以上0.6mm未満である場合、添加材料の質量の下限値を活性炭の質量の約0.42倍と小さくすることができる。吸着材の肉厚の少なくとも一部を0.2mm以上0.6mm未満の範囲とすることで、活性炭への添加材料の添加割合の下限値を小さくしても吸着性能及びパージ性能を向上でき、DBL性能を向上できる。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上1.5倍未満である点にある。また、更なる特徴構成は、前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上1.0倍以下である点にある。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記吸着材に含まれる前記第1細孔の細孔容積が0.8ml/g未満であり、かつ、前記第1細孔の容積に対する、前記第2細孔の容積の割合が、10%以上90%以下である点にある。
また、前述の通り第1細孔の細孔容積が0.8ml/g未満においてパージ性能が向上するため、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合の下限値を10%以上として、比較的に小さく抑えることができる。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、
前記吸着材は、無機バインダを含んで構成されており、
前記メルタブルコアは、前記活性炭及び前記無機バインダの合計質量に対して、5質量%以上45質量%以下である点にある。
活性炭及び無機バインダの合計質量中のメルタブルコアを前述のように調整することで、吸脱着速度を向上しつつ、パージ性能を向上できる。そして、吸着材の肉厚の少なくとも一部を0.2mm以上0.6mm未満の範囲とすることで、活性炭及び無機バインダの合計質量中のメルタブルコアの割合の下限値を5質量%以上と小さくしても、吸着材の肉厚が薄いために、パージ性能及びDBL性能を向上できる。
なお、メルタブルコアの割合が前記の合計質量の5質量%未満の場合は、吸着材中の1μm以上の第2細孔の割合が少なすぎるため、蒸発燃料および空気の通流が阻害され、十分な吸脱着速度及びパージ性能を達成することができない。一方、メルタブルコアの割合が前記の合計質量の45質量%を超える場合は、吸着材中の1μm以上の第2細孔の割合が多くなり、強度及び吸着性能が低下する。また、吸着材の硬度が低下する。
本発明に係る上記の吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、前記吸着材は、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが6.0g/dL以上11.0g/dL未満である点にある。
以下に、本実施形態に係るキャニスタ及びキャニスタに用いられる吸着材について説明する。本実施形態では、キャニスタは、自動車の燃料タンクから発生する蒸発燃料の処理に用いられる。吸着材は、このキャニスタ内に充填されている。
エンジン駆動時や車両停止時等に燃料タンクが昇温することで発生した蒸発燃料は、キャニスタ内に充填されている吸着材に吸着されることで、蒸発燃料が大気中へ放散されることが防止される。吸着材に吸着された蒸発燃料は、エンジン駆動時の吸気管負圧やエンジン駆動とは別個独立して駆動制御される吸引ポンプによって脱離(パージ)され、吸着材が再生される。
以下に、まずは吸着材の構成について図1を用いて説明する。
図1に示すように、本実施形態の吸着材10は、外周の円筒状壁10Aと、この円筒状壁10Aの内側にハニカム形状を構成するハニカム状壁10Bとを有して、中空形状の成型体から構成されている。そして、ハニカム状壁10Bは、円筒状壁10Aの内部を上面視においてハニカム形状に区画しており、複数の空間10Cを形成している。円筒状壁10A及びハニカム状壁10Bは、長手方向(側面視における高さ方向)に延びている。これにより、ハニカム形状に区画された複数の空間10Cが長手方向に延びて形成されている。吸着材10がこのようなハニカム形状であると、中空の領域において蒸発燃料及びパージ時の空気を流れ良く通流させて、吸着材10を構成する活性炭と蒸発燃料との接触時間及び接触面積等を高めて吸着性能及びパージ性能を向上できる。
吸着材10の製造方法は、次の通りである。前述の活性炭、メルタブルコア、添加材料及びバインダを含む原材料は、例えばリボンミキサ等の混合機を用いて、水と混合及び混練される。そして、混練された混練材料は、押出成型又は金型成型等により図1に示すハニカム形状に成型される。その後、成型された材料は、赤外線、熱風、蒸気及びマイクロ波等を用いて約200℃以下で乾燥される。次いで、ベルトキルン等により不活性ガス雰囲気下にて650℃~1000℃で30分~4時間焼成され、吸着材10が製造される。
この焼成等の過程において成型された材料が加熱されることで、吸着材10には、メルタブルコアが昇華、又は、分解及び揮発して残った細孔(後述の第2細孔)が形成される。
なお、約200℃以下での比較的に低温での乾燥は、例えば、成型時の水分を飛ばす工程、又は/及び、メルタブルコア等の昇華性物質の昇華工程であり得る。また、650℃~1000℃での比較的に高温での焼成は、例えば、成型時の水分を飛ばす工程、メルタブルコア等の昇華性物質の昇華工程、又は/及び、バインダに含まれる後述の無機バインダを固める工程であり得る。
以下において、BWC(Butane WorkingCapacity(ブタンワーキングキャパシティ))とは、ASTMD5228によるBWC評価法により測定されるブタン吸着性能の評価値である。
なお、メルタブルコアの直径が1.0μm未満の場合には、蒸発燃料及びパージ時の空気の通流が悪く、脱吸着速度が遅くなり、パージ性能が低下する。一方、メルタブルコアの直径が100μmを超える場合、及び、長さが1mm以上である場合の少なくともいずれかの場合、吸着材10の骨格中に存在する第2細孔の容積が大きくなり、吸着材10の硬度が低下する。
また、メルタブルコアがC-N結合を有すると好ましい。吸着材10を形成する場合に、C-N結合を有するメルタブルコア、活性炭及び添加材料等を混練して加熱すると、メルタブルコアのC-N結合が加熱により切れ、容易に分解及び揮発する。これにより、吸着材10に、C-N結合を有する繊維状のメルタブルコアに由来する第2細孔を形成できる。また、C-N結合が存在することにより、加熱時に炭化物の生成による第2細孔の閉塞が抑制できる。
さらに、円筒状壁10A及びハニカム状壁10Bには、バインダ、特に有機バインダが加熱により昇華することにより形成される細孔も含まれる場合がある。
より好ましくは、金属酸化物の質量は、活性炭の質量の1.5倍~2.5倍である。
無機バインダとしては、粉末状のベントナイト、木節粘土、シリカゾル、アルミナゾル、白土などの粉体あるいはゾルの固形分が用いられる。このような無機バインダの添加量は、吸着材10を製造するのに用いる、活性炭、メルタブルコア、添加材料及びバインダを含む原材料の全質量に対して、10~50質量%程度である。
好ましくは、第1細孔の容積に対する、第2細孔の容積の割合が、10%以上170%以下、より好ましくは、30%以上130%以下であり、さらに好ましくは、50%以上100%以下である。
また、前述の通り第1細孔の細孔容積が0.55ml/g未満でありパージ性能が向上するため、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合を20%以上90%以下と、比較的に小さく抑えることができる。
原材料において、活性炭及び無機バインダの合計質量中のメルタブルコアを前述のように調整することで、吸脱着速度を向上しつつ、パージ性能を向上できる。なお、メルタブルコアの割合が前記の合計質量の5質量%未満の場合は、吸着材10中の1μm以上の第2細孔の割合が少なすぎるため、蒸発燃料および空気の通流が阻害され、十分な吸脱着速度及びパージ性能を達成することができない。一方、メルタブルコアの割合が前記の合計質量の45質量%を超える場合は、吸着材10中の1μm以上の第2細孔の割合が多くなり、吸着性能が低下する。また、吸着材10の硬度が低下する。
好ましくは、5μm以上100μm以下であり、また、好ましくは、5μm以上50μm以下であり、より好ましくは、10μm以上50μm以下である。
実施例1に係る吸着材、比較例1~3に係る吸着材を製造し、表1に示す結果を得た。
実施例1及び比較例1~3では、表1に示す所定量の次の材料を用いた。
活性炭:INGEVITY BAX1500の粉砕品
有機バインダ:HPC(ヒドロキシプロピルメチルセルロース)
無機バインダ:ベントナイト
メルタブルコア:繊維状セルロース
金属酸化物:酸化鉄
また、比較例1では、炭化物としてヤシがら炭化物を用いた。
米国ブリードエミッション試験方法(BETP)によって、キャニスタのDBL排出量が20mg未満となるパージ量で判断した。
◎は、40g/hrのブタン添加ステップの後、100BV(キャニスタの容量の100倍のパージ量)以下のパージを与えて2日間のDBL排出量が20mg未満である場合である。
〇は、40g/hrのブタン添加ステップの後、157BV(キャニスタの容量の157倍のパージ量)以下のパージを与えて2日間のDBL排出量が20mg未満である場合である。
△は、40g/hrのブタン添加ステップの後、210BV(キャニスタの容量の210倍のパージ量)以下のパージを与えて2日間のDBL排出量が20mg未満である場合である。
×は、40g/hrのブタン添加ステップの後、210BV(キャニスタの容量の210倍のパージ量)以下のパージを与えて2日間のDBL排出量が20mg以上である場合である。
実施例1の吸着材の原材料において、繊維状のメルタブルコアは、活性炭及び無機バインダの合計質量に対して、22.9質量%含まれている。
実施例1の吸着材の原材料において、金属酸化物の質量は、活性炭の質量の2.3倍である。
また、比較例5では、100nm未満の第1細孔の細孔容積が0.77ml/gである。比較例5では、繊維状のメルタブルコア及び金属酸化物が含まれており、パージ性能及び温度抑制効果が向上されているはずであるが、DBL性能が△と悪い。よって、実施例1、比較例1~4のそれぞれの第1細孔の細孔容積0.34ml/g、0.54ml/g、0.53ml/g、0.53ml/g、0.34ml/gと比較すると、比較例5の第1細孔の細孔容積は0.55ml/g以上であることが分かる。よって、第1細孔の細孔容積が0.55ml/g以上である場合は、吸着材に繊維状のメルタブルコア及び金属酸化物が含まれていてもDBL性能を向上できないことが分かる。
図2に、第1実施形態に係るキャニスタ100の断面図を示す。キャニスタ100は、自動車の燃料タンクから発生する蒸発燃料の処理用に設置される。キャニスタ100は、ケース21、カバー22、プレート28、コイルスプリング29、フィルタFを有して構成される。キャニスタ100の内部には吸着材室Rが形成され、上記で製造された吸着材10が収納される。
隔壁26によって、ケース21の内部の空間が、左右に分けられている。そして、図中右側の空間(大気ポート25の側の空間)が、フィルタFにより上下に仕切られている。この大気ポート25の側の空間の、下側の空間(カバー22の側の空間)を第2領域32とし、上側の空間(大気ポート25の側の空間)を第3領域33とする。また、隔壁26によって分けられたタンクポート23側の空間を第1領域31とする。本実施形態では、第3領域33に、上記の吸着材10が配設されており、第1領域31及び第2領域32に活性炭が配設されている。
なお上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
また、相変化物質及び相転移物質は、潜熱量が比較的に高いことも相まって、上記のように相変化物質及び相転移物質の少なくともいずれかを含む吸着材の吸着性能及びパージ性能を向上できる。
相変化物質としては、活性炭の温度変化に応じて固相と液相との間で相変化可能な物質であれば特に限定されず、有機化合物や無機化合物を使用できる。具体的には、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や、天然ワックス、石油ワックス、LiNO3・3H2O、Na2SO4・10H2O、Na2HPO4・12H2Oなどの無機化合物の水和物、カプリン酸、ラウリル酸、パルミチン酸、ミリスチン酸等の脂肪酸類、炭素数が12から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、パルミチン酸イソプロピル、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸ステアリル、ミリスチン酸ミリスチル等のエステル化合物等が挙げられる。
従って、相変化物質を用いる場合には、相変化物質の種類や添加量を調整することにより、相変化温度における吸着材10の体積比熱を0.08kcal/L・℃以上とすることができる。
前述の二酸化バナジウムとタングステンとの合金からなる相転移物質において、Y(タングステンの含有割合)をY=0.02(2質量部)よりも減らすことで、相転移温度を20℃より大きく調整することが可能である。さらには、Y(タングステンの含有割合)を減らすことで、相転移温度を、20℃より大きく、かつ、35℃以下に調整することも可能である。逆に、Y(タングステンの含有割合)をY=0.02(2質量部)よりも増加することで、相転移温度を20℃よりも小さく調整することが可能である。このようにY(タングステンの含有割合)を調整することで、相転移温度における吸着材10の体積比熱を0.08kcal/L・℃以上とすることができる。また、相転移物質を用いる場合には、相転移物質の種類や吸着材10への添加量を調整することにより、相転移温度における吸着材10の体積比熱を0.08kcal/L・℃以上とすることができる。
ここで、活性炭から蒸発燃料が脱離する際は、熱が奪われるから、活性炭の温度が低下して活性炭のパージ性能が低下してしまう。例えば、活性炭の温度が10℃を下回ると、パージ性能が顕著に低下してしまう。上記の吸着材には、相変化温度及び相転移温度が35℃以下の相変化物質及び相転移物質等の添加材料が含まれているため、吸着材に含まれる活性炭の温度の過度な低下を抑制して、パージ処理が適切に行われる。
また、相変化物質及び相転移物質等の添加割合を、活性炭の質量の0.05倍以上0.3倍以下とすることで、活性炭の温度を適正温度に調整可能である。例えば、添加割合が0.05倍未満の場合は、相変化物質及び相転移物質等によって、活性炭の温度の過度な低下を抑制する効果が十分でない。一方、添加割合が0.3倍を超える場合は、相変化物質及び相転移物質等の添加によって、吸着材における活性炭の割合が小さくなり吸着性能が低下する。
実施例2、3では、表2に示す所定量の次の材料を用いた。
活性炭:INGEVITY BAX1500の粉砕品
有機バインダ:HPC(ヒドロキシプロピルメチルセルロース)
無機バインダ:ベントナイト
実施例2では、添加材料として相転移物質である二酸化バナジウムとタングステンとの合金(V0.98W0.02O2)を用いた。この合金の相転移温度は20℃であり、当該相転移物質の相転移温度における吸着材10の体積比熱は0.08kcal/L・℃以上である。また、実施例2では、メルタブルコアとして繊維状セルロースを用いた。
実施例3では、添加材料として相変化物質としてヘキサデカンを内包する一次粒径が4mmのマイクロカプセルを用いた。この相変化物質の相変化温度は約18℃であり、当該相変化物質の相変化温度における吸着材10の体積比熱は0.08kcal/L・℃以上である。なお、実施例3では、メルタブルコアとしてナフタレンを用いており、無機バインダは含まれていない。 また、実施例2、3では、炭化物としてヤシがら炭化物を用いた。
実施例2の吸着材の原材料において、相転移物質の質量は、活性炭の質量の0.28倍である。
また、実施例2の吸着材の原材料には、炭化物(ヤシがら炭化物)が36質量部含まれている。
実施例3の吸着材の原材料において、相変化物質の質量は、活性炭の質量の0.28倍である。
また、実施例3の吸着材の原材料には、炭化物(ヤシがら炭化物)が51質量部含まれている。
表2の結果から、上記のような実施例2,3の吸着材では、実施例1と同様に吸着性能及びパージ性能が向上しているのが分かった。
ここで、図1に示す吸着材10(外径Dは6mmより大きい)において、一方の吸着材10では、ハニカム状壁10Bの肉厚を0.2mm以上1.0mm未満の範囲内で設計する。そして、一方の吸着材10のハニカム状壁10Bの肉厚を例えば0.8mmとする。また、一方の吸着材10と同一の形状及び同一の外径Dを有する他方の吸着材10では、ハニカム状壁10Bの肉厚を0.2mm以上0.6mm未満の範囲内で設計する。ここでは、他方の吸着材10のハニカム状壁10Bの肉厚を例えば0.4mmとする。
なお、好ましくは第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合の上限値を70%以下にできる。より好ましくは当該上限値を50%以下にできる。さらに好ましくは当該上限値を25%以下にできる。
原材料において、活性炭及び無機バインダの合計質量中のメルタブルコアを前述のように調整することで、吸脱着速度を向上しつつ、パージ性能を向上できる。そして、吸着材10のハニカム状壁10Bの肉厚を0.2mm以上0.6mm未満の範囲とすることで、活性炭及び無機バインダの合計質量中のメルタブルコアの割合の下限値を5質量%以上と小さくしても、吸着材の肉厚が薄いために、パージ性能及びDBL性能を向上できる。
なお、好ましくは前記の合計質量に対するメルタブルコアの割合の上限値を30質量%以下にできる。より好ましくは当該上限値を20%以下にできる。さらに好ましくは当該上限値を10%以下にできる。
BWCが大きく、つまりブタンの有効吸着量が大きいため、吸着材10の吸着性能を高めることができ、吸着材10の小型化・軽量化を図ることができる。また、吸着材10の肉厚を0.2mm以上0.6mm未満の範囲とすることで、BWCの上限値を11.0g/dL未満と比較的に大きくできる。
なお、好ましくは前記のBWCの下限値を7.0g/dL以上にできる。より好ましくは当該下限値を8.0g/dL以上にできる。
つまり、ハニカム状壁10Bの肉厚を0.2mm以上0.6mm未満とし、円筒状壁10Aの肉厚も0.2mm以上0.6mm未満とすることができる。ハニカム状壁10Bの肉厚及び円筒状壁10Aの肉厚をともに0.2mm以上0.6mm未満とした場合にも上記と同様の効果を得ることができる。
また、円筒状壁10Aの肉厚を0.2mm以上0.6mm未満とし、ハニカム状壁10Bの肉厚を0.2mm以上1.0mm未満とすることができる。この場合も上記と同様の効果を得ることができる。
さらには、円筒状壁10A及びハニカム状壁10Bの少なくとも一部の肉厚を0.2mm以上0.6mm未満とすることができる。例えば、円筒状壁10Aの少なくとも一部の肉厚を0.2mm以上0.6mm未満とすることもできる。また、例えば、ハニカム状壁10Bの少なくとも一部の肉厚を0.2mm以上0.6mm未満とすることもできる。また、例えば、円筒状壁10Aの少なくとも一部及びハニカム状壁10Bの少なくとも一部の肉厚を0.2mm以上0.6mm未満とすることもできる。この場合も上記と同様の効果を得ることができる。なお、上記と同様の効果を得るために、肉厚0.2mm以上0.6mm未満とする部分の全体(ハニカム状壁10B及び円筒状壁10A)に対する割合を適宜調整するのが好ましい。
実施例4~8及び比較例6では、表3に示す所定量の次の材料を用いた。
活性炭:ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが14g/dLの活性炭の粉砕品
有機バインダ:HPC(ヒドロキシプロピルメチルセルロース)
無機バインダ:ベントナイト
メルタブルコア:繊維状セルロース
金属酸化物:酸化鉄
また、第1細孔の細孔容積は0.65ml/gであり、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合は20%である。
また、メルタブルコアは、活性炭及び無機バインダの合計質量に対して8質量%(5/(45+16)×100)である。
実施例4の場合、BWCが9.6g/dLと大きく、ブタン残存量が1.1g/dLと小さく、DBL性能が◎で優れている。吸着材の硬度も確保されている。
また、第1細孔の細孔容積は0.67ml/gであり、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合は17%である。
また、メルタブルコアは、活性炭及び無機バインダの合計質量に対して6質量%(4/(47+16)×100)である。
実施例5の場合、BWCが9.8g/dLと大きく、ブタン残存量が1.1g/dLと小さく、DBL性能が○で良好である。吸着材の硬度も確保されている。
また、第1細孔の細孔容積は0.70ml/gであり、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合は15%である。
また、メルタブルコアは、活性炭及び無機バインダの合計質量に対して6質量%(4/(50+16)×100)である。
実施例6の場合、BWCが10.3g/dLと大きく、ブタン残存量が1.1g/dLと小さく、DBL性能が○で良好である。吸着材の硬度も確保されている。
また、第1細孔の細孔容積は0.55ml/gであり、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合は23%である。
また、メルタブルコアは、活性炭及び無機バインダの合計質量に対して10質量%(6/(80+25)×100)である。
実施例7の場合、BWCが8.7g/dLと大きく、ブタン残存量が1.0g/dLと小さく、DBL性能が◎で優れている。吸着材の硬度も確保されている。
また、第1細孔の細孔容積は0.74ml/gであり、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合は12%である。
また、メルタブルコアは、活性炭及び無機バインダの合計質量に対して6質量%(6/(80+25)×100)である。
実施例8の場合、BWCが10.4g/dLと大きく、ブタン残存量が1.3g/dLと小さく、DBL性能が○で良好である。吸着材の硬度も確保されている。
また、第1細孔の細孔容積は0.76ml/gであり、第1細孔の容積に対する第2細孔の容積の割合は9%である。
また、メルタブルコアは、活性炭及び無機バインダの合計質量に対して5質量%(6/(95+28)×100)である。
比較例6の場合、BWCが11g/dLであり、ブタン残存量が1.7g/dLであり、DBL性能が×で不良である。
実施例4~8の活性炭に含まれる金属酸化物の割合は、実施例1の活性炭に含まれる金属酸化物の割合よりも小さい。しかし、実施例4~8の活性炭のBWC、ブタン残存量、DBL性能及び硬度等の性能は実施例1の活性炭等に比べて劣っていない。
また、上記実施形態の比較例5と本変形例の実施例7との比較から、本変形例の実施例7の方が優れていることが理解できる。つまり、上記実施形態の比較例5(円筒状壁10Aの肉厚が0.6mm、ハニカム状壁10Bの肉厚が0.6mm)では、質量基準で、添加材料である金属酸化物が活性炭に対して1.0倍(42/42)で含まれている。一方、本変形例の実施例7(円筒状壁10Aの肉厚が0.6mm、ハニカム状壁10Bの肉厚が0.5mm)では、質量基準で、添加材料である金属酸化物が活性炭に対して0.98倍(39/40)で含まれている。比較例5と実施例7とでは、活性炭に対する金属酸化物の割合が同程度であるが、実施例7の方がBWC、ブタン残存量、DBL性能等の性能が優れている。このことから、活性炭の肉厚を薄くし、つまり本実施例のようにハニカム状壁10Bの肉厚を薄くし場合には、活性炭に含まれる金属酸化物の割合を小さくしても(実施例7では0.98倍)、活性炭のBWC、ブタン残存量、DBL性能等の性能を良好な状態にできる。
当該変形例の吸着材に用いる活性炭は、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが15.0g/dL以上であると好ましい。
そして、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが15.0g/dL以上の活性炭と、相変化温度が36℃以上である相変化物質及び相転移温度が36℃以上である相転移物質の少なくともいずれかの添加材料とを含む。
さらに、活性炭を含む吸着材がタンク側隣接領域Tに配設されるから、吸着材室Rに収納される活性炭の量の減少が抑制され、吸着性能の低下を抑制できる。
また、上記実施形態では、吸着材10は、四角形状の空間40Bが集合したハニカム形状に構成されている。しかし、空間40Bの形状は四角形状に限定されず、三角形状、六角形状等の多角形状であってもよい。
10A :円筒状壁
10B :ハニカム状壁
10C :空間
21 :ケース
22 :カバー
23 :タンクポート
24 :パージポート
25 :大気ポート
26 :隔壁
27 :補助隔壁
R :吸着材室
T :タンク側隣接領域
U :大気側隣接領域
Claims (32)
- キャニスタに充填される吸着材であって、
前記吸着材は、少なくとも、活性炭と、前記活性炭より熱容量が高い添加材料とを有して構成されており、前記吸着材には、前記活性炭に由来する100nm未満の第1細孔と、メルタブルコアに由来する1μm以上の第2細孔とが形成されており、
前記吸着材は、外径が6mmより大きく、50mm以下であり、かつ、各部の肉厚が0.2mm以上1mm以下である中空形状の成型体から構成されており、
前記吸着材の体積比熱が0.08kcal/L・℃以上であり、
前記第1細孔の容積に対する、前記第2細孔の容積の割合が、20%以上90%以下であり、
前記吸着材に含まれる前記第1細孔の細孔容積が0.31ml/g以上0.7ml/g未満である、吸着材。 - 前記吸着材の熱伝導率が0.1kcal/m・h・℃以上である、請求項1に記載の吸着材。
- 前記添加材料は、金属酸化物である、請求項1又は2に記載の吸着材。
- 前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の1.0倍以上3.0倍以下である、請求項3に記載の吸着材。
- 前記添加材料は、相変化温度35℃以下である相変化物質及び相転移温度35℃以下である相転移物質の少なくともいずれかの物質である、請求項1に記載の吸着材。
- 前記添加材料の質量は、前記活性炭の質量の0.05倍以上0.3倍以下である、請求項5に記載の吸着材。
- 前記吸着材を構成する成型体の骨格に対する、骨格中の前記第2細孔の割合が5vol%以上40vol%以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記メルタブルコアは、繊維状の物質であり、直径が1.0μm以上100μm以下であり、長さが1mm未満である、請求項1~7のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記メルタブルコアは、長さが0.5mm以下のパルプ繊維である、請求項8に記載の吸着材。
- 前記吸着材は、無機バインダを含んで構成されており、
前記メルタブルコアは、前記活性炭及び前記無機バインダの合計質量に対して、10質量%以上45質量%以下である、請求項8又は9に記載の吸着材。 - 前記メルタブルコアは、C-N結合を有する、請求項8~10のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記吸着材は、n-ブタン濃度が5vol%と50vol%との間でn-ブタン濃度の平衡吸着量の差分が35g/Lを超える、請求項1~11のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記吸着材は、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが6.0g/dL以上9.7g/dL未満である、請求項1~12のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記吸着材は、ASTMD5228によるBWC評価法における、ブタンを吸着させ、続いてブタンを脱離させた後のブタン残存量が1.7g/dL未満である、請求項1~13のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記吸着材は、ハニカム、中空ペレット及びハニカムペレットの少なくともいずれかの形状の成型体から構成されている、請求項1~14のいずれか1項に記載の吸着材。
- 1μm以上の前記第2細孔の平均直径が、1μm以上100μm以下である、請求項1~15のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記各部の肉厚の少なくとも一部が0.2mm以上0.6mm未満である、請求項1~16のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上3.0倍以下である、請求項17に記載の吸着材。
- 前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上1.5倍未満である、請求項18に記載の吸着材。
- 前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上1.0倍以下である、請求項19に記載の吸着材。
- 前記添加材料は、金属酸化物である、請求項17~20のいずれか1項に記載の吸着材。
- 前記吸着材は、無機バインダを含んで構成されており、
前記メルタブルコアは、前記活性炭及び前記無機バインダの合計質量に対して、5質量%以上45質量%以下である、請求項17~21のいずれか1項に記載の吸着材。 - 前記吸着材は、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが6.0g/dL以上11.0g/dL未満である、請求項17~22のいずれか1項に記載の吸着材。
- 内燃機関の燃料タンクの上部気室に連通するタンクポートと、内燃機関の吸気通路に連通するパージポートと、大気に開放される大気ポートと、前記タンクポートから前記大気ポートへと蒸発燃料が流れる吸着材室を有する蒸発燃料処理用のキャニスタにおいて、
前記吸着材室における前記大気ポートに隣接した大気側隣接領域に、請求項1~23のいずれか1項に記載の吸着材が配設されているキャニスタ。 - 前記吸着材室における前記タンクポートに隣接したタンク側隣接領域に、ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが15.0g/dL以上の活性炭と、相変化温度が36℃以上である相変化物質及び相転移温度が36℃以上である相転移物質の少なくともいずれかの添加材料とを含む吸着材が配設されている、請求項24に記載のキャニスタ。
- 請求項1~23のいずれか1項に記載の吸着材の製造方法であって、
少なくとも、前記活性炭と、前記活性炭より熱容量が高い添加材料と、メルタブルコアとを混合し、その後混練し、
前記混練された混練材料を前記成型体に成型し、
前記成型体に乾燥処理及び焼成処理の少なくともいずれかの処理を施す、
吸着材の製造方法。 - 前記添加材料は、金属酸化物である、請求項26に記載の吸着材の製造方法。
- 前記各部の肉厚が0.2mm以上1mm以下であり、
前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の1.0倍以上3.0倍以下である、請求項27に記載の吸着材の製造方法。 - 前記各部の肉厚の少なくとも一部が0.2mm以上0.6mm未満であり、
前記添加材料の質量が、前記活性炭の質量の0.42倍以上3.0倍以下である、請求項27に記載の吸着材の製造方法。 - 前記添加材料は、相変化温度35℃以下である相変化物質及び相転移温度35℃以下である相転移物質の少なくともいずれかの物質である、請求項26に記載の吸着材の製造方法。
- 前記添加材料の質量は、前記活性炭の質量の0.05倍以上0.3倍以下である、請求項30に記載の吸着材の製造方法。
- 前記混練材料は、無機バインダを含んで構成されており、
前記メルタブルコアは、前記活性炭及び前記無機バインダの合計質量に対して、10質量%以上45質量%以下である、請求項26~31のいずれか1項に記載の吸着材の製造方法。
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