JP2020175321A - フィルタエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】濾過性能の向上と濾過寿命の延長とを両立させることができるフィルタエレメントを提供する。【解決手段】フィルタエレメント４０は、蛇腹状に襞折り加工されて全体として略円筒状に形成され、外周側に第１襞群１１０が配されるとともに内周側に第２襞群１２０が配されて第１襞群１１０および第２襞群１２０が周方向に交互に形成されてなる濾材１００を備え、第１襞群１１０は、外周側に凸となる一対の第１外襞部１１１と、一対の第１外襞部１１１の間に連続的に形成されて内周側に凸となる第１内襞部１１２とを有し、第１内襞部１１２の頂部は、濾材１００の最内周部となる第２谷折り部１２１よりも外周側に位置するように構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、流体の濾過に用いられるフィルタエレメントに関する。

従来から、水、燃料、オイル等の流体を濾過するフィルタ装置が知られており、各種産業分野において広く実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。フィルタ装置は、一般的に、エレメント配設空間が形成されたフィルタケース内に、フィルタエレメントが着脱可能に装着されて構成される。例えば、この種のフィルタエレメントは、シート状の濾紙を所定幅で蛇腹状（山谷状）に襞折り加工してなる円筒状の濾材と、濾材の上下の各端部に取り付けられるエンドプレートとを備えて構成され、流体を濾材の外周側から内周側（又は内周側から外周側）へ通過させて流体の濾過を行うようになっている。

特開２０１７−１２７７９５号公報

しかしながら、従来のフィルタエレメントでは、図１０に示すように、流体の圧力や内外の圧力差などによって濾材９００の襞部９１０が変形して襞面９０１同士が密着してしまい、濾材９００の有効濾過面積が実質的に減少するとともに濾過抵抗の増大により圧力損失が生じることで、濾過性能および濾過寿命が低下するという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、濾過性能の向上と濾過寿命の延長とを両立させることができるフィルタエレメントを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るフィルタエレメントは、蛇腹状に襞折り加工されて全体として略円筒状に形成され、外周側に第１襞群が配されるとともに内周側に第２襞群が配されて前記第１襞群および前記第２襞群が周方向に交互に形成されてなる濾材を備えたフィルタエレメントであって、前記第１襞群は、外周側に凸となる一対の第１外襞部と、前記一対の第１外襞部の間に連続的に形成されて内周側に凸となる第１内襞部とを有し、前記第１内襞部の頂部は、前記濾材の最内周部（例えば、本実施形態における第２谷折り部１２１）よりも外周側に位置することを特徴とする。

なお、本発明に係るフィルタエレメントにおいて、前記第２襞群は、内周側に凸となる一対の第２内襞部と、前記一対の第２内襞部の間に連続的に形成されて外周側に凸となる第２外襞部とを有し、前記第１内襞部の頂部は前記第２外襞部の頂部よりも外周側に位置し、前記第１襞群に形成される襞部の数と、前記第２襞群に形成される襞部の数とが同数に形成されていることが好ましい。

また、本発明に係るフィルタエレメントにおいて、前記第１内襞部の内周側への突出量と、前記第２外襞部の外周側への突出量とが等しく形成されていることが好ましい。

本発明によれば、濾材の内外の圧力差や濾過中の流体の圧力などにより、一対の第１外襞部同士が内側（接近する方向）に押し込まれようとしても、この一対の第１外襞部の襞
面同士の間に配置された第１内襞部の襞面同士が先に密着してスペーサとして機能することで、その密着した厚み分以上の間隔で第１外襞部の襞面同士を互いに離間させた状態に保つことができ、それにより第１外襞部の襞面同士の密着を防止するため、濾材全体の有効濾過面積を十分に確保することができるとともに、濾過抵抗により生じる圧力損失を軽減させることができ、その結果、フィルタエレメントの濾過性能の向上と寿命の延長とを両立させることが可能となる。

また、本発明によれば、濾材の周方向に交互に形成される第１襞群の襞部の数（折り数）と第２襞群の襞部の数（折り数）とが等しく構成されており、濾材の外周側の折り畳み密度と内周側の折り畳み密度とが略均等となることで、襞部全体の形状のバランスを良好に保つことができ、それにより濾材の製造が容易となるため、濾材（フィルタエレメント）の生産性および取扱い性を向上させることができる。

本実施形態に係るフィルタ装置の正面図である。 本実施形態に係るフィルタ装置の断面図である。 本実施形態に係るフィルタエレメントの正面図（一部断面図）である。 本実施形態に係るフィルタエレメントの平面図（一部断面図）である。 本実施形態に係る濾材の展開図である。 本実施形態に係る濾材の作用を説明するための一部拡大図である。 第１変形例に係る濾材の展開図である。 第２変形例に係る濾材の展開図である。 第３変形例に係る濾材の展開図である。 従来技術の濾材を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係るフィルタエレメントを適用したフィルタ装置１を図１〜図２に示しており、まず、これらの図を参照してフィルタ装置１の全体構成について説明する。本実施形態に係るフィルタ装置１は、石油精製プラントや石油化学プラント等に設けられて石油中に混入した固形粒子（塵埃、鉄錆、スケール、砂など）等を分離除去する燃料フィルタ装置として構成されている。

フィルタ装置１は、内部にエレメント配設空間１０を有するフィルタケース３０と、フィルタケース３０の上端部に着脱自在に取り付けられてエレメント配設空間１０の上端開口を閉鎖するフィルタカバー２０と、エレメント配設空間１０内に着脱自在に取り付けられるフィルタエレメント４０とを主体に構成される。以下では、説明の便宜上、図１に示すフィルタ装置１の配設姿勢を基準として、図１の各矢印で示す方向をそれぞれ、上下方向および左右方向と称して説明する。

フィルタケース３０は、上方に開口する縦長の有底円筒状に形成されている。フィルタケース３０の外側面には、外部（上流側）からの濾過前の流体（「汚油」と呼称する）をエレメント配設空間１０内に流入させる配管が接続される流入管接続部３１と、フィルタエレメント４０を通過した濾過後の流体（「清浄油」と呼称する）を外部（下流側）に流出させる配管が接続される流出管接続部３２とが接合されている。各接続部３１，３２はフィルタケース３０の外側面から突設されており、流入管接続部３１の先端側に円孔状の流入口３１ａが形成され、流出管接続部３２の先端側に円孔状の流出口３２ａが形成されている。

フィルタケース３０には、フィルタケース３０内に溜まった汚油を外部に排出する汚油
排出部３３と、フィルタケース３０内に溜まった清浄油を流出口３２ａとは別のルートによって外部に排出する清浄油排出部３４とが設けられている。

フィルタケース３０の上端部には、フィルタカバー２０の座面を形成する中空円盤状のフランジ部３５が接合されている。フィルタカバー２０は、フランジ部３５と略同一径の円盤状に形成されており、複数本のボルトおよびナットを用いてフランジ部３５の上面に着脱自在に締結固定される。このフィルタカバー２０には、運転開始時にフィルタケース３０内の空気を外部に放出させるためのエアベント部２１が設けられている。

また、フィルタカバー２０とフィルタケース３０との間には、フィルタケース３０に対してフィルタカバー２０を昇降移動および旋回移動させるためのカバーリフト機構２５が跨設されている。カバーリフト機構２５は、フィルタカバー２０とフィルタケース３０とを固定している複数本のボルトおよびナットを取り外した状態において、レバー２６を操作して該機構部を下方に揺動させることによりフィルタカバー２０をフランジ部３５から持ち上げた後、フィルタカバー２０を該機構部の軸回りに水平旋回させることで、エレメント配設空間１０の上端開口を開放させてフィルタエレメント４０の交換作業を行うことができるように構成されている。

フィルタケース３０の内部には、該内部空間を上下に区画する仕切り壁３７が設けられている。この仕切り壁３７の上側には、エレメント配設空間１０が形成され、仕切り壁３７の下側には、貯留空間１５が形成される。そして、エレメント配設空間１０には、流入管接続部３１および汚油排出部３３が連通され、貯留空間１５には、流出管接続部３２および清浄油排出部３４が連通されている。エレメント配設空間１０における流入管接続部３１の出口近傍には、流入口３１ａと左右方向に対向するバッフル板３８が設けられている。

フィルタエレメント４０は、図３および図４に示すように、円筒状の濾材１００と、濾材１００の外周面を覆うように設けられた外周シート４１と、濾材１００および外周シート４１の上下の端部にそれぞれ取り付けられた一対のエンドプレート４２と、各エンドプレート４２にそれぞれ取り付けられた一対のガスケット４３とを備えて構成される。

濾材１００は、不織布等の濾紙を蛇腹状にプリーツ成形（襞折り）したものを、略円筒形となるように巻回して構成される。この濾材１００の種類としては、プリーツ成形が可能である限り、織物、編物、不織布、及び紙等のうちのいずれでもよく、又はこれらを組み合わせたものであってもよい。濾材の材質についても、特に限定されず、その一例としては、化学繊維、天然繊維、金属、樹脂などが挙げられる。

濾材１００には、図４および図５に示すように、外周側（濾材１００の外周空間側）に配される第１襞群１１０と、内周側（濾材１００の内周空間側）に配される第２襞群１２０とが周方向に連続的且つ交互に形成されている。なお、以下では、外周側に向けて凸となる折り曲げ方を「山折り」、内周側に向けて凸となる折り曲げ方を「谷折り」と呼称する。

第１襞群１１０は、外周側に凸となる一対の第１山折り部（外襞部）１１１と、一対の第１山折り部１１１の間に形成されて内周側に凸となる第１谷折り部（内襞部）１１２とを有し、全体としてＭ字形を呈して構成されている。第１山折り部１１１は、濾材１００の外周端と内周端との間の距離と略等しい長さ（２４ｍｍ）を有して濾材１００の外周端から内周端まで延びる大襞面１０１と、この大襞面１０１の長さの約８分の１の長さ（３ｍｍ）を有して濾材１００の外周端から僅かに内周側へ延びる小襞面１０２とを有して形成される。この第１山折り部１１１の大襞面１０１と小襞面１０２のとの間には空部（隙
間）が形成されている。また、この第１山折り部１１１の頂部は、濾材１００の軸心を中心とする半径Ｒ４の円周上に配置されている。第１谷折り部１１２は、一対の小襞面１０２を有して形成される。この第１谷折り部１１２の一対の小襞面１０２の間には空部（隙間）が形成されている。また、この第１谷折り部１１２の頂部は、濾材１００の軸心を中心とする半径Ｒ３（Ｒ３＜Ｒ４）の円周上に配置されている。この第１谷折り部１１２は、一対の第１山折り部１１１の間に形成されて、その両側に配置される大襞面１１１同士の間隔を維持して大襞面１１１同士の密着を防止する機能を有している。このとき、第１谷折り部１１２の襞高さ（小襞面１１２の長さ）は、第１山折り部１１１の襞高さ（大襞面１１１の長さ）の約８分の１の大きさに形成されているため、大襞面１１１と小襞面１１２とが密着しても、その残りの長さ（８分の７）は濾過面として有効に機能する。なお、第１谷折り部１１２の襞高さ（小襞面１０２の長さ）は、その襞面同士の接触による有効濾過面積の減少を抑えるため、出来る限り低い襞高さ（襞面の長さ）であることが好ましい。

第２襞群１２０は、内周側に凸となる一対の第２谷折り部（内襞部）１２１と、一対の谷折り部１２１の間に形成されて外周側に凸となる第２山折り部（外襞部）１２２とを有し、全体としてＷ字形を呈して構成されている。第２谷折り部１２１は、濾材１００の外周端と内周端との間の距離と略等しい長さ（２４ｍｍ）を有して濾材１００の内周端から外周端まで延びる大襞面１１１と、大襞面１１１の長さの約８分の１の長さ（３ｍｍ）を有して濾材１００の内周端から僅かに外周側へ延びる小襞面１０３とを有して形成される。この第２谷折り部１２１の大襞面１０１と小襞面１０３のとの間には空部（隙間）が形成されている。また、この第２谷折り部１２１の頂部は、濾材１００の軸心を中心とする半径Ｒ１（Ｒ１＜Ｒ３）の円周上に配置されている。第２山折り部１２２は、一対の小襞面１０３を有して形成される。この第２山折り部１２２の一対の小襞面１０３の間には空部（隙間）が形成されている。また、この第２山折り部１２２の頂部は、濾材１００の軸心を中心とする半径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３）の円周上に配置されている。なお、第２山折り部１２２の襞高さは、第１谷折り部１１２の襞高さと略同一の大きさ（必要最小限の大きさ）に設定されている。

この濾材１００には、外周側の第１襞群１１０の襞数（折り数）と、内周側の第２襞群１２０の襞数（折り数）とが等しく形成されているため、濾材全体がバランスの良い形状となっており、製造時や組立時の取扱い性が非常に良好である。

外周シート４１は、例えばポリエステル繊維等の不織布から構成されている。この外周シート４１は、濾材１００の最外周を形成する第１山折り部１１１（第１襞群１１０）の外周面を覆うように設けられている。なお、外周シート４１には、流体の通過抵抗を抑えるために複数の小孔（パンチ孔）４１ａが貫通形成されている。

濾材１００および外周シート４１は、上下のエンドプレート４２により挟持される。下側のエンドプレート４２の中心部には、上下に貫通して濾材１００の内周空間に連通する円形の開口が形成され、この開口にガスケット４３が取り付けられている。そして、フィルタエレメント４０がフィルタケース３０内のエレメント配設空間１０に装着されると、このガスケットに貯留空間から上方に延びる流路形成パイプ３９が嵌合され、この流路形成パイプ３９を介して濾材１００の内周空間と貯留空間１５とが連通する。また、エレメント配設空間１０は、フィルタエレメント４０が装着されることにより、フィルタエレメント４０の外周側の空間（「流入空間１０ａ」と呼称する）と、フィルタエレメント４０の内周側の空間（「流出空間１０ｂ」と呼称する）とに略二分される。流入空間１０ａは、濾過前の流体が流通するダーティサイドとなり、流出空間１０ｂは、濾過後の流体が流通するクリーンサイドとなる。

かかる構成のフィルタ装置１は、図２の太線の矢印で示すように、流入口３１ａから流入した汚油は、バッフル板３８に衝突する。そして、フィルタケース３０内の流入空間１０ａに流入した汚油は、フィルタエレメント４０の濾材１００を通過する際に、汚油中の固形物が捕捉除去される。このとき、図６に示すように、濾材１００の内外の圧力差や濾過中の流体の圧力などにより、大襞面１０１同士が内側（接近する方向）に押し込まれようとしても、この大襞面１０１同士の間に配置された隣接する小襞面１０２同士が先に密着してスペーサとして機能することで、その密着した厚み分以上の間隔で大襞面１０１同士を互いに離間させた状態に保つことができ、それにより大襞面１０１同士の密着を防止して、濾材の有効濾過面積を確保することができる。なお、小襞面１０２の長さは、大襞面１０１の約８分の1の長さに形成されており（有効濾過面積との関係で出来る限り低い
襞高さに形成されており）、この小襞面１０２同士が密着した場合でも、大襞面１０１の先端部（小襞面１０２との密着部分）以外は濾過面として有効に使用することができるため、有効濾過面積の減少を最小限に抑えることができる。そして、濾材１００により固形物が取り除かれた清浄油は、濾材１００の内周側に形成された流出空間１０ｂに流れて、この流出空間１０ｂから流路形成パイプ３９、貯留空間１５および流出口３２ａの順に流通して、フィルタケース３０の外部に流出するようになっている。

以上、本実施形態によれば、濾材１００の内外の圧力差や濾過中の流体の圧力などにより、大襞面１０１同士が内側（接近する方向）に押し込まれようとしても、この大襞面１０１同士の間に配置された隣接する小襞面１０２同士が先に密着してスペーサとして機能することで、その密着した厚み分以上の間隔で大襞面１０１同士を互いに離間させた状態に保つことができ、それにより大襞面１０１同士の密着を防止するため、濾材全体の有効濾過面積を十分に確保することができるとともに、濾過抵抗により生じる圧力損失を軽減させることができ、その結果、フィルタエレメント４０の濾過性能の向上と寿命の延長とを両立させることが可能となる。

また、本実施形態では、濾材１００の周方向に交互に形成される第１襞群１１０の襞部の数（折り数）と第２襞群１２０の襞部の数（折り数）とが等しく構成されており、濾材１００の外周側の折り畳み密度と内周側の折り畳み密度とが略均等となることで、襞部全体の形状のバランスを良好に保つことができ、それにより濾材１００の製造が容易となるため、濾材１００（フィルタエレメント４０）の生産性および取扱い性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。

上記実施形態では、第２山折り部１２２の襞高さ（小襞面１０３の長さ）を第１谷折り部１１２の襞高さ（小襞面１０２の長さ）と等しく形成しているが、この構成に限定されるものではなく、第２山折り部１２２の襞高さ（小襞面１０３の長さ）を第１谷折り部１１２の襞高さ（小襞面１０２の長さ）よりも大きく形成してもよい。図７は、第１変形例の濾材２００の展開図を示している。第１変形例の濾材２００では、第１谷折り部１１２の小襞面１０２の長さを３ｍｍ、第２山折り部１２２の小襞面１０３の長さを１５ｍｍに設定している。図８は、第２変形例の濾材３００の展開図を示している。第２変形例の濾材３００では、第１谷折り部１１２の小襞面１０２の長さを３ｍｍ、第２山折り部１２２の小襞面１０３の長さを２１ｍｍに設定している。そのため、この第２変形例の濾材３００では、第１谷折り部１１２の頂部と第２山折り部１２２の頂部とが同一線上（同一半径（Ｒ２＝Ｒ３）の円周上）に位置するため、濾材１００の外周側と内周側との間の全域に亘り折り畳み密度を均一とすることができる。

上記実施形態では、濾材１００が第１襞群１１０と第２襞群１２０とを有して構成され
ていたが、この構成に限定されるものではなく、更に複数の襞群を有して構成されていてもよい。図９は、第３変形例の濾材４００の展開図を示している。第３変形例の濾材４００は、濾材４００の外周側に配される一対の第１襞群１１０と、濾材４００の内周側に配される第２襞群１２０および第３襞群１３０とを有して構成されている。第１襞群１１０は、一対の第１山折り部（外襞部）１１１と、一対の山折り部１１１の間に形成される第１谷折り部（内襞部）１１２とを有する。第２襞群１２０は、一対の第２谷折り部（内襞部）１２１と、一対の第２谷折り部１２１の間に形成される一対の第２山折り部（外襞部）１２２と、一対の第２山折り部１２２の間に形成される第２谷折り部（内襞部）１２３とを有している。第３襞群１３０は、第３谷折り部（内襞部）１３１のみを有する。従って、この第３変形例の濾材４００においても、第１襞群１１０の襞部の数（折り数）と、第２襞群１２０および第３襞群１３０の襞部の数（折り数）とが等しくなっており、濾材４００の外周側の折り畳み密度と内周側の折り畳み密度とが略均等となる。

上記実施形態では、濾材１００の外周側から内周側へ流体が流れる構成であったが、この構成に限定されるものではなく、濾材１００の内周側から外周側へ流体が流れる構成であってもよい。その場合には、第２山折り部１２２（一対の小襞面１０３）が大襞面１０１同士の密着を防止するスペーサとして機能することになる。

上記実施形態では、本発明に係るフィルタエレメントを燃料フィルタ用のフィルタエレメントに適用した場合を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、燃料以外の他の液体（例えば潤滑油、作動油、水など）の濾過を行うフィルタエレメント、例えば、オイルフィルタ用のフィルタエレメント、サクションフィルタ用のフィルタエレメント、リターンフィルタ用のフィルタエレメント等に適用しても、同様の効果を奏することができる。

１ フィルタ装置
１０ エレメント配設空間
２０ フィルタカバー
３０ フィルタケース
４０ フィルタエレメント
１００ 濾材
１１０ 第１襞群
１０１ 大襞面
１０２ 小襞面
１０３ 小襞面
１１１ 第１山折り部（第１外襞部）
１１２ 第１谷折り部（第１内襞部）
１２０ 第２襞群
１２１ 第２谷折り部（第２内襞部）
１２２ 第２山折り部（第２外襞部）
２００ 濾材（第１変形例）
３００ 濾材（第２変形例）
４００ 濾材（第３変形例）

Claims (3)

1. 蛇腹状に襞折り加工されて全体として略円筒状に形成され、外周側に第１襞群が配されるとともに内周側に第２襞群が配されて前記第１襞群および前記第２襞群が周方向に交互に形成されてなる濾材を備えたフィルタエレメントであって、
   前記第１襞群は、外周側に凸となる一対の第１外襞部と、前記一対の第１外襞部の間に連続的に形成されて内周側に凸となる第１内襞部とを有し、
   前記第１内襞部の頂部は、前記濾材の最内周部よりも外周側に位置することを特徴とするフィルタエレメント。
2. 前記第２襞群は、内周側に凸となる一対の第２内襞部と、前記一対の第２内襞部の間に連続的に形成されて外周側に凸となる第２外襞部とを有し、
   前記第１内襞部の頂部は前記第２外襞部の頂部よりも外周側に位置し、
   前記第１襞群に形成される襞部の数と、前記第２襞群に形成される襞部の数とが同数に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。
3. 前記第１内襞部の内周側への突出量と、前記第２外襞部の外周側への突出量とが等しく形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフィルタエレメント。
   

Images