(57)【要約】【課題】フィルタ部材の流通性が低下するまでに多くの不要物を捕捉することができる気体フィルタ装置、およびそのような気体フィルタ装置を適用した発電装置を提供する。【解決手段】柱形状に形成され透過する気体に混在する不要物を捕捉するフィルタ部材と、延伸方向がフィルタ部材の延伸方向と平行になるようフィルタ部材を収納するフィルタ管と、フィルタ管の側面に設けられる側面開口であって当該側面開口の像がフィルタ管の延伸方向に垂直な方向からフィルタ部材に投影される位置に設けられる側面開口と、を備え、気体を圧縮して送り出す気体圧縮機から側面開口に送り込まれた気体に混在する不要物の量を低減し、混在する不要物の量が低減された気体をフィルタ管の端の開口へと導くことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱形状に形成され透過する気体に混在する不要物を捕捉するフィルタ部材と、
延伸方向が前記フィルタ部材の延伸方向と平行になるよう前記フィルタ部材を収納するフィルタ管と、
前記フィルタ管の側面に設けられる側面開口であって当該側面開口の像が前記フィルタ管の延伸方向に垂直な方向から前記フィルタ部材に投影される位置に設けられる側面開口と、
を備え、
気体を圧縮して送り出す気体圧縮機から前記側面開口に送り込まれた気体に混在する不要物の量を低減し、混在する不要物の量が低減された気体を前記フィルタ管の端の開口へと導くことを特徴とする気体フィルタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気体フィルタ装置であって、
前記側面開口は、
前記フィルタ管の延伸方向に垂直な方向から前記フィルタ部材の表面に投影される当該側面開口の像の面積が、前記フィルタ部材の延伸方向に垂直な断面の面積よりも大きくなるよう形成されることを特徴とする気体フィルタ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の気体フィルタ装置であって、
前記フィルタ管は、
略直線形状を有し、前記フィルタ管の端の開口に導かれた気体を送り出すための送出管が着脱可能であることを特徴とする気体フィルタ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気体フィルタ装置であって、
前記気体圧縮機から前記側面開口へ導かれる気体を冷却するための冷却機構を備えることを特徴とする気体フィルタ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の気体フィルタ装置であって、
前記冷却機構は、前記側面開口に接続された管であって、その側面に冷媒を供給するための冷媒管が設けられた気体管を含むことを特徴とする気体フィルタ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の気体フィルタ装置と、
前記気体圧縮機と、
前記フィルタ管の端の開口に導かれた気体に含まれる酸素を利用して発電する燃料電池と、
を備えることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体に混在する不要物の量を低減する気体フィルタ装置、およびそのような気体フィルタ装置を適用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に空気を送り込むための装置、空気圧によって液体を流通させるポンプ等には、空気を圧縮して送り出す空気圧縮機が適用される。空気圧縮機から送り出される空気には、空気圧縮機の内部の部品の摩耗によって生じる不要物が混在することが多い。そのため、空気に混在する不要物の量を低減する空気フィルタが、空気圧縮機から送り出される空気を導く管に設けられる。空気フィルタとしては、不要物を捕捉するフィルタ部材が空気を導く管に挿入されたものが用いられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０１０８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィルタ部材は所定量の不要物を捕捉すると空気の流通性が低下するため、流通性が低下する前に新しいものに交換される。フィルタ部材の交換は、空気フィルタの筐体を分解する等の多大な労力を要する。したがって、空気フィルタは、フィルタ部材の流通性が低下するまでに多くの不要物を捕捉することでき、フィルタ部材の交換頻度を低くすることができるものであることが好ましい。
【０００５】
本発明はこのような課題に対してなされたものであり、フィルタ部材の流通性が低下するまでに多くの不要物を捕捉することできる気体フィルタ装置、およびそのような気体フィルタ装置を適用した発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る気体フィルタ装置は、柱形状に形成され透過する気体に混在する不要物を捕捉するフィルタ部材と、延伸方向が前記フィルタ部材の延伸方向と平行になるよう前記フィルタ部材を収納するフィルタ管と、前記フィルタ管の側面に設けられる側面開口であって当該側面開口の像が前記フィルタ管の延伸方向に垂直な方向から前記フィルタ部材に投影される位置に設けられる側面開口と、を備え、気体を圧縮して送り出す気体圧縮機から前記側面開口に送り込まれた気体に混在する不要物の量を低減し、混在する不要物の量が低減された気体を前記フィルタ管の端の開口へと導くことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る気体フィルタ装置においては、前記側面開口は、前記フィルタ管の延伸方向に垂直な方向から前記フィルタ部材の表面に投影される当該側面開口の像の面積が、前記フィルタ部材の延伸方向に垂直な断面の面積よりも大きくなるよう形成されることが好適である。
【０００８】
また、本発明に係る気体フィルタ装置においては、前記フィルタ管は、略直線形状を有し、前記フィルタ管の端の開口に導かれた気体を送り出すための送出管が着脱可能である構成とすることが好適である。
【０００９】
また、本発明に係る気体フィルタ装置においては、前記気体圧縮機から前記側面開口へ導かれる気体を冷却するための冷却機構を備えることが好適である。
【００１０】
また、本発明に係る気体フィルタ装置においては、前記冷却機構は、前記側面開口に接続された管であって、その側面に冷媒を供給するための冷媒管が設けられた気体管を含むことが好適である。
【００１１】
本発明に係る気体フィルタ装置と、前記気体圧縮機と、前記フィルタ管の端の開口に導かれた気体に含まれる酸素を利用して発電する燃料電池と、を備えることで、発電装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィルタ部材の流通性が低下するまでに多くの不要物を捕捉することでき、フィルタ部材の交換頻度を低下させた気体フィルタ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に本発明の実施形態に係る冷却フィルタ装置の斜視図を、図２に図１の一点鎖線で描かれた直線ＡＢを含む断面Ｓ１を示す。冷却フィルタ装置は、空気圧縮機によって圧縮され温度が上昇した空気の温度を低下させ、空気に混在する不要物の量を低減する装置である。冷却フィルタ装置は、入口管１０、終端板１２、冷却管１４、空気フィルタ１６、および冷媒管１８を備えて構成される。空気フィルタ１６は、フィルタ管１６ａ、フランジ１６ｂ、終端板２０、およびフィルタ部材Ｆを備えて構成される。
【００１４】
入口管１０、冷却管１４、フィルタ管１６ａ、および冷媒管１８は管状に形成される。それぞれの延伸方向に垂直な断面の形状は、それぞれの用途および目的に応じて任意の形状とすることができるが、ここでは長方形とし、それぞれの用途および目的に応じて縦横比および大きさを決定するものとする。
【００１５】
入口管１０、終端板１２、冷却管１４、フィルタ管１６ａ、終端板２０、および冷媒管１８は、金属、セラミック等の剛性材料で形成することが好適である。また、冷却管１４および冷媒管１８は熱伝導性に優れた材料で形成することが好適である。
【００１６】
入口管１０の一方の端の開口ＰＩは冷却フィルタ装置の入口とされ、開口ＰＩとは反対側の入口管１０の端は終端板１２によって塞がれる。入口管１０は側面に側面開口１０ａが設けられる。側面開口１０ａの形状は、冷却管１４の延伸方向に垂直な断面の形状と同一とする。
【００１７】
冷却管１４は、一方の端の開口が入口管１０の側面開口１０ａと合致するよう入口管１０に取り付けられる。冷却管１４の入口管１０が取り付けられていない側の端にはフィルタ管１６ａが取り付けられる。冷却管１４の延伸方向に垂直な断面の面積は、後述するフィルタ部材Ｆの延伸方向に垂直な断面の面積よりも大きくする。
【００１８】
フィルタ管１６ａは側面に側面開口１６ｃが設けられる。側面開口１６ｃの形状は、冷却管１４の延伸方向に垂直な断面の形状と同一とする。フィルタ管１６ａは、入口管１０が取り付けられない側の冷却管１４の開口が、側面開口１６ｃと合致するよう冷却管１４に取り付けられる。側面開口１６ｃは空気フィルタ１６の入口とされる。フィルタ管１６ａの一方の端は終端板２０によって塞がれる。終端板２０が設けられていない側のフィルタ管１６ａの端の開口ＰＯは空気フィルタ１６の出口とされる。開口ＰＯの縁には、冷却フィルタ装置から送り出される空気を導く送出管を取り付けるためのフランジ１６ｂが取り付けられる。フランジ１６ｂには空気フィルタ１６と送出管とを接合して固定するためのボルトを貫通させるボルト穴ｈが設けられる。ボルト穴ｈの数および配置は、送出管を取り付けたときの機械的強度を考慮して決定する。本実施形態では、フランジ１６ｂの四角のそれぞれの近傍にボルト穴ｈを設ける。
【００１９】
フィルタ管１６ａの内部にはフィルタ部材Ｆが挿入される。フィルタ部材Ｆの形状は、フィルタ管１６ａの管壁が形成する形状と同一とする。ここでは、フィルタ部材Ｆは、四角柱状に形成される。フィルタ部材Ｆの延伸方向に垂直な断面の面積は、側面開口１６ｃの面積よりも小さいものとする。フィルタ部材Ｆは、自身を通過する空気に混在する不要物を捕捉する。フィルタ部材Ｆは、プラスチック、ステンレス等で形成されたものが好適である。
【００２０】
図３（ａ）は送出管２２の構成例を示し、図３（ｂ）は空気フィルタ１６に送出管２２を取り付けたときの開口ＰＯ付近を図１の上側から見た図を示す。送出管２２は、管２２ａおよびフランジ２２ｂを備える。管２２ａの空気フィルタ１６に接合される側の端の開口の形状は、開口ＰＯの形状と同一とする。管２２の空気フィルタ１６に接続される側の端の開口の縁にはフランジ２２ｂが設けられる。フランジ２２ｂには空気フィルタ１６と送出管２２とを接合して固定するためのボルトを貫通させるボルト穴ｈが設けられる。フランジ２２ｂのボルト穴ｈは、管２２ａの開口をフィルタ管１６ａの開口ＰＯに合致させたときに、フランジ１６ｂのボルト穴ｈと合致する位置に設けられる。フランジ２２ｂが設けられていない側の管２２ａの端の開口は、冷却フィルタ装置によって処理が施された空気を利用する装置に接続される。送出管２２は、合致したフランジ２２ｂのボルト穴ｈおよびフランジ１６ｂのボルト穴ｈを貫通させたボルトＢおよびナットＮによって、フランジ１６ｂとフランジ２２ｂとを固定することによって空気フィルタ１６に取り付けられる。
【００２１】
冷媒管１８は、冷却管１４の内側の空気の熱が冷媒管１８の内側に効率良く伝わるような形状に形成される。本実施形態では、冷媒管１８は管軸がＵ字型となるよう形成される。冷媒管１８は冷却管１４と接するよう取り付けられる。本実施形態では、冷媒管１８は冷却管１４の上部に取り付けられる。冷媒管１８の一方の端の開口Ｗ１からは水が送り込まれる。送り込まれた水は、冷却管１４を形成する管壁および冷媒管１８を形成する管壁を介して、冷却管１４の内側の空気から熱を取得しつつ、水が送り込まれた側とは反対側の端の開口Ｗ２へと導かれる。
【００２２】
冷却フィルタ装置の冷媒管１８およびフィルタ部材Ｆを除く構成部は、図１の断面Ｓ１の上側の部分および下側の部分のそれぞれを、プレス、鋳造、焼結等の工法によって一体化して形成し、それぞれが一体化して形成された上側の部分と下側の部分を接合することによって構成することができる。
【００２３】
次に、冷却フィルタ装置に空気が送り込まれる際の処理について説明する。冷却フィルタ装置の入口には、空気圧縮機によって圧縮された空気が送り込まれる。入口管１０および終端板１２は、送り込まれた空気を側面開口１０ａから冷却管１４へと導く。冷却管１４に導かれた空気は、その熱が冷媒管１８の内側の水に奪われつつ、フィルタ管１６ａの側面開口１６ｃからフィルタ管１６ａの内側へと導かれる。
【００２４】
フィルタ管１６ａおよび終端板２０は空気を開口ＰＯへと導く。フィルタ部材Ｆは、フィルタ管１６ａおよび終端板２０に導かれフィルタ部材Ｆを通過する空気に混在する不要物を捕捉する。
【００２５】
このような構成によって、入口管１０に送り込まれた空気は、冷却管１４において冷却され、空気フィルタ１６によって混在する不要物の量が低減された後に開口ＰＯおよび送出管２２へと導かれる。
【００２６】
本実施形態に係る空気フィルタ１６では、フィルタ管１６ａの側面開口１６ｃからフィルタ管１６ａの内側へと空気が導かれる。このような構成では、終端板２０が設けられている側からフィルタ管１６ａの内側へと空気が導かれる構成よりも、空気の流通性が低下するまでにフィルタ部材Ｆが捕捉することができる不要物の総量を多くすることができる。これによって、フィルタ部材Ｆの交換頻度を低下させることができる。
【００２７】
フィルタ部材Ｆの交換に際しては、ボルトＢおよびナットＮを取り外し、空気フィルタ１６から送出管２２を取り外す。そして、流通性が低下したフィルタ部材Ｆをフィルタ管１６ａの開口ＰＯから取り出し、新たなフィルタ部材Ｆを開口ＰＯから挿入する。
【００２８】
なお、上記の構成では、フィルタ管１６ａの一方の端に終端板２０を設け、終端板２０が設けられていない側のフィルタ管１６ａの端を空気フィルタ１６の出口とした。このような構成の他、終端板を設けずフィルタ管１６ａの両端を空気フィルタ１６の出口とする構成も可能である。
【００２９】
また、冷媒管１８に流通させる流体として水を適用したものについて説明したが、フロン、アンモニア等の流体を適用してもよい。さらに、冷媒管１８を取り外し、冷却管１４の延伸方向の長さを長くする、冷却管１４の外側に冷却フィンを設ける等により、冷却管１４に導かれる空気を空気冷却方式によって冷却する構成としてもよい。
【００３０】
本実施形態に係る冷却フィルタ装置は、燃料電池に空気を送り込む装置に適用することができる。燃料電池は酸素と水素の化学反応によって発電する。酸素は燃料電池に送り込まれた空気から取得される。一定の時間内に多くの酸素を化学反応に寄与させ、一定の空気の体積に対する一定時間内での発電電力量を高めるため、燃料電池には空気圧縮機によって圧縮された空気が送り込まれる。燃料電池としては、モータによって駆動される車両に搭載されるもの、一般家庭の電源として利用されるもの等がある。
【００３１】
燃料電池に空気を送り込む装置に冷却フィルタ装置を適用する場合、空気圧縮機から冷却フィルタ装置に送り込まれ処理が施された空気は、送出管２２によって燃料電池に導かれる。車両に搭載される燃料電池に適用する場合、冷却フィルタ装置もまた車両に搭載される。車両に搭載される燃料電池に送り込む空気の温度は、５０°Ｃ〜１００°Ｃとすることが好ましい。
【００３２】
本実施形態に係る冷却フィルタ装置によれば、圧縮された空気は冷却され混在する不要物の量が低減された後に燃料電池に送り込まれる。これによって、圧縮によって温度が上昇した空気の温度を化学反応に適した温度にまで低下させることができるため、一定の空気の体積に対する一定時間内での発電電力量を高めることができる。さらに、燃料電池に空気と共に送り込まれる不要物の量を低減することができるため、燃料電池のメンテナンス等の頻度を低減することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る冷却フィルタ装置は、空気圧縮機が与える空気圧によって液体を流通させるポンプに適用することができる。この場合、冷却フィルタ装置によって処理が施された空気は送出管２２によってポンプへと導かれる。ポンプに導かれる空気は、温度が所定の温度にまで低下し、混在する不要物の量が低減されているためポンプのメンテナンス等の頻度を低減することができる。
【００３４】
その他、本実施形態に係る冷却フィルタ装置は、酸素、窒素、水素等の気体を送り出す一般の気体圧縮機を利用するシステムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却フィルタ装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷却フィルタ装置の断面図である。
【図３】送出管の構成、および送出管を空気フィルタに取り付けた様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  入口管、１２，２０  終端板、１０ａ，１６ｃ  側面開口、１６ｂ，２２ｂ  フランジ、１４  冷却管、１６  空気フィルタ、１６ａ  フィルタ管、１８  冷媒管、２２  送出管、２２ａ  管、Ｆ  フィルタ部材、ｈ  ボルト穴、Ｂ  ボルト、Ｎ  ナット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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