(57)【要約】【課題】吸着室中央部における気化熱を効率良く放熱できる蒸発燃料処理装置を提供する。【解決手段】蒸発燃料を吸着脱離する吸着材１８が内部に充填された吸着室２１と、燃料タンクに連通されるタンクポート１３と、脱離された蒸発燃料が排出されるパージポート１４と、大気と連通された大気ポート１５とを備える。吸着室２１の中央部には、吸着材１８よりも熱伝導率の高い放熱体２２が配されている。放熱体２２は、吸着室２１内におけるガス流動方向と平行な複数の区画壁２３によって区画され、ガス流動方向と直交する方向の断面形状が複数個のセル２４を有するハニカム形状であり、各セル２４内にも吸着材１８が充填されている。そのうえで、吸着室２１内における吸着材１８の充填率が９７．６％以上であることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発燃料を選択的に吸着脱離する多孔質体からなる吸着材が内部に充填された吸着室と、燃料タンクに連通されるタンクポートと、前記吸着材から脱離された蒸発燃料が排出されるパージポートと、大気と連通された大気ポートと、を備える蒸発燃料処理装置であって、
前記吸着室の中央部には、前記吸着材よりも熱伝導率の高い材質からなる放熱体が配されており、
前記放熱体は、前記吸着室内におけるガス流動方向と平行な複数の区画壁によって区画され、ガス流動方向と直交する方向の断面形状が複数個のセルを有する格子状を呈し、各セル内にも前記吸着材が充填されており、
前記吸着室内における前記吸着材の充填率（（吸着材の体積／吸着室の体積−放熱体の体積）×１００）が９７．６％以上であることを特徴とする、蒸発燃料処理装置。
【請求項２】
前記放熱体の中心部には、前記放熱体の周縁部ないし放熱体外に充填される吸着材よりも、平均細孔径が大きい吸着材又は細孔容積が小さい吸着材が充填されている、請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項３】
前記放熱体の断面形状がハニカム形状を呈する、請求項１または請求項２に記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項４】
前記放熱体には、前記各セル同士を連通する連通孔が複数設けられている、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項５】
前記放熱体は、前記吸着室の周壁に近接ないし当接している、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
【請求項６】
前記放熱体にはヒータが配されている、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の蒸発燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発燃料を選択的に吸着脱離する吸着材が充填された蒸発燃料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガソリンや軽油などの揮発性の高い燃料を燃料とする車両においては、燃料タンク内において発生した蒸発燃料による燃料タンクの破損等を防止するため、蒸発燃料を選択的に吸着脱離する多孔質体からなる吸着材が充填された蒸発燃料処理装置としてキャニスタが搭載されている。この種の吸着材は、温度が低いほど吸着性能（吸着量）が高くなり、温度が高いほど吸着性能が低くなる、換言すれば脱離性能が高くなる（蒸発燃料の残存量が少なくなる）という特性を有することが一般的に知られている。しかし、蒸発燃料が脱離される際はその気化熱によって吸着材が冷却されることで、脱離性能が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するキャニスタとして、例えば下記特許文献１がある。特許文献１のキャニスタは、吸着材が内部に充填された吸着室と、燃料タンクに連通されるタンクポートと、吸着材から脱離された蒸発燃料が排出されるパージポートと、大気と連通された大気ポートとを備える。そのうえで、絶縁性フィルムの両面に発熱塗料層が形成された１枚の発熱シートを、吸着室内に渦巻き状に配している。そして、吸着材から蒸発燃料を脱離する際に発熱シートに通電して吸着材を加熱することで、脱離性能の低下を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−２１１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では吸着室内における熱伝導については特に考慮していない。すなわち、一般的にこの種の吸着材は熱伝導率が低いため、発熱シートによって加熱していない状況においては、脱離時の気化熱を外部へ効率的に放熱することができず、吸着室の中央部においては吸着材の温度が低くなってしまう。これを避けるため常時発熱シートに通電していると、省エネの観点において好ましくない。また、発熱シートの熱伝導率についても特に考慮していないので、吸着室の中央部から周縁部への熱伝導が、発熱シートによって阻害されるおそれもある。仮に発熱シートが吸着材よりも熱伝導率が高いとしても、１枚の発熱シートを渦巻状に配しているだけなので、発熱シートを伝導媒体としたところで、吸着室中央部の熱を効率よく周縁部へ伝熱（放熱）することはできない。しかも、特許文献１では吸着材の充填率、すなわち各吸着材同士や吸着材と発熱シートとの密着性についても特に考慮していない。吸着材の充填率が低いと、各吸着材同士や吸着材と発熱シートとの密着性も低下するので、放熱性も低下する。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、吸着室中央部における気化熱を効率良く放熱できる蒸発燃料処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのための手段として、本発明は、蒸発燃料を選択的に吸着脱離する多孔質体からなる吸着材が内部に充填された吸着室と、燃料タンクに連通されるタンクポートと、前記吸着材から脱離された蒸発燃料が排出されるパージポートと、大気と連通された大気ポートと、を備える蒸発燃料処理装置であって、前記吸着室の中央部には、前記吸着材よりも熱伝導率の高い材質からなる放熱体が配されている。当該放熱体は、前記吸着室内におけるガス流動方向と平行な複数の区画壁によって区画され、ガス流動方向と直交する方向の断面形状が複数個のセルを有する格子状を呈し、各セル内にも前記吸着材が充填されている。そのうえで、前記吸着室内における前記吸着材の充填率（（吸着材の体積／吸着室の体積−放熱体の体積）×１００）が９７．６％以上であることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、吸着室の中央部に吸着材よりも熱伝導率の高い放熱体が配されていることで、吸着室中央部における気化熱を、放熱体を伝熱媒体として効率良く周縁部延いては蒸発燃料処理装置外へ放熱することができる。また、放熱体中の各セル内にも吸着材を充填しておけば、吸着材容量（蒸発燃料の吸着量）が増大することで、蒸発燃料処理装置による蒸発燃料の絶対的な処理能力を向上することができる。このとき、各セルは吸着室内におけるガス流動方向と平行なので、ガスの流動性が放熱体によって阻害されることはなく、蒸発燃料の吸着・脱離効率が低下することもない。しかも、吸着材は充填率が９７．６％以上となるように密に充填されているので、各吸着材同士や吸着材と放熱体との密着性が高く、熱伝導性（放熱効率）も高くなると共に、ガスの流動性も均一になる。以上により、吸着室中央部における脱離性能の低下を避けることができ、蒸発燃料処理装置による全体的な蒸発燃料の処理能力を向上することができる。
【０００９】
前記放熱体の各セル内を含めて、前記吸着室内には、基本的には全体に亘って同一の（一種類の）吸着材を充填すればよいが、前記放熱体の中心部には、前記放熱体の周縁部ないし放熱体外に充填される吸着材よりも蒸発燃料が残存し難い特性を有する吸着材として、平均細孔径が大きい吸着材又は細孔容積が小さい吸着材を充填することも好ましい。ここで、この種の吸着材は、平均細孔径が大きいほど吸着した蒸発燃料の保持力が小さくなる特性を有する。換言すれば、吸着材の平均細孔径が大きいほど蒸発燃料が脱離され易いことになる。そこで、放熱体の中心部にその他の部分に充填される吸着材よりも平均細孔径が大きい吸着材を充填しておけば、脱離効率が低下し易い中心部において、蒸発燃料の残存量を抑制することができる。一方、放熱体の周縁部ないし放熱体外に充填される吸着材よりも細孔容積が小さい吸着材であれば、蒸発燃料の吸着量が本来的に少ないため、脱離時の蒸発燃料残存量も少なくなる。
【００１０】
前記放熱体の断面形状は、複数個のセルを有する格子状であれば特に限定されないが、中でもハニカム形状とすることが好ましい。これによれば、放熱体の強度、吸着材の充填効率、各吸着材同士や吸着材と放熱体との密着性、放熱体の表面積、ガス流動性などにおいて最もバランス良く、蒸発燃料の処理能力と放熱性とを効率よく両立することができる。
【００１１】
前記放熱体には、前記各セル同士を連通する複数の連通孔を設けておくことも好ましい。これによれば、各セル間でもガスが流動できるので、ガスの流動性をより均一にすることができる。
【００１２】
前記放熱体は、少なくとも吸着室の中央部に配されていればその大きさは特に限定されないが、前記吸着室の周壁に近接ないし当接する大きさとすることも好ましい。これによれば、吸着室中心部の気化熱を、確実に周縁部延いては蒸発燃料処理装置外へ放熱することができる。
【００１３】
また、必ずしも必要はないが、前記放熱体にはヒータを配しておくことも好ましい。これによれば、放熱体による放熱効果に加えて、ヒータによる加熱によって蒸発燃料の脱離が促進され、蒸発燃料の残存をより低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、吸着室中央部における気化熱を効率良く放熱でき、蒸発燃料の処理能力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１のキャニスタの縦断面図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】実施形態２のキャニスタの縦断面図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】実施形態３のキャニスタの縦断面図である。
【図６】吸着材充填率と蒸発燃料処理能力との関係を示すグラフである。
【図７】放熱体の変形例１の横断面図である。
【図８】放熱体の変形例２の横断面図である。
【図９】放熱体の変形例３の横断面図である。
【図１０】放熱体の変形例４の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の代表的な実施の形態について説明する。本発明の蒸発燃料処理装置は、ガソリンや軽油などの揮発性の高い燃料を燃料とする車両の燃料タンクから発生する蒸発燃料を処理する装置であり、一般的にキャニスタと称される。なお、以下の説明において、説明の便宜上キャニスタの上下左右方向を規定するが、キャニスタの設置方向に応じてこれらの方向も変化する。
【００１７】
（実施形態１）
キャニスタ１は、図１に示されるように、合成樹脂製で中空な四角筒状のキャニスタケース１０と、該キャニスタケース１０の底面開口を閉塞する合成樹脂製のカバー１１とを有する。キャニスタケース１０とカバー１１とはナイロン等の同じ素材で形成されており、それぞれのフランジ１０ａと１１ａとを突き合せた状態で、例えば振動溶接や接着などによって接合されている。キャニスタケース１０の天面（図１において左側の面）には、蒸発燃料の導入部となる円筒形のタンクポート１３と、脱離された蒸発燃料が排出される円筒形のパージポート１４とが、それぞれ内外貫通状に一体形成されている。一方、タンクポート１３等と反対側のカバー１１には、大気と連通して大気（空気）の出入口となる円筒形の大気ポート１５が、内外貫通状に一体形成されている。これにより、キャニスタ１の内部には、タンクポート１３及びパージポート１４と大気ポート１５との間に亘る略直線状のガス流路が形成される１つの吸着室２１を有することになる。図示していないが、タンクポート１３は燃料タンクの上部と連通しており、パージポート１４は、エンジン（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を介して燃料タンクと連通している。
【００１８】
キャニスタケース１０内のタンクポート１３（パージポート１４）近傍及び大気ポート１５近傍には、それぞれ通気性を有するフィルタ１７・１７が配されており、当該両フィルタ１７・１７の間の空間が吸着室２１となる。そして、吸着室２１内には、蒸発燃料を選択的に吸着・脱離可能な吸着材１８が全体に亘って密に充填されていると共に、吸着室２１の中央部には放熱体２２が配されている。大気ポート１５側のフィルタ１７の外面には、通気性を有するプレート１９が配されており、プレート１９とカバー１１との間には、コイルスプリング２０が配されている。これにより、大気ポート１５側のフィルタ１７及びプレート１９は、コイルスプリング２０によって常時タンクポート１３側へ付勢されていることで、吸着材１８がバラツクことなく収容保持されている。
【００１９】
フィルタ１７としては、合成樹脂製の不織布や発泡ウレタンなどが使用される。吸着材１８としては、蒸発燃料分子を吸着保持可能な多数の細孔を有する多孔質体が使用され、典型的には活性炭が使用される。プレート１９には、多数の細孔を有するパンチングメタルや金属メッシュなどが使用される。放熱体２２は、吸着材１８よりも熱伝導率の高い材質からなる。例えば、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらの合金など、熱伝導率の良好な金属製とするほか、吸着材よりも熱伝導率が高いものであれば、合成樹脂製とすることもできる。
【００２０】
図２に示すように、放熱体２２は、吸着室２１内におけるガス流動方向と平行な複数の区画壁２３によって区画され、ガス流動方向と直交する方向の断面形状が複数個のセル２４を有する格子状を呈する。本実施形態１の放熱体２２は、各セル２４の断面形状が六角形のハニカム形状となっており、各セル２４内にも吸着材１８が密に充填されている。放熱体２２は、キャニスタケース１０の周壁に当接ないし近接している。また、放熱体２２の内部には、区画壁２３に沿って配されたシート状のヒータ２５が配されている。ヒータ２５としては、通電によって発熱する公知の発熱体を特に制限なく使用でき、ヒータ２５には、通電ケーブル（図示せず）が連結されている。
【００２１】
各セル２４内を含めて吸着室２１内における吸着材１８の充填率（（吸着材の体積／吸着室の体積−放熱体の体積）×１００）は、９７．６％以上となっている。
【００２２】
次に、キャニスタ１の作用について説明する。燃料タンクにおいて発生した蒸発燃料は、タンクポート１３からキャニスタ１内へ導入されて大気ポート１５へ向けて直線状に吸着室２１内を流動していき、その間に吸着室２１内に収容されている吸着材１８に吸着されていく。
【００２３】
一方、吸気管負圧や吸引ポンプ等によってキャニスタ１内が負圧になると、大気ポート１５から大気（外気）が吸入され、吸着材１８に吸着されていた蒸発燃料が脱離（パージ）されて、上記とは逆の方向に流動してパージポート１４から排出されていく。このとき、蒸発燃料は吸着材１８から脱離される際に気化する。すると、蒸発燃料の気化熱によって吸着材１８の温度が低下し、そのままでは脱離能力が低下してしまい、蒸発燃料が吸着材１８内に残存してしまう。特に、吸着室２１の中央部では、気化熱が周縁部へ円滑に放熱されないので、蒸発燃料の残存量が高くなる傾向がある。しかし、吸着室２１内に放熱体２２を配していると共に、吸着材１８の充填率を９７．６％以上としていることで、当該放熱体２２を伝熱媒体として中央部の気化熱が円滑に周縁部へ放熱される。さらに、放熱体２２はキャニスタケース１０に当接していることで、気化熱を円滑にキャニスタ１の外部にまで放熱できる。これにより、蒸発燃料の処理能力の低下が抑制される。また、各セル２４はガス流動方向と平行になっているので、ガスの流動性が阻害されることもない。また、蒸発燃料の脱離中はヒータ２５によって加熱されることで、蒸発燃料の脱離が促進される。
【００２４】
（実施形態２）
図３に、本発明の実施形態２のキャニスタ３の縦断面図を示し、図４に、図３のIV-IV線断面図（キャニスタ３の横断面図）を示す。本実施形態２のキャニスタ３は、内部に複数の吸着室を有し、Ｕ字状の流路が形成されている。具体的には、図３に示すように、合成樹脂製で中空四角筒状のキャニスタケース３０と、該キャニスタケース３０の底面開口を閉塞する合成樹脂製のカバー３１とを有する。キャニスタケース３０とカバー３１とはナイロン等の同じ素材で形成されており、それぞれのフランジ３０ａと３１ａとを突き合せた状態で、例えば振動溶接や接着などによって接合されている。キャニスタケース３０の上面には、タンクポート３３、パージポート３４、大気ポート３５が、それぞれこれの順で一体形成されている。パージポート３４と大気ポート３５との間には、キャニスタケース３０の上面からカバー３１近傍まで上下に延びる長寸の隔壁３７が一体形成されている。当該隔壁３７によって、キャニスタ３の内部はタンクポート３３及びパージポート３４側の第１吸着室３８と、大気ポート３５側の吸着室とに区画されている。これにより、キャニスタ３内には、タンクポート３３及びパージポート３４と大気ポート３５とが隔壁３７の下方を介して連通するＵ字状の流路が形成されている。さらに、大気ポート３５側の吸着室は、フィルタ４２によって第２吸着室３９と第３吸着室４０とに区画されている。そして、各吸着室３８・３９・４０内に、それぞれ吸着材１８が全体に亘って密に充填されている。
【００２５】
第１・第２吸着室３８・３９の下部にも、それぞれ通気性を有するプレート４１が配されており、その内側に、それぞれ通気性を有するフィルタ４２が配されている。当該プレート４１及びフィルタ４２は、プレート４１とカバー３１との間に配されたコイルスプリング４３によって常時タンクポート３３側へ付勢されている。これにより、吸着材１８がバラツクことなく収容保持される。また、第１・第３吸着室３８・４０の上部にも、フィルタ４２が配されている。プレート４１やフィルタ４２としては、実施形態１のプレート１９やフィルタ１７と同じ物を使用できる。
【００２６】
そのうえで、第１吸着室３８と第２吸着室３９に、放熱体２２が配されている。第１吸着室３８の放熱体２２は、実施形態１と同様にキャニスタケース３０の周壁に当接しているが、第２吸着室３９では、当該第２吸着室３９の中央部に放熱体２２が配されているが、放熱体２２はキャニスタケース３０の周壁に当接していない。第２吸着室３９は、第１吸着室３８よりも内径が小さく、中心部から周縁部までの距離が短いからである。なお、第３吸着室４０には放熱体は配されていない。第３吸着室４０は大気ポート３５に臨んだ蒸発燃料を吸着する際の最下流に位置するので、本来的に蒸発燃料の吸着量が少なく、脱離時の残存量も比較的少ないからである。
【００２７】
図４に示すように、本実施形態２の放熱体２２も、吸着室３８・３９内におけるガス流動方向と平行な複数の区画壁２３によって区画され、ガス流動方向と直交する方向の断面形状が複数個の六角形セル２４を有する格子状を呈するハニカム形状となっており、各セル２４内にも吸着材１８が密に充填されている。また、放熱体２２の内部には、区画壁２３に沿って配されたシート状のヒータ２５が配されている。そのうえで、第２吸着室３９では、各セル２４内には、放熱体２２外に充填される吸着材１８よりも蒸発燃料が残存し難い吸着材１６が充填されている。このような吸着材１６としては、例えば吸着材１８よりも平均細孔径の大きな吸着材や、吸着材１８よりも細孔容積の小さな吸着材を使用できる。細孔径の異なる吸着材を使用する場合は、吸着材１８には、例えば蒸発燃料の主成分であるブタンの吸着に適し、且つ保持力の高い平均細孔径が１．５〜２．５ｎｍ程度、好ましくは１．８〜２．３ｎｍ程度の多孔質体を使用し、吸着材１６としては、吸着材１８よりも保持力の低い平均細孔径が２．０〜３．０ｎｍ程度、好ましくは２．４〜２．８ｎｍ程度の多孔質体を使用できる。蒸発燃料が残存し難い吸着材１６として最も好ましくは、吸着材１８よりも平均細孔径が大きく且つ細孔容積の小さな吸着材である。
【００２８】
本実施形態２における基本的な作用は実施形態１と同じであるが、第２吸着室３９においては、放熱体２２による放熱作用に加えて、各セル２４内の吸着材１６は蒸発燃料が残存し難いので、より脱離性能が向上している。
【００２９】
（実施形態３）
図５に実施形態３のキャニスタ３を示す。本実施形態３のキャニスタ３は、実施形態２のキャニスタ３と基本的に同じなので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略するが、放熱体が異なる。具体的には、図５に示すように、放熱体２８の各区画壁には、各セル同士を連通する複数の連通孔２９が設けられている。その他は実施形態１や実施形態２の放熱体２２と同じである。
【００３０】
＜性能試験＞
実施形態１のように内部に直線状の流路が形成される模式キャニスタを用いて、吸着材の充填率と蒸発燃料の処理能力との関係について評価した。吸着材には、ミードウエストベーコ社製の活性炭であるＢＡＸ−１５００を用いた。模擬蒸発燃料としてｎ−ブタン１００％ガスを用い、流量１Ｌ／ｍｉｎ、３０００ｐｐｍ破過の条件で吸着材に吸着させた。脱離時は、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、３００Ｂ．Ｖ．条件で空気を導入した。このときの蒸発燃料処理能力の指標となるＢＷＣ（ブタンワーキングキャパシティ）性能の結果を、図６に示す。
【００３１】
図６の結果から明らかなように、吸着材の充填率（（吸着材の体積／吸着室の体積−放熱体の体積）×１００）が９７．６％以上であれば、ＢＷＣ性能が低下していなかった。これにより、放熱体の各セル内を含めて、吸着室内における吸着材の充填率は９７．６％以上とすべきことが確認された。
【００３２】
（変形例）
以上、本発明の代表的な実施の形態について説明したが、これに限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。放熱体はハニカム形状に限らず、例えば図７〜１０に示すように、吸着室内におけるガス流動方向と平行な複数の区画壁２３によって区画され、ガス流動方向と直交する方向の断面形状が複数個のセル２４を有する格子状を呈する限り、種々の形状とすることができる。具体的には、図７に示す変形例１のように各セル２４が矩形となるように区画したり、図８に示す変形例２のように各セル２４が三角形となるように区画したり、図９に示す変形例３のように区画壁２３を一方向のみに複数枚並設したり、図１０に示す変形例４のように各区画壁２３に凹凸を設けることもできる。
【００３３】
実施形態２や実施形態３のように、複数の吸着室を有する場合は、いずれか１つの吸着室のみに放熱体を配しても良いし、全ての吸着室に放熱体を配すこともできる。一部の吸着室に放熱体を配す場合は、蒸発燃料吸着時のガス流動方向最上流側となるタンクポート側から優先的に配すことが好ましい。
【００３４】
また、実施形態１の吸着室２１や実施形態２，３の吸着室３８において、必ずしも放熱体２２をキャニスタケースへ近接ないし当接させる必要はない。この場合も、放熱体２２外には各セル２４内に充填された吸着材１８よりも蒸発燃料が残存し難い（平均細孔径が大きい及び／又は細孔容積が小さい）吸着材１６を充填することもできる。逆に、実施形態２，３の吸着室３９において、放熱体２２をキャニスタケースへ近接ないし当接させることも好ましい。また、放熱体２２自体の内部においても、中心部のセル２４に蒸発燃料が残存し難い吸着材１６を充填し、周縁部のセル２４に吸着材１８を充填することもできる。
【００３５】
放熱体の放熱作用によって気化熱の放熱が促進されるので、ヒータ２５は必ずしも設ける必要はない。
【符号の説明】
【００３６】
１・３  キャニスタ
１０・３０  キャニスタケース
１１・３１  カバー
１３・３３  タンクポート
１４・３４  パージポート
１５・３５  大気ポート
１６・１８  吸着材
１７・４２  フィルタ
１９・４１  プレート
２０・４３  コイルスプリング
２１・３８・３９・４０  吸着室
２２・２８  放熱体
２３  区画壁
２４  セル
２５  ヒータ
２９  連通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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