碳罐和具备该碳罐的汽车车辆的制作方法

本发明涉及具备在内部设有能够吸附解吸蒸发燃料的吸附层的框体的orvr系统用的碳罐和具备该碳罐的汽车车辆。

背景技术：

1、在使用燃料的汽车，由于燃料箱内的燃料的汽化而产生蒸发燃料，该蒸发燃料放出到大气的时机有停车时、行驶时、供油时的3个时间点。其中，供油时的蒸发燃料放出由于供油的燃料将箱内的蒸发燃料挤出到大气中而发生。为了防止该供油时的蒸发燃料向大气的放出，正在推进利用填充有活性炭等吸附材料的碳罐来吸附回收在供油时挤出的蒸发燃料的系统(orvr系统：onboard refueling vapor recovery system，车载加油油气回收系统)及其所使用的碳罐的发展。

2、例如，在专利文献1中，公开了如下的碳罐：具备在内部设有能够吸附解吸蒸发燃料的吸附层的框体，在吸附层，收纳有活性炭和成型蓄热材料，该成型蓄热材料由封入有根据温度而发生潜热的吸收和放出的相变物质的微胶囊成型。

3、作为利用该相变物质的蓄热材料，例如，在专利文献2、3中，公开了如下的蓄热材料：将伴随着相变而发生潜热的吸收和放出的脂肪族烃等相变物质封入至微胶囊中而成为粉末状的蓄热材料，将该粉末状的蓄热材料与吸附材料混合而一体地成型，或使其附着于粒状的吸附材料(活性炭)的表面，成为潜热蓄热型吸附材料。

4、在先技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2005-233106号公报。

7、专利文献2：日本特开2001-145832号公报。

8、专利文献3：日本特开2003-311118号公报。

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、于是，orvr系统内的碳罐需要吸附相当于供油体积的蒸发燃料，因而与通常的碳罐相比而变得大型，存在压迫车内的空间这一课题。

3、为了解决该课题，在上述专利文献1所示的碳罐，为了谋求碳罐的小型化，可考虑以进一步提高吸附性能为目标、谋求吸附材料或成型蓄热材料的小粒径化，但在此情况下，特别地，由于吸附材料的小粒径化，吸附速度增加，预想到每单位时间的吸附热的增加和由此导致的吸附能力的限制。

4、在专利文献1所公开的技术中，并非考虑这些点而发明，在谋求吸附能力进一步提高的方面，存在改善的余地。

5、本发明鉴于上述的课题而作出，其目的在于提供一种碳罐和具备该碳罐的汽车车辆，关于该碳罐，使吸附层的吸附材料的吸附能力提高，且同时也提高成型蓄热材料相对于吸附材料的分散性并同时抑制分级，将吸附时的从吸附材料产生的吸附热有效地蓄热到蓄热材料，抑制吸附层的升温，谋求吸附能力的进一步提高，能够小型化。

6、用于解决课题的方案

7、用于达成上述目的的碳罐是具备在内部设有能够吸附解吸蒸发燃料的吸附层的框体的orvr系统用的碳罐，其特征构成在于如下的点：

8、在前述吸附层，收纳有吸附材料以及由封入有根据温度而发生潜热的吸收和放出的相变物质的微胶囊成型的成型蓄热材料，

9、前述成型蓄热材料是平均粒径0.9mm以上1.6mm以下的以圆柱形状成型的蓄热材料，前述吸附材料的平均粒径为1.0mm以上1.8mm以下，

10、前述成型蓄热材料在与柱形状的前述成型蓄热材料的柱轴正交的方向观察下，具有前述柱轴的一端侧的一端侧端面和另一端侧的另一端侧端面，并且，当以在前述一端侧端面的半径方向上将前述一端侧端面与围绕前述柱轴的侧周面相连的一端侧缘部的曲面的长度为r1、以在前述另一端侧端面的半径方向上将前述另一端侧端面与前述侧周面相连的另一端侧缘部的曲面的长度为r2、以与前述柱轴正交的方向上的截面半径为r时，r1/r和r2/r的平均值为0.57以上。

11、在上述特征构成，吸附材料和成型蓄热材料成为相对小的粒径，特别地，在吸附材料为小粒径的情况下，每单位体积的吸附材料粒子的外部表面积大，因而吸附对象的蒸发燃料的分子容易到达吸附材料的表面。进而，到达表面的蒸发燃料在吸附材料的内部移动，但如果吸附材料为小粒径，则在吸附材料的内部移动的距离短，因而蒸发燃料容易遍及吸附材料的内部的整个区域。由于这些理由，吸附速度变快。如果吸附速度变快，则当进行了固定层吸附时，穿透曲线的斜率变陡，因而能够在穿透以前使更多的蒸发燃料吸附。

12、另外，在吸附材料为小粒径的情况下，由于吸附速度的增大而容易产生吸附热，因而存在吸附材料的温度容易上升这一问题点。与此相对的是，在本发明中，通过将成型蓄热材料小粒径化，增大每单位体积的成型蓄热材料粒子的外部表面积，增大传热面积，从而促进吸附热向成型蓄热材料的传热，抑制基于吸附材料的小粒径化的温度上升。

13、因此，如上述特征构成那样，通过谋求吸附材料(和成型蓄热材料)的小粒径化，能够使吸附层的吸附材料的吸附能力更高效地发挥。

14、进而，如后述的实验结果所示，本发明的发明者们在实验上确认，如图3所示，通过使柱形状的成型蓄热材料的形状为使r1/r和r2/r的平均值为0.57以上(即，去除角)的形状，能够提高与吸附材料的混合性(成型蓄热材料相对于吸附材料的分散性)。这样，通过提高成型蓄热材料相对于吸附材料的混合性，特别地，在供油时(在orvr时)，能够对从小粒径化、吸附速度提高的吸附材料相对多地产生的吸附热有效地进行蓄热，能够发挥高吸附性能。

15、根据以上，能够实现如下的碳罐：能够提高吸附层的吸附材料的吸附能力，且同时也提高成型蓄热材料相对于吸附材料的分散性并同时抑制分级，将吸附时的来自吸附材料的吸附热有效地蓄热到蓄热材料，抑制吸附层的升温，谋求吸附能力的进一步提高，能够小型化。

16、此外，对于成型蓄热材料和吸附剂，以由jis k 1474规定的质量平均粒径为平均粒径。

17、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

18、前述成型蓄热材料具有从表面向外侧突出的突起物，前述突起物从表面向外侧的突出长度为50μm以上，

19、在自作为前述突起物突出的方向的突出方向的突出方向观察下，在以从前述突起物的周上的一点到另一点的距离中最大的距离为前述突起物的最大直径、以多个前述突起物的前述最大直径的平均为平均最大直径的情况下，以前述最大直径为100μm以上的前述突起物为对象而求出的前述突起物的前述平均最大直径为800μm以下。

20、在成型蓄热材料的制造过程中，在将柱形状的成型蓄热材料的角弄圆的工序中，产生数十μm以上数百μm以下的程度的成型蓄热材料的微粉末，在此后的热处理工序中，如图6所示，该微粉末粘结于成型蓄热材料表面而成为突起物。该突起物在自作为从成型蓄热材料的表面向外侧突出的方向的突出方向的突出方向观察下，在以从突起物的周上的一点到另一点的距离中最大的距离为突起物的最大直径、以多个突起物的最大直径的平均为平均最大直径的情况下，如果该平均最大直径大，则当将成型蓄热材料与吸附剂混合时，妨碍两者的表面彼此的接触，妨碍成型蓄热材料与吸附剂之间的热的移动。因而，为了高效地进行吸附剂与成型蓄热材料之间的热的移动，优选的是，存在于成形蓄热材料的表面的突起物的平均最大直径小。

21、发明者在实验上确认，在以最大直径为100μm以上的突起物为对象而求出的突起物的平均最大直径为800μm以下的情况下，将吸附性能保持为一定以上。

22、在此，突起物定义为如下的物体：从成型蓄热材料的表面向外侧突出，从表面向外侧的突出长度为50μm以上。作为以最大直径为100μm以上的突起物为对象而求出的突起物的平均最大直径，优选为800μm以下，更优选为100μm以上750μm以下，进一步优选为150μm以上700μm以下。

23、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

24、前述成型蓄热材料的平均粒径相对于前述吸附材料的平均粒径的比为0.6以上1.3以下。

25、在至此说明的构成，通过使成型蓄热材料的平均粒径相对于吸附材料的平均粒径的比为0.6以上1.3以下、使吸附材料和成型蓄热材料的两者为相对同程度的平均粒径，能够提高吸附层的成型蓄热材料相对于吸附材料的分散性，并且能够抑制分级。

26、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

27、在以物体的投影图的面积为s、以周边长度为b、以当以具有与前述投影图的面积s相同的面积的圆的周边长度为c时的c/b为圆形度的情况下，

28、前述吸附材料的前述圆形度为0.90以上1.0以下，前述成型蓄热材料的前述圆形度为0.90以上1.0以下。

29、附带而言，在后述的实施方式中，以针对100个的量测定物体的投影图的面积的平均值为s、以针对100个的量测定周边长度的平均值为b、以当以具有与前述投影图的面积的平均值s相同的面积的圆的周边长度为c时的c/b为圆形度。

30、如图4所示，本发明的发明者们以物体的投影图的面积为s、以周边长度为b、以当以具有与投影图的面积s相同的面积的圆的周边长度为c时的c/b定义为圆形度。

31、发明者们通过后述的实施例确认，通过使吸附材料和成型蓄热材料的两者圆形度为0.90以上1.0以下，能够提高混合性(成型蓄热材料相对于吸附材料的分散性)。

32、关于碳罐的进一步的特征构成，除了前述吸附材料的前述圆形度为0.90以上1.0以下、前述成型蓄热材料的前述圆形度为0.90以上1.0以下的点之外，还在于如下的点：前述成型蓄热材料的平均粒径相对于前述吸附材料的平均粒径的比为0.6以上1.3以下。

33、在至此说明的构成，除了吸附材料的前述圆形度为0.90以上1.0以下、前述成型蓄热材料的前述圆形度为0.90以上1.0以下的特征之外，还具有使成型蓄热材料的平均粒径相对于吸附材料的平均粒径的比为0.6以上1.3以下、使吸附材料和成型蓄热材料的两者为相对同程度的平均粒径的特征，从而能够提高吸附层k的成型蓄热材料相对于吸附材料的分散性，并且能够抑制分级。

34、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

35、前述框体在一端具有与燃料箱连通的箱端口和用于排出吹扫气体(パージガス)的吹扫端口，并且在另一端具有与大气连通的大气端口，

36、前述吸附层的与前述箱端口和前述吹扫端口邻接的区域与和前述大气端口邻接的区域相比，前述成型蓄热材料相对于前述吸附材料的质量比更低。

37、在吸附对象的蒸发燃料从箱端口供给并被吸附材料吸附的情况下，该蒸发燃料在吸附层从箱端口侧流通到大气端口侧的过程中，从上游侧起按顺序产生吸附热，该吸附热的一部分依次向下游侧移动，因而大气端口侧比箱端口侧温度更容易上升，箱端口侧温度相对地难以上升。

38、于是，如上述特征构成那样，通过减小与箱端口邻接的区域的成型蓄热材料相对于吸附材料的质量比，能够在箱端口侧减少比吸附剂更高价的成型蓄热材料的使用量，能够抑制成本。

39、在将吸附层在气体的流动方向上分割的情况下，使吸附层的分割的数量增加关系到制造成本的增加，因而实际上，分割区域的数量优选为2至6。

40、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

41、前述吸附层具有接近前述箱端口和前述吹扫端口的箱侧吸附区域以及接近前述大气端口的大气侧吸附区域，使前述大气侧吸附区域的前述成型蓄热材料相对于前述吸附材料的质量比为0.15以上0.80以下，使前述箱侧吸附区域的前述成型蓄热材料相对于前述吸附材料的质量比为0.05以上0.50以下。

42、如上述那样，在吸附对象的蒸发燃料从箱端口供给并被吸附材料吸附的情况下，该蒸发燃料在吸附层从箱侧吸附区域流通到大气侧吸附区域的过程中，从上游侧起按顺序产生吸附热，该吸附热的一部分依次向下游侧移动，因而大气侧吸附区域比箱侧吸附区域温度更容易上升。

43、于是，如上述特征构成那样，通过使成型蓄热材料相对于吸附材料的质量比在大气侧吸附区域比箱侧吸附区域更高，能够抑制在温度容易上升的大气侧的升温，防止吸附性能的下降。

44、附带而言，优选的是，在大气侧吸附区域内，越是接近大气端口的区域，就越提高成型蓄热材料相对于吸附材料的质量比。

45、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

46、前述箱侧吸附区域的前述成型蓄热材料的熔点比前述大气侧吸附区域的前述成型蓄热材料的熔点更低。

47、如上述那样，在吸附对象的蒸发燃料从箱端口供给并被吸附材料吸附的情况下，该蒸发燃料在吸附层从箱侧吸附区域流通到大气侧吸附区域的过程中，从上游侧起按顺序产生吸附热，该吸附热的一部分依次向下游侧移动，因而箱侧吸附区域比大气侧吸附区域温度更难以上升。

48、如上述特征构成那样，通过使箱侧吸附区域的成型蓄热材料的熔点比大气侧吸附区域的成型蓄热材料的熔点更低，特别地，在蒸发燃料的供给初期，能够将箱侧吸附区域的吸附材料的温度抑制得低，提高吸附性能。

49、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

50、在将前述燃料箱与前述箱端口连通的蒸汽流路，配置能够将该蒸汽流路开闭的开闭阀。

51、依据上述特征构成，例如，在车辆停车时，使开闭阀为封闭状态，从而能够防止来自燃料箱的蒸发燃料被向碳罐侧引导，因而例如在图1中，即使在使用蒸发燃料j的流通方向x的吸附层的长度l小的碳罐的框体(或吸附层)的情况下，也能够防止蒸发燃料从碳罐泄漏。

52、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

53、前述成型蓄热材料的填充密度为0.40g/ml以上0.60g/ml以下。

54、如上述特征构成那样，通过使成型蓄热材料的填充密度为0.40g/ml以上，能够防止每单位体积的蓄热材料的蓄热量过低，在将吸附材料和成型蓄热材料以一定体积混合的情况下，容易使吸附热为蓄热量以下，良好地抑制温度上升。

55、另一方面，通过使成型蓄热材料的填充密度为0.60g/ml以下、成型蓄热材料的填充密度不会过高，能够使吸附材料的填充密度和成型蓄热材料的填充密度相对接近，能够防止分散性下降。

56、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

57、前述成型蓄热材料的潜热为150j/g以上200j/g以下。

58、如上述特征构成那样，通过使成型蓄热材料的潜热为150j/g以上，每单位体积的蓄热材料的蓄热量为一定以上，能够良好地发挥蓄热效果。另外，成型蓄热材料的潜热由原料的石蜡的潜热和微胶囊的膜、粘合剂的量决定。

59、另一方面，通过使成型蓄热材料的潜热为200j/g以下，能够防止微胶囊的膜过薄或粘合剂的量过少，因而能够将成型蓄热材料的强度或耐久性维持为一定以上。

60、碳罐的进一步的特征构成在于如下的点：

61、在碳罐的框体，当以蒸发燃料的流通方向的吸附层的长度为l、以与流通方向正交的方向的吸附层的截面积为s、以在使与流通方向正交的方向的吸附层的截面为正圆的情况下的直径为d时，吸附层的l/d/s为0.07以下。

62、已知在使蒸发燃料或空气等流体流通于碳罐时的压力损失相对于l/d/s具有线性正相关。一般而言，在将吸附剂小粒径化的情况下，碳罐的压力损失变大，因而需要将l/d/s设计得小、以使压力损失成为一定的值以下，但在此情况下，蒸发燃料容易漏气，orvr吸附量变小。

63、可得到如下的这一见解：由于如上述特征构成那样将吸附剂和成型蓄热材料小粒径化，将l/d/s设计成0.07以下、以使压力损失成为一定的值以下，从而通过吸附速度的提高、分散性的提高的效果，能够抑制在减小l/d/s的情况下的orvr吸附量的下降。

64、达成上述目的的汽车车辆优选搭载有至此说明的碳罐。

65、依据具备至此说明的碳罐的汽车车辆，能够实现如下的汽车车辆：能够提高吸附层的吸附材料的吸附能力，且同时也提高成型蓄热材料相对于吸附材料的分散性并同时抑制分级，将吸附时的来自吸附材料的吸附热有效地蓄热到蓄热材料，抑制吸附层的升温，谋求吸附能力的进一步提高，燃料利用效率高。