JP5510430B2

JP5510430B2 - 燃料フィルタ装置

Info

Publication number: JP5510430B2
Application number: JP2011242404A
Authority: JP
Inventors: 実舟橋; 豊光前原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: JP2013096368A; DE102012109761A1; CN103089504A; CN103089504B

Description

本発明は、燃料中に含まれる水分を凝集させて分離し且つ燃料中のダストを捕捉する燃料フィルタ装置に関するものである。

従来の燃料フィルタ装置は、燃料中に含まれる水分を分離する凝集エレメント、および、燃料中のダストを捕捉する濾過エレメントを備え、凝集エレメントよりも燃料流れ下流側に濾過エレメントが配置されている。

また、凝集エレメントおよび濾過エレメントは何れも環状（または円筒状、菊花状）に形成され、凝集エレメントの内側に濾過エレメントが配置され、燃料が径方向外側から内側に流れるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００８−５３４２６０号公報

近年、環境問題の取り組みとして、ディーゼルエンジン搭載車では、従来の石油由来の燃料から植物由来のバイオ燃料への転換が進みつつある。このバイオ燃料は従来燃料に対し水との相溶性が高いため、水が混入した際均一分散しやすく、また、水粒子が微細化する。そして、凝集エレメントの孔径はダストが通過可能な孔径に設定されているため、バイオ燃料のように水粒子が微細化する場合、その微細水粒子が凝集エレメントを通り抜けやすくなるため微細水粒子の凝集分離が困難になるという問題が発生する。

その問題の対策として、凝集エレメントの孔径を小さくすることが有効であるが、その場合、凝集エレメントにてダストが捕捉されるため、凝集エレメントの寿命が濾過エレメントの寿命よりも著しく短くなり、燃料フィルタ装置全体としての寿命が短くなってしまうという新たな問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、微細水粒子の凝集分離を可能にしつつ、燃料フィルタ装置全体としての寿命を長くすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、親水性の繊維を集合させた不織布からなり燃料中の水分を凝集させる凝集エレメント（３１）と、凝集エレメント（３１）よりも燃料流れ下流側に配置されるとともに、撥水機能を有する撥水エレメント（３２、３３）と、撥水エレメント（３２、３３）よりも燃料流れ下流側に配置されるとともに、燃料中のダストを捕捉する濾過エレメント（３４）と、凝集エレメント（３１）および撥水エレメント（３２、３３）の下方に位置して水を貯留するセジメンタ室（２５）とを備え、凝集エレメント（３１）は、菊花状に形成され、撥水エレメント（３２、３３）は、凝集エレメント（３１）の内側に配置され、濾過エレメント（３４）は、ハニカム構造で円柱状に形成されるとともに、凝集エレメント（３１）の内側で且つ撥水エレメント（３２、３３）の上方に配置され、燃料が、凝集エレメント（３１）の外周側から内周側に流れ、続いて撥水エレメント（３２、３３）を通過した後に、濾過エレメント（３４）の下方側から上方側に流れるように構成されていることを特徴とする。

これによると、濾過エレメント（３４）は、単位体積当たりの濾過面積が大きいハニカム構造であるため、菊花状の濾過エレメント（３４）よりも体格を小さくすることができ、その分、凝集エレメント（３１）の体格を大きくして濾過面積を増加させ、凝集エレメント（３１）の寿命を長くすることができる。したがって、凝集エレメント（３１）の孔径を小さくして微細水粒子の凝集分離を可能にしつつ、燃料フィルタ装置全体としての寿命を長くすることができる。

また、請求項１に記載の発明では、濾過エレメント（３４）の下面側が、撥水エレメント（３３）にて覆われていることを特徴とする。

これによると、セジメンタ室（２５）に貯留された水が、振動や傾きで濾過エレメント（３４）に流入するのを防止することができる。

さらに、請求項１に記載の発明では、撥水エレメント（３３）は、濾過エレメント（３４）の中心軸に対向する位置に、燃料を通過させるオリフィス（３３１）を備えることを特徴とする。

これによると、撥水エレメント（３３）が目詰まりした場合でも、オリフィス（３３１）を介して燃料を流すことができる。また、濾過エレメント（３４）の中心軸に対向する位置にオリフィス（３３１）を設けているため、燃料フィルタ装置が傾いてもセジメンタ室（２５）に貯留された水が濾過エレメント（３４）に流入し難い。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料フィルタ装置において、凝集エレメント（３１）における不織布の孔径は１０μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする。

これによると、水粒子が微細化するバイオ燃料用の燃料フィルタ装置として用いる場合、微細水粒子の凝集分離を可能にしつつ、凝集エレメント（３１）の寿命が短くなることを抑制することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の燃料フィルタ装置において、凝集エレメント（３１）にて９０％以上捕捉可能なダストの粒子径をＡとし、濾過エレメント（３４）の濾過面積に対する凝集エレメント（３１）の濾過面積の比率をＰとし、補正係数をＫとしたとき、Ｐ＝０．０００４×Ａ²−０．０４×Ａ＋Ｋであることを特徴とする。

これによると、凝集エレメント（３１）の寿命と濾過エレメント（３４）の寿命が略等しくなり、燃料フィルタ装置全体としての寿命を長くすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る燃料フィルタ装置の模式的な断面図である。図１の燃料フィルタ装置における要部の断面斜視図である。最適な濾過面積比率Ｐの範囲を示す図である。最適な濾過面積比率Ｐを数値で示す図表である。

本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係る燃料フィルタ装置は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を供給するための燃料供給装置の部品であって、燃料供給経路に設けられている。内燃機関は、車両あるいは船舶等の動力源として搭載されたもの、あるいは発電用、空調用の動力源として定置されたものである。

図１は一実施形態に係る燃料フィルタ装置の模式的な断面図、図２は図１の燃料フィルタ装置における要部の断面斜視図である。

図１、図２に示すように、燃料フィルタ装置１０は、容器２０とフィルタアッセンブリ３０とを備えている。

容器２０は、燃料通路を区画形成するものであって、少なくとも燃料の入口１０ａと、燃料の出口１０ｂとを有している。容器２０は、ベース部分２１と、カップ部分２２とを有する。カップ部分２２は、リテーナ２３によってベース部分２１に固定されている。ベース部分２１とカップ部分２２との間には、フィルタアッセンブリ３０が収容される円柱状のフィルタ収容空間２４と、このフィルタ収容空間２４の下方に位置して水を貯留する円柱状のセジメンタ室２５とが形成されている。

容器２０の使用状態における重力方向の下端にはドレインポート２６が形成され、このドレインポート２６は、手動操作可能な図示しないドレインバルブにて開閉される。そして、そのドレインバルブを開弁させることにより、セジメンタ室２５内に貯留された水および異物は、ドレインポート２６を介して外部へ排出されるようになっている。

フィルタアッセンブリ３０は、容器２０内に収容されている。フィルタアッセンブリ３０は、リテーナ２３を解放状態として、カップ部分２２をベース部分２１から分離することにより交換可能である。

フィルタアッセンブリ３０は、主として燃料中の水分を凝集させる凝集エレメント３１と、撥水機能を有する第１撥水エレメント３２と、撥水機能を有する第２撥水エレメント３３と、主として燃料中の微小な固形物（ダスト）を捕捉するための濾過エレメント３４と、それらを保持する略円筒状のホルダー３５および円板状のエンドプレート３６とを有する。

このホルダー３５とエンドプレート３６は、着脱自在に連結されている。また、エンドプレート３６には、フィルタ収容空間２４とセジメンタ室２５とを連通させる第１連通孔３６１および第２連通孔３６２が形成されている。具体的には、第１連通孔３６１は、エンドプレート３６の中心部に形成され、第２連通孔３６２は、第１連通孔３６１よりも径方向外側部位に複数個形成されている。

凝集エレメント３１は、親水性の繊維を集合させた不織布からなり、円筒状に形成され、より詳細には、襞折りされて菊花状に形成されている（図２参照）。また、凝集エレメント３１は、フィルタアッセンブリ３０において最外周部に配置され、ホルダー３５のフランジ部３５１とエンドプレート３６とに挟持されている。そして、入口１０ａから流入した燃料が凝集エレメント３１の外周側から内周側に流れるようになっている。さらに、バイオ燃料における微細水粒子の凝集が可能なように、凝集エレメント３１における不織布の孔径は、１０〜４０μｍにしている。

第１撥水エレメント３２は、疎水性の材質にて網目状に形成された素材を円筒状にしたものである。また、第１撥水エレメント３２は、凝集エレメント３１の内側に配置され、より詳細にはホルダー３５の円筒部３５２の下端面とエンドプレート３６との間に配置されている。そして、第１撥水エレメント３２は凝集エレメント３１よりも燃料流れ下流側に配置されており、凝集エレメント３１を通過した燃料が第１撥水エレメント３２の外周側から内周側に流れるようになっている。

第２撥水エレメント３３は、疎水性の材質にて網目状に形成された素材を円板状にしたものである。この第２撥水エレメント３３は、凝集エレメント３１の内側に配置され、より詳細には濾過エレメント３４の下面側を覆うようにしてホルダー３５の円筒部３５２の下端開口部に配置されている。そして、第２撥水エレメント３３は第１撥水エレメント３２よりも燃料流れ下流側に配置されており、第１撥水エレメント３２を通過した燃料が第２撥水エレメント３３の下方側から上方側に流れるようになっている。また、第２撥水エレメント３３には、その中心部、換言すると、濾過エレメント３４の中心軸に対向する位置に、燃料を通過させるオリフィス３３１が形成されている。

なお、第１撥水エレメント３２および第２撥水エレメント３３は、疎水性の繊維を集合させた不織布を用いてもよいし、或いは、非疎水性の材質よりなる素材に疎水性のコーティング材をコーティングした網目状の部材または不織布を用いてもよい。

濾過エレメント３４は、ハニカム構造で円柱状に形成されている。また、濾過エレメント３４は、凝集エレメント３１の内側で且つ第２撥水エレメント３３の上方に配置され、より詳細にはその下端面が第２撥水エレメント３３に対向するようにしてホルダー３５の円筒部３５２内に配置されている。そして、濾過エレメント３４は第２撥水エレメント３３よりも燃料流れ下流側に配置されており、第２撥水エレメント３３を通過した燃料が濾過エレメント３４の下方側から上方側に流れるようになっている。濾過エレメント３４を通過した燃料は、出口１０ｂから流出し、図示しない内燃機関に供給される。

上記構成になる燃料フィルタ装置１０は、入口１０ａから燃料が流入すると、燃料は凝集エレメント３１を通過する。このとき、燃料中に分散している水分は凝集エレメント３１の不織布に捕捉され、徐々に凝集して水滴となる。また、燃料中のダストの一部が、凝集エレメント３１に捕捉される。

凝集エレメント３１を通過後の水滴および燃料は、矢印Ａで示すように、第１撥水エレメント３２に向かって流れる。そして、水滴は、第１撥水エレメント３２の表面で弾かれ、矢印Ｂで示すように、重力によって降下し、第２連通孔３６２を通ってセジメンタ室２５内に流入し、セジメンタ室２５内に貯留される。

一方、燃料は、第１撥水エレメント３２を通過して第２撥水エレメント３３に向かって流れ、さらに第２撥水エレメント３３を通過して濾過エレメント３４に流入する。そして、燃料中のダストが濾過エレメント３４にて捕捉された後、濾過エレメント３４を通過した燃料は出口１０ｂから流出する。

なお、セジメンタ室２５に貯留された水が、振動や傾きで濾過エレメント３４に流入しようとした場合は、第２撥水エレメント３３にて濾過エレメント３４への水の流入が阻止される。

また、第２撥水エレメント３３が目詰まりした場合は、オリフィス３３１を介して燃料が流れる。そして、濾過エレメント３４の中心軸に対向する位置にオリフィス３３１を設けているため、燃料フィルタ装置１０が傾いてもセジメンタ室２５に貯留された水が濾過エレメント３４に流入し難い。

ここで、本実施形態では、バイオ燃料における微細水粒子の凝集が可能なように、凝集エレメント３１における不織布の孔径を１０μｍ以上、よい詳細には１０〜４０μｍ程度に小さくしている。

このように凝集エレメント３１における不織布の孔径を小さくした場合、燃料中のダストの一部が凝集エレメント３１に捕捉されてしまい、凝集エレメント３１の寿命が短くなる虞がある。

しかし、本実施形態の濾過エレメント３４は、単位体積当たりの濾過面積が大きいハニカム構造であるため、菊花状の濾過エレメントよりも体格を小さくすることができ、その分、凝集エレメント３１の体格を大きくして濾過面積を増加させ、凝集エレメント３１の寿命を長くすることができる。したがって、凝集エレメント３１の孔径を小さくして微細水粒子の凝集を可能にしつつ、燃料フィルタ装置全体としての寿命を長くすることができる。

また、濾過エレメント３４の濾過面積に対する凝集エレメント３１の濾過面積の比率Ｐを、下記の式にて求めた範囲に設定することにより、凝集エレメント３１の寿命と濾過エレメント３４の寿命が略等しくなり、燃料フィルタ装置全体としての寿命を長くすることができる。すなわち、凝集エレメント３１にて９０％以上捕捉可能なダストの粒子径をＡとし、補正係数をＫとしたとき、Ｐ＝０．０００４×Ａ²−０．０４×Ａ＋Ｋ、とする。なお、図３は上記の式にて求めた濾過面積比率Ｐの範囲を示す図、図４は上記の式にて求めた濾過面積比率Ｐを数値で示す図表である。

２５セジメンタ室
３１凝集エレメント
３２第１撥水エレメント
３３第２撥水エレメント
３４濾過エレメント

Claims

親水性の繊維を集合させた不織布からなり燃料中の水分を凝集させる凝集エレメント（３１）と、
前記凝集エレメント（３１）よりも燃料流れ下流側に配置されるとともに、撥水機能を有する撥水エレメント（３２、３３）と、
前記撥水エレメント（３２、３３）よりも燃料流れ下流側に配置されるとともに、燃料中のダストを捕捉する濾過エレメント（３４）と、
前記凝集エレメント（３１）および前記撥水エレメント（３２、３３）の下方に位置して水を貯留するセジメンタ室（２５）とを備え、
前記凝集エレメント（３１）は、菊花状に形成され、
前記撥水エレメント（３２、３３）は、前記凝集エレメント（３１）の内側に配置され、
前記濾過エレメント（３４）は、ハニカム構造で円柱状に形成されるとともに、前記凝集エレメント（３１）の内側で且つ前記撥水エレメント（３２、３３）の上方に配置され、
燃料が、前記凝集エレメント（３１）の外周側から内周側に流れ、続いて前記撥水エレメント（３２、３３）を通過した後に、前記濾過エレメント（３４）の下方側から上方側に流れるように構成されている燃料フィルタ装置であって、
前記濾過エレメント（３４）の下面側が、前記撥水エレメント（３３）にて覆われており、
前記撥水エレメント（３３）は、前記濾過エレメント（３４）の中心軸に対向する位置に、燃料を通過させるオリフィス（３３１）を備えていることを特徴とする燃料フィルタ装置。
前記凝集エレメント（３１）における不織布の孔径は１０μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の燃料フィルタ装置。
前記凝集エレメント（３１）にて９０％以上捕捉可能なダストの粒子径をＡとし、前記濾過エレメント（３４）の濾過面積に対する前記凝集エレメント（３１）の濾過面積の比率をＰとし、補正係数をＫとしたとき、
Ｐ＝０．０００４×Ａ²−０．０４×Ａ＋Ｋであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料フィルタ装置。