JP7268538B2 - エアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、エアクリーナに関する。

特許文献１には、内燃機関用エアクリーナが開示されている。このエアクリーナは、吸入した空気（以下、吸気）を濾過するメインフィルタエレメントと、外気を吸入する第１の吸気口及び吸気を内燃機関に供給する供給口を有し、メインフィルタエレメントを収容するケースと、を備えている。ケースは、第１の吸気口が開口し、メインフィルタエレメント及びケースによって画成される吸気側スペースと、供給口が開口し、メインフィルタエレメント及びケースによって画成される供給側スペースと、を有している。吸気側スペースにおけるメインフィルタエレメント及び第１の吸気口の間には、メインフィルタエレメントよりも目の粗い部材で形成されたサブフィルタエレメントがメインフィルタエレメントに近接して設けられている。

ケースの側壁の内面には、サブフィルタエレメントを厚さ方向の両側から支持する複数対の支持部が突設されている。このサブフィルタエレメントによって、吸気側スペースが第１の吸気口を含むメインスペースと、サブフィルタエレメントとメインフィルタエレメントとの間に位置するサブスペースとに画成されている。また、ケースの側壁には、サブスペースに開口し、同サブスペース内に外気を吸入する第２の吸気口が設けられている。

また従来、燃料電池用エアクリーナがある。こうしたエアクリーナにおいては、燃料電池スタックに供給される外気に含まれる塵埃などを濾過する第１フィルタエレメントと、第１フィルタエレメントよりもエアの流れ方向の上流側に配置され、外気から硫黄系ガスなどの有害な化学物質を除去する第２フィルタエレメント、所謂ケミカルフィルタとが設けられている。この第２フィルタエレメントは、通気性を有する金属製の基材と、基材に担持され、外気に含まれる硫黄系ガスを酸化する酸化触媒や硫黄酸化物を吸着する吸着剤とを有している。

特許第４７６０７４４号公報

ところで、例えば上述した燃料電池用エアクリーナにおいて、特許文献１に記載のエアクリーナと同様な構成を採用する場合、以下の不都合が生じるおそれがある。すなわち、この場合、第２フィルタエレメントは、金属製の基材を有しており、剛性が高い。そのため、第２フィルタエレメントを撓ませることができず、ケースの側壁の内面に突設された複数対の支持部同士の間に第２フィルタエレメントを組み付けることが難しい。

なお、こうした問題は、燃料電池用エアクリーナに限られるものではなく、エアの流れ方向下流側への第２フィルタエレメントの移動を規制する規制突起を有するものであれば、共通して生じる。

本発明の目的は、第２フィルタエレメントの材質にかかわらず、第２フィルタエレメントを容易に組み付けることのできるエアクリーナを提供することにある。

上記目的を達成するためのエアクリーナは、インレット及びアウトレットを有するハウジングと、前記ハウジングの内部に配置され、前記ハウジングの内部を前記インレットを含むダスティ室と、前記アウトレットを含むクリーン室とに仕切る第１フィルタエレメントと、前記第１フィルタエレメントよりもエアの流れ方向の上流側に配置される第２フィルタエレメントと、前記第１フィルタエレメント及び前記第２フィルタエレメントを収容するケース周壁を有し、前記ハウジングの周壁に設けられた開口部を通じて前記ハウジングの内部に挿入して組み付けられるケースと、を備える。エアの流れ方向の上流側及び下流側を上流側及び下流側とするとき、前記ケースは、前記ケース周壁を有し、前記ケース周壁の内面には、前記第２フィルタエレメントの下流側への移動を規制する規制突起が設けられたケース本体と、前記ケース本体の上流側開口に設けられ、前記第２フィルタエレメントの上流側への移動を規制する規制部材と、を備え、前記ケース本体の前記上流側開口は、前記第２フィルタエレメントを前記ケース本体の外部から挿入可能な大きさを有している。

同構成によれば、ケース本体に対して規制部材が取り付けられていない状態においては、第２フィルタエレメントをケース本体の外部から上流側開口を通じて挿入することができる。また、ケース本体の上流側開口に規制部材を取り付けることによって第２フィルタエレメントの上流側への移動が規制される。このため、ケース周壁の内面に第２フィルタエレメントの下流側への移動を規制する規制突起が設けられていても、第２フィルタエレメントを組み付ける際に規制突起が邪魔にならない。したがって、第２フィルタエレメントの材質にかかわらず、第２フィルタエレメントを容易に組み付けることができる。

本発明によれば、第２フィルタエレメントの材質にかかわらず、第２フィルタエレメントを容易に組み付けることができる。

エアクリーナの一実施形態について、ハウジングにケースを組み付けた状態の断面図。 同実施形態に係るケースの断面図。 同実施形態に係るケースの分解斜視図。 同実施形態に係るケースの斜視図。

以下、図１～図４を参照して、一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、車載燃料電池用エアクリーナとして本発明を具体化している。
図１に示すように、車載燃料電池用エアクリーナ（以下、エアクリーナ）は、車両の駆動用モータに対して電力を供給する燃料電池システムの燃料電池スタックへ外気（以下、エア）を供給する供給通路（いずれも図示略）の途中に設けられ、エアを浄化するものである。

エアクリーナは、第１インレット２１及びアウトレット３１を有するハウジング１０、及びハウジング１０の内部を第１インレット２１を含むダスティ室Ｄと、アウトレット３１を含むクリーン室Ｃとに仕切る第１フィルタエレメント４０を備えている。

エアクリーナは、第１フィルタエレメント４０よりもエアの流れ方向の上流側に配置される第２フィルタエレメント５０を備えている。
エアクリーナは、第１フィルタエレメント４０及び第２フィルタエレメント５０を収容するケース周壁６２を有し、ハウジング１０の周壁１０ａに設けられた開口部１０ｂを通
じてハウジング１０の内部に挿入して組み付けられるケース６０を備えている。

次に、エアクリーナを構成する各部品について詳細に説明する。
＜ハウジング１０＞
図１に示すように、ハウジング１０は、第１インレット２１を有する第１ハウジング２０と、アウトレット３１を有する第２ハウジング３０とを備えており、第１ハウジング２０と第２ハウジング３０とを互いに接合することで構成されている。第１ハウジング２０及び第２ハウジング３０は共に、硬質樹脂材料により形成されている。

なお、以降において、ハウジング１０内において第１インレット２１からアウトレット３１に向かうエアの流れ方向の上流側及び下流側を、単に上流側及び下流側として説明する。

第１ハウジング２０は、四角筒状の周壁２２及び周壁２２により囲まれた開口２３に対向する側壁２４を有している。第１インレット２１は、例えば周壁２２から側壁２４にわたって形成されている。周壁２２の一部（同図の上部）には、開口２３の縁部を含む部分が切り欠かれた切欠部２５が形成されている。周壁２２のうち切欠部２５が設けられている部分とは反対側の部分（同図の下部）には、外周側及び第２ハウジング３０に近づく側に向かって突出する収容突部２６が設けられている。

第２ハウジング３０は、四角筒状の周壁３２及び周壁３２により囲まれた開口３３に対向する側壁３４を有している。アウトレット３１は、例えば周壁３２から側壁３４にわたって形成されている。

開口３３の周縁には、フランジ３５が全周にわたって設けられている。フランジ３５のうち上記切欠部２５に対応する部分には、フランジ３５の外縁部から屈曲するとともに第１ハウジング２０から離れる側に向かって突出する当接部３６が設けられている。ハウジング１０の開口部１０ｂは、当接部３６及び切欠部２５によって囲まれた部分である。フランジ３５のうち当接部３６が設けられている部分とは開口３３を挟んで反対側（同図の下側）の部分には、外周側に向かって突出する収容突部３７が設けられている。

収容突部３７の端縁と第１ハウジング２０の収容突部２６とは互いに接合されている。
＜第１フィルタエレメント４０＞
図１～図３に示すように、第１フィルタエレメント４０は、濾紙や不織布などの濾材シートを襞折りすることにより形成された略直方体状の濾過部４１と、濾過部４１の外周縁に全周にわたって設けられたシール部４２とを備えている。シール部４２は、例えば独立気泡のポリウレタン樹脂などの発泡樹脂により形成されている。

＜第２フィルタエレメント５０＞
図１～図３に示すように、第２フィルタエレメント５０は、所謂ケミカルフィルタであり、通気性を有する長方形板状の金属製の基材５１と、同基材５１に担持され、エアに含まれる二酸化硫黄や硫化水素などの硫黄系ガスを酸化する酸化触媒５２及び硫黄酸化物を吸着する吸着剤５３とを有している。

基材５１は、例えばアルミニウム箔により形成されており、多数の透孔（図示略）を有するハニカム構造を有している。ここで、ハニカム構造とは、断面正六角形の透孔が隔壁を介して隙間なく並べられた狭義のハニカム構造のみではなく、所定の断面形状の透孔が隔壁を介して隙間なく並べられた広義のハニカム構造を意味する。

酸化触媒５２及び吸着剤５３は共に粉状であり、上記透孔の内面に塗布されている。酸
化触媒５２としては、二酸化マンガンが好ましい。また、吸着剤５３としては、活性炭が好ましい。

＜ケース６０、第１シート８１、第２シート８２＞
図１及び図２に示すように、ケース６０は、四角筒状のケース周壁６２を有するケース本体６１と、ケース本体６１の上流側開口６８の縁部に取り付けられ、第２フィルタエレメント５０の上流側への移動を規制する規制部材７０とを備えている。

図２に示すように、ケース周壁６２の内部には、ケース本体６１の下流側開口６３を通じて第１フィルタエレメント４０の濾過部４１が収容されている。このとき、シール部４２は、下流側開口６３の周縁上に位置する。

ケース本体６１は、ケース周壁６２の外面に連結された蓋部６４と、ケース周壁６２の外面のうち蓋部６４が連結されている面とは反対側の面から外周側に向かって突出する一対の掛止突部６５とを有している。

ケース周壁６２の内面における濾過部４１よりも上流側の部分には、規制突起６６が全周にわたって設けられている。
ケース周壁６２の内部における濾過部４１と規制突起６６との間には、通気性及び可撓性を有する第１シート８１が設けられている。第１シート８１は不織布などの多孔質材で構成されている。第１シート８１は、濾過部４１と規制突起６６との間に位置することで規制突起６６との接触による濾過部４１の変形を抑制したり、第２フィルタエレメント５０に吸着されない粒子状物質や、第２フィルタエレメント５０から脱離した物質などを捕捉したりする機能を有する。

図１～図３に示すように、ケース周壁６２における規制突起６６よりも下流側の位置、より詳しくは、濾過部４１の側面に対向する位置には、ケース周壁６２の内外を連通する複数の連通孔６７が設けられている。連通孔６７は、ケース周壁６２のうち一対の掛止突部６５の間であって、ケース周壁６２の周方向に沿って互いに等間隔にて設けられている。

ケース本体６１の上流側開口６８の断面形状は、第２フィルタエレメント５０の形状、すなわち長方形よりも僅かに大きい相似形である。すなわち、ケース本体６１の上流側開口６８は、第２フィルタエレメント５０をケース本体６１の外部から内部に挿入可能な大きさを有している。

第２フィルタエレメント５０は、ケース本体６１の上流側開口６８を通じてケース周壁６２の内部に挿入して収容されている。
上流側開口６８の縁部における４つの角部には、ケース周壁６２の軸線方向に沿って、且つ上流側に向かって突出する４つの棒状の突部６９が設けられている。

規制部材７０は、長方形状の枠部７１と、枠部７１の対向する辺同士を連結する十字状の格子部７２とを有しており、硬質樹脂材料により形成されている。枠部７１の４つの角部には、４つの挿通孔７３が設けられている。ケース本体６１の各突部６９を枠部７１の各挿通孔７３に挿通した状態で、各突部６９の先端が熱かしめされることで、ケース本体６１に対して規制部材７０が取り付けられている。

ケース周壁６２の内部において規制部材７０と第２フィルタエレメント５０との間には、通気性及び可撓性を有する第２シート８２が設けられている。第２シート８２は、上述した第１シート８１と同様な構成を有している。第２シート８２は、第１インレット２１
を通じてエアと共にハウジング１０内に流入した小石などの比較的大きな異物をエアから分離することで、異物の衝突によって第２フィルタエレメント５０が変形したり、異物の貼り付きによって第２フィルタエレメント５０が閉塞されたりすることを抑制する機能を有する。

図１に示すように、開口部１０ｂを通じてハウジング１０の内部にケース６０が挿入された状態において、各掛止突部６５の先端は、第２ハウジング３０の収容突部３７の内側に設けられた一対の掛止部３８に掛止されている。また、ケース６０の下流側開口６３の周縁と、第２ハウジング３０のフランジ３５とによって、第１フィルタエレメント４０のシール部４２が全周にわたって挟持されている。また、蓋部６４によって、ハウジング１０の開口部１０ｂが外側から閉塞されている。

図１に示すように、第２ハウジング３０の収容突部３７には、ハウジング１０の内外を連通する第２インレット３９が形成されている。第２インレット３９は、第１インレット２１よりも小さい開口面積を有しており、ダスティ室Ｄに含まれる。第１インレット２１を通じたエアの導入が制限された場合には、第２インレット３９及び各連通孔６７を通じてエアが導入される。

図１～図４に示すように、第１ハウジング２０の周壁２２の内面と、ケース周壁６２の外面との間には、ダスティ室Ｄを第１インレット２１を含む第１室Ｄ１と第２インレット３９を含む第２室Ｄ２とに仕切る仕切部材９０が設けられている。

仕切部材９０は、例えば不織布や発泡樹脂などにより形成されており、ケース周壁６２の外面のうち掛止突部６５が設けられた面に接着されている。仕切部材９０は、各連通孔６７よりも上流側において各連通孔６７の並び方向に沿って延在するとともに、その延在方向の両端部において屈曲して下流側に向かって延在している。仕切部材９０は、第１ハウジング２０の周壁２２の内面に圧接されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
ケース本体６１に対して規制部材７０が取り付けられていない状態においては、第２フィルタエレメント５０をケース本体６１の外部から上流側開口６８を通じて内部に挿入することができる。また、ケース本体６１の上流側開口６８に規制部材７０を取り付けることによって第２フィルタエレメント５０の上流側への移動が規制される。このため、ケース周壁６２の内面に第２フィルタエレメント５０の下流側への移動を規制する規制突起６６が設けられていても、第２フィルタエレメント５０を組み付ける際に規制突起６６が邪魔にならない（以上、作用１）。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）ケース６０は、ケース周壁６２を有し、ケース周壁６２の内面には、第２フィルタエレメント５０の下流側への移動を規制する規制突起６６が設けられたケース本体６１と、ケース本体６１の上流側開口６８に設けられ、第２フィルタエレメント５０の上流側への移動を規制する規制部材７０と、を備えている。ケース本体６１の上流側開口６８は、第２フィルタエレメント５０をケース本体６１の外部から挿入可能な大きさを有している。

こうした構成によれば、上述した作用１を奏するため、第２フィルタエレメント５０の材質にかかわらず、第２フィルタエレメント５０を容易に組み付けることができる。
（２）ハウジング１０は、第１インレット２１よりも小さい開口面積を有し、ダスティ室Ｄに含まれる第２インレット３９を有している。ケース周壁６２における規制突起６６よりも下流側の位置には、ケース本体６１の内外を連通する孔であって、第１インレット
２１を通じたエアの導入が制限された場合に、第２インレット３９及び自身を通じてエアを導入する連通孔６７が形成されている。

こうした構成によれば、雪を含むエアが第１インレット２１を通じてダスティ室Ｄに吸入されて堆積し、第１インレット２１を通じたエアの導入が制限された場合には、第２インレット３９及びケース６０の連通孔６７を通じてエアが導入される。このため、第１インレット２１を通じてダスティ室Ｄに導入されるエアの流量が減少しても、その減少量を、第２インレット３９を通じてダスティ室Ｄに導入されるエアによって補うことができ、アウトレット３１を通じて導出されるエアの流量が減少することを抑制できる。

また、上記構成によれば、第１インレット２１を通じてダスティ室Ｄ内に堆積した雪の圧力によって第２フィルタエレメント５０が下流側に向けて移動しようとすることがケース周壁６２の内面に設けられた規制突起６６によって規制される。これにより、第２フィルタエレメント５０が下流側に移動することによってケース６０の連通孔６７を塞ぐことを抑制できる。

（３）ハウジング１０の周壁１０ａの内面と、ケース周壁６２の外面との間には、ダスティ室Ｄを第１インレット２１を含む第１室Ｄ１と第２インレット３９を含む第２室Ｄ２とに仕切る仕切部材９０が設けられている。

こうした構成によれば、仕切部材９０によってダスティ室Ｄが、第１インレット２１を含む第１室Ｄ１と、第２インレット３９を含む第２室Ｄ２とに仕切られる。このため、雪を含むエアが第１インレット２１を通じてダスティ室Ｄのうち第１室Ｄ１に吸入されても、そうした雪が第２インレット３９を含む第２室Ｄ２に流入することが抑制される。したがって、雪を含むエアが第１インレット２１を通じてダスティ室Ｄに吸入されて堆積し、第１インレット２１を通じたエアの導入が制限された場合に、第２インレット３９及びケース６０の連通孔６７を通じてエアを安定して導入することができる。

（４）第２フィルタエレメント５０は、通気性を有する金属製の基材５１と、基材５１に担持され、エアに含まれる硫黄系ガスを酸化する酸化触媒５２及び硫黄酸化物を吸着する吸着剤５３と、を有している。

こうした構成によれば、第２フィルタエレメント５０として硫黄系ガスを酸化及び吸着する所謂ケミカルフィルタを備える車載燃料電池用エアクリーナに対して本発明を適用することができる。

また、上記構成によれば、第２フィルタエレメント５０をエアが通過する際に、エアに含まれる硫黄系ガスが酸化触媒５２によって酸化され、硫黄酸化物となるとともに、硫黄酸化物が吸着剤５３によって吸着される。したがって、アウトレット３１を通じて導出されるエアに含まれる硫黄系ガスの濃度を低くすることができる。

（５）ケース本体６１及び規制部材７０は共に硬質樹脂材料によって形成されている。ケース本体６１における上流側開口６８の縁部には、規制部材７０に向かって突出する突部６９が設けられており、規制部材７０には、突部６９が挿通される挿通孔７３が設けられており、突部６９の先端が熱かしめされることで、ケース本体６１に対して規制部材７０が取り付けられている。

こうした構成によれば、ケース本体６１における上流側開口６８の縁部に設けられた突部６９を、規制部材７０の挿通孔７３に挿通し、突部６９の先端を熱かしめすることによって、ケース本体６１に対して規制部材７０が取り付けられる。したがって、ケース本体
６１に対して規制部材７０を容易且つ確実に取り付けることができる。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・第１シート８１及び第２シート８２のいずれか一方または双方を省略することもできる。
・規制部材７０は、硬質樹脂材料によって形成されるものに限定されず、例えば金属製であってもよい。

・本実施形態では規制部材７０を十字状の格子部７２を有するものとしたが、格子部７２の形状はこれに限られるものではない。また、規制部材７０は、格子部７２に代えて、ワイヤメッシュなどからなる網部を備えるものであってもよい。

・規制部材７０をケース周壁６２に対して取り付ける態様としては、他に例えばスナップフィットを適用することもできる。
・第２フィルタエレメント５０は、金属製の基材５１、酸化触媒５２及び吸着剤５３を有するケミカルフィルタに限定されず、物理的なフィルタエレメントであってもよい。

・本実施形態では、仕切部材９０がケース周壁６２の外面に固定される例について説明したが、仕切部材は、ハウジング１０の周壁１０ａの内面に固定されるものであってもよい。

・例えばケース周壁６２の外面とハウジング１０の周壁１０ａの内面との間隔が小さく、第１室Ｄ１側から第２室Ｄ２側への雪の流入量が無視できるほど少ない場合には、仕切部材９０を省略してもよい。

・連通孔６７の数は任意に変更することができる。
・第２インレット３９及び連通孔６７を省略することもできる。
・規制突起６６は、ケース周壁６２の内面の全周にわたって設けられているものに限らない。他に例えば、ケース周壁６２の対向する一対の内面にのみ規制突起６６が設けられていてもよい。

・本発明に係るエアクリーナは、車載燃料電池用エアクリーナに限定されず、車載内燃機関用エアクリーナに対して本発明を適用することもできる。また、本発明に係るエアクリーナは、据え置き型の燃料電池用エアクリーナや据え置き型の内燃機関用エアクリーナに適用してもよい。

１０…ハウジング、１０ａ…周壁、１０ｂ…開口部、２０…第１ハウジング、２１…第１インレット、２２…周壁、２３…開口、２４…側壁、２５…切欠部、２６…収容突部、３０…第２ハウジング、３１…アウトレット、３２…周壁、３３…開口、３４…側壁、３５…フランジ、３６…当接部、３７…収容突部、３８…掛止部、３９…第２インレット、４０…第１フィルタエレメント、４１…濾過部、４２…シール部、５０…第２フィルタエレメント、５１…基材、５２…酸化触媒、５３…吸着剤、６０…ケース、６１…ケース本体、６２…ケース周壁、６３…下流側開口、６４…蓋部、６５…掛止突部、６６…規制突起、６７…連通孔、６８…上流側開口、６９…突部、７０…規制部材、７１…枠部、７２…格子部、７３…挿通孔、８１…第１シート、８２…第２シート、９０…仕切部材、Ｄ…ダスティ室、Ｄ１…第１室、Ｄ２…第２室、Ｃ…クリーン室。

Claims (5)

1. インレット及びアウトレットを有するハウジングと、前記ハウジングの内部に配置され、前記ハウジングの内部を前記インレットを含むダスティ室と、前記アウトレットを含むクリーン室とに仕切る第１フィルタエレメントと、前記第１フィルタエレメントよりもエアの流れ方向の上流側に配置される第２フィルタエレメントと、前記第１フィルタエレメント及び前記第２フィルタエレメントを収容するケース周壁を有し、前記ハウジングの周壁に設けられた開口部を通じて前記ハウジングの内部に挿入して組み付けられるケースと、を備えるエアクリーナにおいて、
   エアの流れ方向の上流側及び下流側を上流側及び下流側とするとき、
   前記ケースは、前記ケース周壁を有し、前記ケース周壁の内面には、前記第２フィルタエレメントの下流側への移動を規制する規制突起が設けられたケース本体と、前記ケース本体の上流側開口に設けられ、前記第２フィルタエレメントの上流側への移動を規制する規制部材と、を備え、
   前記ケース本体の前記上流側開口は、前記第２フィルタエレメントを前記ケース本体の外部から挿入可能な大きさを有しており、
   前記第１フィルタエレメントは、前記ケース周壁の内部に収容される濾過部と、前記濾過部の外周縁に全周にわたって設けられるシール部と、を備え、
   前記シール部が、前記ケース周壁の下流側開口の周縁と、前記ハウジングのフランジとによって全周にわたって挟持されている、
   エアクリーナ。
2. 前記インレットを第１インレットとするとき、
   前記ハウジングは、前記第１インレットよりも小さい開口面積を有し、前記ダスティ室に含まれる第２インレットを有し、
   前記ケース周壁における前記規制突起よりも下流側の位置には、前記ケース本体の内外を連通する孔であって、前記第１インレットを通じたエアの導入が制限された場合に、前記第２インレット及び自身を通じてエアを導入する連通孔が形成されている、
   請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記周壁の内面と、前記ケース周壁の外面との間には、前記ダスティ室を前記第１インレットを含む第１室と前記第２インレットを含む第２室とに仕切る仕切部材が設けられている、
   請求項２に記載のエアクリーナ。
4. 前記第２フィルタエレメントは、通気性を有する金属製の基材と、前記基材に担持され、エアに含まれる硫黄系ガスを酸化する酸化触媒及び硫黄酸化物を吸着する吸着剤と、を有している、
   請求項２または請求項３に記載のエアクリーナ。
5. 前記ケース本体及び前記規制部材は共に硬質樹脂材料によって形成されており、
   前記ケース本体における前記上流側開口の縁部には、前記規制部材に向かって突出する突部が設けられており、
   前記規制部材には、前記突部が挿通される挿通孔が設けられており、
   前記突部の先端が熱かしめされることで、前記ケース本体に対して前記規制部材が取り付けられている、
   請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のエアクリーナ。

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