(57)【要約】【課題】耐用期間が長く、かつ強度が向上したフィルタ装置を提供する。【解決手段】フィルタ装置１は、空気の流れ方向に開口するフレームと、流れ方向に交差する同一方向に互いに平行に延びるように、フレーム内に幅方向に複数が並設された支持棒３と、フレーム内に設けられて、幅方向一方側から他方側に向かうにしたがって流れ方向の上流側と下流側とを往復する波状部４１が形成されたメッシュ状フィルタ４と、メッシュ状フィルタ４における波状部４１の上流側の頂部４２ａを支持棒３に固定する固定部５と、を備える。【選択図】図３
2019098237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の流れ方向に開口するフレームと、
前記流れ方向に交差する同一方向に互いに平行に延びるように、前記フレーム内に複数が並設された支持棒と、
前記フレーム内に設けられて、前記支持棒の並設方向一方側から他方側に向かうにしたがって前記流れ方向の上流側と下流側とを往復する波状部が形成されたメッシュ状フィルタと、
前記メッシュ状フィルタにおける前記波状部の上流側の頂部を前記支持棒に固定する固定部と、
を備えるフィルタ装置。
【請求項２】
前記固定部は、前記メッシュ状フィルタの上流側の表面と下流側の裏面のうち、前記波状部の上流側の頂部における前記裏面を固定している請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記固定部は、溶接によって形成されている請求項１又は２に記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記固定部は、接着によって形成されている請求項１又は２に記載のフィルタ装置。
【請求項５】
前記固定部は、前記波状部の下流側の頂部における前記表面側に設けられ、前記メッシュ状フィルタを下流側に引っ張る固定棒を有する請求項２から４のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
【請求項６】
前記並設方向に直交する上下方向における前記フレームと前記メッシュ状フィルタとの間の隙間を閉塞する閉塞部をさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
【請求項７】
前記閉塞部は、樹脂によって形成されている請求項６に記載のフィルタ装置。
【請求項８】
前記閉塞部は、前記フレームに設けられ、前記波状部の形状に沿って、前記メッシュ状フィルタの下流側の裏面を下流側から支持する固定板を有する請求項６に記載のフィルタ装置。
【請求項９】
前記メッシュ状フィルタは、１００メッシュ以上の目数を有する請求項１から８のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火山の噴火による降灰が想定される地域では、発電施設は、常用の発電機に加えて、非常用の発電機を備えている場合がある。非常用の発電機としては、例えばディーゼルエンジンを用いたものがある。ディーゼルエンジンは、外気を取り込む吸気部と、外気と燃料を圧縮して燃焼させるエンジン本体と、燃焼に伴って発生した排気を排出する排気部と、を備えている。降灰が生じる地域では、外気中に火山灰の粒子が含まれている場合がある。火山灰をエンジン本体に吸入しないように、吸気部にはフィルタ装置が設けられることが一般的である。
【０００３】
このようなフィルタ装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたフィルタ装置は、枠体の開口部に上下方向にわたって一定の間隔をあけて設けられた複数のガイドピンと、ガイドピンに対して緩みを伴って敷設された波状のメッシュ状フィルタ材と、を備えている。メッシュ状フィルタ材が緩みを伴って敷設されていることによって、外気が通過する際に当該メッシュ状フィルタ材には振動が生じる。この振動によって、表面に付着した火山灰を下方に落下させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１１７６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたフィルタ装置では、メッシュ状フィルタ材自体が振動するため、フィルタ材に損傷や損耗が生じやすい。このため、フィルタ材の強度が早期に失われる可能性がある。フィルタ材が強度限界に達した場合には、たとえ所望の吸気量が得られていても新しいフィルタ材に交換する必要がある。このため、上記特許文献１に記載されたフィルタ装置は経済的とは言えない。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、耐用期間が長く、かつ強度が向上したフィルタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、フィルタ装置は空気の流れ方向に開口するフレームと、前記流れ方向に交差する同一方向に互いに平行に延びるように、前記フレーム内に複数が並設された支持棒と、前記フレーム内に設けられて、前記支持棒の並設方向一方側から他方側に向かうにしたがって前記流れ方向の上流側と下流側とを往復する波状部が形成されたメッシュ状フィルタと、前記メッシュ状フィルタにおける前記波状部の上流側の頂部を前記支持棒に固定する固定部と、を備える。
【０００８】
この構成によれば、メッシュ状フィルタにおける波状部の上流側の頂部が、固定部によって支持棒に固定されているため、空気が通過する際にも、メッシュ状フィルタに振動等を生じることなく、これを支持することができる。したがって、メッシュ状フィルタの強度を長期間にわたって維持することができる。即ち、メッシュ状フィルタの寿命を長期化することができる。
【０００９】
本発明の第二の態様によれば、前記固定部は、前記メッシュ状フィルタの上流側の表面と下流側の裏面のうち、前記波状部の上流側の頂部における前記裏面を固定していてもよい。
【００１０】
この構成によれば、波状部の上流側の頂部が固定部によって固定されているため、上流側から空気が流れてきた際に、メッシュ状フィルタの形状を崩れることがなく維持することができる。さらに、上記の構成によれば、波状部の上流側の頂部における裏面に固定部が設けられていることから、上流側から流れる空気の流れによって、メッシュ状フィルタは支持棒に対して上流側から押し付けられる。これにより、メッシュ状フィルタを安定的に支持することができる。一方で、表面側に固定部が設けられている場合には、空気の流れによって、メッシュ状フィルタが支持棒から引き離される方向に力が加わってしまう。これにより、メッシュ状フィルタを安定的に支持できない可能性がある。しかしながら、上記の構成によれば、このような可能性を低減することができる。
【００１１】
本発明の第三の態様によれば、前記固定部は、溶接によって形成されていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、メッシュ状フィルタと支持棒とを、より強固に固定することができる。
【００１３】
本発明の第四の態様によれば、前記固定部は、接着によって形成されていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、メッシュ状フィルタと支持棒とを、より強固に固定することができる。さらに、溶接等に比べてより容易に施工を行うことができる。
【００１５】
本発明の第五の態様によれば、前記固定部は、前記波状部の下流側の頂部における前記表面側に設けられ、前記メッシュ状フィルタを下流側に引っ張る固定棒を有してもよい。
【００１６】
この構成によれば、支持棒と固定棒との間で、メッシュ状フィルタが上下流方向に引っ張られる。この張力により、メッシュ状フィルタの形状を維持することができるとともに、メッシュ状フィルタの強度を長期間にわたって維持することができる。即ち、メッシュ状フィルタの寿命を長期化することができる。
【００１７】
本発明の第六の態様によれば、前記並設方向に直交する上下方向における前記フレームと前記メッシュ状フィルタとの間の隙間を閉塞する閉塞部をさらに備えてもよい。
【００１８】
この構成によれば、閉塞部によってフレームとメッシュ状フィルタとの間の隙間が閉塞されるため、当該隙間を通じて火山灰等の塵埃が下流側に流れてしまう可能性を低減することができる。
【００１９】
本発明の第七の態様によれば、前記閉塞部は、樹脂によって形成されていてもよい。
【００２０】
この構成によれば、閉塞部が樹脂によって形成されていることによって、メッシュ状フィルタを補強することができる。即ち、メッシュ状フィルタの強度をさらに向上させることができる。
【００２１】
本発明の第八の態様によれば、前記閉塞部は、前記フレームに設けられ、前記波状部の形状に沿って、前記メッシュ状フィルタの下流側の裏面を下流側から支持する固定板を有してもよい。
【００２２】
この構成によれば、固定板によって、下流側からメッシュ状フィルタの裏面が支持される。これにより、メッシュ状フィルタを補強することができる。即ち、メッシュ状フィルタの強度をさらに向上させることができる。
【００２３】
本発明の第九の態様によれば、前記メッシュ状フィルタは、１００メッシュ以上の目数を有してもよい。
【００２４】
この構成によれば、メッシュ状フィルタが１００メッシュ以上の目数を有していることから、１００μｍより大きな粒径を有する塵埃を捕捉することができる。これにより、後続の装置を安定的に運転することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、耐用期間が長く、かつ強度が向上したフィルタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るフィルタ装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るフィルタ装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係るフィルタ装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係るフィルタ装置の構成を示す正面図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係るフィルタ装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係るフィルタ装置１は、ディーゼルエンジン１００に適用されるものである。具体的には、ディーゼルエンジン１００は、吸気部９１と、エンジン本体９２と、排気部９３と、を備えている。
【００２８】
吸気部９１は、外部の空気（外気）をエンジン本体９２に対して取り込む管である。吸気部９１の入口側には、フィルタ装置１が設けられている。フィルタ装置１は、外気中を浮遊する塵埃（火山灰等を含む）を捕捉・除去するために取り付けられている。フィルタ装置１の構成については後述する。
【００２９】
詳しくは図示しないが、エンジン本体９２は、吸気部９１から取り込まれた空気が流入する燃焼室と、燃焼室に液体燃料を供給する燃料噴射器と、往復運動することで燃焼室の容積を変化させるピストンと、ピストンに連結された回転軸と、を主に備えている。燃焼室内に流入した空気と液体燃料をピストンによって圧縮することで液体燃料が自然発火し、燃焼室内で爆発が生じる。この爆発により、ピストンは往復運動する。このような動作が連続することで、回転軸に回転運動が与えられる。回転運動は、回転軸の軸端から取り出されて発電機等の外部機器を駆動するために用いられる。
【００３０】
排気部９３は、エンジン本体９２における燃料の燃焼に伴って発生した排気ガスを外部に排出するために設けられている。排気部９３には、ＮＯｘ等を化学的に除去する触媒装置や、塵埃等を物理的に捕捉するフィルタ等が取り付けられていてもよい。
【００３１】
次に、本実施形態に係るフィルタ装置１について、図２及び図３を参照して説明する。フィルタ装置１は、フレーム２と、支持棒３と、メッシュ状フィルタ４と、固定部５と、を備えている。
【００３２】
図２に示すように、フレーム２は、正面視で矩形をなしている。フレーム２は、水平方向（幅方向）に延びる一対の横枠１１と、これら横枠１１同士を上下方向に接続する縦枠１２と、を有している。一対の横枠１１、及び一対の縦枠１２によって囲まれた領域は開口部１３とされている。フレーム２は、上述のディーゼルエンジン１００の吸気部９１の入口部に隙間なく取り付けられる。即ち、開口部１３は、空気の流れ方向に開口している。以降の説明では、フィルタ装置１を基準として、空気が流れて来る側を上流側と呼び、空気が流れ去る側を下流側と呼ぶことがある。
【００３３】
フレーム２は、例えばアルミニウム等の比較的軽量の金属材料で形成されていることが望ましい。さらなる軽量化を図る場合には、フレーム２をＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）によって形成することも可能である。
【００３４】
図３に示すように、フレーム２内（開口部１３）には、空気の流れ方向に交差する同一方向、即ち、上下方向に延びる支持棒３が設けられている。支持棒３は、フレーム２の幅方向に等間隔をあけて複数設けられている。即ち、本実施形態では複数の支持棒３の並設方向はフレーム２の幅方向に一致している。支持棒３の上側の端部は、上側の横枠１１に固定されている。支持棒３の下側の端部は、下側の横枠１１に固定されている。本実施形態では、支持棒３は上下方向から見て円形の断面を有している。
【００３５】
支持棒３は、上述のアルミニウム等の軽量の金属によって一体に形成されている。なお、支持棒３を金属ワイヤーによって形成することも可能である。この場合、一対の横枠１１同士の間に、金属ワイヤーが一定の張力を持たせた上体で撓みなく掛け渡される。
【００３６】
メッシュ状フィルタ４は、フレーム２の開口部１３の全体を覆っている。メッシュ状フィルタ４は、金属製の網によって形成されている。メッシュ状フィルタ４の目数は、１００メッシュ以上であることが望ましい。即ち、このメッシュ状フィルタ４は、１５４μｍよりも大きな粒径を有する塵埃（火山灰等）を通過させることなく、捕捉することができるとともに、粒子付着に伴いさらに小さな粒径を有する塵埃も捕捉することが期待できる。
【００３７】
メッシュ状フィルタ４は、上下方向から見てジグザグ状をなしている。より詳細には、メッシュ状フィルタ４には、フレーム２の幅方向（支持棒３の並設方向）一方側から他方側に向かうにしたがって、空気の流れ方向の上流側と下流側とを往復する波状部４１が形成されている。さらに言い換えると、メッシュ状フィルタ４には、上下方向から見て、上流側に突出する上流側凸部４２と、下流側に向かって突出する下流側凸部４３とが、幅方向に交互に形成されている。
【００３８】
上流側凸部４２の頂部４２ａにおける表面４ａと裏面４ｂのうち、裏面４ｂ（即ち、下流側を向く面）には、固定部５を介して上述の支持棒３が固定されている。即ち、上流側凸部４２は、支持棒３の上流側の領域を上流側から囲っている。固定部５は、溶接によって形成される。より具体的には、固定部５は、溶接によって生じた溶融池が固体化した部分を指している。固定部５は、支持棒３の延びる方向、即ち上下方向に沿って連続して形成されている。なお、固定部５は、上下方向に間隔をあけて不連続に形成されていてもよい。
【００３９】
続いて、本実施形態に係るディーゼルエンジン１００、及びフィルタ装置１の作用について説明する。ディーゼルエンジン１００を駆動することにより、空気が吸気部９１を通じてエンジン本体９２に取り込まれる。ここで、本実施形態に係るフィルタ装置１は、火山噴火に伴う降灰が生じる地域で使用されることを想定している。即ち、フィルタ装置１の上流側から流れて来る空気には、火山灰等の塵埃が含まれている。このような塵埃は、フィルタ装置１によって除去される。
【００４０】
より具体的には、フィルタ装置１のメッシュ状フィルタ４によって塵埃が捕捉される。メッシュ状フィルタ４の網目の大きさよりも大きな粒径を有する塵埃は、網目を閉塞することなく、下方に落下する。網目の大きさと同等の粒径を有する塵埃は、網目を閉塞する。即ち、長期間にわたってフィルタ装置１を使用することで、上記のような塵埃によってメッシュ状フィルタ４の網目が徐々に閉塞されていく。網目が閉塞されるにつれて、メッシュ状フィルタ４を通過することができる空気の流量が小さくなる。即ち、メッシュ状フィルタ４の上下流方向における圧力損失が大きくなる。圧力損失が所定の閾値を上回った時点で、当該メッシュ状フィルタ４は交換される。
【００４１】
ここで、ディーゼルエンジン１００の出力が高い場合には、フィルタ装置１を通過する空気の流速が大きくなる。このような高い流速のもとでフィルタ装置１を継続的に使用した場合、メッシュ状フィルタ４に振動等を生じてしまう。振動によって、上記の交換時期に達する前に、メッシュ状フィルタ４の強度が失われてしまう懸念がある。即ち、フィルタとして未だ塵埃を十分に捕捉する性能が残されているにもかかわらず、物理的な強度が低下したことによって、早期にメッシュ状フィルタ４を交換しなければいけない状態が考えられる。
【００４２】
しかしながら、本実施形態に係るフィルタ装置１では、メッシュ状フィルタ４が固定部５を介して支持棒３に固定されている。これにより、空気の流速が高まった状態であっても、メッシュ状フィルタ４に振動やバタつきが生じる可能性を低減することができる。即ち、振動やバタつき等に起因するメッシュ状フィルタ４の損傷や損耗を抑制することができる。これにより、フィルタ装置１の強度を向上させることができるとともに、耐用期間を長くすることができる。言い換えると、メッシュ状フィルタ４が塵埃によって閉塞され、圧力損失が大きくなってしまうまで当該メッシュ状フィルタ４を使い切ることができる。これにより、交換のスパンを長期化させることができるため、コストの低廉化を図ることができる。
【００４３】
以上、説明したように、上記の構成によれば、メッシュ状フィルタ４における波状部４１の上流側の頂部４２ａが、固定部５によって支持棒３に固定されているため、空気が通過する際にも、メッシュ状フィルタ４に振動等を生じることなく、これを支持することができる。したがって、メッシュ状フィルタ４の強度を長期間にわたって維持することができる。即ち、メッシュ状フィルタ４の寿命を長期化することができる。
【００４４】
さらに、上記の構成によれば、波状部４１の上流側の頂部４２ａが固定部５によって固定されているため、上流側から空気が流れてきた際に、メッシュ状フィルタ４の形状を崩れることがなく維持することができる。さらに、上記の構成によれば、波状部４１の上流側の頂部４２ａにおける裏面４ｂに固定部５が設けられていることから、上流側から流れる空気の流れによって、メッシュ状フィルタ４は支持棒３に対して上流側から押し付けられる。
【００４５】
これにより、メッシュ状フィルタ４を安定的に支持することができる。一方で、表面４ａ側に固定部５が設けられている場合には、空気の流れによって、メッシュ状フィルタ４が支持棒３から引き離される方向に力が加わってしまう。これにより、メッシュ状フィルタ４を安定的に支持できない可能性がある。しかしながら、上記の構成によれば、このような可能性を低減することができる。
【００４６】
加えて、上記の構成によれば、固定部５は、溶接によって形成される。この構成によれば、メッシュ状フィルタ４と支持棒３とを、より強固かつ安定的に固定することができる。
【００４７】
以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、固定部５は、接着によって形成されていてもよい。この構成によれば、メッシュ状フィルタ４と支持棒３とを、より強固に固定することができる。さらに、溶接等に比べてより容易に施工を行うことができる。
【００４８】
加えて、上記実施形態では、支持棒３、及び波状部４１がフレーム２内で上下方向に延びている例について説明した。しかしながら、支持棒３、及び波状部４１の延びる方向は上記に限定されない。他の例として、支持棒３、及び波状部４１がフレーム２の幅方向に延びている構成、即ち、支持棒３が上下方向に並設されており、当該支持棒３に対応して波状部４１が支持された構成を採ることも可能である。
【００４９】
なお、ここで、メッシュ状フィルタ４を通過する空気の流速は、ディーゼルエンジン１００の出力に加えて、メッシュ状フィルタ４の面積（フレーム２の開口面積）に依存する。上記実施形態では、塵埃がメッシュ状フィルタ４の網目を閉塞することなく、下方に落下するような空気流速となるように上記面積が設定されることが望ましい。
【００５０】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図４を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、メッシュ状フィルタ４の下流側凸部４３に、固定部２５としての固定棒２６が設けられている。
【００５１】
具体的には、固定棒２６は、波状部４１の下流側の頂部４３ａにおける表面４ａ側に設けられ、メッシュ状フィルタ４を上流側から下流側に向かって引っ張っている。即ち、支持棒３と固定棒２６との間で、メッシュ状フィルタ４には一定の張力が生じている。この張力によって、波状部４１の上流側凸部４２の裏面４ｂ側は、支持棒３の表面４ａに対して押し付けられている。なお、本実施形態では、支持棒３とメッシュ状フィルタ４との間には、溶接や接着等が施されていない。
【００５２】
この構成によれば、支持棒３と固定棒２６との間で、メッシュ状フィルタ４が上下流方向に引っ張られる。この張力により、メッシュ状フィルタ４の形状を維持することができるとともに、メッシュ状フィルタ４の強度を長期間にわたって維持することができる。即ち、メッシュ状フィルタ４の寿命を長期化することができる。
【００５３】
さらに、固定棒２６と支持棒３との間で生じる張力によってメッシュ状フィルタ４が固定されるため、上記第一実施形態で説明したような溶接等を施す必要がない。これにより、フィルタ装置１の製造やメンテナンスに係るコストを低減することができる。
【００５４】
以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
【００５５】
［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について、図５を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態に係るフィルタ装置１は、フレーム２の横枠１１とメッシュ状フィルタ４との間に形成された隙間を閉塞する閉塞部３０をさらに備えている。
【００５６】
より具体的には、閉塞部３０は、メッシュ状フィルタ４の上端部と、上側の横枠１１との間の隙間を埋めている。閉塞部３０は、メッシュ状フィルタ４の下端部と、下側の横枠１１との間の隙間を埋めている。閉塞部３０は、樹脂によって一体に形成されている。上下方向から見て、閉塞部３０は、波状部４１の形状に沿ってジグザグ状に形成されている。さらに、閉塞部３０は、上記の隙間を閉塞するとともに、メッシュ状フィルタ４が不用意に振動したり揺動したりすることのないように固定する機能も有している。言い換えると、閉塞部３０は、メッシュ状フィルタ４を十分に固定することができるだけの上下方向の寸法を有している。
【００５７】
この構成によれば、閉塞部３０によってフレーム２とメッシュ状フィルタ４との間の隙間が閉塞されるため、当該隙間を通じて火山灰等の塵埃が下流側に流れてしまう可能性を低減することができる。
【００５８】
さらに、この構成によれば、閉塞部３０が樹脂によって形成されていることによって、メッシュ状フィルタ４を補強することができる。即ち、メッシュ状フィルタ４の強度をさらに向上させることができる。
【００５９】
以上、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、図６に示すように、閉塞部３０は固定板４０によって形成されていてもよい。固定板４０は、フレーム２に設けられ、波状部４１の形状に沿って、メッシュ状フィルタ４の下流側の裏面４ｂを下流側から支持している。この構成によれば、固定板４０によって、下流側からメッシュ状フィルタ４の裏面４ｂが支持される。これにより、メッシュ状フィルタ４を補強することができる。即ち、メッシュ状フィルタ４の強度をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…フィルタ装置
２…フレーム
３…支持棒
４…メッシュ状フィルタ
４ａ…表面
４ｂ…裏面
５，２５…固定部
１１…横枠
１２…縦枠
１３…開口部
２６…固定棒
３０…閉塞部
４０…固定板
４１…波状部
４２…上流側凸部
４２ａ…頂部
４３…下流側凸部
４３ａ…頂部
９１…吸気部
９２…エンジン本体
９３…排気部
１００…ディーゼルエンジン
【図１】
2019098237.tif 000003
【図２】
2019098237.tif 000004
【図３】
2019098237.tif 000005
【図４】
2019098237.tif 000006
【図５】
2019098237.tif 000007
【図６】
2019098237.tif 000008