JP4638329B2 - 気体用液体トラップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体入口及び気体出口を設けた天井壁を有するトラップハウジングと、内部が前記気体入口に連通する筒状のフィルタエレメントを備えて前記トラップハウジング内に配設される液体フィルタとからなり、この液体フィルタの外側で前記トラップハウジング内部に前記気体出口を開口させ、前記気体入口から前記気体出口に向かって流れる気体が前記フィルタエレメントを通過する際、該気体に含まれる液体を該フィルタエレメントにより捕捉するようにした、気体用液体トラップ装置の改良に関する。

例えば天然ガスを燃料とするエンジンを備える自動車では、天然ガスを圧縮貯蔵した燃料タンクを搭載し、エンジンの作動時には、その燃料タンクから導出した高圧の気体燃料を所定圧力に減圧してエンジンに供給する。ところで、天然ガスを燃料タンクに圧縮貯蔵する際には、天然ガスの圧縮に使用するコンプレッサ内の潤滑オイルが、圧縮される燃料に多少とも混入することになるので、燃料タンク内の気体燃料をエンジンに燃料を供給する際には、その気体燃料から混入オイルを捕捉する必要がある。上記気体用液体トラップ装置は、このように気体から混入液体を捕捉するために使用するものであって、例えば下記特許文献１に開示されるように、既に知られている。
特開平７−３２８３６４号公報

従来、この種の気体用液体トラップ装置では、液体フィルタの上端壁に設けられる開口部がフィルタエレメント内の上部に開口しているので、その開口部と気体出口とが比較的近接することになり、このため開口部からフィルタエレメント内に流入した気体の多くはフィルタエレメントの上部を通過する傾向となることから、フィルタエレメントの上部が、気体から捕捉した液体で目詰まりする局部飽和の状態となって、フィルタエレメントの上部の液体捕捉性能が極端に低下する。またフィルタエレメントの、飽和状態となった部分から液体が滲み出すと、その液体はフィルタエレメントを通過した気体の流れに乗って気体出口に進み、再び気体に混入してしまい、液体捕捉性能を低下させることになる。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、液体の捕捉性能が高い前記気体用液体トラップ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、上端部に気体入口及び気体出口を有するトラップハウジングと、内部が前記気体入口に連通する筒状のフィルタエレメントを備えて前記トラップハウジング内に配設される液体フィルタとからなり、この液体フィルタの外側で前記トラップハウジング内部に前記気体出口を開口させ、前記気体入口から前記気体出口に向かって流れる気体が前記フィルタエレメントを通過する際、該気体に含まれる液体を該フィルタエレメントにより捕捉するようにした、気体用液体トラップ装置において、前記気体出口に、該トラップハウジング内に突出する流出案内管を連設したことを第１の特徴とする。

さらに本発明は、第１の特徴に加えて、前記流出案内管を、その下端が前記フィルタエレメントの上方位置を占めるように配置したことを第２の特徴とする。

さらにまた本発明は、第１又は第２の特徴に加えて、前記流出案内管を前記トラップハウジングの周方向に複数配設したことを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、気体出口に連設されてトラップハウジング内に突出した流出案内管により、その周囲に気流の淀み部が形成されるので、フィルタエレメントで捕捉された液体がフィルタエレメントの外周面から滲み出して、フィルタエレメントを通過する気体に乗ってフィルタエレメントから離脱することがあっても、気体に乗った液体は、気体との比重差によりトラップハウジングの内周面に強く当たって付着し、気体から分離する。そして気体は、流れを上方に転じて前記淀み部を避けながら流出案内管に直接向かうので、トラップハウジングの内周面に付着した液体をトラップハウジングの天井面まで押し上げることはなく、その液体が流出案内管に流れ込むことを防ぎ、分離液体の気体への再混入を防ぎ、液体捕捉性能の向上に寄与し得る。

本発明の第２の特徴によれば、流出案内管を液体フィルタから上下方向に遠ざけることで、トラップハウジングの大径化を防ぎながら、フィルタエレメントからの滲み出し液体の流出案内管への直接侵入を極力防ぐことができる。

本発明の第３の特徴によれば、流出案内管をトラップハウジングの周方向に複数配設したことで、流出案内管の小径を図りつゝ気体出口側の圧力損失を少なくすることができ、これにより液体フィルタ及びトラップハウジング間の半径方向間隙の縮小、延いてはトラップハウジングのコンパクト化を図ることができる。

本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の実施例に係る気体用液体トラップ装置を一体に備えるプレッシャレギュレータの縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４はトラップ性能テスト試料となる４種類の気体用液体トラップ装置の断面図、図５は上記４種類の気体用液体トラップ装置の諸元及びトラップ性能テスト結果を示す表、図６は上記４種類の気体用液体トラップ装置のトラップ性能テスト結果を示すグラフである。

先ず、図１において、燃料タンクＦには天然ガスが気体燃料として圧縮貯蔵される。この燃料タンクＦ内の高圧の気体燃料の使用に際しては、その気体燃料は、その圧力を所定値まで減圧すべくプレッシャレギュレータＲに高圧燃料通路１を通して送られる。

プレッシャレギュレータＲは、一側に高圧ポート１ａ及び低圧ポート２ａを有する略角柱状のレギュレータ本体３を備えており、高圧ポート１ａには前記高圧燃料通路１の下流端が、また低圧ポート２ａにはエンジンＥの燃料噴射弁２４に連なる低圧燃料通路２の上流端がそれぞれ接続される。

図１及び図２に示すように、レギュレータ本体３の中心部には、高圧ポート１ａに導入された気体燃料の圧力を所定値に減圧する調圧弁４が設けられ、この調圧弁４で減圧された気体燃料が調圧弁４の一側を通るように、調圧弁４の周方向に沿って円弧状に並んで上下方向に延びる複数の連絡通路１６，１６…がレギュレータ本体３に設けられる。

レギュレータ本体３の下端面には気体用液体トラップ装置Ｔが取り付けられる。この気体用液体トラップ装置Ｔは、前記連絡通路１６，１６…より導入した気体燃料から混入オイルを捕捉、除去し、清浄な気体燃料をレギュレータ本体３の低圧ポート２ａへ送るもので、次にこの気体用液体トラップ装置Ｔについて図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

気体用液体トラップ装置Ｔは、プレッシャレギュレータＲのレギュレータ本体３下面に取り付けられるトラップハウジング５と、このトラップハウジング５内に配設されるオイルフィルタ６とを主たる構成要素とする。

トラップハウジング５は、上端に取り付けフランジ１０ａ及び天井壁１０ｂを有する円筒状のハウジング本体１０と、このハウジング本体１０の下端に取り外し可能に螺着されるカップ体１１と、前記取り付けフランジ１０ａの上面に重ねられる蓋板１２とで構成され、この蓋板１２及び取り付けフランジ１０ａは、プレッシャレギュレータＲのレギュレータ本体３下面にボルト１３により固着される。その際、トラップハウジング５はレギュレータ本体３と略同軸状に配置される。カップ体１１の下端面には、それの着脱のための六角ボルト頭部状の工具係合部１１ａが一体に形成される。

オイルフィルタ６は、上端壁１７と、この上端壁１７の下方に配置される下端壁１８と、これら上端壁１７及び下端壁１８間を連結する円筒状のフィルタエレメント２０とからなっており、このフィルタエレメント２０は、気体燃料の通過を許容すると共に潤滑オイル等の液体を捕捉する機能を有する。上端壁１７の中心部には開口部１７ａが設けられる。

ハウジング本体１０の天井壁１０ｂの中心部には気体入口１４が設けられ、この気体入口１４を前記複数の連絡通路１６，１６…に連通すべく、蓋板１２に半径方向の入口通路２５が形成される。また気体入口１４には、前記開口部１７ａを貫通してフィルタエレメント２０内に突出する流入案内管７が一体に連設され、上端壁１７には、流入案内管７の外周面に密接するシール部材２２が装着される。こうして、流入案内管７は、前記開口部１７ａから下端壁１８に向かって延びるようにフィルタエレメント２０内に配置される。上記下端壁１８は、流入案内管７から噴出した気体を反射させ得る非通気性素材で構成される。

一方、下端壁１８には、その下面から突出してカップ体１１の底部で支承される支柱１８ａが一体に形成される。したがってオイルフィルタ６全体がこの支柱１８ａを介してカップ体１１に支持されることになる。

而して、流入案内管７の下端と前記下端壁１８との離間距離Ｃ１は、２０ｍｍ以下に設定される。

また流入案内管７のフィルタエレメント２０内への突入長さＣ２は、３０ｍｍ以上に設定される。

さらに流入案内管７の通路面積ａと、フィルタエレメント２０の見掛け上の有効面積Ａとの比Ａ／ａは、１４以下に設定される。

こゝで、流入案内管７の通路面積ａは下記（１）式により求められる。

ａ＝πｄ² ／４・・・・・・・・・・（１）
但し、ｄ：流入案内管７の内径
またフィルタエレメント２０の見掛け上の有効面積Ａは下記（２）式により求められる。

Ａ＝πＤ・Ｃ１・・・・・・・・・・（２）
但し、Ｄ：フィルタエレメント２０の内径
Ｃ１：流入案内管７の下端と前記下端壁１８との離間距離
図１及び図３に示すように、ハウジング本体１０の天井壁１０ｂの一側部に切欠き１０ｃが設けられており、蓋板１２には、この切欠き１０ｃに対応する部分でオイルフィルタ６外側のハウジング本体１０内に開口する複数の気体出口１５，１５…が設けられる。これら複数の気体出口１５，１５…は、トラップハウジング５の周方向に沿って円弧状に配列されると共に、レギュレータ本体３の下面に形成される集合室２１を介して前記低圧ポート２ａに連通される。またこれら複数の気体出口１５には、ハウジング本体１０内に突出する複数の流出案内管２３，２３…が一体に連設される。したがって複数の流出案内管２３，２３…もトラップハウジング５の周方向に沿って円弧状に配列されることになる。その際、全ての流出案内管２３，２３…は、その下端が前記フィルタエレメント２０より上方位置を占めるように配置される。

またオイルフィルタ６の軸線は、トラップハウジング５の軸線に対して流出案内管２３，２３…と反対方向に僅かな距離ｅだけオフセットして配置され、さらに流出案内管２３，２３…に対向するハウジング本体１０の外側壁１０ｄが半径方向に膨出するように形成される。こうすることで、トラップハウジング５の大径化を抑えつゝ、オイルフィルタ６及び外側壁１０ｄ間の間隔を充分に確保して、その間に比較的大径の流出案内管２３，２３…をオイルフィルタ６及び外側壁１０ｄから離間させて配設することを可能にしている。

次に、この実施例の作用について説明する。

プレッシャレギュレータＲにより所定圧力まで減圧された気体燃料がオイルフィルタ６の蓋板１２の気体入口１４に到達すると、その気体燃料は、流入案内管７によりフィルタエレメント２０内の下部まで誘導され、そして拡散するため、その気体燃料は、フィルタエレメント２０の広い範囲で濾過され、気体燃料中に混在するオイルが捕捉されることになり、特に、前記Ｃ１、Ｃ２及びＡ／ａの設定により、フィルタエレメント２０の局部飽和を極力防ぎ、フィルタエレメント２０の耐用時間を延ばすことができる。

またオイルフィルタ６の下端壁１８は、流入案内管７から流出した気体を反射させ得る非通気性素材で構成されるので、気体燃料が流入案内管７から下方に吹き出したとき、その気体燃料を上記下端壁１８で上方に反射させることで、該気体燃料の拡散を促進し、フィルタエレメント２０での局部飽和の発生防止を一層効果的に防ぐことができる。

上記効果は、次のようなトラップ性能テストにより確認することができた。

テストに際して、先ず図４及び図５に示すように、前記Ｃ１、Ｃ２及びＡ／ａを異にした（Ａ）〜（Ｄ）の４種類の気体用液体トラップ装置Ｔを試料として用意し、次の試験条件で各試料におけるフィルタエレメント２０の耐用時間及びオイル捕捉量を測定した。
・雰囲気温度：常温
・気体：ＣＮＧ（高圧天然ガス）
・気体導入圧力：０．２５ＭＰａ
・気体流量：４９０Ｌ／ｍｉｎ
・混入液体：潤滑オイル
・液体混入率：１５ｐｐｍ
・各試料の共通諸元：ｄ＝１２ｍｍ、Ｄ＝２６ｍｍ、ａ＝１１３ｍｍ² 、Ｌ＝５０ｍｍ
テストの結果、図４〜図６に示すように、試料（Ａ）では、Ｃ２＝０ｍｍであるため、フィルタエレメント２０内に流入した気体は直ちに気体出口１５に向かうことから、捕捉オイルによるフィルタエレメント２０の飽和部Ｓがフィルタエレメント２０の上端部に早期に集中し、これに伴ないフィルタエレメント２０の耐用時間が短く、したがってオイル捕捉量も少なかった。

Ｃ１＝２０ｍｍとした試料（Ｂ）では、フィルタエレメント２０の中間部に発生する飽和部Ｓの範囲が広がり始め、フィルタエレメント２０の耐用時間及びてオイル捕捉量の向上が開始された。

そしてＣ１＝１５ｍｍ、Ｃ２＝３５ｍｍ、Ａ／ａ＝１１の試料（Ｃ）では、フィルタエレメント２０全体が長時間をかけて徐々に飽和部Ｓとなっていくことなり、フィルタエレメント２０の耐用時間及びオイル捕捉量の大幅な向上が認められた。

試料（Ｄ）のように、Ｃ１を更に狭めると、フィルタエレメント２０での飽和部Ｓの範囲が下部に移行し始め、フィルタエレメント２０の耐用時間及びオイル捕捉量が徐々に減少し始めたが、大きな落ち込みはなかった。

但し、流入案内管７の通路面積ａに対してフィルタエレメント２０の見掛け上の有効面積Ａを小さくした場合、本テスト条件において、Ｃ１＜３ｍｍ、Ａ／ａ＜２．２となることは、気体の圧力損失が大きくなるため、避ける方がよい。

上記のようにフィルタエレメント２０で濾過された気体燃料は、複数の流出案内管２３，２３…を分流しながら通過し、集合室２１で合流した後、低圧ポート２ａ及び低圧燃料通路２を経てエンジンＥの燃料噴射弁２４から噴射される。

ところで、フィルタエレメント２０で捕捉されたオイルがフィルタエレメント２０の外周面から滲み出し、フィルタエレメント２０を通過する気体燃料に乗ってフィルタエレメント２０から離脱することがあるが、気体出口１５に連設されてトラップハウジング５内に突出した流出案内管２３，２３…の周囲には気流の淀み部が形成されるので、フィルタエレメント２０を通過した気体燃料は一旦半径方向外方に向うとき、その気体燃料に乗ったオイルは、気体燃料との比重差によりトラップハウジング５の内周面に強く当たって付着し、気体燃料から分離することになる。その後、気体燃料は、流れを上方に転じて前記淀み部を避けながら流出案内管２３，２３…に直接向かうので、トラップハウジング５の内周面に付着したオイルをトラップハウジング５の天井面まで押し上げることはなく、したがってそのオイルが流出案内管２３，２３…に流れ込むことはない。

かくして、フィルタエレメント２０からの滲み出しオイルの気体燃料への再混入を防ぎ、オイル捕捉性能の向上に寄与することができる。

しかも流出案内管２３，２３…は、その下端がフィルタエレメント２０の上方位置を占めるように配置されることで、流出案内管２３，２３…をオイルフィルタ６から上下方向に遠ざけることになり、トラップハウジング５の大径化を防ぎながら、フィルタエレメント２０からの滲み出し液体の流出案内管２３，２３…への直接侵入を極力防ぐことができる。

さらに流出案内管２３，２３…はトラップハウジング５の周方向に複数配設されることで、各流出案内管２３の小径を図りつゝ気体出口１５側の圧力損失を少なくすることができ、これによりオイルフィルタ６及びトラップハウジング５間の半径方向間隙の縮小、延いてはトラップハウジング５のコンパクト化を図ることができる。

フィルタエレメント２０により捕捉されたオイルや、トラップハウジング５の内周面に付着したオイルは、次第に滴となって落下し、オイルはカップ体１１の底部に溜まる。そこで、カップ体１１をハウジング本体１０から離脱すれば、それを清掃することができる。また汚れたオイルフィルタ６を清掃したり新規のものと交換することもできる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

本発明の実施例に係る気体用液体トラップ装置を一体に備えるプレッシャレギュレータの縦断面図 図１の２−２線断面図 図１の３−３線断面図 トラップ性能テスト試料となる４種類の気体用液体トラップ装置の断面図 上記４種類の気体用液体トラップ装置の諸元及びトラップ性能テスト結果を示す表 上記４種類の気体用液体トラップ装置のトラップ性能テスト結果を示すグラフ

Ｔ・・・・・気体用液体トラップ装置
５・・・・・トラップハウジング
６・・・・・液体フィルタ（オイルフィルタ）
７・・・・・流入案内管
１４・・・・気体入口
１５・・・・気体出口
１７・・・・上端壁
１７ａ・・・開口部
１８・・・・下端壁
２０・・・・フィルタエレメント
２３・・・・流出案内管

Claims (3)

1. 上端部に気体入口（１４）及び気体出口（１５）を有するトラップハウジング（５）と、内部が前記気体入口（１４）に連通する筒状のフィルタエレメント（２０）を備えて前記トラップハウジング（５）内に配設される液体フィルタ（６）とからなり、この液体フィルタ（６）の外側で前記トラップハウジング（５）内部に前記気体出口（１５）を開口させ、前記気体入口（１４）から前記気体出口（１５）に向かって流れる気体が前記フィルタエレメント（２０）を通過する際、該気体に含まれる液体を該フィルタエレメント（２０）により捕捉するようにした、気体用液体トラップ装置において、
   前記気体出口（１５）に、該トラップハウジング（５）内に突出する流出案内管（２３）を連設したことを特徴とする、気体用液体トラップ装置。
2. 請求項１記載の気体用液体トラップ装置において、
   前記流出案内管（２３）を、その下端が前記フィルタエレメント（２０）の上方位置を占めるように配置したことを特徴とする、気体用液体トラップ装置。
3. 請求項１又は２記載の気体用液体トラップ装置において、
   前記流出案内管（２３）を前記トラップハウジング（５）の周方向に複数配設したことを特徴とする、気体用液体トラップ装置。

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