JP2017064699A - 高圧用フィルタとこれを用いた水素ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】高圧用として、特に水素ステーションの超高圧水素流体用として、所要期間における安定確実で高精度な濾過が可能なフィルタであると共に、エレメントの利用効率が著しく改善し、コンパクト化可能であって、しかもメンテナンス性も大幅に向上した高圧用フィルタとこれを用いた水素ステーションを提供することにある。【解決手段】ボデーとキャップとを螺着して構成したフィルタ本体の流路部内にフィルタ部材を内蔵した高圧用フィルタであって、フィルタ部材は一端に取付部材を固着した筒状エレメントから成り、取付部材の先端部を前記キャップの流路部に着脱自在に取付けた状態で筒状エレメントをボデーの流路部に内蔵し、キャップをボデーから取り出したとき、筒状エレメントがキャップから露出した状態でキャップと共にフィルタ部材が取り出される高圧用フィルタ。【選択図】 図１

Description

本発明は高圧用フィルタに関し、例えば９０ＭＰａ程度の高圧水素を供給するディスペンサなどの流路にインラインフィルタとして用いられる水素ステーション用高圧水素フィルタに関する。

通常、ガス流体を圧送する配管ラインには、流体が供給されるユースポイントの直前附近などの適宜箇所に、流体に含まれる微小な異物を除去して純度を高めるため、使用に応じて種々の流路径、濾過精度、使用圧力などが設定されたインラインガスフィルタが配設される。この種のフィルタとして、例えば特許文献１が提案されている。

同文献は、半導体製造設備の高純度ガスの供給ラインなどに使用するフィルタを示しており、有底筒状の焼結金属製エレメントがエレメント収容腔に収容された状態で、エレメントの開放側に溶接固定された金属製フランジが、第１ボデーのフランジ収容腔と、第２ボデーの一端面との間に、ユニオンナットのネジ締結により挟持固定されてシールされる全金属製フィルタが提案されている。

また、近年はエネルギー政策の見直しに伴い、水素エネルギーの普及のため、自動車用燃料電池の水素供給インフラ（水素ステーション）の技術開発が進められている。水素ステーションにおける水素供給システムは、例えば、水素製造設備から蓄圧機に圧送された水素ガスが、圧縮機で１００ＭＰａ級の超高圧に圧縮され、７０ＭＰａ級の超高圧状態でディスペンサなどを介して供給ラインで車両に供給可能に構成される。

このような水素ステーションにおいても、例えばディスペンサの供給ラインなどの適宜箇所に、超高圧水素を濾過するインラインガスフィルタが適宜配設され、車両に供給される超高圧水素に含まれるフッ素系グリスや、水分、砂、バリ状金属など、数μｍ程度の微細な異物の除去が図られる。この種のフィルタとして、従来は図６に示す超高圧ガス用金網型フィルタが提案されている。

図６に示す従来のフィルタは、エレメント４を収容する収納部７はキャップ２（雄ねじ側部材）側に設けられていることから、キャップ２の内部のめねじ部３と、金網型エレメント４の一端部を保持するエンド部材５の先端部の雄ねじ部６とが螺着固定された状態では、同図に示すように、エレメント４はキャップ２の収納部７にほぼ全体が収納された状態となる。

また、エレメント４をキャップ２に螺着固定する際は、エレメント４の他端部に保持され、エレメント４を収納部７に収納した際にキャップ２から露出状態となるエンド部材８に設けられた二面切欠面部９に、スパナ等の締付工具を掛けてトルクを与えることによりめねじ部３に螺着固定する。また、エレメント４とエンド部材５との間にはＰＴＦＥパッキン１０が狭着されており、エレメント４を通過せず濾過されていない流体が出口に抜けてしまうことを防止している。

特許第３１４００９１号公報

しかしながら、図６に示したフィルタは、めねじ部３と雄ねじ部６の螺着固定状態では、上記したようにエレメント４のほぼ全体が収納部７（キャップ２）に覆われているので、ボデー１からキャップ２を取り外すのみではエレメント４の十分な目視・点検ができない。このため、エレメント４の状態を確認するには、必ずエレメント４をキャップ２から脱離させなければならず、作業性・メンテナンス性が極めて悪い。しかも二面切欠き部９がエレメント４に保持されたエンド部材８に設けられているため、エレメント４をキャップ２に着脱する際、キャップ２のめねじ部３と螺着する雄ねじ部６を有するエンド部材５とエンド部材８との間に介在するエレメント４に、締付工具からのトルクが直接掛かって不要な負荷を与えてしまうことで、エレメント４の変形・損傷や寿命低下を招くおそれがある。さらに、フィルタの使用雰囲気温度が大きく変化した場合、ＰＴＦＥパッキン１０が熱膨張により塑性変形して容易に緩んでしまうため、パッキン１０が流体の漏れを防止する効果を失いエレメント４を通過しない流体が出口側へ流出してしまうおそれもある。

また、特許文献１のフィルタは、ユニオンナットを締付固定することでエレメントに設けたフランジが第一ボデーと第二ボデーとの間に挟持される構造であるから、このフィルタを高圧ガスに使用した場合は、フィルタ内部におけるエレメントの固定性・耐久性がまったく不十分であり、常時エレメントに作用する高圧流体からの抵抗に所要期間耐え、安定かつ確実な濾過機能を発揮させることは極めて困難である。また、同文献に開示されるボデーの構造も、高圧ガスへの対応は全く認められず、薄肉の第一ボデーと第二ボデーとを薄肉のユニオンナットでネジ締結するのみで組み立てられるから、耐圧性がまったく不十分である。さらにエレメントの着脱の際は、ユニオンナットを外した後、第二ボデーの着脱とは別にエレメントの着脱を行う必要があるため、作業性・メンテナンス性も悪い。

そこで、本発明は上記問題点を解決するために開発されたものであり、その目的とするところは、高圧用として、特に水素ステーションの超高圧水素流体用として、所要期間における安定確実で高精度な濾過が可能なフィルタであると共に、エレメントの利用効率が著しく改善され、コンパクト化可能であって、しかもメンテナンス性も大幅に向上された高圧用フィルタとこれを用いた水素ステーションを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデーとキャップとを螺着して構成したフィルタ本体の流路部内にフィルタ部材を内蔵した高圧用フィルタであって、フィルタ部材は一端に取付部材を固着した筒状エレメントから成り、取付部材の先端部を前記キャップの流路部に着脱自在に取付けた状態で筒状エレメントをボデーの流路部に内蔵し、キャップをボデーから取り出したとき、筒状エレメントがキャップから露出した状態でキャップと共にフィルタ部材が取り出される高圧用フィルタである。

請求項２に係る発明は、取付部材には、先端部外周にオネジを、後端部外周に工具用掛止部を設け、オネジをキャップの流路部内のメネジに着脱自在に螺着した状態で、工具用掛止部をキャップの先端面より露出させた高圧用フィルタである。

請求項３に係る発明は、取付部材の外周に設けた装着溝に異物流出防止用のＯリングを装着し、このＯリングで高圧流体と濾過流体を密封シールした高圧用フィルタである。

請求項４に係る発明は、Ｏリングの一次側には、高圧流体圧力を連通させるために設けた連通部と、このＯリングの二次側には、濾過流体圧力が導通する導通部と、を備え、Ｏリングの一次・二次側を均圧状態にして異物の流出を防止した高圧用フィルタである。

請求項５に係る発明は、連通部は、キャップに設けた装着段部又はこの装着段部に当接させる取付部材の肩部の何れか一方又は双方に形成し、導通部は、Ｏリングとの二次側と取付部材の流路部とを導通する導通孔である高圧用フィルタである。

請求項６に係る発明は、キャップの装着段部には、接ガス面に向けてテーパ形成のテーパ連通部を設けた高圧用フィルタである。

請求項７に係る発明は、取付部材の装着面と前記キャップの装着段部との間に異物流出防止用のＯリングを装着し、このＯリングで高圧流体と濾過流体を密封シールした高圧用フィルタである。

請求項８に係る発明は、異物流出を防止するための取付部材の段部とキャップのテーパ面部とを圧接させた状態で高圧流体と濾過流体を密封シールした高圧用フィルタである。

請求項９に係る発明は、フィルタ部材の一次側領域に設けたエンド部材を高圧流体入口側に向けて円錐形状部とした高圧用フィルタである。

請求項１０に係る発明は、ボデーの入口と一次側領域との間にテーパ形状部を備えた高圧用フィルタである。

請求項１１に係る発明は、高圧水素の供給ラインに高圧用フィルタを用いたことを特徴とする水素ステーションである。

請求項１に記載の発明によると、取付部材の先端部をキャップの流路部に着脱自在に取付けた状態で筒状エレメントをボデーの流路部に内蔵したので、キャップの流路部に内蔵されるのは取付部材の先端部側のみとなることから、高圧流体への耐圧に必要なフィルタ本体内の流路部の肉厚は、ボデー側の流路部においてのみ確保されれば済むようになる。このため、キャップ側の流路部の肉厚を厚く形成する必要がなく、耐圧性を維持しながらキャップの外径をさらに小径化でき、これに伴い、ボデーの外径もさらに小径化できる。したがって、耐圧性を維持しながら、フィルタの外径をさらに小径化できる。逆に、フィルタ外径を維持した場合は、径や長さがさらに大きいエレメント部材の使用が可能となることから、フィルタ外径を維持しながら、さらに使用流量の大きいフィルタの提供が可能となる。

また、キャップをボデーから取り出したときに、筒状エレメントがキャップから露出した状態でキャップと共にフィルタ部材が取り出されるから、ボデーからキャップを脱離するのみで容易にエレメントの目視点検が可能となり、メンテナンス性が大幅に向上する。

請求項２に記載の発明によると、キャップの流路部内のメネジに取付部材の先端部外周のオネジを螺着した際、キャップの先端面から露出するように、取付部材の後端部外周に工具用掛止部が設けられているから、フィルタ部材（取付部材及び筒状エレメント）の着脱の際、工具用掛止部に容易に工具を掛けることができ作業性が向上すると共に、工具からのトルクが筒状エレメントに作用することがないので、着脱の際にトルク負荷により筒状エレメントが損傷するおそれがない。

また、工具用掛止部とキャップの流路部のメネジへ螺着するオネジが同一部材（取付部材）の両端部に設けられているから、工具からの回動トルクが直接取付部材の先端部に伝わってキャップと螺合するので、フィルタ部材及びキャップが確実な固定性・耐久性をもって螺着されると共に、螺着を解除して取り外す際も高いトルクを与えることができ、フィルタ部材を着脱する作業性も高まる。

請求項３に記載の発明によると、取付部材とキャップとの間のシール部材が異物流出防止用Ｏリングであるから、異物流出を確実に防止しつつ、径時変化や温度変化に対してもＯリングの弾性力が良好に追従し、所定の高いシール性の維持が可能となる。

請求項４に記載の発明によると、Ｏリングの１次側に高圧流体を連通させる連通部を設けると共に、２次側に濾過流体圧力が導通する導通部を設けたから、Ｏリングの１次側が高圧流体と常時連通することで常時等圧状態となると共にＯリングの２次側が濾過流体と常時導通することで常時等圧状態となるので、Ｏリングの１次・２次両側が常時均圧状態となる。

請求項５に記載の発明によると、連通部がキャップに設けた装着段部又は取付部材の肩部の何れか一方又は双方に形成され、また、導通部がＯリング二次側と取付部材の流路部とを導通する導通孔であるから、Ｏリングに過剰な差圧が作用することがなくなるので、この過剰な差圧の作用によるＯリングの破損が生じる事がない。

請求項６に記載の発明によると、キャップの装着段部に接ガス面に向けてテーパ形成のテーパ連通部を設けたから、簡易な加工のみで、高圧流体がＯリングの１次側へ流入するための流路を確保して流れを促進できる。

請求項７に記載の発明によると、装着面と装着段部との間に異物流出防止用Ｏリングを装着するから、異物流出を確実に防止しつつ、取付部材の装着面とキャップの装着段部との間の端面シールが可能となり、取付部材とキャップとの螺着の締付けにより高いシール性を発揮させることができる。また、取付部材に設けるシール機構を極めて簡易に設けることができる。

請求項８に記載の発明によると、取付部材の段部とキャップのテーパ面部との間を圧接させて高圧流体と濾過流体とを密封シールしたから、取付部材とキャップとの間にシール部材が不要となると共に、フィルタの取扱性・メンテナンス性や生産性が向上する。しかも、シール部材の劣化による流体の漏れや、シール部材からの発塵などが生じることがない。

請求項９に記載の発明によると、エンド部材を円錐形状部としたから、流体が入口から１次側領域内に急激に流入しても、円錐形状部の表面形状に沿うようにして流体が適切に分散され、これによりフィルタ部材を回り込むような流体の流れの形成が促進されると共に、エンド部材が流体から受ける力が大幅に緩和され、エレメントへの負荷も大幅に低減される。

請求項１０に記載の発明によると、テーパ形状部を備えたから、ボデーの入口から１次側領域に流入する流体の流れがテーパ形状部の表面に沿うような流れが促進され、これによりボデー流路部内周面側へ流れが良好に分散されてフィルタ部材を回り込むような流体の流れの形成が促進され、もって１次側領域から２次側領域への流体の流れを促進することができる。また、適切な流路断面積を持った緩やかな流路が形成されることから、流体の流れがスムーズになることで流量損失も低減できる。

請求項１１に記載の発明によると、前記高圧用フィルタを超高圧水素の供給ラインに設けることにより、水素ステーションの適宜の供給ラインを高純度に維持することが可能となる。

本発明の高圧用フィルタの第一実施形態を示した断面図である。 図１の分解斜視図である。 本発明の高圧用フィルタの第二実施形態を示した断面図である。 本発明の高圧用フィルタの第三実施形態を示した断面図である。 本発明の高圧用フィルタを使用した水素ステーションの一例を示したブロック図である。 従来の高圧水素ガス用フィルタを示した断面図である。 本発明の高圧用フィルタの第四実施形態を示した断面図である。 図７におけるＡ部拡大断面図である。 図７におけるＢ部拡大断面図である。 図７に示したフィルタ部材の外観側面図である。

以下に、本発明における高圧用フィルタの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の高圧用フィルタは、水素ステーションにおける超高圧水素流体の濾過に特に好適である。図１は、本発明の高圧用フィルタの第一実施形態を示した断面図であり、図２は、本実施形態の分解斜視図である。図１、２に示すように、本発明の高圧用フィルタは、ボデー１１、キャップ２０、フィルタ部材３０を有している。

本発明の高圧用フィルタは、ボデー１１とキャップ２０とを螺着して構成したフィルタ本体の流路部内にフィルタ部材３０を内蔵した高圧用フィルタである。

図１、２において、ボデー１１は、１００ＭＰａ級の超高圧水素ガス流体などの高圧流体に対して良好な耐圧性を備えるため、内部の中空領域に比して肉厚な外殻に形成されている。本実施形態のボデー１１の材質は金属製であり、例えばステンレス合金（ＳＵＳ３１６）からなる。また、同図において右側にはめねじ部１２からなる管接合部が形成され、この管接合部に続けて、管接合部に向けて開口する縮径穴を有する入口１３が形成され、この入口１３に続けて、入口１３と連通して入口１３より拡径した円筒状空間である流路部１４が形成され、この流路部１４に続けて、流路部１４より拡径した円筒状空間であって、内周面にめねじ部１５を有するキャップ２０との接合部が形成されている。また、めねじ部１２からなる管接合部には、図示しない外部継手の雄ねじ部を螺合可能となっている。

図１、２において、キャップ２０も、ボデー１１と同様に、内部の中空領域に比して肉厚な外殻に形成され、本実施形態では金属製材質からなり、例えばボデー１１と同じステンレス合金からなる。また、同図において左側にはめねじ部２１からなる管接合部が形成され、この管接合部に続けて、管接合部に向けて開口する縮径穴を有する出口２２が形成され、この出口２２に続けて、出口２２と連通して出口２２より拡径した円筒状空間であって、内周面に後述の取付部材３２を螺着可能なメネジ部２３を有する流路部２４が形成されている。また、めねじ部２１からなる管接合部には、図示しない外部継手の雄ねじ部を螺合可能となっている。

キャップ２０の外周には、一端側に多角形状（六角形状）の工具掛部２５が形成され、他端側にボデー１１のめねじ部１５と螺着可能な雄ねじ部２７が形成されており、この雄ねじ部２７と、ボデー１１のめねじ部１５との螺着により、ボデー１１とキャップ２０が接合される。

図１、２において、ガスケット４０は、例えば銅又は銅合金などにより円盤リング状に形成され、ボデー１１のめねじ部１５とキャップ２０の雄ねじ部２７とを螺着接合した際、ボデー１１の流路部１４よりも開口側の開口側端面に形成された底面１６と、キャップ２０の先端面２６との間に狭圧され、ボデー１１とキャップ２０との間をシールする。

本実施形態における底面１６および先端面２６は、ボデー１１とキャップ２０との接合時に互いに対向し、ガスケット４０の片面とそれぞれ同形状に形成されたガスケット当接面であり、ガスケット４０の狭圧力を高めてシール性を向上させるため、底面１６および先端面２６のそれぞれの内径側は、狭着されるガスケット４０側へ向けて僅かにテーパ状に盛り上がるように形成されている。すなわち、図１に示したように、底面１６および先端面２６の断面は、それぞれ軸心側へ向けて、同図の縦方向に対して僅かな傾斜のテーパ状傾斜面となっており、ガスケット４０の内径側付近をエッジシール可能に構成されている。

本発明のフィルタ部材３０は、一端部３１ａに取付部材３２を固着した筒状エレメント３１から成る。図１、２において、本実施形態のフィルタ部材３０における筒状エレメント３１は、高圧ガス流体の使用圧力、流量、圧損などとの関係から、流路部１４の軸心方向長さと径に対して適切な比率の長さと径を有する円筒形状に形成され、筒状エレメント３１の他端部３１ｂには、円板状のエンド部材３３が固着している。

図１、２において、取付部材３２は、先端部３４と後端部３５とを有し、内部に流路３６が設けられた筒状部材であり、先端部３４の外周面には、キャップ２０の流路部２４のメネジ部２３と着脱自在に螺着可能なオネジ部３７が形成されている。後端部３５は、先端部３４に比してやや大径に形成され、その外周面には、工具用掛止部である切欠平面部３８が形成されている。このため、オネジ部３７とメネジ部２３との螺着状態では、後端部３５に設けた工具用掛止部（切欠平面部３８）は、キャップ２０の先端面２６から露出状態となる。また、後端部３５には、前述の筒状エレメント３１の一端部３１ａが固着している。

切欠平面部３８は、後端部３５の外周面に取付部材３２の軸心方向と略平行な平面部を切り欠いたように形成されており、互いに略平行な２面１組の２面切欠平面部（２面切欠形状）であれば製造上好適であるが、本実施形態においては図１、２に示すように、工具を掛ける方向を増やしてメンテナンス性を向上させるため、互いに略垂直に２組の平面部を形成した４面切欠形状としており、この他６面などの多面切欠形状に形成してもよい。

また、図１に示すように、本発明の高圧用フィルタは、ボデー１１と取付部材３２でフィルタ部材３０を取付けたキャップ２０とを接合した状態においては、高圧ガス流体を濾過する筒状エレメント３１は、全体がボデー１１の流路部１４内部に内蔵された状態となり、キャップ２０内部に内蔵されることがない構造となっている。

本実施形態においては、筒状エレメント３１とキャップ２０との間をＯリング４１でシールしている。キャップ２０の先端面２６と流路部２４の開口側との間には装着段部２８が形成されており、取付部材３２の後端部３５の肩部３５ａの形状と適合して当接可能となっており、この肩部３５ａには、Ｏリング４１を装着する装着面３５ｂが形成されている。この装着面３５ｂに装着されたＯリング４１は、フィルタ部材３０をキャップ２０に取付けた状態において、装着面３５ｂ及び装着段部２８に圧縮されてキャップ２０との流路部２４内部を密封シールしている。

本発明の高圧用フィルタは、上記構造であるから、図１に示したボデー１１とキャップ２０との接合状態から、雄ねじ部２７とめねじ部１５との螺着を解除してキャップ２０をボデー１１から取り出したときに、筒状エレメント３１がキャップから露出した状態でキャップ２０と共にフィルタ部材３０が取り出される。

次いで、本発明の高圧用フィルタの作用を説明する。図１に示した本発明の高圧用フィルタは、ボデー１１の管接合部とキャップ２０の管接合部に図示しない外部継手がそれぞれ接合されることで高圧ガス圧送ラインの所定箇所に配設され、高圧ガス流体を濾過可能な使用状態となる。

使用状態では、ボデー１１側の外部継手を介してボデー１１の入口１３から高圧ガス流体が流路部１４の１次側領域１７へ流入する。１次側領域１７内の流体は、筒状エレメント３１を透過して、２次側領域３９である筒状エレメント３１内部に流入する。筒状エレメント３１で濾過され２次側領域３９へ流入した高圧ガス流体は、取付部材３２の流路３６を通過してキャップ２０の出口２２へ圧送される。１次側領域１７と連通したボデー１１とキャップ２０との間はガスケット４０によりシールされ、取付部材３２とキャップ２０との間は上記構造のＯリング４１によりシールされる。

本実施形態に使用される筒状エレメント３１は、例えばＳＵＳ３１６などからなる高圧水素用の金網フィルタ（２〜１０μｍ）が好ましく、本例ではこれを用いている。金網フィルタの場合、無数に形成されたミクロンオーダーの微細な網目に異物が捕捉され、高圧ガス流体が清浄化される。ただし筒状エレメント３１は、例えばステンレス原料粉体を焼結した多孔質金属焼結膜などの焼結体その他のフィルタであってもよく、材質や使用温度、使用流量や濾過精度と圧損率、サイズや形状その他の各種特性で濾過可能なエレメントであればとくに制限されないものであり、適宜選択可能である。

続いて、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同一箇所は同一符号を付しその説明を省略する。図３は、本発明の高圧用フィルタの第２実施形態を示した断面図である。本実施形態においては、筒状エレメント３１とキャップ２０との間のシール構造が、第１実施形態と異なる。

図３に示すように、本実施形態においては、筒状エレメント３１とキャップ２０との間をテーパ面２８ａと段部３５ｃとのメタルタッチでエッジシールしている。キャップ２０の流路部２４の開口側と装着段部２８との間にはテーパ面２８ａが形成されていると共に、取付部材３２の先端部３４と後端部３５との間の肩部３５ａには円環状の段部３５ｃが形成されている。取付部材３２をキャップ２０に取付けた際には、これらテーパ面２８ａと段部３５ｃの角部とは、互いに形状が適合して全周に亘って線接触状に圧着当接可能となっている。テーパ面２８ａ及び段部３５ｃが圧着当接されることで、取付部材３２とキャップ２０との間がシールされる。本実施形態では、他の実施形態のように取付部材３２とキャップ２０との間にＯリングを介在させるスペースの確保が不要であるから、オネジ部３７の長さを、他の実施形態に比して長く設けることが可能となり、より確実にフィルタ部材３０をキャップ２０に取付けることができる。

続いて、本発明の第３実施形態を説明する。第１実施形態と同一箇所は同一符号を付しその説明を省略する。図４は、本発明の高圧用フィルタの第３実施形態を示した断面図である。本実施形態においても、筒状エレメント３１とキャップ２０との間のシール構造が他の実施形態と異なる。

図４に示すように、本実施形態においては、筒状エレメント３１とキャップ２０との間をＯリング４２でシールしている。取付部材３２の先端部３４には、オネジ部３７と後端部３５の肩部３５ａとの間にオネジ部３７が形成されていない中間部３４ｂが形成され、この中間部３４ｂにＯリング４２を装着可能な装着溝３４ａが形成されている。フィルタ部材３０をキャップ２０に取付けた状態において、装着溝３４ａの位置は流路部２４のメネジ部２３が形成されていない円筒状の内周面２４ａと対向する位置となり、装着溝３４ａに装着されたＯリング４２は、装着溝３４ａ及び内周面２４ａに圧縮されてキャップ２０と取付部材３２との間をシールする。

図５は、本発明の高圧用フィルタを使用した水素ステーションを示している。水素ステーションは、例えば、蓄圧機７０、圧縮機７１、ディスペンサ７２、プレクール熱交換器７３、逆止め弁８５、迅速継手７４、充填ホース７５、充填ノズル７６、車載タンク７７を有し、これらは高圧水素の供給ライン７８としてシステムを構成している。

同図には示していないが、本発明の高圧用フィルタは、例えば、インラインガスフィルタとしてディスペンサ７２の二次側（供給ライン７８）の適宜箇所に設けられ、或は、その他の供給ラインに設けられ、高精度かつ圧損が低減された優れた濾過能力を発揮して車両に供給される超高圧水素ガスから微小な異物を適切に除去する。

なお、水素ステーションの各ユニットの接続部位には手動弁８１が設けられ、各ユニットの一次側又は二次側に適宜自動弁８０が設けられている。蓄圧機７０の内部は、複数のタンクに分かれており、それぞれのタンクと圧縮機７１とを接続するバルブ８０、及びそれぞれのタンクとディスペンサ７２とを接続するバルブ８０を適宜切り替えることにより、所定圧に至ったタンクから水素をディスペンサに供給する一方、所定の下限値圧を下回ったタンクには、圧縮機７１から水素を前記所定圧に至るまで充填する。この水素ステーションに設けられた供給ライン７８において、所定のプログラムによって水素供給が制御され、車両供給量に応じて適宜に水素を供給制御可能になっている。

続いて、本発明の第４実施形態を説明する。上記の第１実施形態又は第３実施形態と同一箇所は同一符号を付しその説明を省略する。図７は、本発明の高圧用フィルタの第４実施形態を示し、図８は、図７のＡ部拡大断面図を、図９は、図７のＢ部拡大断面図を、図１０は、図７におけるフィルタ部材３０の外観側面図を、それぞれ示す。

図１〜４に示した上記第１〜３実施形態においては、エンド部材３３は円盤形状であるから、エンド部材３３の１次側端面は平面状であって入口１３の流路軸に対して直角方向である。よって、入口１３から１次側領域１７に流入した流体は直角方向にエンド部材３３の端面に当たるので、流入した流体圧がほとんど分散されずに直接的にエンド部材３３の端面に圧力負担を与える構造である。このため、流体圧に対してエンド部材３３が受ける流体抵抗も過剰となりやすく、特に流体が超高圧の場合、エンド部材３３に直接固着している筒状エレメント３１が受ける負荷も過大となり、筒状エレメント３１やフィルタ部材３０が破損する原因となるおそれがあった。さらに、平面状のエンド部材３３の１次側端面は入口１３の内側開口部の近接した位置に面していることから、流体の大きな抵抗障壁となってスムーズな流入を阻害し、流量損失の原因となるおそれもあった。

上記課題に対し、図７、８、１０に示した第４実施形態では、フィルタ部材３０の一次側領域１７に設けたエンド部材３３を高圧流体の入口１３側に向けて円錐形状部３３ａとすると共に、ボデー１１の入口１３と一次側領域１７との間にテーパ形状部１３ａを備えた構造にしている。

本実施形態の構造では、入口１３の開口部がテーパ形状部１３ａであるから、内側開口部が流路軸に同心状に流路部１４側に向けて拡径しているので、入口１３からボデー１１の１次側領域１７内へ流入する流体は、拡径したテーパ形状部１３ａ表面に沿った流れの発生により流路軸方向への流れが拡散され、エンド部材３３へ直接向かう流量割合が低減され、流路軸方向の流体圧成分が低減される。

また、円錐形状部３３ａにより、エンド部材３３の１次側端面が流路軸に同心状に入口１３側に向けて縮径しているから、１次側領域１７へ流入した流体は円錐形状部３３ａの表面に鋭角方向に当たり、これによりエンド部材３３が受ける流路軸方向の流体圧成分が低減されると共に、流路軸心に対称的に流体が当たることで流路軸垂直方向の流体圧成分が互いに相殺されるから、平面状の場合に比べ、全体として、筒状エレメント３１が受ける流体圧からの負荷を大幅に低減できる。また、このようなテーパ形状部１３ａと円錐形状部３３ａとの組み合わせ構造により、流路に沿った流路断面積の変化率も滑らかになり、流路部内における流体のスムーズな流れを促進する流路空間が確保されるから、流路から流体が受ける抵抗も低減され流量損失も低減できる。

図８に示すように、円錐形状部３３ａの円錐頂部３３ｂは入口１３側に突出しており、また、入口１３開口部のテーパ形状部１３ａは、円錐形状部３３ａのテーパ形状に適合するように形成されている。このため、テーパ形状部１３ａと円錐形状部３３ａとでスムーズな流れを生む流路が確保され、同図に矢印で示したように、エンド部材３３を回り込むようなスムーズな流れの形成が促進され、エンド部材３３に作用する流体圧が緩和されると共に、流体抵抗が減少して流量損失も低減される。なお、テーパ形状部１３ａ及び円錐形状部３３ａは、共に可能な限り鋭いテーパ角度であれば、流体圧の分散・低減効果を高めることができるため好適である。

また、図４に示した上記第３実施形態においては、キャップ２０とフィルタ部材３０とを固定している装着段部２８及び螺合部４８（メネジ部２３及びオネジ部３７の螺合部）は、本来は気密性能を必要としていない部位であるが、各部品の表面状態や螺着状態のバラツキなどの要因により、必要以上に気密になってしまう可能性があった。このような過剰な気密状態となった場合、流体は、装着段部２８や螺合部４８を介してＯリング４２側（装着溝３４ａ内）へ到達できなくなる（或は、到達できても極僅かなものとなる）ことから、特に、装着段部２８の気密状態と螺合部４８の気密状態との間に大きな差がある場合には、Ｏリング４２が１次側から受ける流体圧力と２次側から受ける流体圧力との間にも大きな差が生じ、その大きな圧力差によりＯリング４２の片側だけに非常に大きな力が掛かり、結果としてＯリング４２が破損してしまうおそれがあった。

上記課題に対し、第４実施形態では、Ｏリング４２の一次側４３に高圧流体圧力を連通させるための連通部４５を設けると共に、Ｏリング４２の二次側４４に濾過流体圧力が導通する導通部４６を設けた構造にしている。

本実施形態の構造では、装着溝３４ａ内部側（一次側４３）と１次側領域１７が常時連通すると共に、装着溝３４ａ内部側（二次側４４）と２次側領域３９も常時導通状態にすることができる。また、本発明の高圧用フィルタの使用状態においては、濾過前の１次側領域１７内の流体圧（高圧流体圧）と、濾過後の２次側領域３９内の流体圧（濾過流体圧）とは、常時略同一である。よって、Ｏリング４２の一次側４３と二次側４４とは、常時略等圧状態（均圧状態）となる。連通部４５と導通部４６によりこの均圧状態が維持されるから、装着段部２８や螺合部４８の気密状態によらず、装着溝３４ａに装着されたＯリング４２の１次側４３と２次側４４との間の差圧は極めて小さくなる。よって、装着溝のＯリングの片側のみに大きな差圧が作用することがなくなり、この差圧によるＯリングの破損が生じる事がない。

図７、９、１０に示すように、本実施形態では、Ｏリング４２の１次側４３とフィルタ部材３０の１次側領域１７とを連通する連通部として、切欠き部４５を１箇所に設けると共に、Ｏリング４２の２次側４４とフィルタ部材３０の２次側領域３９（流路３６内側領域）とを導通する導通部として、導通孔４６を１箇所に設けている。

また、本実施形態では、後端部３５（取付部材３２）の肩部３５ａの位置には流路部１４の内径（装着段部２８の外径）に適合した外径の鍔部４７を形成して取付部材３２とキャップ２０との当接面積を確保しており、一方で、後端部３５の外径は、この鍔部４７の外径より小さく形成しており、これにより隙間Ｇ１が確保されている。この点、後端部３５の外径がガスケット４０の内径と同等で嵌合しているような場合は、キャップ２０をボデー１１に締め付けた際、先端面２６に押圧されてガスケット４０が潰され、これにより潰れた分のガスケット肉が取付部材３２に向けて突出し、キャップ２０の締付具合によっては後端部３５に食い込んでフィルタ部材３０の取り外しができなくなってしまうことが有り得るが、上記のように隙間Ｇ１が確保されていれば、ガスケット４０が潰れて内径側に肉が飛び出しても取付部材３２への食い込みが回避できる。

図９に示すように、流路３６（２次側領域３９）内の流体は、流路３６（中間部３４ｂ）の内外を連通する横穴である導通孔４６を通過し、中間部３４ｂの外径は流路部２４の内径より小さいことから隙間Ｇ２が形成されており、この隙間Ｇ２を流体が通過することで、Ｏリング４２の２次側４４に到達できる。一方、流路部１４（１次側領域１７）内の流体は、後端部３５の外径は流路部１４の内径より小さいことから隙間Ｇ１が形成されており、この隙間Ｇ１を流体が通過することで切欠平面部３８に到達可能であり、また、切欠平面部３８から鍔部４７を平面状に切り欠いた切欠き部４５を通過し、さらに、中間部３４ｂと流路部２４との間の隙間Ｇ２を通過することで、Ｏリング４２の１次側４３に到達できる。

また、図９において、キャップ２０の装着段部２８の内側には、テーパ連通部２８ｂが接ガス面に向けてテーパ形成されており、このテーパ連通部２８ｂにより流路スペースが拡大すると共に流路断面の変化が滑らかになることから、切欠き部４５から１次側４３への流体の連通が促進される。また、テーパ連通部２８ｂにより螺合部４８の開口部が拡径しているから、本例の高圧用フィルタの組立の際などに、取付部材３２を螺合部４８に挿入し易くなると共に、螺合部４８の開口部でＯリング４２が損傷され難くなり、また、螺合部４８への嵌入及びシール装着も容易となり、本発明の高圧用フィルタの組立作業性が向上する。さらに、異物流出防止用のＯリング４２は、取付部材３２の外周面とキャップ２０の流路部２４内周面とを密封シールしているから、Ｏリング４２の１次側４３へ流体が流入しても２次側領域３９内へ異物（筒状エレメント３１で捕捉されるべき異物）が侵入してしまうことはない。

本発明の高圧用フィルタの使用状態において、フィルタ部材３０の内外は常時略同圧であるから、上記構成により、Ｏリング４２の両側（１次側４３及び２次側４４）は、常時流体圧と略同圧状態となることが担保され、もって、急激に片側（１次側４３又は２次側４４）のみに差圧が偏ることによるＯリング４２の破損が確実に防止できる。

なお、本実施形態では切欠き部４５を１箇所に設けているが、連通部４５はこのような構造のほか、適切な位置に複数箇所設けたり、また、キャップ２０の装着段部２８に当接させる取付部材３２の肩部３５ａに適宜設けた溝や孔構造でもよく、さらに、装着段部２８側に適宜設けた溝や孔構造でもよく、或はこれら双方の組み合わせ構造でもよく、１次側領域１７とＯリング４２の１次側４３とを連通可能に構成されていればよい。また、１か所の導通孔４６も、適切な位置に複数箇所設けたり、横穴以外の穴や溝構造など、２次側領域３９とＯリング４２の２次側４４とを導通可能に構成されていればよく、何れの構成とも上記実施形態に示した構造に限定されるものではない。

図１０は、本実施形態のフィルタ部材３０のみを示した外観側面図である。同図に示すように、エンド部材３３には円錐形状部３３ａが形成されている。また、取付部材３２の後端部３５には切欠平面部３８が形成され、この切欠平面部３８から鍔部４７を切り欠いて中間部３４ｂへ至る切欠き部４５が１箇所設けられている。また、中間部３４ｂ外周面にはＯリング４２装着用の装着溝３４ａが形成されていると共に、導通孔４６が１箇所設けられている。なお、導通孔４６の位置は、加工上切欠き部４５と同一方向に設けるのが好適であるが、実施に応じて任意に設けることができる。さらに、先端部３４には、キャップ２０のメネジ部２３と螺着可能なオネジ部３７（螺合部４８）が設けられている。

更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

１１ ボデー
１３ 入口
１３ａ テーパ形状部
１４ 流路部
１５ めねじ部
１７ １次側領域
２０ キャップ
２３ メネジ部
２４ 流路部
２６ 先端面
２７ 雄ねじ部
２８ａ テーパ面
２８ｂ テーパ連通部
２８ 装着段部
３０ フィルタ部材
３１ 筒状エレメント
３１ａ 一端部
３１ｂ 他端部
３２ 取付部材
３３ エンド部材
３３ａ 円錐形状部
３４ 先端部
３４ａ 装着溝
３４ｂ 中間部
３５ 後端部
３５ｂ 装着面
３５ｃ 段部
３７ オネジ部
３８ 工具用掛止部（切欠平面部）
３９ ２次側領域
４１、４２ Ｏリング
４３ １次側
４４ ２次側
４５ 切欠き部（連通部）
４６ 導通孔（導通部）
７８ 供給ライン

Claims (11)

1. ボデーとキャップとを螺着して構成したフィルタ本体の流路部内にフィルタ部材を内蔵した高圧用フィルタであって、前記フィルタ部材は一端に取付部材を固着した筒状エレメントから成り、前記取付部材の先端部を前記キャップの流路部に着脱自在に取付けた状態で前記筒状エレメントを前記ボデーの流路部に内蔵し、前記キャップを前記ボデーから取り出したとき、筒状エレメントが前記キャップから露出した状態で前記キャップと共に前記フィルタ部材が取り出されることを特徴とする高圧用フィルタ。
2. 前記取付部材には、先端部外周にオネジを、後端部外周に工具用掛止部を設け、前記オネジを前記キャップの流路部内のメネジに着脱自在に螺着した状態で、前記工具用掛止部を前記キャップの先端面より露出させた請求項１に記載の高圧用フィルタ。
3. 前記取付部材の外周に設けた装着溝に異物流出防止用のＯリングを装着し、このＯリングで高圧流体と濾過流体を密封シールした請求項１又は２に記載の高圧用フィルタ。
4. 請求項３におけるＯリングの一次側には、高圧流体圧力を連通させるために設けた連通部と、このＯリングの二次側には、濾過流体圧力が導通する導通部と、を備え、前記Ｏリングの一次・二次側を均圧状態にして異物の流出を防止した高圧用フィルタ。
5. 前記連通部は、前記キャップに設けた装着段部又はこの装着段部に当接させる前記取付部材の肩部の何れか一方又は双方に形成し、前記導通部は、前記Ｏリングとの二次側と前記取付部材の流路部とを導通する導通孔である請求項４に記載の高圧用フィルタ。
6. 前記キャップの装着段部には、接ガス面に向けてテーパ形成のテーパ連通部を設けた請求項４又は５に記載の高圧用フィルタ。
7. 前記取付部材の装着面と前記キャップの装着段部との間に異物流出防止用のＯリングを装着し、このＯリングで高圧流体と濾過流体を密封シールした請求項１又は２に記載の高圧用フィルタ。
8. 異物流出を防止するための前記取付部材の段部と前記キャップのテーパ面部とを圧接させた状態で高圧流体と濾過流体を密封シールした請求項１又は２に記載の高圧用フィルタ。
9. 前記フィルタ部材の一次側領域に設けたエンド部材を高圧流体入口側に向けて円錐形状部とした請求項１乃至８の何れか１項に記載の高圧用フィルタ。
10. 前記ボデーの入口と一次側領域との間にテーパ形状部を備えた請求項１乃至９の何れか１項に記載の高圧用フィルタ。
11. 高圧水素の供給ラインに請求項１乃至１０の何れか１項に記載の高圧用フィルタを用いたことを特徴とする水素ステーション。

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