JPH04504533A - 自動車用フィルター材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車用フィルター材料 オツトー燃料（ガソリン）により駆動される自動車は、炭化水素による大気汚染 の元凶である。不良制御のエンジンが多量の不完全燃焼された燃料を排出するこ とは周知である。しかし、燃料注入時にも、ドイツ連邦共和国だけで年間およそ ５万トンもの炭化水素が環境に放出されているのである。燃料により占められて いないタンクの容積は気体状の炭化水素で飽和されており、それらは燃料注入時 に大部分が外へ押し出される。

これらの蒸気が大気中に放出されるのを阻止するために、基本的には今日二つの 方法が可能である。

１、燃料ポンプに組み込まれた回収装置による方法、この方法は高額の投資費用 を、またすべてのポンプノズルおよび注入管が互いに適合されることを要する。

２、自動車自体に設置され、充填された燃料により排除される蒸気がその中を通 過して吸着される活性炭フィルターによる方法。この蒸気はさらに走行時にエン ジンにより吸引される外気により再び脱着されて、エンジン内で燃焼される。

この第二の方法は、それが甚大な投資を要しないだけでなく、段階的に実現可能 であり、またタンクの通常の温度−圧力変動（Ａ　ｔ　ｍ　ｕ　ｎ　ｇ　＝呼吸 ）時に漏れる蒸気も捕集するという点において有利である。もちろん、今日提供 されているフィルターには数多の欠陥があり、自動車業界はそれらを組み込むこ とに躊躇している。

米国では、古典的な充填フィルター形式に基づく円筒形フィルターキャニスタ− が使用されている。その中に含まれる２ｋｇの成形炭は、軽い圧力により凝集さ れる。しかし、使用される成形炭は十分な耐摩性を有していない、自動車に固有 な振動のために、摩耗およびそれによる詰まりが生じる。充填物の局部的な圧縮 により管路以外に高い抵抗区域が生じるため、活性炭が不均等に利用されてフィ ルター層の破断が不可避となる。適度の圧力損失しか許容されないため、活性炭 粒子は相当な大きさを有しなければならない。そのために、吸着時にもまた脱着 時にも活性炭粒子の内部に長い距離が必要とされることになり、運動力学上不利 である。結論的に、かなりの大きさの頑丈なキャニスタ−を乗用車内に設置する ことはむずかしいのである、というのは今日ではすべての自由空間が利用される のであり、追加的な空間を創出するための試みはしばしば完全に新たな空間的レ イアウトを意味するからである。

本発明の目的は、自動車の燃料注入時あるいはタンクの呼吸（Ａ　ｔ　ｍ　ｕ　 ｎ　ｇ　）時に発生する炭化水素の吸着を改良してその放出を阻止することにあ る。

本発明の目的のために、高度に空気透過性で、実質的に形状安定で、立体的な支 持構造物よりなり、該構造物に直径０．１〜１ｍｍの粒状吸着剤粒子の層が取り 付けられているフィルターが用いられる。そのような支持構造物および粒状吸着 剤を有するフィルターは、例えばＤＥ−Ｏ３３８１３５６３において記載されて いる。

高度に空気透過性のフィルターとは、特にｌａｎのフィルターの層厚の場合に１ ｍ／秒の貫流する空気速度に対して１００Ｐ　ａ　、好ましくは１０〜３０Ｐａ の空気抵抗を有するフィルターと解される０本発明における自動車とは、乗用車 およびトラックだけでなく、ガソリンを燃料とするオツトーエンジンまたはロー タリーピストン・エンジンにより駆動されるモーターボートおよび飛行機をも意 味する。　特に適合したフィルターは、５−２５ＰＰＩ（孔数／インチ）、好ま しくは１（１〜２０ＰＰＩの孔数を有する開孔した網状で、その（内外）壁に直 径０．１〜１．００ｍｍの球状活性炭が付着している発泡ポリウレタンからなる 。小さくて極めて固い球状炭は互いに摩滅しない、つまり摩耗が生じない、マト リックスにおける大きな開口は、非常に均一な貫流による僅少な圧力低下を保証 する。この種のる材には、成形上の制限はない。したがって、フィルターはシー ト、円形、直方体などの完全に任意の形状で製作でき、またチューブに充填する ことができる。要するに、それはあらゆる空間で使用できるのである。球状粒子 の極めて大きな外面および吸着質が移動すべき短い距離は性能の最適利用を保証 するため、活性炭の所要量は同一目的に対する公知のフィルターに比べて著しく 、すなわちおよそ５０％も低減できる。フィルターを交換すべき必要が生じたな らば、ろ材令体が保持部から一体として取り出されるのであり、その際に何らの 汚染も生じない、交換は、ビデオカセットのそれと同等の容易さである。

ガソリンは３０〜２００℃平均沸点範囲を有し、主としてＣ１〜Ｃ１□の炭化水 素からなる。揮発性成分を吸着するためには、比較的小さな微細孔が必要とされ る。高沸点成分を再び脱着し得るためには、微細孔は比較的大きくなければなら ない、この点に、ただひとつの吸着材料では必ずしも完全には処理できないとい う矛盾がある。

エンジン燃料の高沸点および低沸点揮発性成分を最適に脱着し得るためには、吸 着剤を吸着フィルターにおいてそれらの微細孔のサイズが放出される炭化水素の 流れの方向に向かって減少するように配置することが勧奨される。空気透過性の 支持構造物に固定された吸着剤粒子のこの直径の低減は、連続的に、あるいはひ とつまたはいくつかの段階で行うことができる。この場合には、吸着フィルター も種々の微細孔直径範囲を有する吸着剤が配置される二層またはそれ以上の層か ら構成される。

本発明の好ましい実施態様にしたがって、完全なフィルターパッケージは少なく とも二つのセクションからなり、それらのうちの最初の貫流セクションは微細孔 の吸着剤を害なう恐れのある揮発しにくい成分を捕集するためのものである。予 備フィルターとも称し得るこの第一フィルター層は、大きな微細孔を持つ吸着剤 を含む。ここでは揮発性成分はわずかじか吸着されないとはいえ、高沸点成分は すべて吸着されるのである。

第一セクションに続く小さな微細孔を持つ吸着剤を含む第二セクションでは、小 さな微細孔からはもはや脱着できない高沸点成分が既に第一セクション（大きな 微細孔）において分離されるため、主としてより揮発しやすい成分（例えばブタ ンやペンタンなど）が吸着される。外気による脱着は逆方向で行われるため、「 高沸点成分Ｊによる小さな微細孔の詰まりは生じ得ない。したがって、完全な性 能が維持されるのである。

本発明にしたがって組み込まれる吸着フィルターが微細孔範囲の吸着剤のみを含 む場合には、実質的に３〜１８人（＝０．３〜１．８ｎｍ）の範囲の微細孔直径 を持つ吸着剤が勧奨される。この場合には、吸着フィルターは一種類の吸着剤粒 子を備えたひとつだけのセクションから構成される。

この場合に適合した吸着剤は、次の通りである。

ａ）実質的に６＋−１４人の範囲の微細孔直径を持つ活性炭ｂ）実質的に５〜１ ５人の範囲の微細孔直径を持つ、殊にジビニルベンゼンをベースとする重合体吸 着剤ｃ）３〜１８人の孔径を持つ疎水性分子篩微細孔直径に対して比較的大きな 範囲のこれらの種々の吸着剤タイプは、それらの考え得る混合物の形でマトリッ クスに固定できるのであり、フィルターは微細孔の本質的に同一範囲の吸着剤ａ ）、ｂ）またはＣ）が放出される炭化水素の流れ方向に交差して配置されたいく つかの層から構成できる。

放出される炭化水素蒸気が最初に貫流する粗孔フィルター層（予備フィルター） には、下記の吸着剤を使用することができる。

ａ）実質的に１０〜２０人、好ましくは１５〜２０人の直径の微細孔を持つ活性 炭、この種の粗孔活性炭は、例えば水の精製用に市販されている。それらは、通 常およそ８００〜１２００ｍ／ｇの内部表面積を有する。

ｂ）有機分子篩とも称される重合体吸着剤。それらは、実質的にに８〜８０人の 孔径を持つスチレンおよびジビニルベンゼンをベースとする多孔性有機重合体で ある。

この種の吸着剤は、６００〜１６００ｒｒ！／ｇの内部表面積を有する。それら は、例えばＢ　ＯＮ　ＯＰ　ＯＲＥ　”ｌという商品名で市販されている。

Ｃ）実質的に８〜１８人の孔径を持つ疎水性分子篩、これらは通常のゼオライト 系分子篩と同じ結晶構造を有し、有機性分子は吸着するが、水蒸気はほとんど吸 着しない、湿度が比較的高い場合でも、吸水性はきわめて低い、この種のゼオラ イトは、例えばＭ　ｕ　ｎ　ｔ　ｅ　ｒ　５Ｚｅｏ１社から「疏水性ゼオライト 」という品名で販売されている。類似の疎水性ゼオライトは、デグサ社からもＤ ＡＹ−ゼオライトという品名で販売されている。ＤＡＹ−ゼオライトという名称 は、脱アルミ化Ｙ−ゼオライトに由来する。

放出される炭化水素の流れ方向においてそのような粗孔フィルター層（予備フィ ルター）の後に、下記の材料のいずれかからなる小さな微細孔を持つ少なくとも ひとつのフィルター層が配置される。

ａ）実質的に８＋−２人の直径の微細孔直径を持つ活性炭ｂ）４〜８人の範囲の 直径の微細孔を持つ重合体吸着剤。

それらは、例えば５ＯＲＢＡＴＨＥＮＥ′Ｒ＋という商品名で市販されている。

これらは、約１４００〜１６００ｒｄ／ｇの内部表面積を有する。

ｃ）２〜９人の孔径を持つ疎水性分子篩、それらについては、孔径は別として、 予備フィルターのフィルター層の疎水性分子篩について前述したことが同様にあ てはまる。

活性炭小球体としては、原料として石炭ピッチ、石油ピッチあるいはアスファル トを含むものが好ましい、ピッチ小球体は酸化により不溶解性とされ、続いて炭 化および活性化される。活性化の程度に応じて、内部表面積は６００〜１６００ ボ／ｇとなる。

別の適合した原料は、スチレンおよびジビニルベンゼンの共重合体からなる小球 体である。それらから付加的な活性化を伴う、あるいは伴わない熱分解により得 られる活性炭小球体は、硬い外形、５〜１０人の範囲の無数の微細孔ならびに優 れた輸送孔を特徴とする。これらの微細孔は、例えば活性炭のダラムあたり最大 ０．５ｍｌを占有する。

前記の活性炭小球体の代わりに、例えばＤ　Ｅ　−Ａ　−３５１０２０９に記載 されているような粉砕された活性炭および適合した結合剤からなる球状で、ペレ ット化方式により得られる集合体を使用することもできる。この方法は、種々の タイプの活性炭および異なる吸着剤が使用でき、そのため特定の吸着特性が合理 的に促進できるという長所を有する。

本発明の目的に対して好ましいのは、吸着剤粒子をマトリックスに固定するため の接着剤、結合剤あるいは結合剤分散媒が加熱時に硬化することである。

好ましい接着剤とは、それらの架橋化前に粘度最低値を経る架橋化し得る重合体 からなるものである。例えばバイエル社のＩＭＰＲＡＮＩ　Ｌ　”ｌ−ハイソリ ッド・ポリウレタン反応生成物などのこの種の接着システムは最初は高粘性であ る、すなわち、それらはマトリックス構造が吸着剤粒子で覆われている時に優れ た初期付着性を発揮する。温度上昇と共にそれらは大幅な粘度低下を示すが、そ れにより吸着剤粒子の湿潤性が高められ、したがって架橋硬化後に特に優れた付 着性がもたらされる。粘度最低値を経る際に、支持構造物と吸着剤粒子との間の 接触箇所に毛細管現象により小さな隘路が形成される。吸着剤粒子の実際的に点 状の固定のため、硬化後にほとんどそれらの全表面が浄化すべき気体に対して使 用できる。

結合剤または接着システムは炭化水素に対して抵抗力を有しなければならない、 すなわち、それらは液状炭化水素あるいはその蒸気と接触する際に溶解したり、 膨張してはならない。

前述の吸着剤、マトリックスおよび接着剤は例示であって、基本的に同等の機能 を有する他のシステムを排除するものではない、フィルター・ハウジングに応じ て、それらの微細孔直径が段階的に減少する吸着剤を備えた二つ以上のフィルタ ーセクションを使用することも可能である。蒸気は必ず最初に大きな微細孔を有 するフィルター層と接触し、また最小の微細孔を有するフィルターを経てフィル ターから排出されるが、外気による脱着は逆の順序で行われるのである。

要　約　書 自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを防止するための吸着フィルターで 、これはワイヤー、モノフィラメントまたはウェブでできた高度に空気透過性で 、実質的に安定で、立体的な支持構造物よりなり、これらのワイヤー、モノフィ ラメントまたはウェブには直径０．１〜１ｍｍの粒状、特にビード構造の、吸着 剤粒子の層がとりつけられており、かつ吸着剤の微細孔のサイズは放出された炭 化水素の流れの方向に向って減少するようになっている。

平成４年１月ト１２日 自動車用フィルター材料 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 鴬啄鴫薦 （外１名） ４、代理人 請求の範囲 ６、補正の内容 別紙の通り。

以上 別　紙 請求の範囲 １、　自動車の左工亙上タンクから炭化水素が放出されるのを防止するための吸 着フィルターにおいて、ワイヤー、モノフィラメントまたはウェブでできた高度 に空気透過性で、本質的に形状安定で、立体的な支持構造物からなり、この構造 物に粒状、特に直径０．１〜１ｍｍの球状の吸着剤粒子の層が取り付けられて■ ゑことを特徴とする吸着フィルター。

２、吸着剤の微細孔のサイズが段階的に減少することを特徴とする請求の範囲第 １項記載の吸着フィルター。

３、支持構造物は粗孔の網状ポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求の 範囲第１項または第２項記載の吸着フィルター。

４、　ポリウレタン発泡体７５５２０〜６０ｇ／リットルの重量ｍエフ＞）二１ ．５〜３ｍｍの孔径を有することを特徴とする請求の範囲第３項記載の吸着フィ ルター。

５、放出される炭化水素だ最初に貫流よる粗孔フィルター層だ、下記の材料のひ とつからなる吸着剤粒子を含むことを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のい ずれかに記載の吸着フィルター。

ａ）本質的に１０〜２０人、好ましくは１５〜２０人の孔径Δ監■五を持つ活性 炭。

ｂ）８〜８０人の孔径を持つ多孔性有機重合体。

ｃｌ　本！工≦８〜１８人の孔径を持つ疎水性分子篩６、　放出される炭化水素 の流れの方向において粗孔フィルター層（予備フィルター）の正に、下記の材料 のひとつΩ細孔フィルター層が配置されることを特徴とする請求の範囲第１項〜 第５項のいずれかに記載の吸着フィルター。

ａ）本質的に６〜１０人の直径の微細孔を持つ活性炭。

ｂ）本質的に４〜８人の孔径を持つ重合体吸着剤。

ｃ１２〜９人の孔径を持つ疎水性分子篩。

７、吸着剤粒子の固定のために、硬化前に粘度最低値を経る接着剤システムが使 用されることを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の吸着フ ィルター。

虹　接着剤システムがブロックされたＮＧＯ基を有するポリウレタン・プレポリ マーおよび架橋剤および２０％までの溶剤からなることを特徴とする請求の範囲 第１項〜第７項のいずれかに記載の吸着フィルター。

９、　自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを低減するための方法におい て、タンクが充填されると直押し出さバエあるいはタンク茫互ス韮きする時に放 出するガソリン蒸気だ請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の吸着フィル ターを貫流すること、および吸着された炭化水素だエンジンにより吸引された外 気により脱着され、エンジン中において燃焼されることを特徴とする炭化水素を 低減するための方法。

１０、自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを低減するための方法におい て、タンクが充填されるＬ直押し出さバエあるいはタンク茫互区１１ｔｈｅ工基 出するガソリン蒸気だワイヤー、モノフィラメントまたはウェブでできた高度に 空気透過性で、本質的に形状安定で、立体的な支持構造物からなる　フィルター を　流し、この構造物に粒状、特に直径０．１〜１ｍｍの球状の吸着剤粒子の層 が取り付けられており、かつ吸着剤の微細孔の平均直径は３〜１８人であ二また 吸着された炭化水素はエンジンにより吸引された外気により脱着され、エンジン 中において燃焼されることを特徴とする炭化水素を低減するための方法１１、脱 着は吸着とは逆の方向で行われることを特徴とする請求の範囲第９項または第１ ０項記載の炭化水素を低減するための方法。

１２、支持構造物は粗孔の網状ポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求 の範囲第１０項圭り羞第１１項記載の炭化水素を低減するための方法。

１３、自動車のガソリンタンクから炭化水素が放出されるのを防止するために、 ワイヤー、モノフィラメントまたはウェブでできた高度に空気透過性で、本質的 に形状安定で、立体的な支持構造物からなり、この構造物に粒状、特に直径０． １〜１ｍｍの球状の吸着剤粒子の層が取り付けられており、かつ吸着剤の微細孔 の平均直径は３〜１８人である吸着フィルターの使用。

１４、請求の範囲第１３項の目的のために、支持構造物が粗孔の網状ポリウレタ ン発泡体である請求の範囲第１３項記載の吸着フィルターの使用。

１５、自動車のガンワンタンクから炭化水素が放出されるのを防止するために、 放出される炭化水素の流れの方向に吸着剤の微細孔サイズが減少する請求の範囲 第１項〜第８項ユ庭工ｈ−ｈ＞旦記載の吸着フィルターの使用。

国際調査報告

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを防止するための吸着フィルタ ーにおいて、ワイヤー、モノフィラメントまたはウェブでできた高度に空気透過 性で、実質的に形状安定で、立体的な支持構造物からなり、この構造物に粒状、 特に直径０．１〜１ｍｍの球状の吸着剤粒子の層が取り付けられており、かつ吸 着剤の微細孔のサイズは放出される炭化水素の流れの方向に向かって減少するこ とを特徴とする吸着フィルター。
2. ２．吸着剤の微細孔のサイズが段階的に減少することを特徴とする請求の範囲第 １項記載の吸着フィルター。
3. ３．支持構造物は粗孔の網状ポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求の 範囲第１項または第２項記載の吸着フイルター。
4. ４．粗孔の網状ポリウレタン発泡体は２０〜６０ｇ／リットルの重量および１． ５〜３ｍｍの孔径を有することを特徴とする請求の範囲第３項記載の吸着フィル ター。
5. ５．放出される炭化水素により最初に貫流される粗孔フィルター層は、下記の材 料のひとつからなる吸着剤粒子を含むことを特徴とする請求の範囲第１項〜第４ 項のいずれかに記載の吸着フィルター。 Å）実質的に１０〜２０Å、好ましくは１５〜２０Åの孔径を持つ活性炭。 ｂ）８〜８０Åの孔径を持つ多孔性有機重合体。 ｃ）８〜１８Åの孔径を持つ疎水性分子篩。
6. ６．放出される炭化水素の流れの方向において粗孔フィルター層（予備フィルタ ー）の後に、下記の材料のひとつからなる細孔フィルター層が配置されることを 特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の吸着フィルター。 Å）実質的に６〜１０Åの直径の微細孔を持つ活性炭。 ｂ）実質的に４〜８Åの孔径を持つ重合体吸着剤。 ｃ）２〜９Åの孔径を持つ疎水性分子篩。
7. ７．吸着剤粒子の固定のために、硬化前に粘度最低値を経る接着剤システムが使 用されることを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の吸着フ ィルター。
8. ８．接着剤システムは２０％までの溶剤を含むポリウレタン・プレポリマーなら びにブロックされたＮＣＯ基および架橋剤からなることを特徴とする請求の範囲 第１項〜第７項のいずれかに記載の吸着フィルター。
9. ９．自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを低減するための方法において 、充填される燃料により押し出された、あるいはタンクの呼吸時に漏出するガソ リン蒸気は請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の吸着フィルターを貫流 すること、また吸着された炭化水素はエンジンにより吸引された外気により脱着 され、エンジンにおいて燃焼されることを特徴とする炭化水素を低減するための 方法。
10. １０．自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを低減するための方法におい て、充填される燃料により押し出された、あるいはタンクの呼吸時に漏出するガ ソリン蒸気はワイヤー、モノフィラメントまたはウェブでできた高度に空気透過 性で、実質的に形状安定で、立体的な支持構造物からなり、この構造物に粒状、 特に直径０．１〜１ｍｍの球状の吸着剤粒子の層が取り付けられており、かつ吸 着剤の微細孔の平均直径は３〜１８Åである吸着フィルターを貫流すること、ま た吸着された炭化水素はエンジンにより吸引された外気により脱着され、エンジ ンにおいて燃焼されることを特徴とする炭化水素を低減するための方法。
11. １１．脱着は吸着とは逆の方向で行われることを特徴とする請求の範囲第９項ま たは第１０項記載の炭化水素を低減するための方法。
12. １２．支持構造物は粗孔の網状ポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求 の範囲第１０項および第１１項記載の炭化水素を低減するための方法。
13. １３．自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを防止するために、ワイヤー 、モノフィラメントまたはウェブでできた高度に空気透過性で、実質的に形状安 定で、立体的な支持構造物からなり、この構造物に粒状、特に直径０．１〜１ｍ ｍの球状の吸着剤粒子の層が取り付けられており、かつ吸着剤の微細孔の平均直 径は３〜１８Åである吸着フィルターの使用。
14. １４．請求の範囲第１３項の目的のために、支持構造物が粗孔の綱状ポリウレタ ン発泡体である請求の範囲第１３項記載の吸着フィルターの使用。
15. １５．自動車のタンクから炭化水素が放出されるのを防止するために、放出され る炭化水素の流れの方向に吸着剤の微細孔サイズが減少する請求の範囲第１項〜 第８項記載の吸着フィルターの使用。