JPWO2020067007A1 - 吸着材、キャニスタ及び吸着材の製造方法 - Google Patents

吸着材、キャニスタ及び吸着材の製造方法 Download PDF

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Abstract

吸着性能及びパージ性能を向上可能な吸着材及びキャニスタを提供することを目的とする。キャニスタに充填される吸着材10であって、筒状の外壁10Aと、外壁10A軸心に沿って複数のセルに仕切る複数のリブ10Bとを備え、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは0.6mm未満であり、外壁10Aとリブ10Bとの少なくともいずれかの厚みは0.4mmを超えており、外壁10Aの外径Dが3.5mm以上40mm以下であり、BWCが3.0g/dLを超えており、パージ効率((ブタン吸着量−ブタン保持量)/ブタン吸着量)が0.86以上である。

Description

本発明は、燃料タンクから発生する蒸発燃料が大気中へ放散されることを防止する蒸発燃料処理用のキャニスタに用いられる吸着材、キャニスタ及び吸着材の製造方法に関する。
従来から、車両停止中等に燃料タンク内に貯留されたガソリン燃料が揮発して生じた蒸発燃料を活性炭等からなる吸着材に吸着捕捉し、蒸発燃料が大気中に放散されることを防止する蒸発燃料処理用のキャニスタがある。
活性炭等の吸着材は、温度が低いほど吸着容量が多くなり、温度が高いほど吸着容量が低下する特性を有する。したがって、蒸発燃料の吸着時には吸着材の温度は低く、パージ時には吸着材の温度が高いことが望ましい。一方、蒸発燃料は、吸着材に吸着される際に凝縮熱に相当する熱を放出し、吸着材から脱離(パージ)する際に蒸発熱に相当する熱を奪う。すなわち、蒸発燃料の吸着材への吸着は発熱反応であり、吸着材からの脱離は吸熱反応である。そうすると蒸発燃料の吸着・脱離による発熱・吸熱は、吸着材の望ましい温度状態とは逆の方向、すなわち吸着材の吸着・脱離性能を阻害する方向へ作用する。よってキャニスタの性能を向上するために、蒸発燃料の吸着・脱離に伴う発熱・吸熱による、吸着材の温度変化を抑制することが望まれる。
また、特許文献1には、外径が4〜6mmの中空円筒状の吸着材が開示されている。この吸着材は、外側の円筒壁と、円筒壁の中心部から延びる十字の形状をした放射状壁とを有して形成されている。そして、円筒壁及び放射状壁の各部の厚みが0.6〜3mmである。また、特許文献2には、特許文献1と同様の外径が4〜6mmの中空円筒状であり、外側の円筒壁と、円筒壁の中心部から延びる十字の形状をした放射状壁とを有する吸着材が開示されている。この吸着材の各部の厚みは0.6mm〜1.5mmである。特許文献1、2吸着材は、中空であるため中実のペレットよりも圧力損失が低く、パージ性能が良好である。また、特許文献1、2の吸着材は、円筒壁及び放射状壁の各部の厚みを0.6〜3mm又は0.6〜1.5mmと小さくしているが、中空円筒状の内部空間に十字の形状をした放射状壁をかけ渡すことで吸着材の硬度低下を抑制している。
特許第5867800号公報 特許第6203043号公報
上述の通り、特許文献1、2の吸着材では、吸着材を中空円筒状とするとともに、内部が放射状壁により十字状に仕切られることで、圧力損失を低くしてパージ性能を向上させている。しかしながら、さらにパージ性能が向上した吸着材が望まれている。
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、パージ性能を向上可能な吸着材、キャニスタ及び吸着材の製造方法を提供することを目的とする。
[構成]
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、
筒状の外壁と、
前記外壁の軸心に沿って複数のセルに仕切る複数のリブとを備え、
前記外壁の厚み及び前記複数のリブの厚みは0.6mm未満であり、前記外壁と前記複数のリブとの少なくともいずれかの厚みは0.4mmを超えており、
前記外壁の外径が3.5mm以上40mm以下であり、
ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが3.0g/dLを超えており、
ASTMD5228によるBWC評価法における、以下の式で示されるパージ効率が0.86以上である点にある。
パージ効率=(ブタン吸着量−ブタン保持量)/ブタン吸着量・・・(1)
上記特徴構成によれば、吸着材は、外壁により形成された内部空間が複数のリブにより、筒状の外壁の軸心に沿って延びている複数の小空間であるセルに分割されている。パージ空気は、軸心に沿ってセル内を通過できるが、吸着材を構成する外壁及び複数のリブの厚みが0.6mm未満と比較的に薄いため、外壁及びリブを厚み方向にも通過し易くなっている。つまり、セルが形成する小空間によりパージ空気が通流しやすく、またパージ空気が外壁内及びリブ内を通過し易いことで、パージ性能を高めることができる。同様に、蒸発燃料が軸心に沿ってセル内を通過するとともに、外壁及びリブを厚み方向にも通過し易いため、外壁及びリブにおいて蒸発燃料中のブタン等を分子レベルで捕捉して吸着性能を高めることができるともいえる。これに伴い、DBL(Diurnal Breathing Loss、ダイアーナルブリージングロス)性能も向上する。なお、外壁及びリブの厚みが0.6mm以上である場合は、吸着性能及びパージ性能が低下する。
このように吸着性能及びパージ性能の少なくともいずれかを高めるために外壁及び複数のリブの厚みを薄くしている。この場合、複数のリブで外壁が形成する内部空間を複数のセルに分割するため、吸着材に加わる外圧及び内圧等が複数のリブにより分散される。よって、吸着材の硬度を比較的に高めることができ、吸着材の破損等を抑制できる。さらに、外壁及びリブの少なくともいずれかの厚みが0.4mmを超えているため、厚みが過度に薄すぎず、吸着材の硬度を確保できる。なお、外壁及びリブの両方の厚みが0.4mm以下である場合は、吸着材の硬度が低下する。
なお、上記特徴構成による外壁及び複数のリブを備える吸着材は、BWC(Butane Working Capacity(ブタンワーキングキャパシティ))が3.0g/dLを超えるように構成されており、ブタンの有効吸着量が比較的に大きく、吸着性能が高い。この場合、吸着材の小型化・軽量化を図ることができる。また、上記吸着材は、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脱離量の比であるパージ効率が0.86以上であるので、吸着材に残存するブタン量を減らし、DBL性能を高めることができる。
なお、BWCが大きくなり過ぎるとパージ性能及びDBL性能が低下するため、BWCを13.0g/dL以下とするのが好ましい。パージ性能及びDBL性能の低下を抑制するため、より好ましくはBWCは11.0g/dL以下である。
[構成]
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記外壁の外径が3.5mm以上10mm以下である点にある。
上記特徴構成によれば、外壁の外径が3.5mm以上10mm以下である吸着材において、外壁及び複数のリブの厚みを0.6mm未満と比較的に薄くする。これにより、パージ空気がセルを通流し、また外壁内及びリブ内を通過し易い。よって、外壁の外径が3.5mm以上10mm以下である小型の吸着材においても、パージ性能及びDBL性能を向上できる。同様に、蒸発燃料がセルを通流し、また外壁内及びリブ内を通過し易いことで、吸着性能を向上することができるとも言える。
[構成]
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、
前記外壁の厚み及び前記複数のリブの厚みは0.45mm未満であり、
前記外壁の外径が10mmを超え40mm以下である点にある。
上記特徴構成によれば、外壁の外径を10mmを超え40mm以下として吸着材を構成することで、外壁の外径が10mm以下の場合よりも、外壁の厚み及び複数のリブの厚みを0.45mm未満と小さくできる。これにより、パージ性能及びDBL性能を向上できる。また、外壁の厚み及び複数のリブの厚みが前述のように薄いことで、吸着性能を向上することができるとも言える。
なお、前述の通り吸着材の外径を10mmを超え40mm以下として比較的に大きくすると、外壁により形成される内部空間が大きくなり、この内部空間に例えば軸心方向視において200セル/inch以上のセルを形成できる。よって、セル数に対応してリブ数が多くなり、吸着材に加わる外圧及び内圧等をリブによって分散できるため、外壁の厚み及び複数のリブの厚みを0.45mm未満としても吸着材の硬度を確保できる。
[構成]
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、
筒状の外壁と、
前記外壁の軸心に沿って複数のセルに仕切る複数のリブとを備え、
前記外壁の厚み及び前記複数のリブの厚みは0.6mm未満であり、
前記外壁の外径が3.5mm以上40mm以下であり、
前記吸着材には、前記吸着材に対して10質量%以上70質量%以下の金属酸化物が含まれており、
ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが3.0g/dLを超えており、
ASTMD5228によるBWC評価法における、以下の式で示されるパージ効率が0.86以上である点にある。
パージ効率=(ブタン吸着量−ブタン保持量)/ブタン吸着量・・・(1)
上記特徴構成によれば、吸着材は、外壁により形成された内部空間が複数のリブにより、筒状の外壁の軸心に沿って延びている複数の小空間であるセルに分割されている。パージ空気は、軸心に沿ってセル内を通過できるが、吸着材を構成する外壁及び複数のリブの厚みが0.6mm未満と比較的に薄いため、外壁及びリブを厚み方向にも通過し易くなっている。つまり、セルが形成する小空間によりパージ空気が通流しやすく、またパージ空気が外壁内及びリブ内を通過し易いことで、パージ性能を高めることができる。同様に、蒸発燃料が軸心に沿ってセル内を通過するとともに、外壁及びリブを厚み方向にも通過し易いため、外壁及びリブにおいて蒸発燃料中のブタン等を分子レベルで捕捉して吸着性能を高めることができるともいえる。これに伴い、DBL(Diurnal Breathing Loss、ダイアーナルブリージングロス)性能も向上する。なお、外壁及びリブの厚みが0.6mm以上である場合は、吸着性能及びパージ性能が低下する。
このように吸着性能及びパージ性能の少なくともいずれかを高めるために外壁及び複数のリブの厚みを薄くしている。この場合、複数のリブで外壁が形成する内部空間を複数のセルに分割するため、吸着材に加わる外圧及び内圧等が複数のリブにより分散される。よって、吸着材の硬度を比較的に高めることができ、吸着材の破損等を抑制できる。さらに、外壁及びリブの両方の厚みが0.4mmを超えているため、厚みが過度に薄すぎず、吸着材の硬度を確保できる。なお、外壁及びリブの厚みの少なくともいずれかの厚みが0.4mm以下である場合は、吸着材の硬度が低下する。
また、比較的に硬度が大きい無機物である金属酸化物が、吸着材に対して10質量%以上70質量%以下含まれているため、金属酸化物の体積当たりの高い熱容量による吸脱着時の熱制御に加え、吸着材の硬度をさらに高めることができる。
なお、上記特徴構成による外壁及び複数のリブを備える吸着材は、BWC(Butane Working Capacity(ブタンワーキングキャパシティ))が3.0g/dLを超えるように構成されており、ブタンの有効吸着量が比較的に大きく、吸着性能が高い。この場合、吸着材の小型化・軽量化を図ることができる。また、上記吸着材は、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脱離量の比であるパージ効率が0.86以上であるので、吸着材に残存するブタン量を減らし、DBL性能を高めることができる。
なお、BWCが大きくなり過ぎるとパージ性能及びDBL性能が低下するため、BWCを13.0g/dL以下とするのが好ましい。パージ性能及びDBL性能の低下を抑制するため、より好ましくはBWCは11.0g/dL以下である。
[構成]
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記複数のセルの形状各々は、軸心方向視において三角形状及び六角形状の少なくともいずれかである点にある。
上記特徴構成によれば、各セルが三角形状及び六角形状の少なくともいずれかであると、リブは三角形状及び六角形状を形成する各辺に対応して位置する。よって、外壁により形成された内部空間において、リブの少なくとも一部は、内部空間の中心に対して放射状に配置される。これにより、吸着材に加わる外圧及び内圧等が概ね均等になるように吸着材全体に分散されるため、吸着材の硬度を高めることができる。
[構成]
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。
上記特徴構成によれば、蒸発燃料中のブタン等の分子の有効吸着量が大きいため、吸着材の吸着性能を高めることができる。これにより吸着材の小型化及び軽量化を図ることができる。
[構成]
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記吸着材は、少なくとも、活性炭と、前記活性炭よりも体積比熱及び熱伝導率の少なくとも1つが高い温度制御材料とを含んで構成されている点にある。
上記特徴構成によれば、吸着材には、一態様として、活性炭よりも体積比熱が高い、つまり熱容量が高い温度制御材料が含まれている。また、吸着材には、一態様として、活性炭よりも熱伝導率が高い温度制御材料が含まれている。
よって、蒸発燃料の吸着時における活性炭の発熱が温度制御材料に移されるので、活性炭の温度上昇が抑制され、上記吸着材の吸着性能が向上する。一方、吸着燃料のパージ時には、活性炭が温度制御材料の保有熱を奪うことにより、活性炭の温度低下が抑制され、上記吸着材のパージ性能が向上する。
[構成]
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記温度制御材料は、金属酸化物、相変化温度36℃以下である相変化物質、及び、相転移温度36℃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。
金属酸化物は、一般的に活性炭に比べて体積比熱及び熱伝導率が大きく、熱容量が大きい。上記特徴構成において、温度制御材料が金属酸化物である場合、吸着材の温度上昇及び温度低下が抑制され、吸着性能及びパージ性能を向上できる。
また、相変化温度36℃以下である相変化物質及び相転移温度36℃以下である相転移物質の少なくともいずれかの温度制御材料は、活性炭よりも熱容量が高い。上記特徴構成において、温度制御材料が前記相変化物質及び前記相転移物質の少なくともいずれかである場合、蒸発燃料の吸着時における活性炭の発熱が温度制御材料に移されるので、活性炭の温度上昇が抑制され、上記吸着材の吸着性能が向上する。一方、吸着燃料のパージ時には、活性炭の温度低下率が、熱容量の高い金属酸化物、相変化機能および相転移機能を有する物質の作用により抑制され、上記吸着材のパージ性能が向上する。
[構成]
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記吸着材は、少なくとも、活性炭を含んで構成されており、
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100nm以上の第2細孔とが形成されており、前記第2細孔の容積が、前記吸着材の質量に対して、0.05mL/gを超え0.35mL/g以下である点にある。
上記特徴構成によれば、吸着材の質量に対して、細孔径100nm以上の第2細孔の細孔容積が0.05mL/gを超え0.35mL/g以下であるので、蒸発燃料及びパージ空気が通流する通路が吸着材内に適度に形成され、第2細孔を通して蒸発燃料及びパージ空気の通流が良くなり、吸着性能及びパージ性能が向上する。
第2細孔の細孔容積が吸着材の質量に対して0.05mL/g以下の場合は、吸着材内の通路の割合が小さく、脱吸着速度が遅くなり、吸着性能及びパージ性能が低下する。また、第2細孔の細孔容積が吸着材の質量に対して0.35mL/gを超える場合は、蒸発燃料及びパージ空気が通流する通路が吸着材内に過度に形成されて強度が低下し、また、活性炭の含有量が少なくなるため、BWCの値が低下する。
[構成]
本発明に係る吸着材の更なる特徴構成は、前記複数のセルのセル数が200セル/inch以上であり、かつ、前記複数のリブのリブ数が4本以上である点にある。
上記特徴構成によれば、セル数が200セル/inch以上であり、リブ数が4本以上と多くなるため、多数のリブにより吸着材に加わる外圧及び内圧等が分散され、吸着材の硬度が向上する。
[構成]
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。
吸着材に含まれる活性炭からの蒸発燃料の脱離(パージ)は、パージポートからの吸気によって大気ポートから大気が流入して行われる。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。上記の特徴構成によれば、吸着材室における大気ポートに隣接した大気側隣接領域に、上述の吸着材が配設されている。上述の吸着材は、外壁及び複数のリブの厚みを0.6mm未満と比較的に薄くすることで、パージ空気がセルを通流し、また外壁内及びリブ内を通過することで、パージ性能及びDBL性能が優れている。よって、大気側隣接領域に、上述の吸着材が配設されていることで、パージ処理が適切に行われる。
[構成]
本発明に係るキャニスタの更なる特徴構成は、
前記大気側隣接領域よりも前記大気ポートから離隔し前記大気側隣接領域に隣接した大気側離隔領域に、上記の吸着材が配設されており、
前記大気側隣接領域に配設されている吸着材は、前記外壁の外径が10mmを超え40mm以下であるハニカム吸着材であり、
前記大気側離隔領域に配設されている吸着材は、前記外壁の外径が3.5mm以上10mm以下であるハニカムペレットである点にある。
上記の特徴構成によれば、大気側離隔領域よりも大気ポートに対して離隔している領域に配設された活性炭のBWCが高くブタン吸着性能が高くても、大気側離隔領域及び大気側隣接領域のそれぞれに配設されたハニカムペレット及びハニカム吸着材によってキャニスタのDBL性能を高めることができる。つまり、大気側離隔領域よりも大気ポートに対して離隔した領域に配設された活性炭によってブタンの吸着量が大きくなった場合であっても、大気側離隔領域に比較的に小さいハニカムペレットが配設されているため、当該ハニカムペレットの外表面積が大きいこと等により大気側離隔領域でのパージ性能を高め、キャニスタのDBL性能を高めることができる。また、大気側離隔領域に隣接する大気側隣接領域に、比較的に大きいハニカム吸着材がさらに配設されているため、大気側隣接領域の吸着材(ハニカム吸着材)のBWCが低く、パージ後のブタンの残存量が少なく、DBLの性能が向上する。
[構成]
本発明に係るキャニスタの更なる特徴構成は、
前記ハニカムペレットのBWC>前記ハニカム吸着材のBWCの関係を満たす点にある。
上記の特徴構成によれば、大気ポートに向かって、大気側離隔領域及び大気側隣接領域には順に、ハニカムペレット及びハニカム吸着材が配設されている。そして、ハニカムペレットのBWC>ハニカム吸着材のBWCの関係を満たしており、大気ポートに向かうほどBWCが小さくなる。よって、大気ポートに向かうほどパージ後のブタンの残存量が少なくできるため、キャニスタのパージ性能を高め、DBL性能を高めることができる。
[構成]
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温度制御材料とを含む吸着材が配設されている点にある。
上記の特徴構成によれば、吸着材室におけるタンク側隣接領域に、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等の温度制御材料を含む吸着材が配設されている。よって、当該吸着材により活性炭の温度変化を抑制して活性炭の性能低下を防ぐことができる。
また、燃料タンクへの給油が行われる際には、一度に多量の蒸発燃料がキャニスタに流入する場合がある。タンクポートから流入した蒸発燃料は、タンクポート近傍から大気ポートへ向けて吸着帯を形成し、その吸着帯では吸着熱により活性炭の温度が上昇する。活性炭は35℃(約35℃)を超えると、吸着性能が顕著に低下してしまう。上記の特徴構成によれば、タンク側隣接領域は、燃料タンクへの給油の際、活性炭への蒸発燃料の吸着による発熱によって活性炭の温度が35℃以上になる領域であり、そのタンク側隣接領域に相変化温度が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温度制御材料を含む吸着材が配設されている。よって、活性炭の温度が35℃を超える事態が抑制されるので好ましい。
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。
[構成]
本発明に係る吸着材の製造方法の特徴構成は、
上記の吸着材の製造方法であって、
少なくとも、活性炭と、有機バインダと、架橋剤と、無機材料とを混合し、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100℃以上200℃以下の乾燥処理を施す点にある。
上記特徴構成によれば、パージ性能及びDBL性能が向上した吸着材を製造でき、同様に、吸着性能が向上した吸着材を製造できるともいえる。また、吸着材に活性炭が含まれることで、蒸発燃料中のブタン等を分子レベルで捕捉して吸着性能を高めることができる。さらに、有機バインダと架橋剤とを加えた成型体に乾燥処理を施すことで、有機バインダが架橋され、蒸発燃料に対する耐性を向上できる。また、無機材料が含まれることで、BWCが向上し、乾燥処理において成型体が破損するのを抑制する。
[構成]
本発明に係る吸着材の製造方法の特徴構成は、
上記の吸着材の製造方法であって、
少なくとも、活性炭と、有機バインダと、無機材料とを混合し、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700℃以上900℃以下の焼成処理を施す点にある。
上記特徴構成によれば、パージ性能及びDBL性能が向上した吸着材を製造でき、同様に、吸着性能が向上した吸着材を製造できるともいえる。また、吸着材に活性炭が含まれることで、蒸発燃料中のブタン等を分子レベルで捕捉して吸着性能を高めることができる。さらに、焼成処理により有機バインダが消失した後の細孔を蒸発燃料及びパージ空気が通流することで、吸着性能及びパージ性能を向上できる。また、無機材料が含まれることで、BWCが向上し、焼成処理において成型体が破損するのを抑制する。
[構成]
本発明に係る吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、
さらに、前記活性炭よりも体積比熱及び熱伝導率の少なくとも1つが高い温度制御材料として、金属酸化物、相変化温度36℃以下である相変化物質、及び、相転移温度36℃以下である相転移物質の少なくともいずれかの物質が混合され、その後混練される点にある。
上記特徴構成によれば、一般的に活性炭に比べて体積比熱及び熱伝導率が大きい金属酸化物、相変化物質及び相転移物質の少なくともいずれかを温度制御材料として吸着材に添加することで、吸着材の温度上昇及び温度低下が抑制され、吸着性能及びパージ性能を向上できる。
[構成]
本発明に係る吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、さらに、メルタブルコアが混合され、その後混練される点にある。
上記特徴構成によれば、メルタブルコアを含む混練材料を成型して乾燥処理又は焼成処理することで、メルタブルコアが昇華又は分解して細孔が形成される。この細孔は、蒸発燃料及びパージ空気が通流する通路となるため、吸着性能及びパージ性能を向上できる。
[構成]
本発明に係る吸着材の製造方法の更なる特徴構成は、さらに、前記吸着材に対して10質量%以上70質量%以下の金属酸化物が混合され、その後混練される点にある。
比較的に硬度が大きい無機物である金属酸化物が、吸着材に対して10質量%以上70質量%以下含まれているため、金属酸化物の体積当たりの高い熱容量による吸脱着時の熱制御に加え、吸着材の硬度をさらに高めることができる。
三角形状のセルを有する吸着材の形状を示す平面図及び側面図である。 六角形状のセルを有する吸着材の形状を示す平面図及び側面図である。 四角形状のセルを有する吸着材の形状を示す平面図及び側面図である。 キャニスタの構造を示す概略断面図である。 キャニスタの構造を示す概略断面図である。
〔第1実施形態〕
以下に、第1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。
(1)吸着材の外観構成
以下に、まずは吸着材の外観構成について図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、筒状の外壁10Aと、外壁10Aの軸心に沿って外壁10A内を複数のセル10Cに仕切る複数のリブ10Bとを有している。つまり、吸着材10は、中空形状の成型体に構成されており、筒状の外壁10Aと、筒状の外壁10Aの内側の内部空間を仕切る壁を構成するリブ10Bとにより形成されている。そして、リブ10Bは、外壁10Aが形成する内部空間を軸心方向視においてハニカム形状に区画しており、複数のセル10Cを形成している。ここでは、ハニカム形状には、軸心方向視においてセル10Cが六角形状である場合だけでなく、三角形状、四角形状、五角形状等の多様な形状が含まれるものとする。なお、図1では、軸心方向視において各セル10Cは三角形状を有している。
特にセル10Cが軸心方向視において正三角形状であると、6個のセル10Cを組み合わせることで正六角形状を形成し、内部空間に効率よく複数のセル10Cを形成してセル数を確保できるので好ましい。
外壁10A及びリブ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セル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、セル10Cの中空の領域においてパージ空気が通流し易く、活性炭とパージ空気との接触時間及び接触面積等を高めてパージ性能を向上できる。同様に、セル10C内の蒸発燃料が流れ良く通流し、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を向上することもできる。つまり、本実施形態の吸着材10によれば、パージ性能を高めることができる。また、パージ性能及び吸着性能を共に高めることができると言える。
吸着材10の外径(直径)Dは、例えば3.5mm以上、40mm以下であり、長手方向の長さLは例えば200mm以下である。また、本実施形態では、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは、0.6mm未満と薄く形成されている。さらに、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβの少なくともいずれかの厚みは0.4mmを超えている。なお、外径D及び長さLが比較的に大きい吸着材10は、単にハニカム吸着材と称され、比較的に小さい吸着材10はハニカムペレットと称される場合がある。例えば、外径Dが3.5mm以上10mm以下である吸着材10はハニカムペレットと称され、外径が10mmを超え40mm以下である吸着材10はハニカム吸着材と称される場合がある。
上記の外径Dの吸着材10において、外壁10Aの厚みdα、及びリブ10Bの厚みdβを上記の通り薄くすることによって、外壁10Aに囲まれる内部空間に、軸心方向視において例えば200セル/inch以上のセル10Cを形成できる。よって、セル数に対応してリブ数が多くなり、吸着材10に加わる外圧及び内圧等をリブ10Bによって分散でき、吸着材10の硬度を確保できる。
この吸着材10は、さらに、BWC(Butane Working Capacity(ブタンワーキングキャパシティ))が3.0g/dLを超えている。なお、BWC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。また、吸着材10は、ASTMD5228によるBWC評価法における、以下の式で示されるパージ効率が0.86以上である。
パージ効率=(ブタン吸着量−ブタン保持量)/ブタン吸着量・・・(1)
上記の吸着材10によれば、吸着材10は、外壁10Aにより形成された内部空間が複数のリブ10Bにより複数の小空間であるセル10Cに分割されている。パージ空気は、セル10Cが延びる方向に沿ってセル10C内を通過できるが、吸着材10を構成する外壁10A及び複数のリブ10Bの厚みが0.6mm未満と比較的に薄いため、外壁10A及びリブ10Bを厚み方向にも通過し易くなっている。つまり、パージ空気がセル10Cが延びる方向に沿って通過するとともに、外壁10A及びリブ10Bを厚み方向にも通過し易いため、パージ性能を高めることができる。これに伴い、DBL(Diurnal Breathing Loss、ダイアーナルブリージングロス)性能も向上する。同様に、セル10Cが形成する小空間により蒸発燃料も通流しやすく、また蒸発燃料が外壁10A及びリブ10B内を通過し易いことで、外壁10A及びリブ10Bにおいて蒸発燃料中のブタン等を分子レベルで捕捉して吸着性能を高めることもできる。つまり、本実施形態のように外壁10A及びリブ10Bの厚みが比較的に薄い吸着材10によれば、パージ性能を高めることができ、また、パージ性能及び吸着性能を共に高めることができると言える。なお、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβが0.6mm以上である場合は、吸着性能及びパージ性能が低下する。
このようにパージ性能及び吸着性能の少なくともいずれかを高めるために外壁10Aの厚みdα及び複数のリブ10Bの厚みdβを薄くしているが、外壁10Aが形成する内部空間を複数のリブ10Bで複数のセル10Cに分割するため、吸着材10に加わる外圧及び内圧等が複数のリブ10Bにより分散される。よって、吸着材10の硬度を比較的に高めることができ、吸着材10の破損等を抑制できる。さらに、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβの少なくともいずれかの厚みが0.4mmを超えているため、厚みが過度に薄すぎず、吸着材10の硬度を確保できる。なお、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβの両方が0.4mm以下である場合は、吸着材10の硬度が低下する。
また、上記図1に示すように、吸着材10において、セル10Cは三角形状に形成されている。よって、複数のリブ10Bの少なくとも一部が、外壁10Aにより形成された内部空間の中心に対して放射状に延びていることで、各セル10Cに加わる外圧及び内圧等が、この放射状のリブ10Bによって吸着材10全体に分散される。よって、外壁10Aの厚みdα及び複数のリブ10Bの厚みdβを薄くしつつも、吸着材10の硬度を確保できる。特にセル10Cが正三角形状であると、6個のセル10Cを組み合わせることで正六角形状を形成することができ、各セル10Cに加わる外圧及び内圧等をさらに均等に放射状に分散できるため、吸着材10の硬度をより確保でき好ましい。
なお、上記の吸着材10は、BWCが3.0g/dLを超えるように構成されており、ブタンの有効吸着量が比較的に大きく、吸着性能が高い。この場合、吸着材10の小型化・軽量化を図ることができる。また、上記吸着材10は、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脱離量の比であるパージ効率が0.86以上であるので、吸着材10に残存するブタン量を減らし、DBL性能を高めることができる。
また、上記図1の吸着材10は、各セル10Cが三角形状であるが、セル10Cの形状はこれに限定されない。例えば、図2の吸着材10に示すように各セル10Cは六角形状であってもよい。さらには、例えば、図3の吸着材10に示すように各セル10Cは四角形状であってもよい。
図2、図3の吸着材10において、図1と同一の符号番号は同一の構成要素である。図2の吸着材10では、軸心方向視において、外壁10Aの内部空間が複数の六角形状のセル10Cに分かれており、リブ10Bがセル10Cの六角形状の外形を構成している。よって、複数のリブ10Bの少なくとも一部が、外壁10Aにより形成された内部空間の中心に対して放射状に延びていることで、各セル10Cに加わる外圧及び内圧等が、この放射状のリブ10Bによって吸着材10全体に分散される。これにより、外壁10Aの厚みdα及び複数のリブ10Bの厚みdβを薄くしつつも、吸着材10の硬度を確保できる。また、外壁10Aの内部空間に複数の六角形状のセル10Cが形成されている場合は、三角形状のセル10Cが形成されている場合よりセル数が少なくても吸着材10の硬度を確保できる。
また、図3の吸着材10では、軸心方向視において、外壁10Aの内部空間が複数の四角形状のセル10Cに分かれており、リブ10Bがセル10Cの四角形状の外形を構成している。複数のリブ10Bがマトリクス状に延びていることで、各セル10Cに加わる外圧及び内圧等が分散され、吸着材10の硬度を確保しつつ外壁10Aの厚みdα及び複数のリブ10Bの厚みdβを薄くできる。
上述の通り、吸着材10の外壁10A及び複数のリブ10Bの厚みが0.6mm未満と比較的に薄いため、パージ空気がセル10C内を通流するとともに、外壁10A及びリブ10Bを厚み方向にも通過することで、外壁10A及びリブ10Bに形成された後述の第1細孔に吸着されたブタン等のパージ性能が高い。同様に、蒸発燃料がセル10C内を通流するだけでなく、外壁10A及びリブ10Bを厚み方向にも通過し易く、活性炭内の第1細孔に蒸発燃料中のブタン等が捕捉され易く、吸着材10の吸着性能を高めることも可能である。
(2)吸着材の構成材料及び製造方法
吸着材10は、少なくとも、細孔(後述の第1細孔)を有する活性炭と、有機バインダと、架橋剤と、無機材料とを含む原材料から形成される。
吸着材10の製造方法は、次の通りである。前述の活性炭、有機バインダ、架橋剤及び無機材料を含む原材料は、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〜図3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、例えば約120℃で約3時間で乾燥され、吸着材10が製造される。約200℃以下、例えば約120℃での比較的に低温での乾燥は、例えば、成型時の成型体の水分を飛ばす工程、架橋剤により有機バインダを架橋させる工程、無機材料を固める工程等であり得る。
活性炭としては、市販されている石炭系、ヤシガラ系、木質系、リグニン系等の種々の原料から得られるものを使用できる。さらには、水蒸気賦活品、炭酸ガス賦活品、リン酸、塩化亜鉛、アルカリ金属等による薬品賦活品等の活性炭の賦活品も使用できる。また、活性炭は、多孔質に形成されており、細孔径が100nm未満の大きさである第1細孔を有している。第1細孔は、好ましくは50nm以下であり、より好ましくは40nm以下である。さらに好ましくは、例えば1〜10nm、より好ましくは2〜5nmである。
そして、活性炭は、蒸発燃料の吸着能を上げるため粒子状又は粉末状であるのが好ましい。活性炭の平均粒子径は、例えば1μm〜10mm程度であるのが好ましく、例えば活性炭を粉砕して粒子径が350μm以下(42メッシュパス)の粉末状の活性炭を用いることができる。また、比表面積としては、通常500〜2500m/g、好ましくは800〜2300m/gである。なお、選定する活性炭の比表面積は、吸着材のBWCの値及び活性炭の配合量に応じて、適宜選定することができる。
ここで、細孔径は、平均細孔直径を意味し、例えば、窒素吸脱着法による吸着、脱離等温線の測定、水銀圧入法等を用いて測定される。本実施形態では、水銀圧入法を用いて測定している。その他、SEMによる粒径分析によっても細孔径を求めることができる。
有機バインダとしては、吸着材10の製造において乾燥の工程が実施される本実施形態では、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース及びヒドロキシエチルメチルセルロース等のセルロース、EVA(Ethylene vinyl acetate)、エポキシ、ラテックス、スチレン及びブタジエン等のエマルジョンバインダー等の有機バインダを使用可能である。このような有機バインダの添加量は、吸着材10を製造するのに用いる原材料の全質量に対して、3〜15質量%程度である。
架橋剤としては、有機バインダを架橋し、耐ガソリン性及び耐水性等を向上させるものが好ましい。架橋剤としては、例えば、通常の架橋剤である多価金属イオン、尿素、ポリアミン、メチロールメラミン、ポリアミド、エポキシ、イソシアネート、オキサゾリン基含有ポリマー等を使用することができる。
また、架橋剤を添加する代わりに、有機バインダとして自己架橋型のバインダを採用することもできる。
無機材料としては、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。無機材料を加えることでBWCの向上及び吸着材10の硬度向上を図ることができる。また、無機材料を加えることで成型体を乾燥等するときの破損を抑制できる。このような無機材料の添加量は、吸着材10を製造するのに用いる、活性炭、有機バインダ、架橋剤及び無機材料を含む原材料の全質量に対して、無機材料は10〜50質量%程度である。
(3)吸着材への添加材料
上記の吸着材10は、少なくとも、活性炭と、有機バインダと、架橋剤と、無機材料とを含む原材料から形成されているが、更に以下の添加材料を添加することも可能である。
(a)炭化品
吸着材10の原材料には、添加材料として、さらに、例えばヤシガラ及び木粉等の原料を蒸し焼きにした炭化品を加えることができる。炭化品を加えることで、BWCを調整することができ、また、吸着材10の硬度を高めることができる。また、炭化品は、原材料に対して例えば5質量%以上30質量%以下の割合で添加される。
(b)金属酸化物
吸着材10の原材料には、添加材料として、金属酸化物を加えることができる。金属酸化物は、例えばアルミニウム、鉄等の酸化物である。金属酸化物を加えることで、金属酸化物の体積当たりの高い熱容量による吸脱着時の熱制御に加え、吸着材10の硬度を高めることができる。また、金属酸化物は、原材料に対して例えば10質量%以上70質量%以下の割合で添加される。
(c)温度制御材料
吸着材10の原材料には、添加材料として、吸着材10の温度を制御する温度制御材料を加えることができる。
温度制御材料は、活性炭より熱容量が高い材料が用いられるのが好ましい。例えば、温度制御材料として、活性炭より体積比熱が大きい物質が用いられるのが好ましい。さらに、温度制御材料として、活性炭より熱伝導率が高い物質が用いられるのが好ましい。
例えば、一般的に活性炭に比べて体積比熱及び熱伝導率が大きい金属酸化物を用いることができる。金属酸化物は、例えばアルミニウム、鉄等の酸化物である。金属酸化物の体積比熱が0.4kcal/L・℃以上で、熱伝導率が0.5kcal/m・h・℃以上が好ましい。また、金属酸化物の比熱は、0.25〜0.4kcal/kg・℃以上が好ましい。なお、例えば、活性炭の体積比熱は0.05〜0.12kcal/L・℃で、熱伝導率が0.064kcal/m・h・℃である。
このような活性炭に加えて、活性炭よりも体積当たり熱容量及び熱伝導率が高い金属酸化物を含む吸着材10は、体積比熱が0.08kcal/L・℃以上であると好ましい。さらに、上記の金属酸化物を含む吸着材10は、熱伝導率が0.1kcal/m・h・℃以上であると好ましい。また、吸着材10の体積比熱は、より好ましくは0.12kcal/L・℃以上であり、さらに好ましくは0.12kcal/L・℃より大きい。また、吸着材10は、比熱が例えば0.2kcal/kg・℃以上であると好ましい。
金属酸化物を吸着材10に添加することで、蒸発燃料の吸着時における活性炭の発熱が金属酸化物に移される機能が向上し、活性炭の温度上昇が抑制され、吸着材10の吸着性能が向上する。一方、吸着燃料のパージ時には、活性炭が金属酸化物の保有熱を奪う機能が向上することにより、活性炭の温度低下が抑制され、吸着材10のパージ性能が向上する。特に、温度制御材料として、前述のように活性炭よりも体積比熱及び熱伝導率が大きい金属酸化物を用いることで、吸着性能及びパージ性能を向上できる。
なお、吸着材10において、金属酸化物は、前述の通り吸着材10の硬度を高める機能も有するため、温度制御材料としての機能との兼ね合いを考慮して原材料に対する添加割合を決定するのがよい。金属酸化物が少なすぎると、硬度が低下するだけでなく、吸着性能及びパージ性能が低下する。一方、金属酸化物が多すぎると、活性炭の含有割合が少なくなり、吸着性能が低下する。例えば、上記の吸着材10は、外壁10A及びリブ10Bを薄く形成しているため、硬度の確保を優先して吸着材10への金属酸化物の添加量を決定することができる。例えば吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下で金属酸化物を添加することで、吸着材10の硬度を向上できるとともに、当該金属酸化物の存在により温度上昇及び温度低下を抑制して吸着性能及びパージ性能を向上できる。なお、前述した通り、外壁10A及び複数のリブ10Bの厚みが0.6mm未満と比較的に薄いことも相まって、パージ性能を向上することができ、さらには吸着性能を向上することもできる。
なお、温度制御材料は体積比熱及び熱伝導率が活性炭よりも大きければよく、金属酸化物に限られず、ケイ素等の無機酸化物等であってもよい。
また、温度制御材料としては、金属酸化物の代わりに、相変化物質及び相転移物質の少なくともいずれかを用いることができる。相変化物質及び相転移物質は活性炭よりも熱容量が高い物質であり、例えば、相変化物質の相変化温度及び相転移物質の相転移温度における吸着材10の体積比熱が0.08kcal/L・℃以上となるように添加されるのが好ましい。
なお、上記の相変化物質及び相転移物質は、所定の相変化温度及び相転移温度で相が変化及び転移する物質であり、上述の金属酸化物と同様の作用を有する物質である。つまり、蒸発燃料の吸着時における活性炭の発熱が相転移物質に移されるので、活性炭の温度上昇が抑制され、吸着材10の吸着性能が向上する。一方、吸着燃料のパージ時には、活性炭が相転移物質の保有熱を奪うことにより、活性炭の温度低下が抑制され、吸着材10のパージ性能が向上する。
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。
相変化物質の相変化温度及び相転移物質の相転移温度は36℃以下であるのが好ましい。また、相変化物質及び相転移物質はカプセル状であるのが好ましい。
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の体積比熱を例えば0.08kcal/L・℃以上とすることができる。
また、相転移物質としては、例えば、二酸化バナジウムとタングステンとの合金(V)が挙げられる(X+Y=1)。例えば、X=0.98(98質量部)、Y=0.02(2質量部)の二酸化バナジウムとタングステンとの合金(V0.980.02)が挙げられる。この場合、相転移物質(V0.980.02)の相転移温度は20℃となり、当該相転移物質の相転移温度における吸着材10の体積比熱を例えば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(タンクステンの含有割合)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(タンクステンの含有割合)を減らすことで、相転移温度を、20℃より大きく、かつ、36℃以下に調整することも可能である。逆に、Y(タンクステンの含有割合)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の体積比熱を例えば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の体積比熱を例えば0.08kcal/L・℃以上とすることができる。
原材料において、相変化物質及び相転移物質の少なくともいずれかの質量は、活性炭の質量の5質量%以上30質量%以下であるのが好ましい。
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10には、相変化温度及び相転移温度が36℃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10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5質量%以上30質量%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5質量%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30質量%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。
(d)メルタブルコア
吸着材10の原材料には、添加材料として、メルタブルコアを加えることができる。
メルタブルコアとしては、融点が高く、分解しやすい材料が用いられ、所定の温度の乾燥等により昇華、又は、分解及び揮発する。メルタブルコアを含む原材料を乾燥等すると、メルタブルコアが昇華、又は、分解及び揮発することで、第2細孔が形成される。第2細孔はメルタブルコアと同程度の直径及び長さを有して形成される。例えば、第2細孔は、1μm以上の大きさの細孔である。このような第2細孔は、蒸発燃料及びパージ空気が通流する通路となるため、吸着性能及びパージ性能を高めることができる。
メルタブルコアとしては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、パルプ繊維、アミド繊維及びセルロース繊維等のポリマーが用いられる。より好ましくは、メルタブルコアとしては、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン及びパルプ繊維等を用いることができる。
本実施形態の吸着材10では、複数のセル10Cをパージ空気が通流し、また、厚みが薄い外壁10A及びリブ10Bをパージ空気が透過するため、パージ性能が高い。同様に、複数のセル10Cを蒸発燃料が通流し、また、厚みが薄い外壁10A及びリブ10Bを蒸発燃料が透過するため、吸着性能も高めることが可能である。よって、ポリエチレン及びパルプ繊維等は粉末状とし、長さの短い第2細孔を形成可能である。つまり、第2細孔の長さを長くしなくても蒸発燃料及びパージ空気の透過を向上できるため、第2細孔の長さを短くして吸着材10の硬度の低下を抑制できる。
第2細孔は、細孔径が1μm以上であり、好ましくは1μm以上100μm以下である。このような範囲に第2細孔の細孔径があることから、吸着材の硬度の低下を抑制できる。なお、第2細孔の細孔径が100μmを超えると、吸着材における第2細孔が大きくなりすぎて硬度を保つことができず、吸着材としての実用性に欠ける。
第2細孔の細孔径は、好ましくは1μm以上60μm以下であり、より好ましくは1μm以上50μm以下である。
なお、第2細孔の直径が1μm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、第2細孔の直径が100μmを超える場合、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。
メルタブルコアがパルプ繊維の場合、長さが0.5mm以下であるのが好ましい。
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。
吸着材10が上記のメルタブルコアを含んで形成される場合、吸着材10には、活性炭が有する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細孔とを含む細孔が形成されている。より詳細には、図1に示すように吸着材10の成型体は、外壁10A及びリブ10Bからなる骨格から形成されており、活性炭に由来する100nm未満の第1細孔及びメルタブルコアに由来する1μm以上の第2細孔を有している。このような吸着材10は、100nm未満の第1細孔によって、蒸発燃料中の例えばブタン等を分子レベルで捕捉することができ、吸着性能を高めることができる。また、1μm以上の第2細孔は、蒸発燃料及びパージ空気が通流する通路となるため、吸着性能及びパージ性能を高めることができる。
(4)吸着材の更なる構成
(a)ハニカムペレット
上記実施形態の吸着材10(外径Dは、例えば3.5mmより大きく、40mm以下であり、長手方向の長さLは例えば200mm以下)のうち、吸着材10の外径Dが、例えば3.5mmより大きく、10mm以下である比較的に小さいハニカムペレットにおいても、外壁10A及びリブ10Bの厚みを小さくできる。つまり、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは、0.6mm未満であり、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβの少なくともいずれかの厚みは0.4mmを超えている。
これにより、比較的に小さいハニカムペレットにおいても、パージ性能及びDBL性能を向上できる。また、比較的に小さいハニカムペレットにおいても、吸着性能を向上することも可能である。
(b)ハニカム吸着材
上記実施形態の吸着材10のうち、吸着材10の外径Dが、例えば10mmより大きく、40mm以下であるハニカム吸着材においても、外壁10A及びリブ10Bの厚みを小さくできる。つまり、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは、0.6mm未満であり、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβの少なくともいずれかの厚みは0.4mmを超えている。
これにより、比較的に大きいハニカム吸着材においても、パージ性能及びDBL性能を向上でき、同様に吸着性能を向上することも可能である。さらに、ハニカム吸着材の外径Dを10mmを超え40mm以下として比較的に大きくすると、外壁により形成される内部空間が大きくなり、この内部空間に軸心方向視において例えば200セル/inch以上のセル10Cを形成できる。よって、セル数に対応してリブ数が多くなり、吸着材10に加わる外圧及び内圧等をリブ10Bによって分散できるため、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβを0.45mm未満としても吸着材10の硬度を確保できる。
(c)金属酸化物を含む吸着材
吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下の金属酸化物が含まれている場合には、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは0.6mm未満とすることができる。外径Dは、上記実施形態の吸着材10と同様に、例えば3.5mmより大きく、40mm以下であり、長手方向の長さLは例えば200mm以下とできる。吸着材10に加わる外圧及び内圧等が複数のリブにより分散されて吸着材10の硬度が高まるが、吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下の金属酸化物が含まれることで、金属酸化物の体積当たりの高い熱容量による吸脱着時の熱制御に加え、硬度がさらに高まる。吸着材10の硬度を高めることができる場合、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは、好ましくは0.44mm未満、より好ましくは0.4mm以下、さらに好ましくは0.3mm以下とすることができる。また、吸着材10の硬度低下を考慮して0.15mm以上とすることができ、より好ましくは0.23mm以上とすることができる。このように吸着材10の硬度を高めることで、外壁及び複数のリブの厚みを薄くすることができ、パージ性能及びDBL性能をさらに向上でき、同様に吸着性能を向上することも可能である。
(d)BWC
上記ではBWCが3.0g/dLを超えるとした。BWCが大きくなり過ぎるとパージ性能及びDBL性能が低下するため、BWCを13.0g/dL以下とするのが好ましい。パージ性能及びDBL性能の低下を抑制するため、より好ましくはBWCは11.0g/dL以下である。
(e)パージ効率
上記吸着材10のパージ効率は、0.86以上であるが、好ましくは0.88以上であり、より好ましくは0.9以上である。パージ効率が0.86を下回る場合はDBL性能が低下する。
(f)セル数及びリブ数
上記吸着材10において、外壁10Aの厚みdα、及びリブ10Bの厚みdβを上記の通り薄くすることによって、外壁10Aに囲まれる内部空間に軸心方向視において例えば200セル/inch以上のセル10Cを形成できる。好ましくは200セル/inch以上のセル10Cを形成できる。また好ましくは300セル/inch以上のセル10Cを、より好ましくは500セル/inch以上のセル10Cを、より好ましくは600セル/inch以上のセル10Cを、さらに好ましくは700セル/inch以上のセル10Cを形成できる。このように複数のセル10Cを形成することで、リブ数は少なくとも4以上となる。多数のセル数に対応してリブ数が多くなり、吸着材10に加わる外圧及び内圧等を複数のリブ10Bによって分散でき、吸着材10の硬度を確保できる。
また、セル10C内におけるパージ空気の通流のし易さ、外壁10A及びリブ10Bの硬度等を考慮し、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβを上記の範囲に抑えるように、セル数を800セル/inch以下とするのが好ましい。同様に、蒸発燃料の通流のし易さを考慮して、セル数を800セル/inch以下とするのが好ましいと言うことができる。
(g)平衡吸着量の差分
上記の吸着材10において、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を超えるのが好ましい。この場合、蒸発燃料中のブタン等の分子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る。これにより吸着材10の小型化及び軽量化を図ることができる。
(h)第2細孔の容積
上記の吸着材10が、原材料にメルタブルコアを含んで構成されている場合、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いる。ここで、第2細孔の容積が、吸着材10の質量に対して、0.05mL/gを超え0.35mL/g以下であるのが好ましい。この場合、第2細孔を蒸発燃料及びパージ空気が通流し易く、吸着性能、パージ性能及びDBL性能が向上し、好ましい。
より好ましくは第2細孔の容積の吸着材10の質量に対する割合が0.1mL/g以上であり、さらに好ましくは0.15mL/g以上である。
(i)吸着機能材料
上記では、吸着材10の原材料に活性炭を含めた。しかし、吸着材10において蒸発燃料中のブタン等の分子を吸着可能であれば、吸着材10の原材料には、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト、有機金属錯体、シリカ多孔体等、又はそれらの混合物が含まれていてもよい。ただし、好ましくは、例えば、活性炭、活性アルミナ、又はそれらの混合物を用いることができ、より好ましくは活性炭を用いるのがよい。
(4)キャニスタ
次に、上記吸着材10を用いたキャニスタ100について、図4を用いて説明する。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、上記で製造されたキャニスタ用の吸着材10が収納される。
ケース21は、下方が開口した中空筒状の合成樹脂(例えば、ナイロン)製の部材である。カバー22は、円盤形状の合成樹脂(例えば、ナイロン)製の部材である。カバー22は、ケース21の下側に例えば振動溶接や接着などによって接合されており、ケース21の開口を塞いでいる。
ケース21の上側には、タンクポート23、パージポート24、及び大気ポート25が形成されている。タンクポート23は、自動車の燃料タンク(図示なし)の上部と連通しており、燃料タンクから発生する蒸発燃料がタンクポート23を通ってケース21の内部に流入する。パージポート24は、内燃機関の吸気通路(図示なし)に連通する。吸気通路は、内燃機関の吸気管に連通されているか、エンジンの駆動とは独立して駆動制御される吸引ポンプに接続されている。大気ポート25は、大気に開放されており、大気が大気ポート25を通ってケース21の内部に流入する。
ケース21の内部には、隔壁26及び補助隔壁27が形成されている。隔壁26は、ケース21の内部の上端からカバー22の近傍まで延びる隔壁であって、パージポート24と大気ポート25との間に位置する。補助隔壁27は、ケース21の内部の上端からカバー22に向けて延びる短寸の隔壁であって、タンクポート23とパージポート24との間に位置する。
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、上記のキャニスタ用の吸着材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。
第1領域31と第2領域32との間に配置されたフィルタFは、合成樹脂製の不織布や発泡ウレタン製のフィルタであって、蒸発燃料や空気が通流可能に構成されている。第1領域31と第2領域32の下部には、プレート28が配置されている。プレート28は、多数の貫通孔が形成された金属板であって、蒸発燃料や空気が通流可能に構成されている。プレート28は、コイルスプリング29により上方向へ付勢されており、もって第1領域31、第2領域32及び第3領域33に封入されたキャニスタ用の吸着材10及び活性炭が上方に押し固められている。
以上の構成により、キャニスタ100の内部には、タンクポート23(及びパージポート24)と大気ポート25との間に亘るU字状の流路が形成される。タンクポート23から流入する蒸発燃料は、まず第1領域31に流入し、プレート28の下方を通って、第2領域32に流入し、第3領域33に流入することになる。第1領域31、第2領域32及び第3領域33は、タンクポート23から大気ポート25へ流れる蒸発燃料を吸着する領域であり、活性炭及びキャニスタ用の吸着材10を収容しており、以下、吸着材室Rと総称する場合がある。また第1領域31はタンクポート23に隣接しており、タンク側隣接領域Tと呼ぶ場合がある。第3領域33は大気ポート25に隣接しており、大気側隣接領域Uと呼ぶ場合がある。
上述の通り、本実施形態では、第3領域33である大気側隣接領域Uに、上記のキャニスタ用の吸着材10が配設されている。キャニスタ用の吸着材10に含まれる活性炭(吸着体)からの蒸発燃料の脱離(パージ)は、パージポート24からの吸気によって大気ポート25から大気が流入して行われる。上記のキャニスタ用の吸着材10は、外壁10A及びリブ10Bの厚みが比較的に薄く形成されているため、パージ性能に優れている。よって、キャニスタ100内の大気側隣接領域Uに上記のキャニスタ用の吸着材10を配設することで、キャニスタのパージ性能を高めることができる。
また、キャニスタ用の吸着材に、金属酸化物、相転移物質及び相転移物質の少なくともいずれかの添加材料が含まれる場合には、活性炭等の吸着体の温度上昇及び温度低下を抑制でき好ましい。つまり、活性炭等の吸着体から蒸発燃料が脱離する際は、熱が奪われるから、吸着体の温度が低下してパージ性能が低下してしまう。例えば、吸着体である活性炭の温度が10℃を下回ると、パージ性能が顕著に低下してしまう。上記構成によれば、吸着材室Rにおける大気ポート25に隣接した大気側隣接領域Uに、上述のキャニスタ用の吸着材10が配設されているから、大気側隣接領域Uにおけるキャニスタ用の吸着材10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。
なお、本実施形態では、大気側隣接領域Uに上記のキャニスタ用の吸着材10を配設しているが、タンク側隣接領域Tにも上記のキャニスタ用の吸着材10を配設することができる。
〔第2実施形態〕
次に、第2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。第2実施形態に係る吸着材10は、第1実施形態に係る吸着材10とは原材料の構成が一部異なり、製造方法等が異なる。異なる点について主に説明し、その他の吸着材の外観構成及びキャニスタへの適用等は第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
第2実施形態に係る吸着材10は、少なくとも、第1細孔を有する活性炭と、有機バインダと、無機材料とを含む原材料から形成される。つまり、第1実施形態に係る吸着材10では、架橋剤が原材料に含まれていたが、第2実施形態に係る吸着材10では、架橋剤は原材料に添加される必須の材料ではない。
このような原材料は、焼成の工程を経て吸着材10として形成される。第1実施形態では、主に有機バインダ及び架橋剤が吸着材10を成型体として構成するバインダとして機能しているが、第2実施形態では、主に無機材料が吸着材10を成型体として構成するバインダとして機能する。
第2実施形態に係る吸着材10の製造方法は、次の通りである。前述の活性炭、有機バインダ及び無機材料を含む原材料は、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〜図3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、例えば約120℃で約3時間で乾燥される。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、例えば800℃で約3時間、成型体を焼成して吸着材10が製造される。
約200℃以下、例えば約120℃での比較的に低温での乾燥及び650℃〜1000℃での比較的に高温での焼成は、例えば、成型時の成型体の水分を飛ばす工程、無機材料を固める工程等であり得る。
また、有機バインダとしては、本実施形態では、吸着材10の製造において焼成の工程が実施されるため、通常のハニカムを成型する際に用いられる有機バインダを使用可能である。有機バインダとして、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等が使用できる。このような有機バインダの添加量は、吸着材10を製造するのに用いる原材料の全質量に対して、3〜15質量%程度である。
また、上述の通り第2実施形態に係る吸着材10の形成過程において焼成工程が含まれる。第2実施形態に係る吸着材10の原材料にメルタブルコアが含まれる場合には、比較的に低温での乾燥及び比較的に高温での焼成は、メルタブルコア等の昇華性物質の昇華工程等であり得る。
その他、第2実施形態に係る吸着材10に、炭化品、金属酸化物、温度制御材料及びメルタブルコア等が原材料に含まれていてもよい点も上記第1実施形態の吸着材10と同様である。また、第1実施形態において述べた、吸着材10に適用可能な更なる構成についても、第2実施形態に係る吸着材10に適用可能である。また、第2実施形態に係る吸着材10は、第1実施形態と同様にキャニスタに適用可能である。
〔吸着材の実施例及び比較例〕
以下に、実施例及び比較例に係る吸着材を製造し、表1〜表3の結果を得た。
下記の実施例及び比較例においては各原材料の分量を絶対量(g)で記載したが、各原材料の分量はこれに限定されるものではなく、相対量(質量部)に置き換えることも可能である。
(実施例1)
BWCが15である活性炭53gと、有機バインダとしてCMC6.5gと、架橋剤としてオキサゾリン基含有ポリマー1gと、無機材料としてベントナイト25gと、ヤシガラの炭化品14.5gとを含む原材料を、混合機を用いて水と混合及び混練した。混練された混練材料を、各セル10Cが軸心方向視において三角形状となるように押出成型機により成型し、120℃で3時間のあいだ乾燥することにより吸着材を得た。
吸着材は、外径6mm、外壁の厚み0.59mm、リブの厚み0.27mm、軸心方向視においてセル数700セル/inchである。
(実施例2)
原材料に、無機材料としてベントナイト14.5gと、金属酸化物としてFeを25gとを加え、ヤシガラの炭化品を加えなかった以外は実施例1と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
(実施例3)
原材料に、ヤシガラの炭化品4.5gと、相変化物質としてヘキサデカンを内包したメラミン被膜を有する7μmのマイクロカプセル10gを加えた以外は実施例1と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
(実施例4)
原材料に、相変化物質の代わりに、相転移物質(V0.980.02)10gを添加したこと以外は実施例3と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
(実施例5)
原材料に、メルタブルコアとしてポリエチレン(PE)20gと、ヤシガラの炭化品15.5gとを加え、架橋剤を加えなかった以外は実施例1と同じ原材料とした。原材料を、混合機を用いて水と混合及び混練した混練材料を、各セル10Cが軸心方向視において三角形状となるように押出成型機により成型し、120℃で3時間乾燥した。その後、800℃で約3時間、成型体を焼成することにより吸着材を得た。
(実施例6)
原材料に、金属酸化物としてFeを25g加え、ヤシガラの炭化品を加えなかった以外は実施例5と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
(実施例7)
原材料に、BWCが15である活性炭59gと、無機材料としてベントナイト19gとを加えた以外は実施例1と同じ原材料を用い、混合機を用いて水と混合及び混練した。混練された混練材料を、各セル10Cが軸心方向視において六角形状となるように押出成型機により成型し、120℃で3時間のあいだ乾燥することにより吸着材を得た。
吸着材は、外径36mm、外壁の厚み0.42mm、リブの厚み0.19mm、セル数600セル/inchである。
(実施例8)
原材料に、BWCが15である活性炭53gと、無機材料としてベントナイト25gとを加えた以外は実施例7と同じ原材料を用いた。また、吸着材が、外径36mm、外壁の厚み0.5mm、リブの厚み0.25mm、セル数300セル/inchとなるように製造した以外は、実施例7と同じ方法を用いて吸着材を得た。
(実施例9)
BWCが15である活性炭53gと、有機バインダとしてCMC6.5gと、無機材料としてベントナイト25gと、金属酸化物としてFeを53gとを含む原材料を、混合機を用いて水と混合及び混練した。混練された混練材料を、各セル10Cが軸心方向視において四角形状となるように押出成型機により成型し、120℃で3時間のあいだ乾燥することにより吸着材を得た。
吸着材は、外径4mm、外壁の厚み0.3mm、リブの厚み0.25mm、セル数600セル/inchである。
(実施例10)
BWCが17である活性炭41gと、有機バインダとしてCMC6.5gと、無機材料としてベントナイト14gと、金属酸化物としてFeを21gと、メルタブルコアとしてポリエチレン(PE)6.5gと含む原材料を、混合機を用いて水と混合及び混練した。混練された混練材料を、各セル10Cが軸心方向視において六角形状となるように押出成型機により成型し、120℃で3時間のあいだ乾燥することにより吸着材を得た。
吸着材は、外径36mm、外壁の厚み0.55mm、リブの厚み0.42mm、セル数300セル/inchである。
(実施例11)
原材料に、BWCが17である活性炭47gを用いた以外は、実施例10と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
実施例11の吸着材は、外壁の厚み0.45mmである以外は、実施例10と同じ外径36mm、リブの厚み0.42mm、セル数300セル/inchである。
(実施例12)
原材料に、BWCが17である活性炭49gを用いた以外は、実施例10と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
実施例12の吸着材は、実施例11の吸着材と外径、外壁の厚み、リブの厚み及びセル数は同じである。
(実施例13)
原材料に、メルタブルコアとして、平均粒子径が1.5μmであるポリメチルメタクリレート(PMMA)6.5gを用いた以外は、実施例12と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
実施例13の吸着材は、実施例11の吸着材と外径、外壁の厚み、リブの厚み及びセル数は同じである。
なお、平均粒子径とは、レーザ回折・散乱法で測定した粒子径をいう。
(比較例1)
実施例1と同じ原材料を用いた混練材料を、各セル10Cが軸心方向視において四角形状となるように押出成型機により成型し、120℃で3時間のあいだ乾燥することにより吸着材を得た。
吸着材は、外径6mm、外壁の厚み0.8mm、リブの厚み0.44mm、セル数290inchである。
(比較例2)
原材料に、BWCが11である活性炭56gと、ヤシガラの炭化品11.5gとを加えた以外は比較例1と同じ原材料を用いて同じ方法で吸着材を得た。
(比較例3)
原材料に、BWCが13である活性炭50gと、無機材料としてベントナイト37gと、メルタブルコアとしてポリエチレン(PE)13gとを加え、有機バインダとしてのCMC、架橋剤及びヤシガラの炭化品を加えなかった以外は比較例1と同じ原材料を用いた。また、吸着材が、外径4.9mm、外壁の厚み0.8mm、リブの厚み0.7mm、セル数200セル/inchとなるように製造した以外は、比較例1と同じ方法を用いて吸着材を得た。
(比較例4)
原材料に、BWCが11である活性炭75gと、有機バインダとしてのCMC10g、無機材料としてベントナイト15gとを加え、ヤシガラの炭化品を加えなかった以外は比較例1と同じ原材料を用いた。また、吸着材が、外径4mm、外壁の厚み0.28mm、リブの厚み0.29mm、セル数500セル/inchとなるように製造した以外は、比較例1と同じ方法を用いて吸着材を得た。
(比較例5)
比較例1と同じ原材料を用いた。また、吸着材が、外径6mm、外壁の厚み0.4mm、リブの厚み0.3mm、セル数500セル/inchとなるように製造した以外は、比較例1と同じ方法を用いて吸着材を得た。
上記の実施例及び比較例において製造された各吸着材について、表1〜表3に示す物性値が得られた。
表1〜表3の物性評価のうち、「BWC」、「ブタン濃度5容量%−50容量%の間の平衡吸着量の差分」、「パージ効率」、「B.R」、「硬度」、「第2細孔(細孔径100nm以上)の容積/吸着材の質量」については、実施例1〜13、比較例1〜5の各吸着材10についての評価値である。一方、DBLについては、実施例1〜13、比較例1〜5の各吸着材10を図4のキャニスタの第3領域33に配設した場合におけるキャニスタとしての評価値である。

Figure 2020067007


Figure 2020067007

Figure 2020067007
BWC、及び、ブタン濃度5容量%−50容量%の間の平衡吸着量の差分、BR(Butane Retentivity)等の各種物性値の測定は、ASTMD5228に準拠して行った。
パージ効率は、次式より求めた。
パージ効率=(ブタン吸着量−ブタン保持量)/ブタン吸着量・・・(1)
累積細孔容積(mL/g)は、多孔質樹脂の第2細孔解析において、1.7psiaから27500psiaまで圧力を加えたときの総水銀圧入量(mL)を試料重量(g)で除することにより求めた。
硬度は、市販の木屋式硬度計を用いて破壊強度を測定した。
吸着材が前述のハニカムペレットである場合には、その破壊強度が15N以上の場合はAA(Excellent)とし、10N以上15N未満の場合はA(Good)とし、5N以上10N未満の場合はB(Below Average)とし、5N未満の場合はC(Poor)とした。
一方、吸着材が前述のハニカム吸着材である場合には、その破壊強度が50N以上の場合はAAとし、30N以上50N未満の場合はAとし、10N以上30N未満の場合はBとし、10N未満の場合はCとした。
DBL性能は次のように評価した。
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。
AA(Excellent)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。
A(Good)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。
B(Below Average)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。
C(Poor)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。
(外径、外壁の厚み及びリブの厚み)
実施例1〜6では外壁10Aの厚みdαが0.59mmであり、実施例7では外壁10Aの厚みdαが0.42mmであり、実施例8では外壁10Aの厚みdαが0.5mmである。
実施例1〜8では、BWCは6.4〜7.1g/dLであり、ブタン濃度5容量%−50容量%の間の平衡吸着量の差分(以下、単に平衡吸着量の差分と記載)は36〜40g/Lである。また、実施例1〜8では、パージ効率は0.89〜0.93である。硬度は、実施例1〜4ではAAと特に優れており、実施例5〜8がAと概ね良好である。DBL性能は、実施例1、7,8がAと概ね良好であり、実施例2〜6ではAAと特に優れている。
また、実施例10では外壁10Aの厚みdαが0.55mmであり、実施例11〜13では外壁10Aの厚みdαが0.45mmである。
実施例10〜13では、BWCは9.2〜10g/dLであり、平衡吸着量の差分は43〜47g/Lである。また、実施例10〜13では、パージ効率は0.9〜0.92である。実施例10〜13では、硬度はAと概ね良好であり、DBL性能はAAと特に優れている。
一方、比較例1〜3では外壁10Aの厚みdαが0.8mmである。
比較例1〜3では、BWCは5.7〜7.5g/dLであり、平衡吸着量の差分は32〜42g/Lである。また、比較例1〜3では、パージ効率は0.78〜0.82である。硬度は、比較例3ではAAと特に優れており、比較例1、2がAと概ね良好である。しかし、DBL性能は、比較例1〜3のいずれもCであり低い。
上記の結果から、実施例1〜8、10〜13では外壁10Aの厚みdαが0.6mm未満であり、BWC、平衡吸着量の差分、パージ効率、硬度、DBL性能等が、外壁10Aの厚みdαが0.6mm以上である比較例1〜3に比べて優れていることが分かる。特に、外壁10Aの厚みdαが0.6mm以上であると、DBL性能が低下することが分かる。また、比較例2では平衡吸着量の差分が32g/Lと、実施例1〜8、10〜13に比べて低い。比較例1〜3のパージ効率は、実施例1〜8、10〜13のパージ効率よりも低い。
よって、吸着材10において、外壁10Aの厚みdαを0、6mm未満とすることで、パージ効率等が優れており、特にDBL性能を高めることができ好ましい。
また、比較例4では外壁10Aの厚みdαが0.28mmであり、比較例5では外壁10Aの厚みdαが0.4mmである。比較例4、5では、BWCが7.1、6.3であり、平衡吸着量の差分が41、35g/Lである。また、パージ効率は0.9、0.89である。硬度は、比較例4ではCと特に悪く、比較例5ではBとやや悪い。また、DBL性能は、比較例4はAと概ね良好であるが、比較例5ではBとやや悪い。
一方、実施例7では外壁10Aの厚みdαが0.42mmであり、硬度はAと概ね良好であり、DBL性能はAと概ね良好である。また、実施例10では外壁10Aの厚みdαが0.55mmであり、実施例11〜13では外壁10Aの厚みdαが0.45mmであり、実施例7、10〜13では硬度はAと概ね良好であり、DBL性能はAAと特に優れている。よって、吸着材10において、外壁10Aの厚みdαが0.4mmを超えていると、硬度及びDBL性能を高めることができ好ましい。
以上より、吸着材10において、外壁10Aの厚みdαは0.6mm未満である。また、厚みdαは0.4mmを超えていると好ましい。
なお、実施例7において外壁10Aの厚みdαが0.42mmの場合に硬度及びDBL性能が概ね良好である。実施例7では、外径Dが36mmの吸着材10であるので、比較的に大きい吸着材10においては、外壁10Aの厚みdαは0.45mm未満とすることもでき、この場合、外壁10Aの厚みdαは0.4mmを超えていると好ましい。
また、実施例11〜13において外壁10Aの厚みdαが0.45mmの場合に、硬度が概ね良好及びDBL性能が特に優れている。
吸着材10のリブ10Bの厚みdβについては、外壁10Aの厚みdαと同様に定義できる。つまり、リブ10Bの厚みdβは少なくとも0.6mm未満である。また、厚みdβは0.4mmを超えていてもよい。
なお、リブ10Bの厚みdβについて、実施例1〜6の比較的に小さい吸着材10においては0.27mmである。また、比較的に大きい吸着材10においては、リブ10Bの厚みdβは、実施例7では0.19mmであり、実施例8では0.25mmである。
また、比較的に大きい吸着材10である実施例10〜13では、リブ10Bの厚みdβは0.42mmである。これらの場合に硬度及びDBL性能が概ね良好か特に優れている。
実施例1〜6では外径Dが6mmであり、外径Dが3.5mm以上10mm以下である比較的に小さいハニカムペレットである。また、実施例7、8、10〜13では外径Dが36mmであり、外径が10mmを超え40mm以下である比較的に大きいハニカム吸着材である。ハニカムペレットにおいても、ハニカム吸着材においても、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは0.6mm未満であり、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβの少なくともいずれかは0.4mmを超えていると好ましい。
さらにリブ10Bの厚みdβについて検討する。実施例1〜6ではリブ10Bの厚みdβが0.27mmであり、実施例7ではリブ10Bの厚みdβが0.19mmであり、実施例8ではリブ10Bの厚みdβが0.25mmであり、実施例10〜13ではリブ10Bの厚みdβが0.42mmである。一方、比較例1、2ではリブ10Bの厚みdβが0.44mmであり、比較例3ではリブ10Bの厚みdβが0.7mmである。前述の通り、比較例1〜3のDBL性能は、実施例1〜8、10〜13のDBL性能よりも劣っている。よって、より好ましくはリブ10Bの厚みdβは0.44mm未満であり、さらに好ましくは0.3mm以下である。また、好ましくはリブ10Bの厚みdβは0.15mm以上であり、より好ましくは0.19mm以上である。なお、実施例1〜8、10〜13を参照すると、吸着材を構成するセルの形状、添加する架橋剤、無機材料、炭化品、金属酸化物等の量によって、リブ10Bの厚みdβを0.6mm未満において適宜調整可能である。
また、実施例9では外径Dが4mmであり、外壁10Aの厚みdαが0.3mmであり、リブ10Bの厚みdβが0.25mmである。実施例9では、金属酸化物としてFeが53g含まれている。金属酸化物の添加量は、38.5質量%である。金属酸化物は比較的に固い無機物から形成されているため、吸着材10に金属酸化物が含まれていることで吸着材10の硬度が高まる。よって、実施例9では、硬度はAと概ね良好である。また、実施例9ではDBL性能もAAと特に優れている。
また、実施例2では外径Dが6mmであり、外壁10Aの厚みdαが0.59mmであり、リブ10Bの厚みdβが0.27mmであり、金属酸化物としてFeが25g含まれている。金属酸化物の添加量は、25質量%である。実施例2では、硬度はAAと特に優れている。また、実施例2ではDBL性能もAAと特に優れている。
また、実施例6では外径Dが6mmであり、外壁10Aの厚みdαが0.59mmであり、リブ10Bの厚みdβが0.27mmであり、金属酸化物としてFeが25g含まれている。金属酸化物の添加量は、19.3質量%である。実施例6では、硬度はAAと特に優れている。また、実施例6ではDBL性能はAと概ね良好である。
また、実施例10では外径Dが36mmであり、外壁10Aの厚みdαが0.55mmであり、リブ10Bの厚みdβが0.42mmであり、金属酸化物としてFeが21g含まれている。金属酸化物の添加量は、23.6質量%である。実施例10では、硬度はAと概ね良好であり、DBL性能はAAと特に優れている。
また、実施例11では外径Dが36mmであり、外壁10Aの厚みdαが0.45mmであり、リブ10Bの厚みdβが0.42mmであり、金属酸化物としてFeが21g含まれている。金属酸化物の添加量は、22.1質量%である。実施例11では、硬度はAと概ね良好であり、DBL性能はAAと特に優れている。
また、実施例12、13では外径Dが36mmであり、外壁10Aの厚みdαが0.45mmであり、リブ10Bの厚みdβが0.42mmであり、金属酸化物としてFeが21g含まれている。メルタブルコアとして実施例12ではポリエチレン(PE)が6.5g含まれており、実施例13ではポリメチルメタクリレート(PMMA)が6.5g含まれている。実施例12、13では金属酸化物の添加量は、21.6質量%である。実施例12、13では、硬度はAと概ね良好であり、DBL性能はAAと特に優れている。
このことから、金属酸化物が吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下含まれている吸着材10は、外壁の厚みdα及びリブの厚みdβを0.6mm未満とすることができる。なお、実施例9では外径Dが4mmであり、外径Dが3.5mm以上10mm以下である比較的に小さいハニカムペレットである。しかし、外径Dをある程度大きくすることで内部空間に形成されるセル10Cのセル数が多くなり硬度が大きくなるため外壁10Aの厚みdα及びリブの厚みdβを薄くできるとの考察から、前述の金属酸化物の含有量、外壁の厚みdα及びリブの厚みdβは、外径Dが3.5mm以上40mm以下のハニカムペレット及びハニカム吸着材に適用できる。
また、四角形状のセル10Cが形成された実施例9の吸着材10と、四角形状のセル10Cが形成された比較例1、2の吸着材10とについて比較する。実施例9では外壁10Aの厚みdαが0.3mmであるのに対して、比較例1、2では外壁10Aの厚みdαが0.8mmである。また、実施例9ではリブ10Bの厚みdβが0.25mmであるのに対して、比較例1、2ではリブ10Bの厚みdβが0.44mmである。DBL性能については、比較例1、2がCと特に悪いのに対して、実施例9ではAAと特に優れている。
よって、金属酸化物が吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下含まれている吸着材10において、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβは、好ましくは0.44mm未満、より好ましくは0.4mm以下、さらに好ましくは0.3mm以下である。
また、金属酸化物が吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下含まれている吸着材10において、外壁の厚みdα及びリブの厚みdβは、硬度の低下を考慮し、0.15mm以上とすることができ、より好ましくは0.23mm以上とするこができる。例えば、実施例9に示すように、外壁の厚みdαは0.3mm以上であるのが好ましく、また、リブの厚みdβが0.25mm以上であるのが好ましい。
なお、実施例9の吸着材のようにセル10Cが四角形状である場合には、実施例1〜8、10〜13の三角形状及び六角形状のセル10Cを有する吸着材10に比べて硬度が低下する傾向にある。しかし、上述の通り、吸着材10に対して金属酸化物を10質量%以上70質量%以下含ませることで、吸着材10の硬度を高めることができる。
(BWC)
実施例1〜9においてBWCは6.4〜7.1g/Lであり、実施例10〜13においてBWCは9.2〜10g/Lである。よって、BWCが3.0g/dLを超え、13.0g/dL以下とするのが好ましい。吸着性能を向上するため、より好ましくはBWCは5.0g/dL以上であり、さらに好ましくは6.0g/dL以上である。パージ性能及びDBL性能の低下を抑制するため、より好ましくはBWCは11.0g/dL以下である。
(パージ効率)
実施例1〜9、10〜13では、パージ効率0.89〜0.94である。よって、実施例の吸着材10においてパージ効率は0.86以上であるのが好ましく、好ましくは0.88以上であり、より好ましくは0.9以上である。
(セルの形状、セル数及びリブ数)
実施例1〜6においては、セル10Cが三角形状であり、軸心方向視においてセル数が700セル/inchであり、実施例1〜4では硬度がAAで特に優れており、実施例5、6では硬度がAで概ね良好である。また、実施例1ではDBL性能が〇で概ね良好であり、実施例2〜6ではDBL性能がAAで特に優れている。
実施例7では、セル10Cが六角形状であり、セル数が600セル/inchであり、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能が〇で概ね良好である。
実施例8では、セル10Cが六角形状であり、セル数が300セル/inchであり、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能が〇で概ね良好である。
実施例9では、セル10Cが四角形状であり、セル数が600セル/inchであり、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能がAAで特に優れている。
実施例10〜13では、セル10Cが六角形状であり、セル数が300セル/inchであり、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能がAAで特に優れている。
一方、比較例1、2では、セル10Cが四角形状であり、セル数が290セル/inchであり、比較例1、2では硬度が〇で概ね良好であるが、DBL性能がCで特に悪い。
比較例3では、セル10Cが四角形状であり、セル数が200セル/inchであり、硬度がAAで特に優れているが、DBL性能がCで特に悪い。
比較例4では、セル10Cが四角形状であり、セル数が500セル/inchであり、硬度がCで特に悪く、DBL性能が〇で概ね良好である。
比較例5では、セル10Cが四角形状であり、セル数が500セル/inchであり、硬度がBでやや悪く、DBL性能もBでやや悪い。
よって、セル数は200セル/inch以上であるのが好ましい。より好ましくは300セル/inch以上、より好ましくは500セル/inch以上、より好ましくは600セル/inch以上、さらに好ましくは700セル/inch以上である。
リブ数は、セル数を200セル/inch以上とすることで、少なくとも4本以上となる。よって、セル数に応じて、リブ数が4本以上となるようにリブ10Bが形成された吸着材10が形成されるのが好ましい。
実施例1〜13と、比較例1〜5とを比較すると、四角形状のセル10Cを有する比較例1〜5の吸着材よりも、三角形状及び六角形状のセル10Cを有する実施例1〜13の方が特性が優れている。実施例9では、比較例1〜5と同様の四角形状のセル10Cを有しているが、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能がAAで特に優れている。実施例9では、金属酸化物が吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下含まれているため、外壁10Aの厚みdαを0.3mmと小さくし、かつリブ10Bの厚みdβを0.25mmと小さくできており、パージ性能及びDBL性能等が向上していると考えられる。同様に、外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβが小さいため、吸着性能も向上可能であると考えられる。
よって、セル10Cの形状として、三角形状及び六角形状が好ましい。また、硬度を確保して外壁10Aの厚みdα及びリブ10Bの厚みdβを小さくできる場合には、四角形状のセル10Cを採用できる。
(平衡吸着量の差分)
実施例1〜9では、平衡吸着量の差分は36〜40g/Lであり、吸着性能が高い。よって、平衡吸着量の差分が35g/Lを超えているのが好ましい。また、実施例10〜13では、平衡吸着量の差分は43〜47g/Lであり、吸着性能がさらに高い。一方で、実施例10〜13の吸着材はDBL性能がAAと特に優れている。よって、実施例10〜13の吸着材は、吸着性能及びパージ性能が特に向上されている。
(第2細孔の容積)
実施例5では、第2細孔の容積が吸着材10の質量に対して0.34mL/gであり、平衡吸着量の差分は36g/Lであり、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能がAAで特に優れている。実施例6では、第2細孔の容積が吸着材10の質量に対して0.31mL/gであり、平衡吸着量の差分は39g/Lであり、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能がAAで特に優れている。実施例10〜13では、第2細孔の容積が吸着材10の質量に対して0.2mL/gであり、平衡吸着量の差分は43〜47g/Lであり、硬度が〇で概ね良好であり、DBL性能がAAで特に優れている。
よって、第2細孔の容積が、吸着材10の質量に対して、0.05mL/gを超え0.35mL/g以下であるのが好ましい。第2細孔の細孔容積が吸着材10の質量に対して0.05mL/g以下の場合は、吸着材10内の通路の割合が小さく、脱吸着速度が遅くなり、吸着性能及びパージ性能が低下する。また、第2細孔の細孔容積が吸着材10の質量に対して0.35mL/gを超える場合は、蒸発燃料及びパージ空気が通流する通路が吸着材10内に過度に形成されて強度が低下し、また、活性炭の含有量が少なくなるため、BWCの値が低下する。
(金属酸化物の添加割合)
実施例2では、活性炭が53g、カルボキシメチルセルロース6.5g、架橋剤が1g、無機材料が14.5gが含まれており、金属酸化物が25g添加されている。この場合、金属酸化物の添加量は、25質量%である。
実施例6では、活性炭が53g、カルボキシメチルセルロース6.5g、無機材料が25g、メルタブルコア20gが含まれており、金属酸化物が25g添加されている。この場合、金属酸化物の添加量は、19.3質量%である。
実施例9では、活性炭が53g、カルボキシメチルセルロース6.5g、無機材料が25gが含まれており、金属酸化物が53g添加されている。この場合、金属酸化物の添加量は、38.5質量%である。
実施例10では、活性炭が41g、カルボキシメチルセルロース6.5g、無機材料が14gが含まれており、金属酸化物が21g、メルタブルコアとしてのポリエチレン(PE)が6.5g添加されている。この場合、金属酸化物の添加量は、23.6質量%である。
実施例11では、活性炭が47g、カルボキシメチルセルロース6.5g、無機材料が14gが含まれており、金属酸化物が21g、メルタブルコアとしてのポリエチレン(PE)が6.5g添加されている。この場合、金属酸化物の添加量は、22.1質量%である。
実施例12では、活性炭が49g、カルボキシメチルセルロース6.5g、無機材料が14gが含まれており、金属酸化物が21g、メルタブルコアとしてのポリエチレン(PE)が6.5g添加されている。この場合、金属酸化物の添加量は、21.6質量%である。
実施例13では、活性炭が49g、カルボキシメチルセルロース6.5g、無機材料が14gが含まれており、金属酸化物が21g、メルタブルコアとしてのポリメチルメタクリレート(PMMA)が6.5g添加されている。この場合、金属酸化物の添加量は、21.6質量%である。
以上の結果から、金属酸化物は、吸着材10に対して10質量%以上70質量%以下で含まれているのが好ましく、より好ましくは15質量%以上50質量%以下であり、さらに好ましくは19質量%以上40質量%以下である。金属酸化物は、吸着材10の硬度を高める機能を有するとともに、温度制御材料としての機能も有するため、両者の兼ね合いを考慮して原材料に対する添加割合を決定するのがよい。
(炭化品の添加割合)
炭化品の原材料に対する添加割合は、実施例1、7、8では14.5質量%、実施例3では4.5質量%、実施例4では14.5質量%、実施例5では12.9質量%である。よって、炭化品の原材料に対する添加割合は、原材料に対して例えば5質量%以上30質量%以下であるのが好ましく、より好ましくは10質量%以上20質量%以下であるのが好ましい。炭化品を加えることで、BWCを調整することができ、また、吸着材10の硬度を高めることができる。
(相変化物質又は相転移物質の添加割合)
相変化物質の活性炭に対する添加割合は、実施例3では18.9質量%である。相転移物質の原材料に対する添加割合は、実施例4では18.9質量%である。よって、相変化物質又は相転移物質の活性炭に対する添加割合は5質量%以上30質量%以下であるのが好ましい。
〔他の実施形態〕
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。
(1)上記実施形態では、大気側隣接領域Uにキャニスタ用の吸着材10を配設しているが、タンク側隣接領域Tに次のキャニスタ用の吸着材を配設することができる。
当該変形例のキャニスタ用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。
上記構成によれば、吸着材室Rにおけるタンク側隣接領域Tに、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等の添加材料を含むキャニスタ用の吸着材が配設されている。よって、当該キャニスタ用の吸着材により活性炭の温度変化を抑制して活性炭の性能低下を防ぐことができる。
また、燃料タンクへの給油が行われる際には、一度に多量の蒸発燃料がキャニスタ100に流入する場合がある。タンクポート23から流入した蒸発燃料は、タンクポート23近傍から大気ポート25へ向けて吸着帯を形成し、その吸着帯では吸着熱により活性炭の温度が上昇する。活性炭は35℃(約35℃)を超えると、吸着性能が顕著に低下してしまう。上記の構成によれば、タンク側隣接領域Tは、燃料タンクへの給油の際、活性炭への蒸発燃料の吸着による発熱によって活性炭の温度が35℃以上になる領域であり、そのタンク側隣接領域Tに相変化温度が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を含む吸着材が配設されている。よって、活性炭の温度が35℃を超える事態が抑制されるので好ましい。
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。
(2)上記実施形態では、吸着材10の外形状は中空形状の円筒状であるが、吸着材10の外形状はこれに限定されない。吸着材10は、例えば楕円形状、長方形状及び正方形状等であってもよい。
(3)上記実施形態では、図4に示すように、吸着材室Rが第1領域31、第2領域32及び第3領域33の3つに区分けされている。しかし、第2領域32及び第3領域33からなる領域は2つに区分けされるのではなく、3つ以上に区分けされていてもよい。この場合も同様に、大気ポート25に最も隣接している領域が大気側隣接領域Uであり、当該大気側隣接領域Uに上記実施形態の吸着材10が配置される。
(4)上記実施形態では、図4に示すキャニスタ100のように、大気側隣接領域Uに上記実施形態の吸着材10が配置される。しかし、大気ポート25側の吸着材室Rが複数の領域に区分けされ、各領域に吸着材10のうちハニカム吸着材及びハニカムペレットが組み合わされて配置されてもよい。
このようなキャニスタについて以下に図5を用いて説明する。
図4のキャニスタ100では右側の空間(大気ポート25の側の空間)がフィルタFにより上下に2つに分けられているが、図5のキャニスタ100では右側の空間(大気ポート25の側の空間)がフィルタFにより上下に3つに分けられている。図5のキャニスタ100のその他の構成は図4と同様である。
この大気ポート25の側の空間の、下側(大気ポート25から離隔している側)から、下側の空間(カバー22の側の空間)を第2領域32とし、中央の空間を第3領域(大気側離隔領域)33とし、上側の空間(大気ポート25の側の空間)を第4領域(大気側隣接領域U)34とする。また、隔壁26によって分けられたタンクポート23側の空間は第1領域31である。本例では、第4領域34に吸着材10のうち外径D及び長さLが比較的に大きいハニカム吸着材が配設されており、第3領域33に吸着材10のうち外径D及び長さLが比較的に小さいハニカムペレットが配設されており、第1領域31及び第2領域32に活性炭が配設されている。例えば、外径Dが3.5mm以上10mm以下である吸着材10はハニカムペレットと称され、外径が10mmを超え40mm以下である吸着材10はハニカム吸着材と称される場合がある。
第2領域32、第3領域33、第4領域34は、大気ポート25に向かう方向に沿って隣接しているのが好ましい。ただし、第2領域32と第3領域33との間、第3領域33と第4領域34との間の少なくともいずれかに別途の空間が設けられていてもよい。
本例では、このように第4領域34及び第3領域33に、順に吸着材10のうちハニカム吸着材及び吸着材10のうちハニカムペレットが配設されている。
そして、第3領域33に配設される吸着材10のうちハニカムペレットのBWC、第4領域34に配設される吸着材10のうちハニカム吸着材のBWCは、順に小さくなる。つまり、吸着材10のうちハニカムペレットのBWC(第3領域33)>吸着材10のうちハニカム吸着材のBWC(第4領域34)の関係を満たす。
上述の通り、本例では、第4領域34である大気側隣接領域Uに、キャニスタ用の吸着材10のうちハニカム吸着材が配設され、第3領域33にキャニスタ用の吸着材10のうちハニカムペレットが配設されている。キャニスタ用の吸着材10に含まれる活性炭(吸着体)からの蒸発燃料の脱離(パージ)は、パージポート24からの吸気によって大気ポート25から大気が流入して行われる。上記のキャニスタ用の吸着材10は、外壁10A及びリブ10Bの厚みが比較的に薄く形成されているため、パージ性能に優れている。よって、キャニスタ100内の大気側隣接領域Uである第4領域34及びそれに隣接する第3領域33に上記のキャニスタ用の吸着材10を配設することで、キャニスタのパージ性能を高めることができる。
本例では、特に、第2領域32に配設された活性炭のBWCが高くブタン吸着性能が高くても、第2領域32から大気ポート25に向かう領域、つまり第3領域33(大気側離隔領域)33、及び、第4領域34(大気側隣接領域)34のそれぞれに配設されたハニカムペレット及びハニカム吸着材によってキャニスタ100のDBL性能を高めることができる。つまり、第2領域32に配設された活性炭によってブタンの吸着量が大きくなった場合であっても、第3領域33に比較的に小さいハニカムペレットが配設されているため、第3領域33に配設されたハニカムペレットの外表面積が大きいこと等により第3領域33でのパージ性能を高め、キャニスタ100のDBL性能を高めることができる。また、第3領域33に隣接する第4領域34に比較的に大きいハニカム吸着材がさらに配設されているため、パージされた蒸発燃料中のブタンの吸着を第4領域34において抑制して、キャニスタ100のパージ性能を高め、DBL性能を高めることができる。
また、本例では、特に、吸着材10のうちハニカムペレットのBWC(第3領域33)>吸着材10のうちハニカム吸着材のBWC(第4領域34)の関係を満たしており、大気ポート25に向かうほどBWCが小さくなる。よって、大気ポート25に向かうほどパージ後のブタンの残存量が少なく、DBLの性能が向上する。
また、キャニスタ用の吸着材10に金属酸化物、相転移物質及び相転移物質の少なくともいずれかの添加材料が含まれる場合には、活性炭等の吸着体の温度上昇及び温度低下を抑制でき好ましい。つまり、活性炭等の吸着体から蒸発燃料が脱離する際は、熱が奪われるから、吸着体の温度が低下してパージ性能が低下してしまう。例えば、吸着体である活性炭の温度が10℃を下回ると、パージ性能が顕著に低下してしまう。上記構成によれば、吸着材室Rにおける大気ポート25に隣接した大気側隣接領域Uである第4領域34にキャニスタ用の吸着材10のうちハニカム吸着材が配設され、それに隣接する第3領域33に上記のキャニスタ用の吸着材10のうちハニカムペレットが配設されているから、キャニスタ用の吸着材10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。
一実施例として、第4領域34には実施例1〜13のいずれかの吸着材10のハニカム吸着材が配設され、第3領域33には実施例1〜13のいずれかの吸着材10のハニカムペレットが配設され、その他の第1領域31及び第2領域32には活性炭が配設されて、キャニスタ100が構成されてもよい。特にDBL性能が優れている実施例2〜6、9、10〜13のいずれかの吸着材10からハニカム吸着材及びハニカムペレットが構成されていると好ましい。このようなキャニスタ100のDBL性能はAAで特に優れていると考えられる。
10 :吸着材
10A :外壁
10B :リブ
10C :セル

Claims (19)

  1. キャニスタに充填される吸着材であって、
    筒状の外壁と、
    前記外壁の軸心に沿って複数のセルに仕切る複数のリブとを備え、
    前記外壁の厚み及び前記複数のリブの厚みは0.6mm未満であり、前記外壁と前記複数のリブとの少なくともいずれかの厚みは0.4mmを超えており、
    前記外壁の外径が3.5mm以上40mm以下であり、
    ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが3.0g/dLを超えており、
    ASTMD5228によるBWC評価法における、以下の式で示されるパージ効率が0.86以上である、吸着材。
    パージ効率=(ブタン吸着量−ブタン保持量)/ブタン吸着量・・・(1)
  2. 前記外壁の外径が3.5mm以上10mm以下である、請求項1に記載の吸着材。
  3. 前記外壁の厚み及び前記複数のリブの厚みは0.45mm未満であり、
    前記外壁の外径が10mmを超え40mm以下である、請求項1に記載の吸着材。
  4. キャニスタに充填される吸着材であって、
    筒状の外壁と、
    前記外壁の軸心に沿って複数のセルに仕切る複数のリブとを備え、
    前記外壁の厚み及び前記複数のリブの厚みは0.6mm未満であり、
    前記外壁の外径が3.5mm以上40mm以下であり、
    前記吸着材には、前記吸着材に対して10質量%以上70質量%以下の金属酸化物が含まれており、
    ASTMD5228によるBWC評価法における、BWCが3.0g/dLを超えており、
    ASTMD5228によるBWC評価法における、以下の式で示されるパージ効率が0.86以上である、吸着材。
    パージ効率=(ブタン吸着量−ブタン保持量)/ブタン吸着量・・・(1)
  5. 前記複数のセルの形状各々は、軸心方向視において三角形状及び六角形状の少なくともいずれかである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の吸着材。
  6. 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1〜5のいずれか1項に記載の吸着材。
  7. 前記吸着材は、少なくとも、活性炭と、前記活性炭よりも体積比熱及び熱伝導率の少なくとも1つが高い温度制御材料とを含んで構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の吸着材。
  8. 前記温度制御材料は、金属酸化物、相変化温度36℃以下である相変化物質、及び、相転移温度36℃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7に記載の吸着材。
  9. 前記吸着材は、少なくとも、活性炭を含んで構成されており、
    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、前記第2細孔の容積が、前記吸着材の質量に対して、0.05mL/gを超え0.35mL/g以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の吸着材。
  10. 前記複数のセルのセル数が200セル/inch以上であり、かつ、前記複数のリブのリブ数が4本以上である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の吸着材。
  11. 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1〜10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。
  12. 前記大気側隣接領域よりも前記大気ポートから離隔し前記大気側隣接領域に隣接した大気側離隔領域に、請求項1〜10のいずれか1項に記載の吸着材が配設されており、
    前記大気側隣接領域に配設されている吸着材は、前記外壁の外径が10mmを超え40mm以下であるハニカム吸着材であり、
    前記大気側離隔領域に配設されている吸着材は、前記外壁の外径が3.5mm以上10mm以下であるハニカムペレットである、請求項11に記載のキャニスタ。
  13. 前記ハニカムペレットのBWC>前記ハニカム吸着材のBWCの関係を満たす、請求項12に記載のキャニスタ。
  14. 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温度制御材料とを含む吸着材が配設されている、請求項11〜13のいずれか1項に記載のキャニスタ。
  15. 請求項1〜10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、活性炭と、有機バインダと、架橋剤と、無機材料とを混合し、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100℃以上200℃以下の乾燥処理を施す、
    吸着材の製造方法。
  16. 請求項1〜10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、活性炭と、有機バインダと、無機材料とを混合し、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700℃以上900℃以下の焼成処理を施す、
    吸着材の製造方法。
  17. さらに、前記活性炭よりも体積比熱及び熱伝導率の少なくとも1つが高い温度制御材料として、金属酸化物、相変化温度36℃以下である相変化物質、及び、相転移温度36℃以下である相転移物質の少なくともいずれかの物質が混合され、その後混練される、請求項15又は16に記載の吸着材の製造方法。
  18. さらに、メルタブルコアが混合され、その後混練される、請求項15〜17のいずれか1項に記載の吸着材の製造方法。
  19. さらに、前記吸着材に対して10質量%以上70質量%以下の金属酸化物が混合され、その後混練される、請求項15〜18のいずれか1項に記載の吸着材の製造方法。
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