(57)【要約】【課題】凝集エレメントの凝集力を低下させることなく、微細水粒子の捕集効率を上げる。【解決手段】凝集エレメントは、繊維６０を集合させた不織布からなる。この繊維６０は、繊維６０の長手方向に対して直交方向外側に向かって延びるとともに、繊維６０の長手方向に沿って延びる腕部６１を備え、この腕部６１は、繊維６０の周方向に沿って３個以上配置されている。これによると、繊維界面長（繊維と水粒子の接触部長さ）は、従来の断面が円形の繊維を用いた場合と略同等になるため、凝集力も従来と略同等になる。また、繊維６０に向かって燃料が流れる際の抵抗が小さくなり、それにより燃料流れの拡がりが小さくなるため、捕集可能幅が大きくなり、ひいては単一繊維捕集効率が高くなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維（６０）を集合させた不織布からなる凝集エレメント（５１）にて燃料中の水分を凝集させる燃料フィルタ装置であって、
前記繊維（６０）は、前記繊維（６０）の長手方向に対して直交方向外側に向かって延びるとともに、前記繊維（６０）の長手方向に沿って延びる腕部（６１）を備え、
前記腕部（６１）は、前記繊維（６０）の周方向に沿って３個以上配置されていることを特徴とする燃料フィルタ装置。
【請求項２】
前記腕部（６１）の先端は、円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の燃料フィルタ装置。
【請求項３】
前記腕部（６１）の先端は、テーパ状であることを特徴とする請求項１に記載の燃料フィルタ装置。
【請求項４】
前記腕部（６１）は、前記繊維（６０）の周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置。
【請求項５】
前記繊維（６０）の外接円相当径は、１〜１４μｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置。
【請求項６】
前記繊維（６０）は、親水性の繊維であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置。
【請求項７】
燃料中のダストを捕捉する濾過エレメント（４１）を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置。
【請求項８】
前記濾過エレメント（４１）は、前記凝集エレメント（５１）よりも燃料流れ下流側に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料フィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料中に含まれる水分を凝集させて分離する燃料フィルタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料フィルタ装置は、燃料中に含まれる水分を凝集させて分離する凝集エレメント、および、燃料中のダストを捕捉する濾過エレメントを備え、凝集エレメントよりも燃料流れ下流側に濾過エレメントが配置されている。
【０００３】
凝集エレメントは、繊維を集合させた不織布からなる。そして、燃料が凝集エレメントを通過するとき、燃料中の水分が繊維に捕捉され、凝集されることで、水滴に成長する。水滴は、容器内の底部に沈降して貯留され、ドレン通路から適宜取り出される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２３０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境問題の取り組みとして、ディーゼルエンジン搭載車では、世界中でバイオ燃料の使用が広がっている。バイオ燃料は、軽油と比較して水と燃料の界面張力が低下するため水粒子が微細化し、また、凝集エレメントを用いる従来の燃料フィルタ装置では、凝集力の低下が考えられる。
【０００６】
そして、凝集エレメントの孔径はダストが通過可能な孔径に設定されているため、バイオ燃料のように水粒子が微細化する場合、その微細水粒子（１〜３０μｍ）が凝集エレメントを通り抜けやすくなるため微細水粒子の捕集が困難になるという問題が発生する。
【０００７】
その問題の対策として、凝集エレメントの繊維径を細くすることが有効であるが、繊維径を細くすると凝集力がさらに低下するという新たな問題が発生する。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、凝集エレメントの凝集力を低下させることなく、微細水粒子の捕集効率を上げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、繊維（６０）を集合させた不織布からなる凝集エレメント（５１）にて燃料中の水分を凝集させる燃料フィルタ装置であって、繊維（６０）は、繊維（６０）の長手方向に対して直交方向外側に向かって延びるとともに、繊維（６０）の長手方向に沿って延びる腕部（６１）を備え、腕部（６１）は、繊維（６０）の周方向に沿って３個以上配置されていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、繊維界面長（繊維と水粒子の接触部長さ）は、従来の断面が円形の繊維を用いた場合と略同等になるため、凝集力も従来と略同等になる。
【００１１】
また、繊維（６０）に向かって燃料が流れる際の抵抗が小さくなり、それにより燃料流れの拡がりが小さくなるため、捕集可能幅が大きくなり、ひいては単一繊維捕集効率が高くなる。
【００１２】
したがって、凝集エレメント（５１）の凝集力を低下させることなく、微細水粒子の捕集効率を上げることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料フィルタ装置において、腕部（６１）の先端は、円弧形状であることを特徴とする。これによると、繊維（６０）に向かって燃料が流れる際の抵抗を小さくすることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の燃料フィルタ装置において、腕部（６１）の先端は、テーパ状であることを特徴とする。これによると、繊維（６０）に向かって燃料が流れる際の抵抗を小さくすることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置において、腕部（６１）を、繊維（６０）の周方向に沿って等間隔に配置することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置において、繊維（６０）の外接円相当径は、１〜１４μｍであることを特徴とする。
【００１７】
これによると、水粒子が微細化しやすいバイオ燃料の場合、繊維（６０）の外接円相当径が１４μｍ以下のときに高い単一繊維捕集効率を得ることができる。また、繊維（６０）の外接円相当径を１μｍ以上にすることにより、凝集エレメント（５１）の強度を実用上十分なレベルにすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置において、繊維（６０）は、親水性の繊維であることを特徴とする。
【００１９】
これによると、繊維（６０）に水分が捕捉されやすいため、水分の捕捉性能を向上することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料フィルタ装置において、燃料中のダストを捕捉する濾過エレメント（４１）を備えることを特徴とする。これによると、燃料中のダストも捕捉することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の燃料フィルタ装置において、濾過エレメント（４１）は、凝集エレメント（５１）よりも燃料流れ下流側に配置されていることを特徴とする。これによると、水分による濾過エレメント（４１）の目詰まりを防止することができる。
【００２２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料フィルタ装置の模式的な断面図である。
【図２】図１の凝集エレメントの仕様を示す図表である。
【図３】図１の凝集エレメント用不織布の繊維の断面図である。
【図４】（ａ）は一実施形態に係る燃料フィルタ装置の作動説明に供する図、（ｂ）は従来の燃料フィルタ装置の作動説明に供する図である。
【図５】一実施形態の変形例を示す凝集エレメント用不織布の繊維の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係る燃料フィルタ装置は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を供給するための燃料供給装置の部品であって、燃料供給経路に設けられている。内燃機関は、車両あるいは船舶等の動力源として搭載されたもの、あるいは発電用、空調用の動力源として定置されたものである。燃料は、バイオ燃料や軽油が用いられ、所定の水分を含有している。
【００２５】
図１は一実施形態に係る燃料フィルタ装置の模式的な断面図である。図１に示すように、燃料フィルタ装置１０は、容器２０とフィルタアッセンブリ３０とを備えている。
【００２６】
容器２０は、燃料通路を区画形成するものであって、少なくとも燃料の入口１０ａと、燃料の出口１０ｂとを有している。容器２０は、ベース部分２１と、カップ部分２２とを有する。ベース部分２１とカップ部分２２との間には、円柱状の収容空間が形成される。カップ部分２２は、リテーナ２３によってベース部分２１に固定されている。ベース部分２１とカップ部分２２との間には、フィルタ収容空間２４と、油水分離空間２５とが形成されている。容器２０の使用状態における重力方向の下端には手動操作可能なバルブ２６が設けられている。油水分離空間２５内に貯留された水および異物は、バルブ２６を開くことにより燃料通路から外部へ取り出される。
【００２７】
フィルタアッセンブリ３０は、容器２０内に収容されている。フィルタアッセンブリ３０は、リテーナ２３を解放状態として、カップ部分２２をベース部分２１から分離することにより交換可能である。
【００２８】
フィルタアッセンブリ３０は、主として燃料中の微小な固形物（ダスト）を捕捉するための濾過フィルタ４０と、主として燃料中の水分を凝集させる凝集フィルタ５０とを有する。
【００２９】
濾過フィルタ４０は、凝集フィルタ５０よりも燃料流れ下流側に配置されている。そして、凝集フィルタ５０は、濾過フィルタ４０に到達する前に水分を除去し、濾過フィルタ４０が水分によって目詰まりを起こすことを予防している。
【００３０】
また、濾過フィルタ４０は、凝集フィルタ５０よりも上方に配置されている。この配置により、燃料は凝集フィルタ５０から濾過フィルタ４０へ向けて上向きに流れ、水滴は下向きに沈降してゆく。この結果、水滴の分離性能が高められている。
【００３１】
濾過フィルタ４０は、微小な固形物を捕捉するための濾過エレメント４１と、樹脂製のフレーム４２とを有している。濾過エレメント４１は、濾紙をハニカム状あるいは菊花状に成形したものである。この実施形態では、ハニカム状フィルタエレメントを用いている。
【００３２】
フレーム４２は、濾過エレメント４１を支持する支持部材である。フレーム４２は、入口１０ａから流入した燃料を凝集フィルタ５０に導入する燃料通路を提供するパイプを有している。濾過エレメント４１は、パイプと容器２０との間にシールされた状態で配置されている。この結果、濾過エレメント４１は、図中下方から上方へ流れる燃料を濾過する。濾過エレメント４１を通過した燃料は、出口１０ｂから流出し、図示しない内燃機関に供給される。
【００３３】
凝集フィルタ５０は、扁平な円柱状の外観を有する。凝集フィルタ５０は、フレーム４２の下端に連結されている。凝集フィルタ５０は、支持部材５２と、凝集エレメント５１とを有している。
【００３４】
支持部材５２は、フレーム４２のパイプ下端に連結された環状の上板５３と、上板５３の外周端から下方へ垂下された円筒状の外板５４と、上板５３との間に所定の隙間を介して支持された円盤状の下板５５とを有する。上板５３と下板５５は、図示しない連結手段によって着脱自在に連結されている。
【００３５】
上板５３の中央には燃料の入口としての第１開口５２ａが開設されている。外板５４と下板５５との間には環状の隙間が設けられている。この隙間は、燃料の出口としての第２開口５２ｂである。第２開口５２ｂは、連結手段によって複数の開口に分割されている。支持部材５２は、凝集エレメント５１へ燃料を流入させる第１開口５２ａと、凝集エレメント５１を通過した燃料を流出させる第２開口５２ｂとを有する通路を区画形成する容器としても把握できる。
【００３６】
上板５３と下板５５との間には、凝集エレメント５１が収納され、支持されている。凝集エレメント５１は、親水性の繊維を集合させた不織布からなり、環状に形成されている。そして、凝集エレメント５１は、燃料中の水分を捕捉し、捕捉された微小な水滴を凝集させて大きな水滴に成長させる。成長した水滴は、油水分離空間２５へ排出され、重力によって沈降し、カップ部分２２内の底部に貯留される。
【００３７】
図２は凝集エレメント５１の仕様を示す図表であり、この図２に示すように、本実施形態の凝集エレメント５１は、レーヨン（登録商標）繊維、ＰＡ（ナイロン）６６繊維、および、ＰＡ６とＰＡ６６とからなる繊維を集合させた不織布にて形成される。これらの３種類の繊維は、何れも親水性を有している。なお、これらの３種類の繊維を混ぜ合わせて加熱することにより、ＰＡ６が溶融し、溶融したＰＡ６により３種類の繊維が結合されて不織布が形成される。
【００３８】
これらの繊維の径および配合率は、図２に示す通りである。また、この不織布を用いて形成される本実施形態の凝集エレメント５１の、厚さ、目付け、および狙い孔径は、図２に示す通りである。
【００３９】
図３は、凝集エレメント５１用の繊維のうちレーヨン繊維およびＰＡ６６繊維の、繊維の長手方向に対して直交する断面の形状を示している。
【００４０】
この図３に示すように、繊維６０は、繊維６０の長手方向に対して直交方向外側に向かって延びるとともに、繊維６０の長手方向に沿って延びる腕部６１を備えている。この腕部６１は、繊維６０の周方向に沿って等間隔に３個配置されている。腕部６１の先端（すなわち、外周部）の、繊維６０の長手方向に対して直交する断面の形状は、円弧形状になっている。
【００４１】
上記構成になる燃料フィルタ装置１０は、入口１０ａから燃料が流入すると、燃料は凝集フィルタ５０を通過する。凝集フィルタ５０においては、燃料は、第１開口５２ａから供給され、凝集エレメント５１内を通過し、第２開口５２ｂから容器２０内に流出する。燃料は、凝集エレメント５１内を、主として径方向に流れる。
【００４２】
凝集フィルタ５０内において、燃料中に分散している水分は、凝集エレメント５１の繊維６０に捕捉される。捕捉された水分は、繊維６０上を伝わって移動し徐々に凝集して水滴となる。水滴は徐々に大きく成長し、凝集エレメント５１の出口側において最大化される。凝集エレメント５１で捕捉され凝集した水滴は、第２開口５２ｂから油水分離空間２５に流出する。水滴は、重力によって油水分離空間２５内を沈降し、カップ部分２２の底部に貯留される。貯留された水は、バルブ２６を開くことによって外部へ取り出される。一方、第２開口５２ｂから流出した燃料は、油水分離空間２５から上方へと流れ、濾過フィルタ４０を通過して、出口１０ｂから流出する。
【００４３】
ここで、図４（ａ）は本実施形態に係る燃料フィルタ装置１０における凝集エレメント５１内での燃料流れのシミュレーション結果を示す図、図４（ｂ）は従来の燃料フィルタ装置における凝集エレメント内での燃料流れのシミュレーション結果を示す図である。
【００４４】
なお、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す繊維６０の断面の形状は、繊維６０の長手方向に対して直交する断面の形状である。因みに、図４（ｂ）に示す従来の凝集エレメントの繊維６０の断面形状は円形である。また、図４（ａ）および図４（ｂ）において、矢印は燃料の流線であり、燃料は図４の紙面上方から下方に向かって流れる。
【００４５】
本実施形態装置のシミュレーションの前提条件は、燃料中の水粒子の径が３μｍ、繊維６０の外接円相当径Ｄが１４μｍ、繊維６０の幅ｔが４．５μｍである。一方、従来装置のシミュレーションの前提条件は、燃料中の水粒子の径が３μｍ、繊維６０の外接円相当径（すなわち直径）Ｄが１４μｍである。
【００４６】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本実施形態装置における繊維６０に近接した部位の燃料流線は、従来装置における繊維６０に近接した部位の燃料流線よりも、曲がり（すなわち、拡がり）が小さくなっている。これは、本実施形態装置の場合、繊維６０に向かって燃料が流れる際の抵抗が小さくなるため、燃料流れの拡がりが小さくなるものと推測される。
【００４７】
その結果、従来装置の場合、捕集可能幅が０．２μｍであるのに対し、本実施形態装置の場合、捕集可能幅が０．６μｍとなった。したがって、本実施形態装置の単一繊維捕集効率（＝捕集可能幅／繊維の外接円相当径）は、従来装置の単一繊維捕集効率の３倍になる。
【００４８】
なお、本実施形態装置における繊維界面長（繊維６０と水粒子の接触部長さ）は、従来装置のように断面が円形の繊維６０を用いた場合と略同等になるため、凝集力は従来と略同等になる。したがって、凝集エレメント５１の凝集力を低下させることなく、微細水粒子の捕集効率を上げることができる。
【００４９】
なお、種々の条件を設定したシミュレーションによると、水粒子が微細化しやすいバイオ燃料の場合、繊維６０の外接円相当径Ｄが１４μｍ以下のときに高い単一繊維捕集効率を得ることができる。また、繊維６０の外接円相当径Ｄを１μｍ以上にすることにより、凝集エレメント５１の強度を実用上十分なレベルにすることができる。
【００５０】
次に、上記実施形態の変形例について、図５に基づいて説明する。なお、図５に示す繊維６０の断面の形状は、繊維６０の長手方向に対して直交する断面の形状である。
【００５１】
まず、図５（ａ）に示す第１変形例のように、腕部６１を４個設けてもよいし、図５（ｂ）に示す第２変形例のように、腕部６１を５個設けてもよい。その際、腕部６１は、繊維６０の周方向に沿って等間隔に配置するのが望ましい。
【００５２】
また、図５（ｃ）に示す第３変形例のように、腕部６１の厚さｔを小さくしてもよい。これによると、繊維６０に向かって燃料が流れる際の抵抗が小さくなるため、捕集可能幅が大きくなり、ひいては単一繊維捕集効率が高くなる。
【００５３】
さらに、図５（ｄ）に示す第４変形例のように、腕部６１の先端の、繊維６０の長手方向に対して直交する断面の形状を、外周側から中心部に向かって拡がるテーパ状にしてもよい。これによると、繊維６０に向かって燃料が流れる際の抵抗が小さくなるため、捕集可能幅が大きくなり、ひいては単一繊維捕集効率が高くなる。
【００５４】
（他の実施形態）
上記実施形態では、不織布の繊維として、レーヨン、ＰＡ６６、ＰＡ６を採用したが、不織布の繊維として、親水性を有するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を採用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
５１  凝集エレメント
６０  繊維
６１  腕部
【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５】
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