(57)【要約】  特に自動車の内燃機関の燃料タンクから発生する蒸発燃料のための吸着フィルタであって、該吸着フィルタが逆流離脱によって再生可能であって、吸着若しくは離脱性のフィルタ材料が蓄熱物質と協働するようになっている形式のものにおいて、フィルタ材料内で蓄熱性を高めるために、前記蓄熱物質が、相変化材料（７′、７″）（ＰＣＭ材料＝Ｐｈａｓｅ−Ｃｈａｎｇｅ−Ｍａｔｅｒｉａｌ）より成っていて、反応性のフィルタ材料内で小さいユニットに分割されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
殊に自動車の内燃機関の燃料タンクから発生する蒸発燃料のための吸着フィルタであって、該吸着フィルタが逆流離脱によって再生可能であって、吸着若しくは離脱性のフィルタ材料が蓄熱物質と協働するようになっている形式のものにおいて、
前記蓄熱物質が、相変化材料（７′、７″）（ＰＣＭ材料＝Ｐｈａｓｅ−Ｃｈａｎｇｅ−Ｍａｔｅｒｉａｌ）より成っていて、反応性のフィルタ材料内で複数の小さいユニット内に分配されていることを特徴とする、吸着フィルタ。
【請求項２】
吸着フィルタが、貫流方向で、温度に関連して種々異なる相変化限界を備えたＰＣＭ材料を有している、請求項１記載の吸着フィルタ。
【請求項３】
フィルタの吸着機能において相変化限界の温度値が下流側で上昇するようになっている、請求項１又は２記載の吸着フィルタ。
【請求項４】
温度に関連して種々異なる高さの相変化限界を有するＰＣＭ材料を備えた少なくとも２つのフィルタ領域が下流側に設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の吸着フィルタ。
【請求項５】
吸着フィルタの下流側に位置する端部領域に、種々異なる相変化温度を有する相変化材料が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の吸着フィルタ。
【請求項６】
相変化材料の小さい粒子が、機械的に保持された、より大きいユニットにまとめられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の吸着フィルタ。
【請求項７】
より大きいユニットが、良好な熱伝導性の充填材料を含有している、請求項６記載の吸着フィルタ。
【請求項８】
各構成要素が、結合剤によってより大きいユニットにまとめられている、請求項６又は７記載の吸着フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車の内燃機関の燃料タンクから発生する蒸発燃料のための吸着フィルタであって、該吸着フィルタが、逆流する対向流によって吸着燃料を離脱させることによって再生可能であって、吸着若しくは離脱性のフィルタ材料が蓄熱物質と協働するようになっている形式のものに関する。
【０００２】
このような吸着フィルタはアメリカ合衆国特許第５８６１０５０号明細書により公知である。これと同様の構成のフィルタは、アメリカ合衆国特許第２００２／０１７４８５７号明細書、アメリカ合衆国特許第２００１／００２０４１８号明細書、ヨーロッパ特許公開第１１１３１６３号明細書、特開昭６３−２４６４６２号公報並びに特開平１０−３３９２１８号公報に開示されている。
【０００３】
本発明の課題は、蓄熱物質の蓄熱作用を高めることであり、また、フィルタを再生させる際に逆流ガス侵入部の領域おけるフィルタ材料の離脱特性を改善することである。
【０００４】
この課題は本発明によれば、前記蓄熱物質が、相変化材料（ＰＣＭ材料＝Ｐｈａｓｅ−Ｃｈａｎｇｅ−Ｍａｔｅｒｉａｌ）より成っていて、反応性のフィルタ材料内で複数の小さいユニット内に分配されていることによって、解決された。
【０００５】
本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明は、公知の相変化材料を使用して、蓄熱物質の蓄熱能力を、特に自動車の内燃機関の燃料タンクから発生する蒸発燃料のための吸着フィルタにおいて著しく高める、という一般的な考え方に基づいている。
【０００７】
公知の相変化材料は例えばワックス（Ｗａｃｈｓ；ろう）である。熱を加えることによってワックスは溶融する。この時にワックスは供給された熱を、ワックスの温度を高める代わりにワックスの分子の結合を解離するために利用する。液化されたワックス内には、熱ではなく、自由になった結合エネルギーが蓄えられ、この結合エネルギーが、凝固時つまり流動状から固形状に相変化する際に、再び熱として放出される。国際公開第９９／６４２２３号明細書によれば、外部の影響による温度変化を発泡材で補償若しくは緩衝するために、粒状の相変化材料を有する発泡材を使用することが公知である。
【０００８】
蓄えられた熱を迅速かつ良好に受容することができるようにするために、冒頭に述べた形式の相変化材料が有利な形式で、約１０μｍの範囲内の直径を有する小さい球として使用される。相変化材料としてのワックスにおいては、このワックスは、約２００ｎｍの厚さを有する被覆材内にカプセル状に収容されている。
【０００９】
吸着フィルタの全長に亘って種々異なる運転特性を維持することができるようにするために、相変化材料による負荷は、吸着フィルタの貫流方向で量的に変化させることができる。
【００１０】
相変化材料は、選択された種類に応じて、約５℃〜７０℃の間の種々異なる高さの溶融温度つまり相変化温度を有することができる。
【００１１】
本発明の特に有利な実施態様によれば、吸着フィルタの貫流方向で、種々異なる相変化温度限界を有する相変化材料が使用される。
【００１２】
この場合、フィルタの流れ方向（吸着運転時）で、温度が次第に上昇する相変化限界を有する相変化材料を使用すれば有利である。この場合の利点は、相変化材料がまだ完全に溶融していない時間中に、フィルタに吸着しようとする蒸発燃料が、フィルタの侵入側の領域内で、高い吸着作用のために好都合なできるだけ低い温度で吸着され得る、という点にある。例えばタンク充填時におけるような比較的短い時間中に、吸着しようとする蒸発燃料によって負荷される場合、相変化材料の溶融に基づいて熱が奪われることによって、フィルタ材料の終わりの温度もこの範囲で比較的低く維持される。何故ならば、相変化材料の完全な溶融後にまだ、それほど長くはないが吸着プロセスが実施される場合でも、終わりの温度に関連して、相変化材料によって吸収された溶融熱が温度を低下させる影響を受けるからである。
【００１３】
フィルタの吸着運転中において流出側の領域内に、吸着され得る蒸発燃料はもはや含まれていない。つまり、この流出側の領域は、主として、不都合な極端な状況のための安全ゾーンとして使用される。吸着しようとする蒸発燃料は、特に燃料タンクの充填時に発生する。燃料充填時に蒸発燃料によって負荷される吸着フィルタ（この吸着フィルタに蒸発燃料が吸着される）は、エンジン作動中にフレッシュエアを逆流させることによって再生される。再生つまり離脱のために、反応性のフィルタ材料のできるだけ高い温度が好都合である。相変化材料がフィルタのフレッシュエア側の端部領域内に配置されている場合、例えば６０℃〜７０℃の比較的高い周囲温度範囲を有する相変化材料が、次のような利点を有している。
【００１４】
吸着フィルタは、特に長いタンク充填（給油）過程及びそれと同時に不都合な吸着比において、本来は安全範囲として蒸発燃料が存在してはならないフレッシュエア側の端部領域内まで、蒸発燃料によって比較的強く負荷される。何故ならば、フレッシュエア側の端部領域におけるフィルタ材料は、例えば約７５℃までの温度になるからである。このようなフィルタ負荷において、６０℃〜７０℃の変換温度を有する相変化材料は溶融し、次いで相応の潜熱がフレッシュエア側のフィルタ領域内に蓄えられる。この潜熱は、時間的に燃料による負荷の直後に行われる例えばエンジン作動による吸着フィルタの逆流時に、この潜熱が逆流時の離脱プロセス中に回収され得るように、好都合に作用する。それによって、離脱のために好都合な比較的高い温度が、吸着フィルタのフレッシュエア側の領域内に維持される。
【００１５】
吸着フィルタのフレッシュエア側の端部領域に関連して、ここでは例えば２０℃〜３０℃の比較的低い変換温度を有する相変化材料を使用しても有利である。このような有利な利点は、燃料が燃料タンクからゆっくりと蒸発する際に、蒸発燃料がフィルタを通ってゆっくりとフレッシュエア側に拡散する場合に得られる。これは、例えば自動車が給油されていて、長時間停止していて、しかも周囲温度が特に高い場合である。このような吸着においては、フィルタのフレッシュエア側の領域内まで高い温度が達することはない。このような例において、変換温度が周囲温度を下回っている場合、例えばエンジン作動による吸着フィルタの逆流時に、周囲温度において溶融された相変化材料が離脱時に、その蓄えられた溶融熱を放出し、それによって離脱中における温度の低下が相応に減少される。
【００１６】
以上２つの例は実際に発生しているので、フィルタのフレッシュエア側の端部領域内に、比較的高い変換温度を有する相変化材料と比較的低い変換温度を有する相変化材料とを混合したものを同時に使用すれば、有利である。
【００１７】
基本的には、吸着フィルタの貫流長さに亘って、温度に関連して事実上次第に高くなる相変化限界を有する相変化材料を使用することができるが、それぞれ所定の相変化温度を有する相変化材料を備えた、互いに隣接し合う大きい領域を設けること、つまり相変化温度を互いに連続する領域内で段階的に高めることも同様に可能であり、むしろこの方が著しく有利でもある。この場合、相変化材料の異なる相変化温度を有する２つの別個の領域だけを設ければ十分である。
【００１８】
蓄熱をできるだけ迅速に実施することができるようにするために、相変化材料は非常に小さい粒状の形で、つまり例えば約１０μｍの直径を有する小さい球の形で提供される。このような小球を例えば粒子状の活性炭層内に単に緩く設けるだけだと、小球が運転時間中に分解する恐れがある。これを避けるために、小さいカプセル内に収容された粒子状若しくは球状の相変化材料が機械的により大きいユニットにまとめられる。これは例えば、特に多孔性の被覆部材によって実施することができる。この場合、被覆部材は、チューブを短く切り離した区分であるか又は個別のクッションカバーであってよい。カプセルは、拘束手段を用いて互いに結合され、かつ／又は反応性のフィルタ材料に結合されるか、又はシート状の挿入材料（特に多孔性である）上に付着させて提供することができる。
【００１９】
カプセル状で提供された微細粒子状の相変化材料が、より大きいユニットにまとめられている場合、この大きいユニットはペレットと称呼される。このペレットの大きさは、粒状の吸着材料の粒子を有する大きさにほぼ相当する。この大きさの範囲は、約＋／−１０％〜２０％であってよい。蒸発燃料のための吸着フィルタ内の粒状の吸着材料の一般的な粒直径は、約１ｍｍ〜３ｍｍである。棒状の構成の吸着材料においては、直径が同じ場合、長さは５ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００２０】
最小の個別のカプセルで提供された相変化材料より成るペレット内で又はペレットに特に良好な熱伝達若しくは熱交換を行うために、良好な熱伝導性の充填材をペレット内に設けることができる。この充填剤の形状及び大きさは、相変化材料のカプセルとほぼ同じである。充填材の材料は、「熱伝導促進部材」の機能を有していて、例えばグラファイト粉末又は活性炭粉末であってよく、この場合使用された活性炭は、その吸着作用とは無関係に使用される。充填材として、金属より成る良好な熱伝導性の材料も使用することができる。
【００２１】
熱伝導の理由により本発明に従って使用するためには小さいペレットが特に有利である。何故ならば相変化材料はこのような小さいペレットの形状において、所望の状態変化を最良に実施することができるからである。しかしながら著しく小さいペレットでは、一方では吸着材料内において高い圧力損失が生じ、他方では吸着材料内で容易に分解し得る、という欠点がある。良好な熱伝導性を有する充填材料を含有するペレットは、相変化材料のカプセルと充填材料とから成る結合材料を使用することによって製作することができる。結合材料は、約５％〜１０％の割合のものが提供され、この結合材料は同様に良好な熱伝導材料として使用することができる。
【００２２】
以下に図面を用いて本発明の特に有利な実施例を具体的に説明する。
【００２３】
図１は、吸着フィルタの概略的な縦断面図を示している。
【００２４】
吸着フィルタは、互いに接続された２つの室１，２より成っている。第１の室１が蒸発燃料側に位置しており、第２の室２は吸着フィルタの貫流方向に関連してフレッシュエア（外気）側に隣接している。
【００２５】
蒸発燃料側で、燃料タンクから延びる管路３は第１の室１内に通じている。フレッシュエア側でスリーブ４が第２の室２を大気に接続している。蒸発燃料側で、管路５が第１の室１から内燃機関の燃焼室内の空気に通じている。
【００２６】
吸着フィルタ運転中に、フィルタは、管路３を通って室１内に流入する蒸発燃料によって貫流される。蒸発燃料は室２を通ってスリーブ４を通過する。
【００２７】
離脱運転中、つまりフィルタの再生運転中に、フレッシュエアがスリーブ４を通って室２内に侵入し、管路５を介して室１を通過し、次いで内燃機関の燃焼室内の空気に添加される。
【００２８】
反応性のフィルタ材料は活性炭であって、この活性炭は粒６として形成されている。活性炭の粒６に相変化材料７′，７″としてのワックスが混合される。このワックスは、より大きいペレットにまとめられ、かつ包囲された極小の球として提供される。このペレットは特に、約５％〜１５％の体積％を有する、良好な導電性の付加的な充填材料を有することができる。ペレット内で各構成要素を結合させるために、約５％〜１０％の体積％を有する接合剤が設けられている。
【００２９】
室１内に挿入された相変化材料７′は、約３０℃の相変化温度を有しており、これに対して室２内に存在する相変化材料７″は、約６０℃〜７０℃の相変化温度を有している。これらの室内における活性炭に対する相変化材料の体積％は、約２０％である。活性炭は、球形状の粒子において約１ｍｍ〜３ｍｍの粒直径を有する粒状の形状で提供される。粒子が棒状の形状を有している場合は、この棒状の粒子は同様に例えば約１ｍｍ〜３ｍｍの直径で、５ｍｍ〜１０ｍｍまでの長さを有している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】吸着フィルタの概略的な縦断面図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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