JP2018123774A - フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気体圧縮機の吸気ポートに取り付けられた際に、良好な体積効率を実現することで気体圧縮機の単位気体量当たりの消費エネルギを低減可能なフィルタ装置を提供する。【解決手段】フィルタ装置は、ｉ）フィルタエレメントと、ｉｉ）フィルタエレメントを収容する収容部を有するケーシングと、を備える。収容部の下流側にある出口部では、収容部との隔壁に複数の導入孔が設けられる。これらの導入孔は、圧縮室に設定された圧縮領域に向けて開口することにより、各導入孔から噴出される気体が互いに衝突するように構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、気体圧縮機の吸気ポートに取り付け可能なフィルタ装置に関する。

気体圧縮機では、圧縮対象となる気体を取り込む吸入口に、気体に含まれる異物等を除去するために浄化用のフィルタ装置が設けられることがある。このようなフィルタ装置では、気体圧縮機の吸気ポートに取り付けられる出口側が負圧になると、入口側から気体が吸入される。吸入された気体は、フィルタ装置の内部に収容されたフィルタエレメントを通過することにより浄化され、出口側から気体圧縮機の吸気ポートに供給される。

この種の気体圧縮機に用いられるフィルタ装置の一例として、特許文献１がある。この文献では、気体圧縮機の吸入口に接続されるフィルタ装置であって、フィルタエレメント（瀘材）の一部が目詰まり等して使用に不適切となった場合に、当該不適切になった部分のみを交換することで、長期に亘り、経済的かつ安定した運転を行いうるようにしたフィルタ装置が開示されている。

特開２００７−０２３８５１号公報

ところで、吸気ポートにフィルタ装置が取り付けられた気体圧縮機では、フィルタエレメントの通気抵抗や、フィルタエレメントを収容するケーシングの壁面との摩擦等により、少なからず圧力損失が生じる。そのため、吸気ポートにフィルタ装置を設置しない場合に比べて、少なからず導入圧力が低下してしまい、その結果、気体圧縮機の体積効率の低下や消費エネルギの増大を招く要因となっている。

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、気体圧縮機の吸気ポートに取り付けられた際に、良好な体積効率を実現することで気体圧縮機の単位気体量当たりの消費エネルギを低減可能なフィルタ装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るフィルタ装置は上記課題を解決するために、気体圧縮機の吸気ポートに取り付け可能なフィルタ装置であって、前記気体を浄化するためのフィルタエレメントと、前記フィルタエレメントを収容する収容部を有するケーシングと、前記収容部に前記気体を導入するための入口部と、圧縮室を有し、前記フィルタエレメントを通過した前記気体を吐出するための出口部と、前記収容部と前記圧縮室とを隔離する隔壁に、前記圧縮室に設定された圧縮領域に向けて開口するように設けられた複数の導入孔と、を備える。

上記（１）の構成によれば、複数の導入孔の各々から噴出される気体は、圧縮領域にて互いに衝突する。すると、噴流が有する運動エネルギが圧力エネルギに変換され、気体の圧縮がなされるため、フィルタ装置を通過した気体の圧力が向上する。その結果、気体がフィルタ装置を通過する際に、フィルタエレメントの通気抵抗やフィルタエレメントを収容するケーシングの壁面との摩擦等により受ける圧力損失を軽減し、更には、フィルタ装置を通過した気体の圧力を積極的に向上できる。このようにして、気体圧縮機の吸気ポートに取り付けられた際に、良好な体積効率を実現することで気体圧縮機の単位気体量当たりの消費エネルギを低減できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記圧縮領域は、前記隔壁において前記複数の導入孔が設けられた領域より狭く設定される。

上記（２）の構成によれば、そのため、フィルタエレメントを通過した気体は、複数の導入孔から圧縮領域に向けて吹き出された際に、圧縮領域にて噴流として互いに局所的に衝突し、衝突圧縮が効果的になされる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記複数の導入孔は、前記圧縮領域の中心軸に対して同心状に配列されている。

上記（３）の構成によれば、複数の導入孔が圧縮領域の中心軸に対して同心状に設けられるため、複数の導入孔から噴出される噴流同士は、圧縮領域にて局所的に衝突する。これにより、圧縮領域では、より効果的に衝突圧縮がなされ、フィルタ装置を通過した気体の圧力をより増加させることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記複数の導入孔は、前記中心軸に対して周方向及び径方向に沿って配列されている。

上記（４）の構成によれば、隔壁に形成される複数の導入孔を、中心軸に対して周方向及び径方向に配列することで、限られた範囲に多数の導入孔を設けることができる。これにより、多くの噴流を圧縮領域にて衝突させ、フィルタ装置を通過した気体の圧力をより効果的に増加できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記複数の導入孔は、径方向の内側から外側にかけて開口径が小さくなるように形成されている。

径方向外側の導入孔は径方向内側の導入孔に比べて圧縮領域までの距離が長くなるため、圧縮領域への到達時における噴流が弱くなりがちである。そこで上記（５）の構成では、径方向外側の導入孔の開口径を小さくすることで、導入孔からの吹き出しを強化し、圧縮領域における各導入孔からの噴流のバラツキを抑えることで、噴流同士の衝突圧縮をより効果的に行うことができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか一構成において、前記圧縮室は前記収容部より小さい容積を有する。

上記（６）の構成によれば、複数の導入孔からの噴流によって衝突圧縮が行われる圧縮室が、導入もととなる収容部より小さい容積を有するように形成される。これにより、圧縮室で衝突圧縮により圧力が上昇した気体が分散することが抑制され、フィルタ装置から高い圧力が確保された気体を供給できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか一項に記載の構成において、前記隔壁は前記ケーシングの一部によって構成されており、前記圧縮室は、前記隔壁に対して下流側から取り付けられる出口側部材によって規定される。

上記（７）の構成によれば、ケーシングに対して出口側部材が組み付けられることで、圧縮室が構成される。このようにして簡易な構成で上記構成を有するフィルタ装置を実現できる。尚、これは全体を一体的に構成することを妨げるものではない。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の構成において、前記出口側部材は、前記隔壁とともに前記圧縮室を規定する第１部分と、前記第１部分の下流側に設けられ、前記吸気ポートに対して取り付け可能な第２部分と、を含み、前記第２部分は前記第１部分より小さな容積を有する。

上記（８）の構成によれば、出口側部材２０は第１部分及び第２部分の２段構成を有しており、特に、第２部分が第１部分に比べて更に小さい容積を有する。これにより、圧縮室から送り出される気体が分散することが更に抑制され、フィルタ装置からより圧力損失の少ない気体を供給できるようになっている。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、気体圧縮機の吸気ポートに取り付けられた際に、良好な体積効率を実現することで気体圧縮機の単位気体量当たりの消費エネルギを低減可能なフィルタ装置を提供できる。

本発明の少なくとも一実施形態に係るフィルタ装置１の全体構成を示す断面図である。 図１の隔壁に設けられた複数の導入孔の配置レイアウトを中心軸側から示す平面図である。 図２の変形例である。 従来例に係るフィルタ装置の全体構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の少なくとも一実施形態に係るフィルタ装置１の全体構成を示す断面図である。フィルタ装置１は、気体圧縮機（不図示）に取り付けられることで、気体圧縮機の吸気ポートに供給される気体を浄化する装置である。ケーシング２は中心軸Ｃに沿った略円筒形状を有しており、フィルタエレメント４を収容する収容部６を有する。収容部６の上流側には、収容部６に気体を導入するための入口部８が設けられている。また収容部６の下流側には、収容部６にてフィルタエレメント４を通過した気体を吐出するための出口部１０が設けられている。

入口部８は略円筒形状を有するケーシング２の一方の端面上において、中心軸Ｃの周りを周方向に沿ってリング状に形成された開口部として形成されている。フィルタ装置１の下流側で負圧が生じると、入口部８には図１で矢印で示されるような気流が生じ、収容部６に気体が導入される。また出口部１０は、ケーシング２のうち入口部８が設けられた端面に設けられており、収容部６にてフィルタエレメント４を通過した気体が、下流側に向けて排出される。
尚、このようなケーシング２における入口部８及び出口部１０のレイアウトは一例に過ぎず、本発明の実施を妨げない範囲において限定されない。

収容部６はフィルタエレメント４を収容するための内部空間を有する。収容部６の内部空間のうち入口部８の下流側、且つ、出口部１０の上流側にはフィルタエレメント４が配置されている。フィルタエレメント４は入口部８から取り込まれた気体を浄化するための濾材であり、中心軸Ｃを囲むように周方向に沿って略円筒形状を有している。これにより、入口部８からケーシング２に取り込まれた気体は、収容部６に収容されたフィルタエレメント４を通過した後、出口部１０から気体圧縮機側に排出されるように構成されている。

出口部１０は、収容部６の下流側に設けられた圧縮室１２を有する。本実施形態では特に、圧縮室１２は、ケーシング２の端面を構成すし、収容部６と圧縮室１２とを隔離する隔壁１４と、隔壁１４より下流側にケーシング２とは別部材として構成された出口側部材２０とによって規定されている。すなわち、隔壁１４はケーシング２の一部によって構成されており、圧縮室１２は、隔壁１４に対して下流側から取り付けられる出口側部材２０によって規定される。そして出口側部材２０は、ケーシング２の一部である隔壁１４とともに圧縮室１２を規定する第１部分２０ａと、第１部分２０ａの下流側に設けられ、気体圧縮機の吸気ポートに対して取り付け可能な第２部分２０ｂとを備える。第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂは、それぞれ中心軸Ｃに沿った略円筒形状を有している。

第１部分２０ａは隔壁１４とともに圧縮室１２を形成する。隔壁１４には、収容部６と圧縮室１２とを連通するように隔壁１４に形成された複数の導入孔１６によって構成される。複数の導入孔１６は、これらを通過する気体が噴流となるように設けられており、圧縮室１２に設定された圧縮領域１８に向けて開口している。圧縮領域１８は、圧縮室１２の一部として設定されており、特に、隔壁１４において複数の導入孔１６が設けられた領域より狭く設定される。そのため、フィルタエレメント４を通過した気体は、複数の導入孔１６から圧縮領域１８に向けて噴流として噴出し、圧縮領域１８にて互いに局所的に衝突する。このようにして、衝突圧縮が効果的になされる。

ここで図４は従来例に係るフィルタ装置１’の全体構成を示す断面図である。尚、図４では本実施形態に係るフィルタ装置１と対応する箇所には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。フィルタ装置１’では、入口部８から取り込まれた気体は、収容部６のフィルタエレメント４を通過する際の通気抵抗やケーシング２の壁面との摩擦等により圧力損失を生じる。

一方、本実施形態に係るフィルタ装置１では、複数の導入孔１６から噴流として噴出される気体同士を衝突させることで圧力を上昇させることができるため、このような圧力損失を低減し、更には、フィルタ装置１の通過後の気体圧力を積極的に向上させることができる。またこのような出口部１０における衝突圧縮は、図１及び図４を比較してわかるように、出口部１０の上流側の構成を変更することなく行うことができるので、フィルタ装置１の浄化性能を維持しながら上記作用を得ることができる。

また、複数の導入孔１６から噴流として噴出される気体同士の衝突圧縮が行われる圧縮室１２は、収容部６に比べて小さい容積を有するように形成されている。これにより、圧縮室１２で衝突圧縮により圧力が上昇した気体が分散することで圧力が低下することを抑制できる。

また出口側部材２０は、第２部分２０ｂが第１部分２０ａに比べて更に小径に形成されることで（第２部分２０ｂは第１部分２０ａより小さな容積を有することで）、２段構造を有している。これにより、圧縮室１２から送り出される気体が分散することが更に抑制され、フィルタ装置１からより圧力損失の少ない気体を供給できるようになっている。

なお、気体同士の衝突圧縮が行われる圧縮領域１８は、第２部分２０ｂに囲まれる領域を含むように設定されることが好ましい。これにより、衝突圧縮により上昇した気体の圧力が低下することをより効果的に抑制できる。

ここで図２は図１の隔壁１４に設けられた複数の導入孔１６の配置レイアウトを中心軸Ｃ側から示す平面図である（尚、図１は図２のＸ−Ｘ線断面に対応する断面を示している）。複数の導入孔１６は、中心軸Ｃに対して同心状に設けられている。本実施形態では特に、導入孔１６は、中心軸Ｃに対して周方向及び径方向に複数配列されており、中心軸Ｃから近い側から順に１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ及び１６ｅの各グループがそれぞれ中心軸Ｃに対して同心状に設けられている。これにより、隔壁１４の限られた範囲に多数の導入孔１６を効率的に設けることができ、多数の噴流同士を狭い圧縮領域１８にて局所的に衝突させることで、より高度な衝突圧縮ができるようになっている。

図２では各導入孔１６の開口径が等しい場合が示されているが、図３のように各導入孔１６の開口径が異なるように形成してもよい。図３では特に、複数の導入孔１６は、径方向の内側から外側にかけて開口径が小さくなるように形成されている。径方向外側の導入孔１６は径方向内側の導入孔１６に比べて圧縮領域１８までの距離が長くなるため、圧縮領域１８への到達時における噴流が弱くなりがちである。そこで、径方向外側の導入孔１６の開口径を小さくすることで、導入孔１６からの吹き出しを強化し、圧縮領域１８における各導入孔１６から噴流として噴出される気体のバラツキを抑えることで、噴流同士の衝突圧縮をより効果的に行うことができる。

尚、上記実施形態では、出口側部材２０をケーシング２と別部材として構成した場合を例示したが、出口側部材２０はケーシング２と一体的に構成されていてもよい。

以上説明したように本発明の少なくとも一実施形態によれば、気体圧縮機の吸気ポートに取り付けた際に、良好な体積効率を実現することで気体圧縮機の単位気体量当たりの消費エネルギを低減可能なフィルタ装置を提供できる。

本開示は、気体圧縮機の吸気ポートに取り付け可能なフィルタ装置に利用可能である。

１ フィルタ装置
２ ケーシング
４ フィルタエレメント
６ 収容部
８ 入口部
１０ 出口部
１２ 圧縮室
１４ 隔壁
１６ 導入孔
１８ 圧縮領域
２０ 出口側部材
２０ａ 第１部分
２０ｂ 第２部分
Ｃ 中心軸

Claims (8)

1. 気体圧縮機の吸気ポートに取り付け可能なフィルタ装置であって、
   前記気体を浄化するためのフィルタエレメントと、
   前記フィルタエレメントを収容する収容部を有するケーシングと、
   前記収容部に前記気体を導入するための入口部と、
   圧縮室を有し、前記フィルタエレメントを通過した前記気体を吐出するための出口部と、
   前記収容部と前記圧縮室とを隔離する隔壁に、前記圧縮室に設定された圧縮領域に向けて開口するように設けられた複数の導入孔と、
   を備える、フィルタ装置。
2. 前記圧縮領域は、前記隔壁において前記複数の導入孔が設けられた領域より狭く設定される、請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記複数の導入孔は、前記圧縮領域の中心軸に対して同心状に配列されている、請求項１又は２に記載のフィルタ装置。
4. 前記複数の導入孔は、前記中心軸に対して周方向及び径方向に沿って配列されている、請求項３に記載のフィルタ装置。
5. 前記複数の導入孔は、径方向の内側から外側にかけて開口径が小さくなるように形成されている、請求項４に記載のフィルタ装置。
6. 前記圧縮室は前記収容部より小さい容積を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
7. 前記隔壁は前記ケーシングの一部によって構成され、
   前記圧縮室は、前記隔壁に対して下流側から取り付けられる出口側部材によって規定される、請求項１から６のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
8. 前記出口側部材は、
   前記隔壁とともに前記圧縮室を規定する第１部分と、
   前記第１部分の下流側に設けられ、前記吸気ポートに対して取り付け可能な第２部分と、
   を含み、
   前記第２部分は前記第１部分より小さな容積を有する、請求項７に記載のフィルタ装置。

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