JP4659579B2 - フィルタユニット - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、燃料電池等を備えた発電装置や精密機械等の装置のハウジング内に装着可能なフィルタユニットに関する。
空気中のガスや粉塵を除去するフィルタユニット４６は、一般的に、図６に示すような空気の流通路となる筒状ケーシング４７に上流側からガス吸着剤４８と粉塵除去フィルタ用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材４９と高性能フィルタ用ろ材５０が直列に充填された構造となっている。
このようなフィルタユニット４６は、例えば、クリーンルーム等のように広い場所に装着される場合は、筒状ケーシング４７の上流側の端面から十分量の空気を流入させることができるので空気を効率的に浄化することができる。
しかし、例えば、図８に示すような、近年、開発が進められている燃料電池を用いた家庭用の発電装置等のハウジング１３の内部に設置された装着装置１２にフィルタユニット４６を装着する場合は、筒状ケーシング４７の上流側の端面がハウジング１３の内面近くに位置すると、十分量の空気を流入させにくいので、空気の効率的な浄化ができないという問題があった。
しかし、例えば、図８に示すような、近年、開発が進められている燃料電池を用いた家庭用の発電装置等のハウジング１３の内部に設置された装着装置１２にフィルタユニット４６を装着する場合は、筒状ケーシング４７の上流側の端面がハウジング１３の内面近くに位置すると、十分量の空気を流入させにくいので、空気の効率的な浄化ができないという問題があった。
そこで、本発明は、燃料電池を用いた発電装置等のハウジングの内部のように狭い場所に装着された場合であっても、十分量の空気を流入させることができることで空気を効率的に浄化することができるフィルタユニットを提供することを目的とする。
本発明のフィルタユニットは、請求項１記載の通り、周面が通気性の外壁と内壁を有してなる二重管構造の筒状ケーシングの両壁の間にガス吸着剤を充填し、一方の端面を通気性または非通気性とし、但し一方の端面が通気性である場合は当該端面の内側にはガス吸着剤が充填され、他方の端面を粉塵除去用ろ材を充填した筒状ケーシングの一方の端面に固定することで一体化し、二重管構造の筒状ケーシングの少なくとも周面から空気を流入させ、取り込まれた空気はその流通方向を粉塵除去用ろ材を充填した筒状ケーシングの長手方向に変えられて、粉塵除去用ろ材を充填した筒状ケーシングの二重管構造の筒状ケーシングの端面が固定された端面と反対側の端面から浄化した空気を流出させるようにしたことを特徴とする。
また、請求項２記載のフィルタユニットは、請求項１記載のフィルタユニットにおいて、内壁から外壁に向かってシート状ガス吸着剤を巻回することでガス吸着剤を充填したことを特徴とする。
また、請求項３記載のフィルタユニットは、請求項１または２記載のフィルタユニットにおいて、二重管構造の筒状ケーシングの外壁と内壁に複数の通気孔を設けることによって両壁に通気性を付与し、この外壁および／または内壁の通気孔の孔径および／または孔数を制御することによって、内壁から流出する空気の面風速が一定となるようにしたことを特徴とする。
また、請求項２記載のフィルタユニットは、請求項１記載のフィルタユニットにおいて、内壁から外壁に向かってシート状ガス吸着剤を巻回することでガス吸着剤を充填したことを特徴とする。
また、請求項３記載のフィルタユニットは、請求項１または２記載のフィルタユニットにおいて、二重管構造の筒状ケーシングの外壁と内壁に複数の通気孔を設けることによって両壁に通気性を付与し、この外壁および／または内壁の通気孔の孔径および／または孔数を制御することによって、内壁から流出する空気の面風速が一定となるようにしたことを特徴とする。
本発明のフィルタユニットは、二重管構造の筒状ケーシングの少なくとも周面から空気を流入させるようにしたので、例えば、燃料電池を用いた発電装置等のハウジングの内部のように狭い場所に装着された場合であっても、十分量の空気を流入させることができることから、空気を効率的に浄化することができる。従って、例えば、浄化した空気を燃料電池の酸素極に効率的に供給することができるので、電池特性が良好な燃料電池を用いた発電装置等を得ることができる。
また、本発明のフィルタユニットにおいて、ガス吸着剤としてシート状のものを用いた場合は、二重管構造の筒状ケーシングにガス吸着剤を簡単に充填することができる。
また、二重管構造の筒状ケーシングの外壁と内壁に複数の通気孔を設けることによって両壁に通気性を付与し、この外壁および／または内壁の通気孔の孔径および／または孔数を制御することによって、内壁から流出する空気の面風速が一定となるようにした場合は、ガス吸着剤の部分間での耐久性のバラツキをなくすことができるので、フィルタユニット全体の長寿命化を図ることができる。
また、本発明のフィルタユニットにおいて、ガス吸着剤としてシート状のものを用いた場合は、二重管構造の筒状ケーシングにガス吸着剤を簡単に充填することができる。
また、二重管構造の筒状ケーシングの外壁と内壁に複数の通気孔を設けることによって両壁に通気性を付与し、この外壁および／または内壁の通気孔の孔径および／または孔数を制御することによって、内壁から流出する空気の面風速が一定となるようにした場合は、ガス吸着剤の部分間での耐久性のバラツキをなくすことができるので、フィルタユニット全体の長寿命化を図ることができる。
図１は、本発明のフィルタユニットの一実施の形態を示す概略断面図である。
フィルタユニット１は、上流側にガス吸着フィルタ部２、下流側に粉塵除去フィルタ部３を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁４と内壁５を有してなる二重管構造の筒状ケーシング６の両壁の間にシート状ガス吸着剤７を内壁５から外壁４に向かって巻回することで充填し、上流側の端面を非通気性の蓋部材８で封止し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材１０と高性能フィルタ用ろ材１１を充填した筒状ケーシング９の上流側の端面に固定することで一体化されている。筒状ケーシング９は、下流側の先端部をテーパ状にしたテーパ部９ａを有し、このテーパ部９ａの先端部に装着装置と連結するための管状連結部９ｂを有している。
フィルタユニット１は、ガス吸着フィルタ部２の筒状ケーシング６の周面から空気を流入させ、取り込んだ空気をガス吸着剤７を流通させた後、空気の流通方向を筒状ケーシング９の長手方向に変え、プレフィルタ用ろ材１０と高性能フィルタ用ろ材１１を流通させて管状連結部９ｂから浄化して流出させる。
フィルタユニット１は、上流側にガス吸着フィルタ部２、下流側に粉塵除去フィルタ部３を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁４と内壁５を有してなる二重管構造の筒状ケーシング６の両壁の間にシート状ガス吸着剤７を内壁５から外壁４に向かって巻回することで充填し、上流側の端面を非通気性の蓋部材８で封止し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材１０と高性能フィルタ用ろ材１１を充填した筒状ケーシング９の上流側の端面に固定することで一体化されている。筒状ケーシング９は、下流側の先端部をテーパ状にしたテーパ部９ａを有し、このテーパ部９ａの先端部に装着装置と連結するための管状連結部９ｂを有している。
フィルタユニット１は、ガス吸着フィルタ部２の筒状ケーシング６の周面から空気を流入させ、取り込んだ空気をガス吸着剤７を流通させた後、空気の流通方向を筒状ケーシング９の長手方向に変え、プレフィルタ用ろ材１０と高性能フィルタ用ろ材１１を流通させて管状連結部９ｂから浄化して流出させる。
従って、本発明のフィルタユニット１の装着対象となる装着装置が、図２に示すような、燃料電池を用いた発電装置等のハウジング１３の内部に設置した装着装置１２であっても、ガス吸着フィルタ部２の筒状ケーシング６の周面から空気を流入させるようにしたので、十分量の空気が取り込まれ、取り込まれた空気を効率的に浄化して管状連結部９ｂから流出させることができる。
なお、フィルタユニット１のガス吸着フィルタ部２の筒状ケーシング６の周面から取り込まれた空気は、その流通方向を筒状ケーシング９の長手方向に変えられて送り込まれるので、ガス吸着剤７を流通した後の筒状ケーシング６の内壁５から流出する際の面風速は部分間で相違する（下流側近くでは速く上流側近くでは遅い）。このように内壁５から流出する際の空気の面風速が一定ではない場合、ガス吸着剤７における空気が速く流通する部分は、それだけ多くの空気が通過するためにガス吸着能の低下が速くなり、ガス吸着剤の寿命がそれだけ短くなってしまう。
そこで、例えば、筒状ケーシング６の外壁４と内壁５に複数の通気孔を設けることによって両壁に通気性を付与し、この外壁４および／または内壁５の通気孔の孔径および／または孔数を制御することによって、筒状ケーシング６の内壁５から流出する空気の面風速が一定となるようにすることによって、フィルタユニット１の寿命を長くすることができる。
また、空気が一定の風速でガス吸着剤７を流通するようにして内壁５から流出する際の空気の面風速を一定にするために、ガス吸着フィルタ部２の筒状ケーシング６の外壁４と内壁５の間へのガス吸着剤７の充填密度を変えてもよい（下流側近くでは密にして上流側近くでは疎にする）。
そこで、例えば、筒状ケーシング６の外壁４と内壁５に複数の通気孔を設けることによって両壁に通気性を付与し、この外壁４および／または内壁５の通気孔の孔径および／または孔数を制御することによって、筒状ケーシング６の内壁５から流出する空気の面風速が一定となるようにすることによって、フィルタユニット１の寿命を長くすることができる。
また、空気が一定の風速でガス吸着剤７を流通するようにして内壁５から流出する際の空気の面風速を一定にするために、ガス吸着フィルタ部２の筒状ケーシング６の外壁４と内壁５の間へのガス吸着剤７の充填密度を変えてもよい（下流側近くでは密にして上流側近くでは疎にする）。
図３は、本発明のフィルタユニットの他の実施の形態を示す概略断面図である。
フィルタユニット１４は、上流側にガス吸着フィルタ部１５、下流側に粉塵除去フィルタ部１６を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁１７と内壁１８を有してなる二重管構造の筒状ケーシング１９の両壁の間にシート状ガス吸着剤２０ａを内壁１８から外壁１７に向かって巻回することで充填し、また、上流側の端面を通気性としてその内側にガス吸着剤２０ｂを充填し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材２２と高性能フィルタ用ろ材２３を充填した筒状ケーシング２１の上流側の端面に固定することで一体化されている。筒状ケーシング２１は、下流側の先端部をテーパ状にしたテーパ部２１ａを有し、このテーパ部２１ａの先端部に装着装置と連結するための管状連結部２１ｂを有している。筒状ケーシング１９と筒状ケーシング２１の一体化は、筒状ケーシング２１の上流側の端面に筒状ケーシング１９の外壁１７の大きさと同じ大きさのフランジ２１ｃを設けることで行っている。このような構成とすることで、フィルタユニット１４への空気の流入面積を拡大すれば、取り込まれた空気をより効率的に浄化することができる。
フィルタユニット１４は、上流側にガス吸着フィルタ部１５、下流側に粉塵除去フィルタ部１６を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁１７と内壁１８を有してなる二重管構造の筒状ケーシング１９の両壁の間にシート状ガス吸着剤２０ａを内壁１８から外壁１７に向かって巻回することで充填し、また、上流側の端面を通気性としてその内側にガス吸着剤２０ｂを充填し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材２２と高性能フィルタ用ろ材２３を充填した筒状ケーシング２１の上流側の端面に固定することで一体化されている。筒状ケーシング２１は、下流側の先端部をテーパ状にしたテーパ部２１ａを有し、このテーパ部２１ａの先端部に装着装置と連結するための管状連結部２１ｂを有している。筒状ケーシング１９と筒状ケーシング２１の一体化は、筒状ケーシング２１の上流側の端面に筒状ケーシング１９の外壁１７の大きさと同じ大きさのフランジ２１ｃを設けることで行っている。このような構成とすることで、フィルタユニット１４への空気の流入面積を拡大すれば、取り込まれた空気をより効率的に浄化することができる。
なお、本発明のフィルタユニットの筒状ケーシングは樹脂製であることが好ましい。樹脂製にすれば、ユニットを使い捨てにする場合に好都合であり、また、筒状ケーシング同士の一体化が容易となる。ガス吸着剤はシート状のものを用いることで、筒状ケーシングへの充填が容易になるが、粒状活性炭等をそのまま充填してもよい。粉塵除去用ろ材としては、粗塵を除去するためのプレフィルタ用ろ材や、細かい粒子を除去するためのＨＥＰＡフィルタ用ろ材等の高性能フィルタ用ろ材を用いることができる。本発明のフィルタユニットにはファンが設けられていないので、本発明のフィルタユニットはファンを内蔵した装着装置の吸気部に装着されることになる。装着装置との連結方法は限定されるものではなく、フィルタユニットの交換の容易性を考えると、フィルタユニットの連結部にＯリングなどを設置して、ワンタッチ方式で行えるようにすることが好ましい。
次に、実施例１と２、比較例、従来例のフィルタユニットについて、圧力損失、ガス除去効率、フィルタ寿命等の効果を比較した。
（実施例１）
図４に示すフィルタユニット２５は、上流側にガス吸着フィルタ部３１、下流側に粉塵除去フィルタ部３５を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁２６と内壁２７を有してなる二重管構造の筒状ケーシング２８の両壁の間にシート状ガス吸着剤２９を内壁２７から外壁２６に向かって巻回することで充填し、上流側の端面を非通気性の蓋部材３０で封止し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材３３と高性能フィルタ用ろ材３４を充填した筒状ケーシング３２の上流側の端面に固定することで一体化されている。矢印は空気の流通方向を示す。
図４に示すフィルタユニット２５は、上流側にガス吸着フィルタ部３１、下流側に粉塵除去フィルタ部３５を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁２６と内壁２７を有してなる二重管構造の筒状ケーシング２８の両壁の間にシート状ガス吸着剤２９を内壁２７から外壁２６に向かって巻回することで充填し、上流側の端面を非通気性の蓋部材３０で封止し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材３３と高性能フィルタ用ろ材３４を充填した筒状ケーシング３２の上流側の端面に固定することで一体化されている。矢印は空気の流通方向を示す。
（実施例２）
図５に示すフィルタユニット３６は、上流側にガス吸着フィルタ部３７、下流側に粉塵除去フィルタ部４５を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁３８と内壁３９を有してなる二重管構造の筒状ケーシング４０の両壁の間にシート状ガス吸着剤４１ａを内壁３９から外壁３８に向かって巻回することで充填し、また、上流側の端面を通気性としてその内側にガス吸着剤４１ｂを充填し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材４３と高性能フィルタ用ろ材４４を充填した筒状ケーシング４２の上流側の端面に固定することで一体化されている。矢印は空気の流通方向を示す。
図５に示すフィルタユニット３６は、上流側にガス吸着フィルタ部３７、下流側に粉塵除去フィルタ部４５を設けた構成となっており、周面が通気性の外壁３８と内壁３９を有してなる二重管構造の筒状ケーシング４０の両壁の間にシート状ガス吸着剤４１ａを内壁３９から外壁３８に向かって巻回することで充填し、また、上流側の端面を通気性としてその内側にガス吸着剤４１ｂを充填し、下流側の端面を粉塵除去用ろ材としてのプレフィルタ用ろ材４３と高性能フィルタ用ろ材４４を充填した筒状ケーシング４２の上流側の端面に固定することで一体化されている。矢印は空気の流通方向を示す。
（従来例）
図６に示すフィルタユニット４６は、筒状ケーシング４７に上流側からガス吸着剤４８、プレフィルタ用ろ材４９、高性能フィルタ用ろ材５０が直列に充填されている。
図６に示すフィルタユニット４６は、筒状ケーシング４７に上流側からガス吸着剤４８、プレフィルタ用ろ材４９、高性能フィルタ用ろ材５０が直列に充填されている。
（比較例）
図７に示すフィルタユニット５１は、筒状ケーシング５２に上流側からガス吸着剤５４、プレフィルタ用ろ材５５、高性能フィルタ用ろ材５６が直列に充填され、ガス吸着剤５４を充填した部分に接する筒状ケーシング５２の周面部分に通気孔５２ａを設けている。
図７に示すフィルタユニット５１は、筒状ケーシング５２に上流側からガス吸着剤５４、プレフィルタ用ろ材５５、高性能フィルタ用ろ材５６が直列に充填され、ガス吸着剤５４を充填した部分に接する筒状ケーシング５２の周面部分に通気孔５２ａを設けている。
圧力損失、ガス除去効率（ケミカル効率）、フィルタ寿命（ケミカル寿命）の評価方法を以下に記載する。
圧力損失：
フィルタユニットに風量０．０６（ｍ3／ｍｉｎ）を通風し、その時のフィルタユニット前後の差圧を微差圧計（マノメータ）で測定した。
ガス除去効率：
フィルタユニットに所定の濃度のガスを通風し、その時のフィルタユニット前後のガス濃度をイオンクロマトグラフにて測定して、以下の式にてガス除去効率を算出した。
ガス除去効率（％）＝（１−（下流ガス濃度／上流ガス濃度））×１００
粉塵除去効率：
フィルタユニットに所定の濃度のガスを連続して通風し、ガス除去効率の経時変化を測定し、ガス除去効率８０％を確保できた時間を寿命とした。
圧力損失：
フィルタユニットに風量０．０６（ｍ3／ｍｉｎ）を通風し、その時のフィルタユニット前後の差圧を微差圧計（マノメータ）で測定した。
ガス除去効率：
フィルタユニットに所定の濃度のガスを通風し、その時のフィルタユニット前後のガス濃度をイオンクロマトグラフにて測定して、以下の式にてガス除去効率を算出した。
ガス除去効率（％）＝（１−（下流ガス濃度／上流ガス濃度））×１００
粉塵除去効率：
フィルタユニットに所定の濃度のガスを連続して通風し、ガス除去効率の経時変化を測定し、ガス除去効率８０％を確保できた時間を寿命とした。
表１から明らかなように、実施例１と２のフィルタユニットは、従来例と比較例のフィルタユニットと比較して圧力損失が小さかった。また、比較例のフィルタユニットと比較してフィルタ寿命が長寿命化していた。
本発明は、燃料電池を用いた発電装置等のハウジングの内部のように狭い場所に装着された場合であっても、十分量の空気を流入させることができることで空気を効率的に浄化することができるフィルタユニットを提供することを目的とする。
１ フィルタユニット
２ ガス吸着フィルタ部
３ 粉塵除去フィルタ部
４ 外壁
５ 内壁
６ 筒状ケーシング
７ シート状ガス吸着剤
８ 蓋部材
９ 筒状ケーシング
９ａ テーパ部
９ｂ 管状連結部
１０ プレフィルタ用ろ材
１１ 高性能フィルタ用ろ材
１２ 装着装置
１３ ハウジング
１４ フィルタユニット
１５ ガス吸着フィルタ部
１６ 粉塵除去フィルタ部
１７ 外壁
１８ 内壁
１９ 筒状ケーシング
２０ａ シート状ガス吸着剤
２０ｂ ガス吸着剤
２１ 筒状ケーシング
２１ａ テーパ部
２１ｂ 管状連結部
２１ｃ フランジ
２２ プレフィルタ用ろ材
２３ 高性能フィルタ用ろ材
２５ フィルタユニット
２６ 外壁
２７ 内壁
２８ 筒状ケーシング
２９ シート状ガス吸着剤
３０ 蓋部材
３１ ガス吸着フィルタ部
３２ 筒状ケーシング
３３ プレフィルタ用ろ材
３４ 高性能フィルタ用ろ材
３５ 粉塵除去フィルタ部
３６ フィルタユニット
３７ ガス吸着フィルタ部
３８ 外壁
３９ 内壁
４０ 筒状ケーシング
４１ａ シート状ガス吸着剤
４１ｂ ガス吸着剤
４２ 筒状ケーシング
４３ プレフィルタ用ろ材
４４ 高性能フィルタ用ろ材
４５ 粉塵除去フィルタ部
４６ フィルタユニット
４７ 筒状ケーシング
４８ ガス吸着剤
４９ プレフィルタ用ろ材
５０ 高性能フィルタ用ろ材
５１ フィルタユニット
５２ 筒状ケーシング
５２ａ 通気孔
５４ ガス吸着剤
５５ プレフィルタ用ろ材
５６ 高性能フィルタ用ろ材
２ ガス吸着フィルタ部
３ 粉塵除去フィルタ部
４ 外壁
５ 内壁
６ 筒状ケーシング
７ シート状ガス吸着剤
８ 蓋部材
９ 筒状ケーシング
９ａ テーパ部
９ｂ 管状連結部
１０ プレフィルタ用ろ材
１１ 高性能フィルタ用ろ材
１２ 装着装置
１３ ハウジング
１４ フィルタユニット
１５ ガス吸着フィルタ部
１６ 粉塵除去フィルタ部
１７ 外壁
１８ 内壁
１９ 筒状ケーシング
２０ａ シート状ガス吸着剤
２０ｂ ガス吸着剤
２１ 筒状ケーシング
２１ａ テーパ部
２１ｂ 管状連結部
２１ｃ フランジ
２２ プレフィルタ用ろ材
２３ 高性能フィルタ用ろ材
２５ フィルタユニット
２６ 外壁
２７ 内壁
２８ 筒状ケーシング
２９ シート状ガス吸着剤
３０ 蓋部材
３１ ガス吸着フィルタ部
３２ 筒状ケーシング
３３ プレフィルタ用ろ材
３４ 高性能フィルタ用ろ材
３５ 粉塵除去フィルタ部
３６ フィルタユニット
３７ ガス吸着フィルタ部
３８ 外壁
３９ 内壁
４０ 筒状ケーシング
４１ａ シート状ガス吸着剤
４１ｂ ガス吸着剤
４２ 筒状ケーシング
４３ プレフィルタ用ろ材
４４ 高性能フィルタ用ろ材
４５ 粉塵除去フィルタ部
４６ フィルタユニット
４７ 筒状ケーシング
４８ ガス吸着剤
４９ プレフィルタ用ろ材
５０ 高性能フィルタ用ろ材
５１ フィルタユニット
５２ 筒状ケーシング
５２ａ 通気孔
５４ ガス吸着剤
５５ プレフィルタ用ろ材
５６ 高性能フィルタ用ろ材
Claims (3)
- 周面が通気性の外壁と内壁を有してなる二重管構造の筒状ケーシングの両壁の間にガス吸着剤を充填し、一方の端面を通気性または非通気性とし、但し一方の端面が通気性である場合は当該端面の内側にはガス吸着剤が充填され、他方の端面を粉塵除去用ろ材を充填した筒状ケーシングの一方の端面に固定することで一体化し、二重管構造の筒状ケーシングの少なくとも周面から空気を流入させ、取り込まれた空気はその流通方向を粉塵除去用ろ材を充填した筒状ケーシングの長手方向に変えられて、粉塵除去用ろ材を充填した筒状ケーシングの二重管構造の筒状ケーシングの端面が固定された端面と反対側の端面から浄化した空気を流出させるようにしたことを特徴とするフィルタユニット。
- 内壁から外壁に向かってシート状ガス吸着剤を巻回することでガス吸着剤を充填したことを特徴とする請求項１記載のフィルタユニット。
- 二重管構造の筒状ケーシングの外壁と内壁に複数の通気孔を設けることによって両壁に通気性を付与し、この外壁および／または内壁の通気孔の孔径および／または孔数を制御することによって、内壁から流出する空気の面風速が一定となるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のフィルタユニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005289420A JP4659579B2 (ja) | 2005-09-30 | 2005-09-30 | フィルタユニット |
Applications Claiming Priority (1)
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