(57)【要約】【課題】気体に含まれる不純物を、高性能を維持し、小型、低コストのフィルタ装置ならびにメンテナンス性の良いフィルタ装置を提供する。【解決手段】気体中の不要物を除去するフィルタ装置と、フィルタ装置は、気体流路方向に向けて前記気体流れ方向に垂直な断面積が、前記気体排出口側より前記開口部側が大きくなるよう形成されているフィルタ収納部と気体吸入口を有する脱着自在のフィルタ蓋部と、複数のフィルタと、フィルタを前記フィルタ収納部から脱着するためのフィルタ保持部から成り、フィルタの脱着作業がし易くなりメンテナンス性が向上する。さらに前記フィルタ支持体に孔を設けることにより、フィルタに流入する気体の偏流が抑制できるので、フィルタの利用率が向上し、小型化、低コスト化が図れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流れ方向の一方に開口部を有し、他方に気体排出口を有する筒状のフィルタ収納部と、
前記開口部を覆うように配置され、気体吸入口を有する板状のフィルタ蓋部と、
前記フィルタ収納部の内部に配置された１つ以上のフィルタ部材と、
その一端が前記フィルタ部材を保持するように取り付けられ、その他端が前記１つ以上のフィルタ部材より前記フィルタ蓋部側に突出して配置されるフィルタ保持部と、
を有する、フィルタ装置。
【請求項２】
前記フィルタ収納部の内部に、複数のフィルタ部材が前記気体流路方向に積層して配置され、
前記フィルタ保持部は、前記複数のフィルタ部材のうち、最も前記気体排出口側に位置する第１フィルタ部材を保持するように取り付けられている、請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記フィルタ保持部の一端は、前記第１フィルタ部材に接続されている、請求項２に記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記第１フィルタ部材の前記気体排出口側に、複数の貫通孔を有する板状の支持体が配置されており、
前記フィルタ保持部の一端は、前記支持体に接続されている、請求項２に記載のフィルタ装置。
【請求項５】
前記フィルタ収納部は、前記気体流れ方向に垂直な断面積が、前記気体排出口側より前記開口部側が大きくなるよう形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のフィルタ装置。
【請求項６】
前記フィルタ装置は、燃料電池の空気供給経路に配設したものである、請求項１〜５のいずれか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、燃料電池や給湯器などの気体の吸気路に設けられ、吸入気中の不純物を除去するためのフィルタを備えたフィルタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のフィルタ装置としては、燃料電池や給湯器などに対する吸入空気中の大部分の不純物が、まず不純物除去容量の大きな上流側のフィルタにより大まかに除去された後、残りの不純物が不純物除去効率の高い下流側のフィルタにより除去されている（例えば、特許文献１参照）。また、フィルタ装置内に不純物の種類（例えば酸性不純物、アルカリ性不純物、塵埃）ごとに専用のフィルタを設け、複数のフィルタを積層して構成しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来の燃料電池のフィルタ装置を示すものである。図５に示すように、燃料電池のフィルタ装置２６のケース３１は、一側面を開口した第１ケース形成体３２と、その第１ケース形成体３２の開口部を開閉可能に覆う第２ケース形成体３３とから構成されている。第１ケース形成体３２にはインレット３４が形成されるともに、第２ケース形成体３３にはアウトレット３５が形成されている。インレット３４とアウトレット３５との間に位置するように、ケース３１内にはフィルタユニット３６が配置され、燃料電池６への吸入空気がフィルタユニット３６を通過することにより、同吸入空気中に含まれる不純物が除去されるようになっている。図５に示すように、フィルタユニット３６は、吸入空気流の上流側に配置された上流側フィルタ３７と、その上流側フィルタ３７に対して吸入空気流の下流側に隣接配置された下流側フィルタ３８とから構成されている。そして、上流側フィルタ３７は、下流側フィルタ３８よりも不純物除去容量が大きくなるように構成され、下流側フィルタ３８は上流側フィルタ３７よりも不純物除去効率が高くなるように構成されている。
【０００４】
図６は、特許文献２に記載された従来の燃料電池のフィルタ装置１０を示すものである。図６に示すように、従来の燃料電池のフィルタ装置１０は、酸化剤ガスまたは大気中に含まれるアルカリ性不純物を除去するアルカリ性不純物除去フィルタ４９と、酸化剤ガスまたは大気中に含まれる酸性不純物を除去する酸性不純物除去フィルタ４１と、アルカリ性不純物除去フィルタと酸性不純物除去フィルタとの間に配置されたスペーサー４５と、酸化剤ガスまたは大気中に含まれる粉塵を除去する除塵フィルタ４２と、アルカリ性不純物除去フィルタ４９および酸性不純物除去フィルタ４１の前段に粉塵を除去する粗フィルタ４８を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５９２８１号公報
【特許文献２】特開２００５−３２２５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の技術では、１種類の不純物を除去するためにガス除去能力の高いフィルタと不純物除去効率の高いフィルタに分割して構成するため、複数のフィルタをフィルタ装置のケース内に配置する必要がある。また、除去する不純物の種類が複数種類（例えば、酸性不純物、アルカリ性不純物、塵埃）とした場合、必要なフィルタの種類も複数となる。しかしながら、上記従来のフィルタ装置では、メンテナンス作業を行う場合
に、フィルタ装置のメンテナンス性が悪いという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するもので、メンテナンス性の良い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】
【０００８】
上記従来の技術では、フィルタ装置を継続して使用すると、フィルタの性能が低下し、フィルタ装置をメンテナンスする場合がある。この場合、フィルタ装置自体を交換するメンテナンス作業を行うことも考えられるが、コスト削減や省資源化の観点から、フィルタ装置のケース内に配置されたフィルタ部材を交換することが好ましい。
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、フィルタ装置のケース内に配置されたフィルタ部材を交換する場合に、以下の課題があることを見出した。フィルタ装置を通流するガスがフィルタ部材を確実に通過するように、フィルタ部材の周縁部とケースとは十分に密着するように配置されている。そのため、ケース内に収納されたフィルタ部材を取り出す作業は容易ではない。従って、フィルタ装置のケース内に配置されたフィルタ部材を交換する作業は煩雑になり、フィルタ装置のメンテナンス性が悪いという課題を有することを本発明者らは見出した。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１にかかるフィルタ装置は、気体流れ方向の一方に開口部を有し、他方に気体排出口を有する筒状のフィルタ収納部と、前記開口部を覆うように配置され、気体吸入口を有する板状のフィルタ蓋部と、前記フィルタ収納部の内部に配置された１つ以上のフィルタ部材と、その一端が前記フィルタ部材を保持するように取り付けられ、その他端が前記１つ以上のフィルタ部材より前記フィルタ蓋部側に突出して配置されるフィルタ保持部と、を有するものである。
【００１１】
これによって、フィルタ蓋をフィルタ収納部からはずし、フィルタ保持部を手前に引き出すことにより、容易にフィルタ部材を交換することができる。さらに、フィルタ収納部が気体排出口に取り付けられた継ぎ手（図示ぜず）に接続されたままでもフィルタ部材を交換することができる。
【００１２】
また、本発明の請求項２にかかるフィルタ装置は、前記フィルタ収納部の内部に、複数のフィルタ部材が前記気体流路方向に積層して配置され、前記フィルタ保持部は、前記複数のフィルタ部材のうち、最も前記気体排出口側に位置する第１フィルタ部材を保持するように取り付けられたものである。
【００１３】
複数のフィルタを有するフィルタ装置の場合、フィルタを取り出す作業は、より困難になり、メンテナンス性が悪くなる。上記構成によって、フィルタ保持部を手前に引き出すとき、複数のフィルタを一度にまとめて取り外すことができ、複数のフィルタを容易に交換することができる。そのため、フィルタ装置のメンテナンス性をより向上することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項３にかかるフィルタ装置は、前記フィルタ保持部の一端は、前記第１フィルタ部材に接続されたものである。
【００１５】
これによって、フィルタ保持部を手前に引き出すとき、複数のフィルタ部材を一度にまとめて取り外すことにより、より簡便な構成で複数のフィルタ部材を容易に交換することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４にかかるフィルタ装置は、前記第１フィルタ部材の前記気体排
出口側に、複数の貫通孔を有する板状の支持体が配置されており、前記フィルタ保持部の一端は、前記支持体に接続されたものである。
【００１７】
これによって、フィルタ保持部はフィルタ部材を交換した場合でもフィルタ保持部及び支持体を再度利用することができる。
【００１８】
また、本発明の請求項５にかかるフィルタ装置は、前記フィルタ収納部は、前記気体流れ方向に垂直な断面積が、前記気体排出口側より前記開口部側が大きくなるよう形成されている。
【００１９】
これによって、フィルタ蓋をフィルタ収納部からはずし、フィルタ保持部を手前に引き出すとき、フィルタ部材を引き出す方向にフィルタ収納部の断面積が大きくなるので、より簡単にフィルタ部材を交換することができ、メンテナンス性をより向上させることができる。
【００２０】
また、前記フィルタ装置は、燃料電池の空気供給経路に配設したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のフィルタ装置は、フィルタ装置のケース内に配置されたフィルタ部材を交換する際にメンテナンス性の良い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】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフィルタ装置の断面図
【図２】同実施の形態１における燃料電池システムの概略構成図
【図３】同実施の形態１におけるフィルタ装置のＡ−Ａ断面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるフィルタ装置の断面図
【図５】従来技術の一例を示す模式図
【図６】従来技術の他の一例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２４】
（実施の形態１）
図２は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図を示すものである。図２において、燃料電池装置１には固体高分子電解質型燃料電池よりなる燃料電池６と、燃料電池を加湿する加湿器５と、燃料電池６の作動を制御する制御装置７とが装備されている。  燃料電池６には、水素ガスが高圧ボンベ８により供給される。また、燃料電池６には、その吸気路に設けられたフィルタ装置１０及び気体供給装置４を介して酸素含有ガスとしての空気が供給される。そして、燃料電池６では、高圧ボンベ８から供給された水素と、フィルタ装置１０で二酸化硫黄（ＳＯ２）等の不純物が除去された空気との電気化学反応によって、電気エネルギーが取り出される。燃料電池６で発生した直流電力は、インバータ９により交流電力に変換される。
【００２５】
次に、フィルタ装置１０の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフィルタ装置の断面図を示すものである。フィルタ装置１０のフィルタ収納部１１は、樹脂成型されている。空気２の流路の方向の一方を開放した開口部１２と気体排出
口１５とを有している。次にフィルタ収納部１１には、フィルタ部材１３があり、第１フィルタ部材１３ａ（粗フィルタ）、第２フィルタ部材１３ｂ（アルカリ性不純物除去フィルタ）、第３フィルタ部材１３ｃ（酸性不純物除去フィルタ）、及び、第４フィルタ部材１３ｄ（除塵フィルタ）を気体排出口１５から開口部１２に向けて順に積層して構成されている。フィルタ部材１３のうちフィルタ収納部１１の開口部１２から最も奥側に配設された第１フィルタ部材１３ａと気体排出口１５との間には、支持体１８が配置されている。この支持体１８は、持ち手１４ａを有したフィルタ保持部１４と接合されている。支持体１８は、複数の貫通孔１６を有した板材で構成されている。また、フィルタ装置１０は、気体吸入口３を有したフィルタ蓋部１７で覆われている。
【００２６】
また、フィルタ収納部１１は、気体流れ方向に垂直な断面積が、気体排出口側より開口部側が大きくなるよう勾配が設けられている（図示せず）。これにより、フィルタ部材１３を引き出す方向にフィルタ収納部１１の断面積が大きくなるため、フィルタ部材１３の取り出しを容易に行うことができる。
【００２７】
また、貫通孔１６は、気体吸入口３と気体排出口１５の同軸点を中心に外周方向に向けて略同心円状に孔径を大きくした構成であってもよい。これにより、フィルタ部材に吸入される気体は、支持体に開口した複数の貫通孔を通過し、フィルタ部材内の一部に気体の流れが偏る偏流が起こることを抑制できる。そのため、フィルタ部材の利用率を向上させることができる。
【００２８】
以上のように構成された燃料電池のフィルタ装置について、以下そのメンテナンス方法、作用について説明する。
【００２９】
まず、第１フィルタ部材１３ａ、第２フィルタ部材１３ｂ、第３フィルタ部材１３ｃ、第４フィルタ部材１３ｄは、空気中の不純物を吸着し正常な状態にして燃料電池に空気を送る。不純物の吸着量が所定の量に到達すると各フィルタ部材はその機能が低下し、一定期間で定期的に新しいフィルタ部材に交換することが好ましい。フィルタ部材の交換時期としては設置環境によりバラツキがあるが、１年から２年で交換することが一般的である。フィルタ部材の交換時期を長くするには、フィルタ部材の不純物除去容量を大きくする必要があり、フィルタ装置の大型化に繋がる。燃料電池装置１を小型化するためには、フィルタ装置１０をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００３０】
以下にフィルタ部材の脱着の動作について説明する。図１において、フィルタ蓋部１７は、例えばネジによってフィルタ収納部１１と締結されている（図示せず）。まず、フィルタ蓋部１７をフィルタ収納部１１から取り外す。そして、開口部１２の周囲に配置されている持ち手１４ａを引き出す。持ち手１４ａを引き出して、フィルタ保持部１４及び支持体１８を引き出すことによって、第１フィルタ部材１３ａ、第２フィルタ部材１３ｂ、第３フィルタ部材１３ｃ、第４フィルタ部材１３ｄをまとめてフィルタ収納部１１から引き出すことができる。また、さらにフィルタ収納部１１の気体排出口１５が配管に接続されたままであっても、フィルタ部材を交換することができる。
【００３１】
また、本実施の形態ではフィルタ収納部１１は樹脂成形され、気体流れ方向に垂直な断面積が、気体排出口側より開口部側が大きくなるよう勾配が設けられており、フィルタ保持部１４を引き出す時は引き出し方向に断面積が広がっていく構成となるため、メンテナンス作業がより容易となるよい。また、フィルタ部材１３を交換した後に、フィルタ部材及びフィルタ保持部１４を押し込むときは、押し込み方向に断面積が小さくなっていく構成となるため、フィルタ部材１３の装着が容易になる。
【００３２】
また、支持体１８は、複数の貫通孔１６を有した板状の部材であるので、フィルタ部材
１３に吸入される気体は、フィルタ保持部１４に開口した複数の貫通孔１６を通過するため、フィルタ部材１３内での偏流を抑制できる。
【００３３】
また、支持体１８の貫通孔１６は、気体吸入口３と気体排出口１５の同軸点を中心に外周方向に向けて略同心円状に孔径を大きくしたものであることにより、支持体１８でフィルタ部材１３のＡ−Ａ断面により均一に気体が流れるので、フィルタ部材１３内での偏流を抑制できる。これにより、フィルタ部材１３の利用率を向上させフィルタ装置を小型化、低コスト化することができる。
【００３４】
また、燃料電池のフィルタ装置１０は、空気経路に配設したものであることにより、設置場所により不純物の成分が大きく相違する大気中であっても、フィルタ装置で多種の不純物を除去することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるフィルタ装置の断面図を示すものである。本発明の第２の実施の形態６にかかるフィルタ装置は、フィルタ保持部の一端が、第１フィルタ部材に接続されている態様を例示するものである。なお、その他の構成は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。
【００３６】
フィルタ装置１０の構成について説明する。フィルタ収納部１１には、フィルタ部材１３があり、第１フィルタ部材１３ａ（粗フィルタ）、第２フィルタ部材１３ｂ（アルカリ性不純物除去フィルタ）、第３フィルタ部材１３ｃ（酸性不純物除去フィルタ）、及び、第４フィルタ部材１３ｄ（除塵フィルタ）を気体排出口１５から開口部１２に向けて順に積層して構成されている。フィルタ部材１３のうちフィルタ収納部１１の開口部１２から最も奥側に配設された第１フィルタ部材１３ａに、フィルタ保持部１４が接合されている。
【００３７】
この構成により、簡便な構成で、フィルタ装置のメンテナンス性を向上することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、フィルタ装置１０は、フィルタ部材１３とフィルタ蓋部１７との間に持ち手１４ａを配置したが、これに限定されない。持ち手１４ａは、フィルタ部材１３よりフィルタ蓋部１７側に突出するように配置されていればよい。例えば、持ち手１４ａは、その一部がフィルタ収納部１１とフィルタ蓋部１７との間に挟まれるように配置されていてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、フィルタ装置１０は、フィルタ部材１３とフィルタ収納部１１との間に互いに対向するように一対のフィルタ保持部１４を配置したが、これに限定されない。フィルタ保持部１４は、フィルタ部材１３とフィルタ収納部１１との間に１つ以上のフィルタ保持部１４を配置すればよい。例えば、フィルタ保持部１４は、フィルタ収納部１１とフィルタ蓋部１７との間に１つ又は３つのフィルタ保持部１４が配置されていてもよい。
【００４０】
また、本実施の形態では、固体高分子型燃料電池を用いた説明したが、これに限定されない。例えば、固体酸化物型燃料電池などの種々の燃料電池や給湯器にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明にかかるフィルタ装置は、給湯器、自動車用燃料電池及び定置用燃料電池コージェネレーションシステムに有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１  燃料電池装置
２  空気
３  気体吸入口
４  気体供給装置
６  燃料電池
１０  フィルタ装置
１１  フィルタ収納部
１３  フィルタ部材
１３ａ  第１フィルタ部材
１３ｂ  第２フィルタ部材
１３ｃ  第３フィルタ部材
１３ｄ  第４フィルタ部材
１４  フィルタ保持部
１４ａ  持ち手
１５  気体排出口
１６  貫通孔
１７  フィルタ蓋部
１８  支持体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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