JP2021065841A - エアクリーナ - Google Patents

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哲也 市川
増田　浩一
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Abstract

【課題】エアクリーナにおいて、エアクリーナエレメントあるいはケミカルフィルタの交換作業または点検作業を効率化する。【解決手段】エアクリーナ７０では、エアクリーナケース６０に、カセット１０が着脱可能に装着される。カセット１０には、ケミカルフィルタ３２と、エアクリーナエレメント３６が積層されたフィルタ４０が収納されている。フィルタ４０の交換または点検にあたっては、カセット１０をエアクリーナケース６０から抜き出して、さらに、カセット１０からフィルタ４０を取り外す。また、交換または点検の終了後には、フィルタ４０をカセット１０に収納して、カセット１０をエアクリーナケース６０に装着する。【選択図】図４

Description

本発明は、フィルタを備え、空気を清浄するエアクリーナに関する。
空気中に含まれる汚染物質等を補足するケミカルフィルタを備えたエアクリーナが知られている。
下記特許文献１には、ダストフィルタ（エアクリーナエレメントに相当）及びケミカルフィルタがユニットとして構成され、空気取り込み管と下流の配管とが内部で連通する容器内にこのユニットが収容された燃料電池用のエアクリーナについて記載されている。
下記特許文献２には、燃料電池車用に搭載されるエアクリーナについて記載されている。このエアクリーナでは、ケミカルフィルタとダストフィルタ（エアクリーナエレメントに相当）とが同一のケースに収められる。
下記特許文献３には、燃料電池車用のエアクリーナにおいて、ケミカルフィルタを第１プレフィルタ及び第２プレフィルタで挟んでケース部材に嵌め込み、さらにこのケース部材にフィルタエレメント（エアクリーナエレメントに相当）をはめ込むことが記載されている。
特開２００８−２１５００号公報 特開２００６−１７９３３２号公報 特開２０１９−１０６３０６号公報
一般に、エアクリーナでは、汚染物質等の除去性能を高めるため、エアクリーナエレメント及びケミカルフィルタは、エアクリーナケースに確実に固定されている。その一方で、エアクリーナエレメントあるいはケミカルフィルタの交換または点検をする場合には、エアクリーナケースを部分的に分解する作業が必要であり、作業効率が低かった。上記特許文献１〜３においても、フィルタの交換作業及び点検作業については検討されていない。
本発明の目的は、エアクリーナにおいて、エアクリーナエレメントあるいはケミカルフィルタの交換作業または点検作業を効率化することにある。
本発明にかかるエアクリーナは、エアクリーナエレメント及びケミカルフィルタを収納するカセットと、前記カセットが着脱可能に装着されるエアクリーナケースと、を備える。
本発明の一態様においては、前記カセットは、エアクリーナケースに装着された場合における空気流の上流側と下流側の各面のうち、一方の面は作業者の指を挿入可能な隙間をもつ粗いメッシュ構造に形成され、他方の面は開口して形成されている。
本発明によれば、フィルタは、エアクリーナケースに着脱可能に装着されるカセットに収納されており、フィルタの交換または点検を容易化することができる。
実施形態にかかるエアクリーナのカセットの概略的斜視図である。 図１のＡＡ面におけるカセットの断面図である。 カセットとフィルタの分解図である。 フィルタ収納済カセットとエアクリーナケースの分解図である。
以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示すが、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。
図１と図２を参照して、実施形態にかかるエアクリーナを構成するカセット１０について説明する。図１は、カセット１０の斜視図であり、図２は、図１のＡＡ面におけるカセット１０の断面図である。図１及び図２（さらに図３及び図４）におけるｘ−ｙ−ｚ座標系は共通である。ｘ軸方向はカセット１０にフィルタを収納する方向を表しており、ｚ軸方向はカセット１０をエアクリーナから取り出す方向を表している。
カセット１０は、フィルタを収納する容器である。図１及び図２に示すように、カセット１０は、フィルタを収納する空間２６を、上壁１２、側壁１４、下壁１６、斜壁１８、及び側壁２０が取り囲んでいる。上壁１２は、長方形状の薄い板状に形成されている。上壁１２は、空間２６よりもｘ軸及びｙ軸のプラス及びマイナス方向に長く延びている。これは、カセット１０をエアクリーナケースに装着した場合に、上壁１２が、エアクリーナケースを塞ぐ蓋となるためである。側壁１４、下壁１６、斜壁１８、及び側壁２０も、それぞれ薄い長方形状に形成されており、ｘ軸方向における長さは、空間２６のｘ軸方向の長さとほぼ同じである。
空間２６におけるｘ軸のプラス側の端面は、複数の縦フレーム２２ａと複数の横フレーム２２ｂによる格子形状に形成されており、縦フレーム２２ａと横フレーム２２ｂとの間には複数の隙間２２ｃが形成された粗いメッシュ構造となっている。メッシュ構造とは、面に多数の隙間２２ｃが分布するような構造をいう。縦フレーム２２ａと横フレーム２２ｂは、フィルタを空間２６に収納する場合には、フィルタがこの端面から飛び出さないためのストッパとなる。また、隙間２２ｃは、空気の流路を作るのみならず、空間２６に収納されたフィルタを押し出すためにも使うことができる。そこで、粗いメッシュ構造を採用し、隙間２２ｃから作業者の指を挿入できるようにしている。作業者の指の太さには個人差があるが、ここでは、例えば、エアクリーナを使用する国または地域における９割以上の成人男性の親指が挿入できる程度の隙間２２ｃを想定している。一般的には、成人女性の親指は成人男性の親指よりも細い傾向にあり、成人女性の親指はさらに高い確率で隙間２２ｃに挿入可能であると考えられる。
空間２６におけるｘ軸のマイナス側の端は、中央付近に部材を設けておらず、フィルタを出し入れするための開口面２４となっている。開口面２４には、開口の周縁の一部または全部にフランジを設けて、フィルタが脱落しないように支持してもよい。
側壁１４の外表面には、金属製の板バネ２８が設けられている。板バネ２８は、カセット１０をエアクリーナケースに装着する際の固定具としての働きを有している。
カセット１０は、例えば、樹脂を型成形し、金属製の板バネ２８を取り付けることで形成される。あるいは、カセット１０には板バネ２８を設けず、代わりに後述するエアクリーナケース６０に板バネを取り付け、カセット１０には対応する嵌合構造を設けることも可能である。また、板バネ２８に代えて、例えば樹脂壁同士が嵌合する構造を設けるなど、他の固定構造を採用することも可能である。
図３は、カセット１０にフィルタ４０を収納する様子を示した分解図である。フィルタ４０は、カセット１０の縦フレーム２２ａ及び横フレーム２２ｂの側から順に、第１プレフィルタ３０、ケミカルフィルタ３２、第２プレフィルタ３４、エアクリーナエレメント３６が重ねられて形成されている。
第１プレフィルタ３０と第２プレフィルタ３４は、比較的薄い網目状の部材で作られたフィルタである。第１プレフィルタ３０と第２プレフィルタ３４は、ケミカルフィルタ３２を挟むように設けられて、ケミカルフィルタ３２を保護している。すなわち、ケミカルフィルタ３２にダストが侵入することを防ぐとともに、ケミカルフィルタ３２に塗布されているアルカリ添着活性炭等が飛散することを防いでいる。ただし、第１プレフィルタ３０と第２プレフィルタ３４の一方または両方を設けることなく、フィルタ４０を形成してもよい。
ケミカルフィルタ３２は、空気中に含まれる汚染物質などの化学物質を、化学的作用に基づいて除去するフィルタである。ケミカルフィルタ３２は、例えば、基材となるアルミ薄板ハニカムに、触媒となる二酸化マンガン粒子と、アルカリ添着活性炭を塗布することで形成される。アルミ薄板ハニカムは、直径１〜２ｍｍ程度の多数の貫通小孔が設けられた部材である。二酸化マンガン粒子とアルカリ添着活性炭は、この貫通小孔の内壁全面に塗布されており、この貫通小孔を流れる空気中の汚染物質等の化学物質を吸着し、あるは化学的に分解する。
エアクリーナエレメント３６は、エアクリーナフィルタ、あるいは、エアフィルタとも呼ばれるフィルタである。エアクリーナエレメント３６は、例えば、紙、不織布などの空気透過性をもつ細かな網目状の部材で作られ、外気に含まれている砂やダストなどを物理的に除去する。図示した例では、エアクリーナエレメント３６のｘ軸のマイナス方向端にはフランジ３６ａが設けられて、側部からの空気の漏れを防止している。なお、図３に示した例では、エアクリーナエレメント３６をケミカルフィルタ３２よりも下流に設置するものとしたが、エアクリーナエレメント３６をケミカルフィルタ３２よりも上流に設置してもよい。
フィルタ４０は、ｘ軸のマイナス方向からプラス方向に向けて、カセット１０に収納さされる。フィルタ４０は、第１プレフィルタ３０、ケミカルフィルタ３２、第２プレフィルタ３４、エアクリーナエレメント３６を順次、カセット１０に積層していくことで、カセット１０に収納することができる。また、予め、第１プレフィルタ３０、ケミカルフィルタ３２、第２プレフィルタ３４、エアクリーナエレメント３６の一部または全部を積層した上で、カセット１０に収納してもよい。
フィルタ４０をカセット１０に装着することにより、フィルタ収納済カセット５０が形成される。
図４は、フィルタ収納済カセット５０を、エアクリーナケース６０に装着する様子を示した分解図である。エアクリーナケース６０は、例えば、型成形した複数の樹脂を組み合わせることで形成される。
エアクリーナケース６０には、空気吸入口６２と、空気排出口６４が設けられている。空気吸入口６２は、外気を取り入れる流路に連結される。また、空気送出口は、例えば、燃料電池などの機器に向かう流路に連結される。
また、エアクリーナケース６０には、カセット装着口６６が設けられている。カセット装着口は、フィルタ４０が装着されたカセット１０であるフィルタ収納済カセット５０が装着される。フィルタ収納済カセット５０をカセット装着口６６に装着する過程では、カセット１０の板バネ２８が弾性変形してカセット装着口６６への押し込みが可能となる。そして、装着後には、板バネ２８は、フィルタ収納済カセット５０がカセット装着口６６から外れることを防止するとともに、カセット１０とエアクリーナケース６０との密閉度を高めて空気の漏れを防止する。
エアクリーナケースにフィルタ収納済カセット５０が装着された場合、カセット１０の比較的大きな上壁１２が、カセット装着口６６を塞ぐ蓋となる。これにより、カセット装着口からの空気の漏れが防止される。カセット装着口６６と上壁１２が接する部位には、必要に応じて、空気の漏れを防止する弾性樹脂などを設けることも可能である。
フィルタ収納済カセット５０の取り外し時には、フィルタ収納済カセット５０がある程度強い力で引き上げられる。この力によって、板バネ２８は弾性変形し、フィルタ収納済カセット５０が取り外し可能となる。
エアクリーナ７０は、例えば、燃料電池車の前部に設置される。そして、燃料電池の稼働中は、エアクリーナケース６０の空気吸入口６２から外気が取り入れられる。空気吸入口６２に吸入された空気は、カセット１０内のフィルタ４０を通過する。すなわち、空気は、第１プレフィルタ３０、ケミカルフィルタ３２、第２プレフィルタ３４、及びエアクリーナエレメント３６を順次通過する。この過程で、ケミカルフィルタ３２は、微小な化学物質を除去する。また、エアクリーナエレメント３６は、砂、ダストなどを除去する。除去されるダストには、いわゆるＰＭ２．５などの微小粒子状物質も含まれる。こうして浄化された空気は、空気排出口６４から排出され、燃料電池に送られる。
燃料電池車が長期間にわたって稼働される場合、フィルタ４０は徐々に浄化性能を低下させる。すなわち、ケミカルフィルタ３２は、化学反応により劣化する他、汚れによっても浄化性能を低下させる。また、エアクリーナエレメント３６は、砂、ダストが付着して目詰まりを起こし、浄化性能を低下させる。そこで、フィルタ４０を交換する作業が必要となる。
そこで、燃料電池車では、定期点検などのタイミングで、エアクリーナケース６０から、フィルタ収納済カセット５０が取り外される。そして、カセット１０の隙間２２ｃから指などでフィルタ４０を押し出すことで、フィルタ４０が取り外される。取り外されたフィルタは、目視などにより状態確認され、交換必要性を判断される。また、例えば、走行距離、あるいは、劣化を検知する試験紙などの状況によっても、フィルタ４０の交換の必要性が判断される。状態確認の結果、必要に応じて、ケミカルフィルタ３２とエアクリーナエレメント３６の一方または両方の交換が行われる。また、必要に応じて、第１プレフィルタ３０と第２プレフィルタ３４の交換も行われる。
フィルタ４０の交換の有無にかかわらず、フィルタ４０は再びカセット１０に収納される。そして、フィルタ収納済カセット５０が、エアクリーナケース６０に装着される。
エアクリーナ７０では、フィルタ収納済カセット５０はカセット式となっているため、エアクリーナケース６０に何度でも着脱することが可能となる。また、フィルタ収納済カセット５０を押し込むことで装着でき、引き上げることで取り出しが可能となるため、着脱を短時間に容易に行うことができる。したがって、フィルタ４０の交換あるいは点検の作業も効率化されることになる。
以上の説明では、エアクリーナ７０では、カセット１０における縦フレーム２２ａ及び横フレーム２２ｂの側を上流として、空気が流されるものとした。このため、フィルタ４０は、空気圧によって、カセット１０における開口面２４に向けて押される。しかし、実施形態では、フィルタ４０はカセット１０にある程度の圧力で圧入されて収納されており、フィルタ４０が開口面２４の側に押し出されることは無いことを想定している。仮に空気圧によってフィルタ４０が移動する可能性がある場合には、縦フレーム２２ａ及び横フレーム２２ｂが空気流の下流に位置するようにカセット１０の向きを設計すればよい。
なお、エアクリーナ７０の交換時には、取り外したフィルタ収納済カセット５０に代えて、新しいフィルタ収納済カセット５０を装着するようにしてもよい。つまり、カセット１０とフィルタ４０の全てが取り換えられるカートリッジ方式を採用することも可能である。
以上の説明では、エアクリーナ７０は、燃料電池車に用いられることを想定した。しかし、実施形態にかかるエアクリーナ７０は、燃料電池を用いた他の移動体や設備にも適用可能であるし、燃料電池を用いない移動体（車両を含む）や設備にも適用可能である。
１０ カセット、１２ 上壁、１４ 側壁、１６ 下壁、１８ 斜壁、２０ 側壁、２２ａ 縦フレーム、２２ｂ 横フレーム、２２ｃ 隙間、２４ 開口面、２６ 空間、２８ 板バネ、３０ 第１プレフィルタ、３２ ケミカルフィルタ、３４ 第２プレフィルタ、３６ エアクリーナエレメント、３６ａ フランジ、４０ フィルタ、５０ フィルタ収納済カセット、６０ エアクリーナケース、６２ 空気吸入口、６４ 空気排出口、６６ カセット装着口、７０ エアクリーナ。

Claims (2)

  1. エアクリーナエレメント及びケミカルフィルタを収納するカセットと、
    前記カセットが着脱可能に装着されるエアクリーナケースと、
    を備えることを特徴とするエアクリーナ。
  2. 請求項１に記載のエアクリーナにおいて、
    前記カセットは、エアクリーナケースに装着された場合における空気流の上流側と下流側の各面のうち、一方の面は作業者の指を挿入可能な隙間をもつ粗いメッシュ構造に形成され、他方の面は開口して形成されている、ことを特徴とするエアクリーナ。
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