JP4708283B2

JP4708283B2 - キャニスタ

Info

Publication number: JP4708283B2
Application number: JP2006211900A
Authority: JP
Inventors: 克之木戸; 隆司小杉
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: US7670412B2; US20080028939A1; JP2008038688A

Description

本発明は、キャニスタに関する。

燃料タンク等で発生した蒸発燃料ガスを処理するためのキャニスタとして、特許文献１には、表面に活性炭に比べて熱伝導率が大きくかつ熱容量の大きな蓄熱粒子を付着された活性炭吸着体を備えた蒸発燃料の処理装置が記載されている。この構成では、蒸発燃料の吸着時に活性炭が発生する熱が蓄熱粒子に伝えられて温度上昇が抑制され、吸着能力の低下が防止される。

しかし、特許文献１の構成では、活性炭（吸着体）と蓄熱粒子とが直接接触しているので、活性炭が蒸発燃料ガスや空気と接触する面積が少なくなる。これにより、活性炭の性能が十分に発揮されないおそれがある。また、蓄熱材も、蒸発燃料ガスや空気に直接触れることで性能が劣化する可能性が生じる。
特開平１０−３３９２１８号公報

本発明は上記事実を考慮し、吸着体の温度変化を蓄熱材で抑制でき、しかも吸着体の吸着能力低下や蓄熱材の劣化を防止できるキャニスタを得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、蒸発燃料ガスが導入されるキャニスタ本体と、前記キャニスタ本体に収容され蒸発燃料ガスを吸着する吸着体と、前記キャニスタ本体内に配置されると共にキャニスタ本体に係合機構を介して係合されて固定された蓄熱材容器と、前記蓄熱材容器に収容された蓄熱材と、を有し、前記蓄熱材容器が、収容された前記蓄熱材の外側で、閉曲面を構成すると共に前記キャニスタ本体内での前記蒸発燃料ガスの流れ方向に平行なビードを備えている。

このキャニスタでは、キャニスタ本体に導入された蒸発燃料ガスが吸着体で吸着されるが、吸着時の温度上昇は、蓄熱材によって抑制される。このため、吸着体の温度上昇が抑制され、吸着能力の低下が防止される。

また、キャニスタ本体内には蓄熱材容器が配置されており、蓄熱材はこの蓄熱材容器に収容されている。すなわち、蓄熱材容器によって蓄熱材と吸着体とが隔離されており、これらが直接接触しない。このため、蓄熱材と吸着体とが直接接触している構成と比較して、吸着体の蒸発燃料ガスや空気との接触面積を広く確保でき、吸着体の吸着能力を高く発揮させることができる。また、蓄熱材は、蒸発燃料ガスや空気に直接接触しなくなるので、性能の劣化が防止される。
蓄熱材容器は、収容された蓄熱材の外側で閉曲面を構成しているため、蓄熱材が吸着材に対し全く接触しない。さらに、蓄熱材容器は、ビードを備えている。ビードによって蓄熱材容器の表面積が増大され、蓄熱材容器の熱伝導性が高められている。ビードは、キャニスタ本体内での蒸発燃料ガスの流れ方向に平行に形成されているので、蒸発燃料ガスの流れに不用意な抵抗を生じさせない。
蓄熱材容器は、キャニスタ本体に係合機構を介して係合されて固定されている。すなわち、キャニスタ本体に対し蓄熱材容器は位置決めして固定される。しかも、キャニスタ本体を蓄熱材容器によって補強できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記蓄熱材容器が、前記吸着体よりも高い熱伝導率を有していることを特徴とする。

これにより、吸着体と蓄熱材との熱交換速度は、吸着体どうしの熱交換速度が律速となる。すなわち、蓄熱材容器の熱伝導率が吸着体よりも低い構成と比較して、熱交換速度が高くなる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記蓄熱材容器が、前記吸着体よりも大きな熱容量を有していることを特徴とする。

これにより、蓄熱材容器がない構成（蓄熱材容器の代わりにその領域に吸着体が存在している）と比較して、熱容量が大きくなるため、吸着体の温度上昇を効果的に抑制可能となる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記蓄熱材容器の少なくとも一部が、前記蓄熱材の沸点よりも低い温度で溶融する溶融部とされていることを特徴とする。

これにより、蓄熱材容器の熱焼却時には、内部の蓄熱材の温度が沸点に達する前に、溶融部が溶融する。このため、熱焼却時の蓄熱材容器の破裂を防止できる。

本発明は上記構成としたので、吸着体の温度変化を蓄熱材で抑制でき、しかも吸着体の吸着能力低下や蓄熱材の劣化を防止できる。

図１には、本発明の第一実施形態のキャニスタ１２が示されている。このキャニスタ１２は、略箱状に形成されたキャニスタ本体１４を有している。キャニスタ本体１４の内部には、一端壁１４Ａ及び他端壁１４Ｂのそれぞれに対して平行に、不織布等で構成されたフィルタ膜１６、１８が備えられている。

また、キャニスタ本体１４の一端壁１４Ａからは、フィルタ膜１８に達する隔壁２０が延出されている。この隔壁２０とフィルタ膜１６、１８により、キャニスタ本体１４内には第一吸着室２２と第二吸着室２４とが構成されている。そして、第一吸着室２２から、フィルタ膜１８と他端壁１４Ｂの間の空間２８を経て第二吸着室２４に至る方向Ｆ１と、その反対方向Ｆ２を含む、略Ｕ字状の気体流動経路が構成されている。

これら第一吸着室２２及び第二吸着室２４には、たとえば活性炭をバインダと練り合わせて粒状に形成した吸着体３０が充填されている。また、キャニスタ本体１４には、第一吸着室２２に対応する位置に、図示しない燃料タンクに接続された導入配管３２が設けられている。また、同じく第一吸着室２２に対応する位置に、図示しないエンジンに接続された排出配管３４が設けられている。さらに、第二吸着室２４に対応する位置には、大気と連通された大気連通配管３６が設けられている。

給油時等には燃料タンク内で蒸発燃料ガスが生じるが、この蒸発燃料ガスは、導入配管３２を経てキャニスタ１２に導入される。そして、導入された蒸発燃料ガスの蒸発燃料成分は、吸着体３０で吸着され、浄化された空気が大気連通配管３６を経て大気開放される。また、車両走行時等には、吸着体３０に吸着された蒸発燃料成分が脱離され、大気連通配管３６を経て導入された空気と共に、排出配管３４からエンジンに送られるようになっている。

第一吸着室２２内には、蓄熱材容器３８が備えられている。蓄熱材容器３８内には、吸着体３０よりも熱伝導率が高く、且つ熱容量が大きな材料で構成された蓄熱材が収容されている。なお、蓄熱材としては、たとえば、鉄、銅等の金属材料や、セラミックス、ガラス等の無機材料などの常温で固定の材料でもよいが、常温で液体の材料でもよい。本実施形態では一例として、ヘキサデカンを用いている。

また、蓄熱材容器３８も、吸着体３０より熱伝導率が高い材料で構成されており、熱容量（比熱と質量との積）も大きく設定されている。特に本実施形態では、収容された蓄熱材の外側において閉曲面を構成しており、蓄熱材が吸着体３０に対して全く接触しないようになっている。

図２（Ａ）〜（Ｃ）にも詳細に示すように、蓄熱材容器３８の全体的形状は略板状とされているが、蓄熱材容器３８を側面視したときの形状（側面３８Ｓの形状）は、キャニスタ本体１４の他端壁１４Ｂ側から一端壁１４Ａ側に向かって厚みＴ１が漸減するように楔状とされている。これにより、燃料タンクから導入配管３２を経て導入された蒸発燃料ガスの、第一吸着室２２内での流れ方向Ｆ１（図１での下向きの流れ）に対する抵抗が小さくなっている。

蓄熱材容器３８の前面及び後面には、キャニスタ本体１４内での蒸発燃料ガスの流れ方向Ｆ１、Ｆ２に平行な１又は複数本（本実施形態では３本）のビード４０が形成されている。ビード４０によって蓄熱材容器３８の表面積が増大されており、蓄熱材容器３８の熱伝導性が高められている。また、ビード４０は第一吸着室２２内での流れ方向Ｆ１、Ｆ２と平行に形成されており、蒸発燃料ガスの流れに不用意な抵抗を生じさせないようになっている。

蓄熱材容器３８の下端３８Ｂからは、１又は複数枚（本実施形態では２枚）の整流板４２が延出されている。整流板４２は、第一吸着室２２と空間２８の間での蒸発燃料ガスの流れ方向に沿った湾曲形状とされており、蒸発燃料ガスを整流する作用を有している。

図３に示すように、蓄熱材容器３８の側面３８Ｓには、上方から見てＴ字状の係合突起４４が上下方向に形成されている。これに対し、キャニスタ本体１４には、係合突起４４が係合される係合溝４６が形成されている。係合突起４４を係合溝４６に係合させることで、蓄熱材容器３８がキャニスタ本体１４に対して位置決めされて固定される。また、キャニスタ本体１４が蓄熱材容器３８によって補強されることにもなる。なお、係合溝４６は、キャニスタ本体１４の第一吸着室２２を構成する側面１４Ｓや隔壁２０に形成してもよいが、キャニスタ本体１４内にあらたに壁部材を設け、この壁部材に係合溝４６を形成してもよい。

また、蓄熱材容器３８は、その融点が、収容された蓄熱材の沸点よりも低い材料（本実施形態では、一例としてナイロン）で構成されている。したがって、内部に蓄熱材が収容された蓄熱材容器３８を加熱すると、まず蓄熱材容器３８が溶融し、水で、蓄熱材が気体になる。

なお、蓄熱材容器３８は、第一吸着室２２内に１つのみ設けられていてもよいが、たとえば複数の蓄熱材容器３８を、その厚み方向に所定間隔をあけて配置し、蓄熱効果を高めるようにしてもよい。

次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態のキャニスタ１２では、上記したように、給油時等に導入配管３２を経て導入された蒸発燃料ガスの蒸発燃料成分が、吸着体３０で吸着され、浄化された空気が大気連通配管３６を経て大気に開放される。また、車両走行時等には、吸着体３０に吸着された蒸発燃料成分が脱離され、大気連通配管３６を経て導入された空気と共に、排出配管３４からエンジンに送られる。

ここで一般に、活性炭を含んだ吸着体３０では、蒸発燃料ガスの吸着時には温度が上昇して吸着能力が低下し、脱離時には温度が低下して脱離能力が低下するが、本実施形態では、第一吸着室２２内に、蓄熱材容器３８に収容された蓄熱材を有しているので、吸着時には吸着体３０から蓄熱材容器３８及び蓄熱材に熱が移動し、吸着体３０の温度上昇が抑制される。また、脱離時には蓄熱材及び蓄熱材容器３８から吸着体３０に熱が移動し、吸着体３０の温度低下が抑制される。これにより、吸着体３０の温度変化に伴う性能低下が防止される。

また、本実施形態では、閉曲面を構成する蓄熱材容器３８内に蓄熱材を収容しており、蓄熱材は吸着体３０と隔離されて、これらは完全に非接触となっている。吸着体３０の周囲に蓄熱材が接触している構成と比較して、吸着体３０の蒸発燃料ガスや空気との接触面積を広く確保できるので、吸着体３０の吸着能力や脱離能力を高く発揮させることができる。さらに、蓄熱材については、蒸発燃料ガスや空気と接触しなくなるので、性能の劣化が防止される。

特に本実施形態では、蓄熱材容器３８として、吸着体３０よりも高い熱伝度率を有する材料で構成している。これにより、吸着体３０と蓄熱材との熱交換速度は、吸着体３０どうしの熱交換速度が律速となる。このため、吸着体３０よりも低い熱伝導率を有する材料で構成したものと比較して、熱交換速度が高くなり、効率的な熱交換が可能となる。

さらに本実施形態では、蓄熱材容器３８として、吸着体３０よりも大きな熱容量を有している。このため、蓄熱材容器３８がない構成（蓄熱材容器３８の代わりに、その領域にも吸着体３０が存在している）と比較して熱容量が大きくなるため、吸着体３０の温度上昇や温度低下を効果的に抑制可能となる。

加えて本実施形態では、図２に示すように、蓄熱材容器３８にビード４０を形成することで、このようなビード４０が設けられていない構成と比較して、吸着体３０との接触面積を広く確保している。このため、吸着体３０と蓄熱材容器３８及び蓄熱材との熱伝導性が高くなり、さらに、吸着体３０の温度上昇や温度低下を効果的に抑制可能となっている。

ビード４０の方向は、このように吸着体３０との接触面積を広く確保できれば特に限定されないが、本実施形態では特に、第一吸着室２２内での蒸発燃料ガスや空気の流れ方向Ｆ１、Ｆ２に沿って形成しているので、たとえば、この流れ方向と交差する方向にビードを形成した構成と比較して、ビード４０による通気抵抗の増加が抑制されている。

しかも、本実施形態では、図２（Ｃ）及び図３に示すように、側面視した形状を、キャニスタ本体１４の他端壁１４Ｂ側から一端壁１４Ａ側に向かって厚みＴ１が漸減する楔状としている。これにより、燃料タンクから導入配管３２を経て導入された蒸発燃料ガスの、キャニスタ本体１４内での流れ方向Ｆ１、Ｆ２に対する抵抗が小さくなっている。特に、燃料タンクへの給油時には、燃料タンクの液面上昇によって多量の蒸発燃料ガスが発生するが、このような場合でも、蒸発燃料ガスはスムーズにキャニスタ本体１４内に導入される。

なお、このように、燃料タンクから導入配管３２を経て導入された蒸発燃料ガスの、キャニスタ本体１４内での流れ方向Ｆ１、Ｆ２に対する抵抗を小さくするためには、側面３８Ｓの全体において、厚みＴ１が漸減していている必要はない、たとえば図４に示す蓄熱材容器４８のように、高さ方向の中間部分から上方に向かって側面４８Ｓの厚みＴ１が漸減している構成でもよい。

また、本実施形態では、蓄熱材容器３８の下端３８Ｂから、第一吸着室２２と空間２８の間での蒸発燃料ガスの流れ方向に沿った湾曲形状の整流板４２が延出されている。これにより、蒸発燃料ガスが整流され、キャニスタ本体１４内でのスムーズな流れが実現される。

しかも、本実施形態では、蓄熱材容器３８の側面３８Ｓの係合突起４４を、キャニスタ本体１４の係合溝４６に係合させて、蓄熱材容器３８をキャニスタ本体１４に対し位置決めさせた状態で固定することで、キャニスタ本体１４を補強している。特に、キャニスタ本体１４に、補強のための部材等を設けた構成と比較して、簡素な構造で、且つ重量増を招くことなく補強できる。もちろん、蓄熱材容器３８をキャニスタ本体１４に確実に固定できると共に、キャニスタ本体１４を蓄熱材容器３８によって補強することができれば、蓄熱材容器３８とキャニスタ本体１４とを係合させる構造は、上記のものに限定されない。

なお、本実施形態に係る蓄熱材容器３８は、焼却処理によって廃棄することが可能である。本実施形態では、蓄熱材容器３８の融点は蓄熱材の沸点よりも低いので、加熱時に蓄熱材が液体から気体になって、蓄熱材容器３８の内圧が急上昇する前に、蓄熱材容器３８が溶ける。このため、加熱時の蓄熱材容器３８の破裂等を防止できる。

このように、蓄熱材容器３８の加熱時の破裂を防止するためには、蓄熱材容器３８の全体が、蓄熱材の沸点より低い融点の材料で構成されて、本発明に係る溶融部となっている必要はなく、少なくとも一部が、蓄熱材の沸点より低い融点の材料で構成されて、本発明に係る溶融部となっていればよい。たとえば、複数の蓄熱材容器構成素片を接合して蓄熱材容器３８を構成してもよく、この場合には、接合材として、その融点が蓄熱材の沸点より低いものが用いられていればよい。この構成では、蓄熱材容器構成素片の材質例として銅等の金属を挙げることができ、接合材の例としては、たとえばハンダを挙げることができる。

また、蓄熱材容器に孔部を形成し、この孔部を栓部材で閉塞する構成でもよく、この場合には、栓部材として、蓄熱材の沸点より低いものが用いられていればよい。この構成での蓄熱材容器の材質例としても、銅等の金属を挙げることができ、栓部材の例としても、たとえばハンダを挙げることができる。

図５には、本発明の参考例のキャニスタ７２が示されている。以下、第一実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

参考例のキャニスタ７２では、第一実施形態に係る蓄熱材容器３８は備えていないが、これに代えて、吸着体３０と同等形状とされた蓄熱材容器７４が使用されている。図６にも詳細に示すように、蓄熱材容器７４の外観形状は吸着体３０と同等形状とされているが、内部には、第一実施形態と同様の蓄熱材が収容されている。また、蓄熱材容器７４と蓄熱材とを合わせた比重が、吸着体３０の比重と同等とされている。

したがって、参考例では、キャニスタ本体１４内の全域に、蓄熱材容器７４（蓄熱材）を偏り無く配置することができる。すなわち、キャニスタ本体１４の全域で、蓄熱材による蓄熱効果（吸着体３０の温度上昇、温度低下の抑制）が得られる。特に、蓄熱材容器７４の形状を吸着体３０と同等としているので、キャニスタ本体１４内での局所的な偏りが発生しづらくなっている。また、蓄熱材容器７４と蓄熱材とを合わせた比重が、吸着体３０の比重と同等とされているので、キャニスタ本体１４に振動等が繰り返し作用した場合でも、蓄熱材容器７４の偏在を抑制できる。

そして、蓄熱材は吸着体３０と隔離されて、これらが非接触となっているので、吸着体３０の蒸発燃料ガスや空気との接触面積を広く確保でき、吸着体３０の吸着能力や脱離能力を高く発揮させることができる。さらに、蓄熱材も、蒸発燃料ガスや空気と接触しなくなるので、性能の劣化が防止される。

また、キャニスタ本体１４内に吸着体３０と蓄熱材容器７４とを充填する場合にも、キャニスタ本体１４の外部であらかじめ吸着体３０と蓄熱材容器７４とを混ぜ合わせた後、キャニスタ本体１４に充填することが可能であり、充填作業を容易に行うことができる。

なお、参考例において、蓄熱材容器７４の外観形状と吸着体３０との「同等形状」には、蓄熱材容器７４と吸着体３０とを偏りなく混ぜ合わせることができる程度に「同等」とされていれば含まれる。実際には、吸着体３０も、個々の形状にバラつきがあるので、少なくともこのバラつきの範囲内で、蓄熱材容器７４の形状にバラつきがある程度であれば、上記の「同等形状」に含まれる。蓄熱材容器７４の形状のバラつきが、吸着体３０の形状のバラつきの程度を超えるものであっても、実質的にこれらを偏り無く混ぜ合わせることができればよい。

同様に、蓄熱材容器７４と蓄熱材とを合わせた比重と吸着体３０の比重とが「同等」であるとは、キャニスタ本体１４に作用した振動等で、これらが偏在しない程度であれば含まれる趣旨である。

本発明の第一実施形態のキャニスタの概略構成を示す断面図である。本発明の第一実施形態のキャニスタの内部に配置される蓄熱材容器を示し（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。本発明の第一実施形態のキャニスタの内部に配置される蓄熱材容器とキャニスタ本体とを部分的に示す斜視図である。本発明の第一実施形態のキャニスタの内部に配置される蓄熱材容器の図２とは異なる例を示す側面図である。本発明の参考例のキャニスタの概略構成を示す断面図である。本発明の参考例のキャニスタにおける吸着体と蓄熱材容器との混在状態と示す説明図である。

符号の説明

１２キャニスタ
１４キャニスタ本体
１６フィルタ膜
１８フィルタ膜
２０隔壁
２２第一吸着室
２４第二吸着室
２８空間
３０吸着体
３２導入配管
３４排出配管
３６大気連通配管
３８蓄熱材容器
４０ビード
４２整流板
４４係合突起
４６係合溝
７２キャニスタ
７４蓄熱材容器

Claims

蒸発燃料ガスが導入されるキャニスタ本体と、
前記キャニスタ本体に収容され蒸発燃料ガスを吸着する吸着体と、
前記キャニスタ本体内に配置されると共にキャニスタ本体に係合機構を介して係合されて固定された蓄熱材容器と、
前記蓄熱材容器に収容された蓄熱材と、
を有し、
前記蓄熱材容器が、収容された前記蓄熱材の外側で、閉曲面を構成すると共に前記キャニスタ本体内での前記蒸発燃料ガスの流れ方向に平行なビードを備えているキャニスタ。
前記蓄熱材容器が、前記吸着体よりも高い熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１に記載のキャニスタ。
前記蓄熱材容器が、前記吸着体よりも大きな熱容量を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャニスタ。
前記蓄熱材容器の少なくとも一部が、前記蓄熱材の沸点よりも低い温度で溶融する溶融部とされていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のキャニスタ。