(57)【要約】【課題】  燃料電池用のエアクリーナのフィルタ交換頻度を低減する。【解決手段】  上ケース５と下ケース７とからなるエアクリーナのケース１内にフィルタ３を収容し、下ケース７内の空気入口９と反対側の隅部に、フィルタ３の下面に接触する状態のレゾネータ１７を配置する。レゾネータ１７が共鳴して振動する際に、フィルタ３を振動させ、捕捉しているダスト・カーボンなどの異物を振るい落とす。【選択図】      図１
2007077963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給する空気を浄化するエアクリーナにおいて、ケース内に、空気中の異物を捕捉するフィルタを収容するとともに、このフィルタに接触させた状態の吸気音除去用のレゾネータを収容したことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のエアクリーナにおいて、前記レゾネータを、前記ケース内の隅部に配置したことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項３】
請求項２に記載のエアクリーナにおいて、前記レゾネータの前記ケース内の空気流路に露出する表面に、前記ケース内を流れる空気を整流して案内する傾斜部を設けたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、前記フィルタを固定部材を介して前記ケースに固定し、前記固定部材に前記レゾネータを接触させたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、前記フィルタの鉛直方向下部のダスト側に前記レゾネータを配置し、前記ケースの下部に、外部に開口するケース開口部を設け、このケース開口部に下方に向けて突出する配管部を接続し、この配管部を、その出口近傍にラジエータファンの送風空気が通過するよう設定したことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、前記フィルタの鉛直方向下部のダスト側に前記レゾネータを配置し、前記レゾネータの下部に前記ケース内に開口するレゾネータ開口部を設け、このレゾネータ開口部近傍の前記ケースの下部に、外部に開口するケース開口部を設けたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項７】
請求項１に記載のエアクリーナにおいて、前記ケース壁面を外壁と内壁との二重構造とし、これら外壁，内壁相互間に空気層を設けて前記レゾネータとしたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、前記レゾネータは、前記燃料電池に空気を供給する空気供給機のアイドリング回転数で決まる共振周波数と共鳴する構成としたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、共鳴周波数が互いに異なる複数の前記レゾネータを設けたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項１０】
請求項９に記載のエアクリーナにおいて、複数の前記レゾネータのうちの一つは、前記燃料電池に空気を供給する空気供給機のアイドリング回転数で決まる共振周波数と共鳴する構成としたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のエアクリーナにおいて、前記フィルタのダスト側に第１の前記レゾネータを設けるとともに、前記フィルタのクリーン側に第２の前記レゾネータを設けたことを特徴とするエアクリーナ。
【請求項１２】
燃料電池に供給する空気を浄化するエアクリーナにおいて、ケース内に、空気中の異物を捕捉するフィルタを収容するとともに、共鳴振動が前記フィルタに伝達するように吸気音除去用のレゾネータを収容したことを特徴とするエアクリーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に供給する空気を浄化するエアクリーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両に搭載する内燃機関用のエアクリーナとしては、組付け性向上やクリーナ性能向上、通気抵抗低減などを図ったものが、例えば下記特許文献１〜４に記載されているように、多数知られている。
【特許文献１】特開２００３−２２７４２５号公報
【特許文献２】特開２００３−３５２２３号公報
【特許文献３】特開平６−２６２０２４号公報
【特許文献４】特開平５−２０８１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年車両に搭載されつつある燃料電池においては、内燃機関に供給する空気に比較すると、空気中に浮遊するダスト・カーボンの数倍小さい粒径の異物を除去した極めて清浄な空気が要求される。
【０００４】
このため、燃料電池の空気供給経路中に設置するエアクリーナは、フィルタのメッシュサイズを、内燃機関で使用するエアクリーナに比較して小さい構成としてあり、したがって、フィルタの異物捕捉による通気抵抗の上昇が、内燃機関用エアクリーナに比較して早まり、フィルタ交換頻度も高くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池用のエアクリーナのフィルタ交換頻度を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池に供給する空気を浄化するエアクリーナにおいて、ケース内に、空気中の異物を捕捉するフィルタを収容するとともに、共鳴振動がフィルタに伝達するように吸気音除去用のレゾネータを収容したことを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、共鳴するレゾネータの振動をフィルタに与えて捕捉した異物を振るい落とすので、フィルタの寿命が長くなり、フィルタの交換頻度を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態を示すエアクリーナの断面図である。このエアクリーナは、図示しない燃料電池に対する空気供給系の、特に空気供給機（圧縮機）の上流に設置するもので、ケース１内にフィルタ３を収容している。このフィルタ３は、そのメッシュサイズを、内燃機関で使用するエアクリーナに比較して小さい構成としてある。
【００１０】
ケース１は、フィルタ３の鉛直方向上部（図１中で上部）側に設置される上ケース５と、その鉛直方向下部（図１中で下部）側に設置される下ケース７とからなり、これらはフィルタ３の設置部位付近の適宜位置にて上下に分割され、適宜方法によって互いに固定される。下ケース７の図１中で下部左側には空気入口９を設ける一方、上ケース５の図１中で上部右側に空気出口１１を設けている。
【００１１】
フィルタ３は、その周囲を固定部材１３を介してケース１の内面に固定し、固定部材１３の上部には、シール材１５を設けている。固定部材１３は、フィルタ３の台座の機能を有するとともに、ひだ折り状に加工したフィルタ３の形状を維持することも兼ねる。この固定部材１３によって固定されたフィルタ３は、異物を含む空気の流入側であるフィルタ３のダスト側が、その鉛直方向下部側に露出し、清浄化された空気の流出側であるフィルタ３のクリーン側が、その鉛直方向上部側に露出した格好となる。シール材１５は、断面ほぼＴ字形状を呈し、ケース１とフィルタ３との間に嵌入する嵌入部１５ａと、フィルタ３の上部に接する内側フランジ部１５ｂと、ケース１の外側に向けて突出する部分の凹部１ａに嵌入される外側フランジ部１５ｃとを備える。
【００１２】
そして、前記空気入口９と反対側の図１中で右側の下ケース７内の隅部には、吸気音除去用のレゾネータ１７を設置する。
【００１３】
レゾネータ１７は、固定部材１３およびフィルタ３の一部に接触する上面部１９と、その下方の下面部２１と、これら上面部１９，下面部２１相互を連結する傾斜部２３とをそれぞれ備えている。傾斜部２３は、上面部１９との接続部が、下面部２１との接続部より、図１中で右側となるよう傾斜しており、フィルタ３のダスト側である下ケース７内に流入した空気をフィルタ３に案内する役目を果たす。
【００１４】
レゾネータ１７における上面部１９および下面部２１の傾斜部２３と反対側の端部は、下ケース７の内壁に接合している。また、レゾネータ１７における上面部１９および下面部２１の図１中で紙面に直交する方向の端部についても、下ケース７の内壁に接合する。このためレゾネータ１７の外壁の一部は、エアクリーナ１の下ケース７と共用していることになる。
【００１５】
なお、レゾネータ１７における上面部１９，下面部２１および傾斜部２３の図１中で紙面に直交する方向の端部については、エアクリーナ１の下ケース７の内壁に接合せず、レゾネータ専用の側壁部を別途設定し、この側壁部に接合するようにしてもよい。
【００１６】
上記したレゾネータ１７の傾斜部２３には貫通孔２３ａを形成し、この貫通孔２３ａに、レゾネータ１７内に突出する、レゾネータ首部に相当する筒部２５を設け、この筒部２５によりレゾネータ１７の内部と外部とを連通する。また、レゾネータ１７の下面部２１には、レゾネータ開口部としての水抜き孔２１ａを設けている。
【００１７】
上記したレゾネータ７の共鳴周波数は、次式で表すことができ、ここでの共鳴周波数は、燃料電池に空気を供給する空気供給機のアイドリング回転数で決まる共振周波数と共鳴するものとする。
【００１８】
ω＝（ｃ/２π）×√｛Ｓ／（Ｌ×Ｖ）｝
ｃ：音速、Ｓ：首部断面積、Ｌ：首部長さ、Ｖ：レゾネータ内体積
前記したエアクリーナ１の下ケース７は、図１中で左右方向ほぼ中央位置で、かつレゾネータ１７より図１中で左側位置から、同右側にかけて、下方に向けて傾斜する下面傾斜部７ａを設け、この下面傾斜部７ａの端部に、ケース開口部としての水抜き兼ダスト除去孔７ｂを形成する。そして、この水抜き兼ダスト除去孔７ｂに、下方に向けて突出する配管部２７を接続する。
【００１９】
次に、作用を説明する。空気入口９から下ケース７内に流入した空気は、フィルタ３のダスト側からフィルタ３を通過することで、空気中のダスト・カーボンなどの異物を捕捉して清浄化され、フィルタ３のクリーン側から上ケース５内に流出し、空気出口１１を経て図示しない燃料電池に供給される。燃料電池は、この清浄化した空気と、別途供給される燃料である水素とが反応して発電する。
【００２０】
この際、下ケース７内に流入する空気の騒音は、レゾネータ１７がその固有の共鳴周波数によって共鳴して低減する。そして、レゾネータ１７が共鳴して振動すると、その振動がフィルタ３に直接伝達し、捕捉している異物を振るい落とし、振るい落とした異物は、下面傾斜部７ａに沿って移動し、水抜き兼ダスト除去孔７ｂおよび配管部２７を通して外部に排出される。
【００２１】
このように、フィルタ３が捕捉した異物は、レゾネータ１７の振動により強制的に振るい落とされるので、フィルタ３の寿命が長くなり、フィルタ３の交換頻度を低減することができる。
【００２２】
また、レゾネータ１７は、フィルタ３を固定している固定部材１３に接触していて、この固定部材１３をも振動させることで、フィルタ３全体が振動し、捕捉している異物を確実に振るい落とすことができる。
【００２３】
上記したレゾネータ１７は、下ケース７の隅部に配置しているので、下ケース７内の空気流路となる空間（デットスペース）を有効利用できるとともに、下ケース７内に流入する空気の通気抵抗を、下ケース７の中央付近に配置する場合などに比較して低減することができる。この際、レゾネータ１７のケース１内の空気流路に露出する表面に傾斜部２３を設けて、下ケース７内に流入した空気をフィルタ３に向け、整流して案内するようにしたので、より一層通気抵抗を低減することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、フィルタ３が固定部材１３を介してケース１の内面に固定されることを前提として、レゾネータ１７を固定部材１３に接触して設けることにより、レゾネータ１７が下ケース７の隅部に配置される。かかる構成によれば、異物を確実に振るい落とすといった効果とともに、デッドスペースの有効利用、および、通気抵抗の低減といった効果を重畳的に奏することとなる。
【００２５】
また、レゾネータ１７は、燃料電池に空気を供給する空気供給機のアイドリング回転数で決まる共振周波数と共鳴する構成とすることで、空気吸入こもり音が低減できるとともに、空気大流量時に比較して異物を振るい落としやすくなる。また、空気流量が少ない状態で、レゾネータ１７の振動をフィルタ３に与えて異物を除去することになり、この結果、大空気流量状態に比較して、除去した異物が再度フィルタ３に捕捉されることを防ぐことができる。
【００２６】
なお、レゾネータ１７は、燃料電池に空気を供給する空気供給機のアイドリング回転数で決まる共振周波数と必ずしも共鳴する構成とする必要なはい。
【００２７】
また、フィルタ３の鉛直方向下部のダスト側にレゾネータ１７が配置されており、このレゾネータ１７の下部に設けた水抜き孔２１ａ近傍のケース１の下部に、外部に開口する水抜き兼ダスト除去孔７ｂおよび配管部２７を設けている。これにより、レゾネータ１７の共鳴による空気波動が、下ケース７内で水抜き孔２１ａから水抜き兼ダスト除去孔７ｂに向かうことになり、この空気波動に伴う空気流れによって、前記振るい落とした異物を水抜き兼ダスト除去孔７ｂに効率よく導くことができる。
【００２８】
さらに、上記した配管部２７を、その出口近傍に図示しないラジエータファンの送風空気２９が通過するよう設定することで、下ケース７の内側と外側とで空気流れの速度差が発生し、流速の高い外側すなわち送風空気２９が流れる配管部２７の出口近傍が負圧になり、下ケース７内の下部に振るい落とした異物や水を、上記ラジエータファンの送風空気２９によって吸い出し、ケース１の外部への異物や水の排出を確実に行うことができる。
【００２９】
なお、本発明において、レゾネータ１７は、上述した実施形態に示すように、フィルタ３と直接的に接触していることが好ましいが、レゾネータ１７は、フィルタ３を固定する固定部材１３のみと接触している形態、換言すれば、固定部材１３などを介して間接的にフィルタ３と接触する形態であってもよい。すなわち、共鳴に伴うレゾネータ１７の振動（共鳴振動）がフィルタ３に伝達されて、フィルタ３が捕捉している異物を振るい落とすという作用の範囲であれば、レゾネータとフィルタとの接触形態は、直接的または間接的であっても本発明の一部として機能する（後述する実施形態についても同様）。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施形態を示すエアクリーナの断面図である。このエアクリーナは、前記図１に示した第１の実施形態に対し、上ケース５内にも、レゾネータ３１を設置している。すなわち、この実施形態によるエアクリーナは、フィルタ３のダスト側およびクリーン側に、レゾネータ（第１のレゾネータ）１７およびレゾネータ（第２のレゾネータ）３１をそれぞれ設けている。
【００３１】
上ケース５内のレゾネータ３１は、下面部３３と、下面部３３の図２中で右側端部から右上方に延び、上ケース５の下面に接合する傾斜部３５とをそれぞれ備える。下面部３３は、外側端部を上ケース５の内面に接合するとともに、フィルタ３の外周側上部に設けてある固定部材３７およびシール材３９に接触させる。ここでのシール材３９は、ケース１とフィルタ３との間に嵌入する嵌入部３９ａと、ケース１の外側に向けて突出する部分の凹部１ａに嵌入される外側フランジ部３９ｂとを備える。
【００３２】
傾斜部３５には貫通孔３５ａを形成し、この貫通孔３５ａに、レゾネータ３１内に突出する、レゾネータ首部に相当する筒部４１を設け、この筒部４１によりレゾネータ３１の内部と外部とを連通する。
【００３３】
なお、レゾネータ３１における下面部３３および傾斜部３５の図２中で紙面に直交する方向の端部については、エアクリーナ１の上ケース５の内壁に接合せず、レゾネータ専用の側壁部を別途設定し、この側壁部に接合するようにしてもよい。
【００３４】
上記図２に示した第２の実施形態によれば、フィルタ３の下部のレゾネータ１７に加え、フィルタの上部のレゾネータ３１により、共鳴時の振動をフィルタ３に伝えてダスト・カーボンなどの異物を振るい落とすので、異物の除去をより効果的に行うことができる。
【００３５】
また、フィルタ３の下部のレゾネータ１７と同上部のレゾネータ３１のそれぞれの共鳴周波数を互いに変化させることで、レゾネータの共鳴振動に幅ができ、フィルタ３に振動を伝える条件が増大し、捕捉した異物の除去作業を効率よく行うことができる。この場合、レゾネータ１７，３１のうちのいずれか一つは、燃料電池に空気を供給する空気供給機のアイドリング回転数で決まる共振周波数と共鳴する構成であることが好ましい。
【００３６】
さらに、両レゾネータ１７および３１をケース１の隅部に配置したので、下ケース７内および上ケース５内の空気流路となる空間（デッドスペース）を有効利用できるとともに、上ケース５内に流入する空気の通気抵抗についても、上ケース５の中央付近にレゾネータ３１を配置する場合などに比較して低減することができる。この際、レゾネータ３１のケース１内の空気流路に露出する表面にも傾斜部３５を設けて、上ケース５内に流入した空気を整流して空気出口１１に向けて案内するので、より一層通気抵抗を低減することができる。
【００３７】
図３は、本発明の第３の実施形態を示すエアクリーナの分解斜視図である。このエアクリーナは、第１の実施形態と同様に、フィルタ３を収容するケース１０を、空気出口１１０を備える上ケース５０と、空気入口９０を備える下ケース７０とから構成しており、その際、下ケース７０の壁面を二重構造として空気層を形成した、互いに同形状の二つのレゾネータ４３，４５を設けている。
【００３８】
二つのレゾネータ４３，４５は、いずれも外壁を下ケース７０の壁部と共用しており、この共用する外壁と内壁４３ａ，４５ａとの間に、空気層となる空間を設けている。また、二つのレゾネータ４３，４５は、空気入口９０と反対側の互いの対向面に、仕切り壁となる共通の境界壁４７を設け、空気入口９０側の互い対向面は、空気入口９０の配管を間に挟んでその両側に、上端同士が接触する傾斜壁４３ｂ，４５ｂをそれぞれ設けている。
【００３９】
傾斜壁４３ｂ，４５ｂ相互間は、空気入口９０となる配管を配置し、その先端の開口を、各レゾネータ４３，４５に囲まれた内側の空気流路内に連通する。
【００４０】
また、二つのレゾネータ４３，４５の互いに対向する内壁４３ａ，４５ａには、貫通孔４３ｃ，４５ｃをそれぞれ設け、この貫通孔４３ｃ，４５ｃに、各レゾネータ４３，４５内に突出する、レゾネータ首部に相当する筒部４７，４９をそれぞれ設け、この筒部４７，４９によりレゾネータ４３，４５の内部と外部（空気流路）とを連通する。
【００４１】
そして、これら各レゾネータ４３，４５の上面と下ケース７０の上端周囲に囲まれる位置にフィルタ３を固定部材１３とともに設置し、その上から上ケース５０を被せて適宜方法により両者を固定する。このとき、フィルタ３の外周側の一部と固定部材１３が、各レゾネータ４３，４５の上面に接触する。
【００４２】
上記した第３の実施形態によるエアクリーナによれば、下ケース７０を、外壁と内壁４３ａ，４５ａとの二重構造とし、これら外壁，内壁４３ａ，４５ａ相互間に空気層を設けてレゾネータ４３，４５としたので、レゾネータ４３，４５が共鳴しない周波数域でも、空気層が遮音効果を発揮して吸気音を遮断できるとともに、遮熱を行うこともできる。
【００４３】
また、二つのレゾネータ４３，４５を設けることにより、前記図２に示した第２の実施形態と同様に、異なる共鳴周波数の振動をフィルタ３に伝えることもでき、捕捉した異物の除去作用を高めることができる。
【００４４】
なお、図３に示した第３の実施形態において、上ケース５０についても、下ケース７０のレゾネータ（第１のレゾネータ）４３と同様に、ケース壁面を二重構造としてレゾネータ（第２のレゾネータ）を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すエアクリーナの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すエアクリーナの断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示すエアクリーナの分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１，１０  エアクリーナのケース
３  フィルタ
７ｂ  水抜き兼ダスト除去孔（ケース開口部）
１３，３７  固定部材
１７，３１，４３，４５  レゾネータ
２１ａ  水抜き孔（レゾネータ開口部）
２３，３５  レゾネータの傾斜部
２７  配管部
２９  ラジエータファンの送風空気
４３ａ，４５ａ  ケース壁面の内壁
【図１】
2007077963.tif 000003
【図２】
2007077963.tif 000004
【図３】
2007077963.tif 000005