CN111265992A - 过滤器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过滤器装置，能够防止液体冻结，并且即使在液体冻结了的情况下也能够防止装置破损。在过滤器壳体内部设置有滤芯，该滤芯具有对液体进行过滤的大致圆筒形状的滤材和设置在滤材内侧的大致圆筒形状的内筒，内筒具有对侧面的中空部进行覆盖的分隔板。设置在过滤器壳体的底面上的加热器具有大致棒状的加热部，加热部经由在覆盖滤材下端的第一板的与内筒的中空部重叠的位置上形成的第一孔，***到由内筒的侧面和分隔板包围的空间中。

Description

过滤器装置
技术领域
本发明涉及一种过滤器装置。
背景技术
专利文献1中公开了一种液体过滤器结构，在过滤器外壳内配置有 包括外罩的可收缩元件，该外罩包含气体封入容积，可收缩元件对由过 滤器外壳内的液体的冻结引起的压力的产生进行反应而收缩。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2013-510712号公报
发明内容
本发明所要解决的课题
为了将从发动机排出的废气中含有的氮氧化物除去，一般使用尿素 水。然而，尿素水在低温下容易冻结，当尿素水在过滤器装置内部冻结 而膨胀时，过滤器壳体、滤芯有可能破损。
专利文献1记载的发明的目的在于，通过可收缩元件的收缩，防止 滤芯、过滤器外壳的破损。然而，在专利文献1记载的发明中，无法防 止液体冻结。
本发明是鉴于这样的状况而进行的，其目的在于提供一种过滤器装 置和过滤装置，能够防止液体冻结，并且，即使在液体冻结了的情况下 也能够防止装置破损。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明所涉及的过滤器装置例如是对可冻结的 液体进行过滤的过滤装置，其特征在于，具备：过滤器壳体，具有上述 液体的流入部和流出部；滤芯，是以中心轴沿着铅垂方向延伸的方式设 置在上述过滤器壳体内部的大致圆筒形状的滤芯，具有对上述液体进行 过滤的大致圆筒形状的滤材、设置在上述滤材内侧的大致圆筒形状的内 筒、覆盖上述滤材下端的第一板和覆盖上述滤材上端的第二板；以及加 热器，设置在上述过滤器壳体的底面上，上述内筒具有对上述内筒的大 致筒状的侧面即内筒侧面的中空部进行覆盖的分隔板，上述内筒侧面具 有位于比上述分隔板靠铅垂方向上侧的第一区域和位于上述第一区域的 铅垂方向下侧的第二区域，在上述第一区域中形成有贯通上述内筒侧面 的多个孔，在上述第一板上，在与上述内筒的中空部重叠的位置上形成 有第一孔，上述加热器具有大致棒状的加热部，上述加热部经由上述第 一孔***到由上述内筒侧面中的上述第二区域和上述分隔板包围的空间 中。
根据本发明所涉及的过滤器装置，在过滤器壳体内部设置有滤芯， 该滤芯具有对液体进行过滤的大致圆筒形状的滤材和设置在滤材内侧的 大致圆筒形状的内筒，内筒具有对侧面的中空部进行覆盖的分隔板。设 置在过滤器壳体的底面上的加热器具有大致棒状的加热部，加热部经由 在覆盖滤材下端的第一板的与内筒的中空部重叠的位置上形成的第一孔， ***到由内筒的侧面和分隔板包围的空间中。由此，通过加热部对液体 进行加热，能够防止液体冻结。此外，在液体流入到过滤器壳体内部时， 空气残留在由内筒的侧面和分隔板包围的空间中，因此即使液体冻结而 膨胀，也能够防止装置破损。并且，通过将加热部***到由内筒的侧面 和分隔板包围的空间中，能够使过滤器装置小型化，并且能够减小过滤 器壳体内部的存积液体的空间的体积。结果，能够减少过滤器壳体内部 所存积的液体的体积(水量)，并减小冻结时的体积变化。
在此，也可以为，在上述第二板上，在与上述内筒的中空部重叠的 位置上形成有大致圆筒形状的第二孔，上述流出部与上述第二孔连通， 上述第二孔包括上侧的内径小于下侧的内径的大致圆锥台形状的部分。 由此，能够消除在第二孔内部成为空气存积处的空间，防止由于在倾斜 消失时空气被向泵、喷射器供给而引起的不良情况。
在此，也可以为，具备设置在上述滤芯与上述过滤器壳体之间的大 致圆筒形状的环，上述环能够在上述第一板与上述第二板之间移动。由 此，能够减小在滤芯的角落形成的成为空气存积处的空间，防止由于在 倾斜消失时空气被向泵、喷射器供给而引起的不良情况。
在此，也可以为，上述第二板大于上述滤材，上述过滤器壳体的侧 面为大致圆筒形状，该侧面的内周面的直径与上述第二板的外周面的直 径大致相同，上述第二板的直径与上述滤材的直径之差和上述环的厚度 大致相同。由此，能够减小过滤器壳体内部的存积尿素水的空间的体积， 减少过滤器壳体内部存积的尿素水的体积(水量)，并减小冻结时的体积 变化。此外，通过减小过滤器壳体内部的存积尿素水的空间的体积，能 够减少在建筑机械的起动时向喷射器供给的空气，防止由空气引起的不 良情况。
发明的效果
根据本发明，能够防止液体冻结，并且即使在液体冻结了的情况下 也能够防止装置破损。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施方式的过滤器装置1的概况的纵 截面图。
图2是表示过滤器装置1的概况的平面图。
图3是表示过滤器装置1的概况的横截面图。
图4是示意性地表示过滤器装置1倾斜了的情况的图。
图5是表示一般的尿素SCR***100的概况的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本发明能够应 用于对内燃机(特别是柴油发动机)的排气中含有的NOX(氮氧化物) 进行还原的选择还原(SCR:Selective Catalytic Reduction)型的尿素SCR ***。此外，在SCR型的***中使用的液体不限定于尿素水，可以使用 能够进行NOX的还原的各种液体。
图5是表示一般的尿素SCR***100的概况的图。尿素SCR*** 100主要具有过滤器装置101、罐102、泵103和喷射器104。当搭载有 尿素SCR***100的建筑机械(以下，称为建机)、汽车等的发动机起 动时，罐102中储存的尿素水被泵103吸取。由此，尿素水通过罐102、 过滤器装置101和泵103而向喷射器104供给，并被从喷射器104喷雾 (参照图5的黑色箭头)。一部分尿素水从泵103返回到罐102中(参照 图5的黑色箭头)。当建机等的发动机停止时，为了防止尿素水冻结，处 于过滤器装置101、泵103和喷射器104内部的尿素水返回到罐102中(参 照图5的空心箭头)。
以下，对于本发明，以在尿素SCR***100中使用的过滤器装置为 例，对使用尿素水作为流体的情况进行说明，但是本发明能够应用于对 可冻结的各种流体进行过滤的过滤装置。
图1是表示作为本发明的一个实施方式的过滤器装置1的概况的纵 截面图。图2是表示过滤器装置1的概况的平面图。图3是表示过滤器 装置1的概况的横截面图。在图1中，比中心线ax靠左侧是将过滤器壳 体10和加热器30的一部分切断了的截面图，比中心线ax靠右侧是将过 滤器壳体10、滤芯20和加热器30切断了的截面图。此外，在图1和图 3中，对于一部分部件省略了表示截面的影线。
过滤器装置1主要具有过滤器壳体10、滤芯20、加热器30和环41。
过滤器壳体10主要具有下壳体11和上壳体12。在过滤器壳体10 内部，主要设置有滤芯20、加热器30和环41。
下壳体11是有底大致筒形状的部件，内部为空腔。下壳体11的上 端面开口。下壳体11的底面11a具有供加热器30***的加热器安装孔 11b。此外，底面11a具有大致圆筒形状的筒状部11c，筒状部11c的中 空部与加热器安装孔11b重叠。
下壳体11的侧面11d具有使尿素水向过滤器装置1流入的流入孔11e。此外，侧面11d具有大致圆筒形状的流入部11f，流入部11f的中空 部与流入孔11e重叠。在流入部11f***有流入管16。在流入部11f与流 入管16之间设置有密封部件(例如O型环)52，密封部件52防止尿素 水从流入部11f与流入管16之间漏出。流入孔11e、流入部11f和流入管 16相当于本发明的流入部。
上壳体12是对下壳体11上部的开口端进行覆盖的部件。上壳体12 被设置为相对于下壳体11能够拆装。在下壳体11与上壳体12之间设置 有密封部件(例如O型环)51，密封部件51防止尿素水从下壳体11与 上壳体12之间漏出。
上壳体12的上端面12a具有使尿素水从过滤器装置1流出的流出孔 12b。此外，上端面12a具有大致圆筒形状的流出部12c，流出部12c的 中空部与流出孔12b重叠。在流出部12c***有流出管17。在流出部12c 与流出管17之间设置有密封部件(例如O型环)53，密封部件53防止 尿素水从流出部12c与流出管17之间漏出。流出孔12b、流出部12c和 流出管17相当于本发明的流出部。
下壳体11的侧面11d与上壳体12的侧面12d的内径大致相同。由 此，通过组装下壳体11与上壳体12，过滤器壳体10成为两端被覆盖的 大致圆筒形状。
滤芯20是两端被覆盖的大致筒状(在此为大致圆筒形状)的部件， 设置在过滤器壳体10内部。过滤器壳体10和滤芯20的中心线ax沿着 铅垂方向(z方向)延伸。
滤芯20主要具有滤材21、内筒22和板23、24。
滤材21用于对尿素水进行过滤，为在径向上具有厚度的大致圆筒形 状。滤材21是通过将使用了合成树脂、纸等的滤纸褶皱折叠，并将褶皱 折叠后的滤纸的两端连结并卷成圆筒状而形成的。
内筒22是树脂制的大致圆筒形状的部件，设置在滤材21内侧。内 筒22的高度与滤材21的高度大致相同。
内筒22的大致筒状的侧面22a具有位于铅垂方向上侧的第一区域A1和位于第一区域A1的铅垂方向下侧的第二区域A2。第一区域A1包 括内筒22的上端，第二区域A2包括内筒22的下端。在侧面22a的第一 区域A1中，大致整面地形成供尿素水通过的孔22b，而在侧面22a的第 二区域A2中未形成孔22b。
此外，在本实施方式中，第一区域A1为内筒22的整体高度的大致 1/3，而第二区域A2的高度不限定于此。但是，第一区域A1的高度优选 为内筒22的高度的大致一半以下。
内筒22具有对侧面22a的中空部进行覆盖的分隔板22c。分隔板22c 的直径与侧面22a的内径大致相同。分隔板22c的高度方向(z方向)的 位置在第一区域A1与第二区域A2之间。换言之，第一区域A1是位于 比分隔板22c靠上侧的区域，第二区域A2是位于比分隔板22c靠下侧的 区域。
板23是大致圆板形状的部件，覆盖滤材21和内筒22的下端。板 24是大致圆板形状或者大致圆筒形状的部件，覆盖滤材21和内筒22的 上端。板24设置在过滤器壳体10(在此为上壳体12)的上端面12a上。 板23稍微小于板24。
在板23上，在与内筒22的中空部重叠的位置上形成有大致圆筒形 状的孔23a。孔23a的大小与内筒22的内径大致相同。孔23a使过滤器 壳体10内部且是滤芯20外部的空间(空间S1)与由内筒22的侧面22a 中的第二区域A2和分隔板22c包围的空间(空间S3)连通。
在板24上，在与内筒22的中空部重叠的位置上形成有孔24a。孔 24a使由内筒22的侧面22a中的第一区域A1和分隔板22c包围的空间(空 间S2)与流出管17连通。孔24a的下端部与内筒22的内径大致相同。 此外，孔24a包括上侧的内径小于下侧的内径的大致圆锥台形状的部分。
板24具有板状部24b和从板状部24b向上侧突出的突出部24c。板 状部24b的直径大于滤材21的直径，突出部24c的直径小于板状部24b 的直径。此外，板状部24b的直径优选稍微大于滤材21的直径，例如优 选使板状部24b的直径与滤材21的直径之差和环41的厚度大致相同。
对板24向上端面12a的安装进行说明。上端面12a具有两个平面121、 123和将平面121与平面123连结的大致圆筒形状的筒状部122。平面121 的直径小于平面123的直径。
突出部24c被***到筒状部122中，突出部24c的上端面与平面121 抵接，板状部24b的上端面与平面123抵接。在突出部24c的外周面上 设置有密封部件(例如O型环)54，通过在突出部24c与筒状部122之 间设置密封部件54，板24即滤芯20被安装于上壳体12。
板状部24b的外周面的直径与侧面12d(即过滤器壳体10的侧面) 的内周面的直径大致相同。因此，滤材21与过滤器壳体10之间的间隙 变小。由此，能够减少在过滤器壳体10内部存积的尿素水的体积(水量)， 并减小冻结时的体积变化。
在滤芯20被安装于上壳体12的状态下，在板23与底面11a之间具 有间隙。经由流入管16等而流入到过滤器壳体10内部的尿素水，首先 流入底面11a与板23之间，然后流入滤材21与侧面11d、12d之间。
考虑到尿素水的流动，流入孔11e、流入部11f和流入管16优选设 置在底面11a附近。此外，流入孔11e、流入部11f和流入管16也可以不 设置于侧面11d而设置于底面11a。
加热器30例如是电热棒、陶瓷加热器。加热器30具有在外周面上 形成有外螺纹部32a的安装部32。通过将外螺纹部32a与形成在加热器 安装孔11b和筒状部11c的内周面上的内螺纹部11g螺合，而将加热器 30设置于过滤器壳体10的底面11a。
在安装部32的外周面上设置有密封部件(例如O型环)55，密封 部件55防止尿素水从安装部32与筒状部11c之间漏出。
加热器30具有大致棒状的加热部31。加热部31设置于安装部32。 加热部31在过滤器壳体10内部被设置为长度方向沿着铅垂方向。此外， 加热部31经由孔23a被***到由内筒22的侧面22a和分隔板22c包围的 空间(空间S3)中。
环41为大致圆筒形状的部件，设置在滤芯20与过滤器壳体10之间。 环41形成为浮在尿素水上。此外，环41未被固定，能够在板23与板24 之间移动。
接下来，使用图1对如此构成的过滤器装置1的功能进行说明。图 1的空心箭头表示尿素水的流动。
尿素水经由流入孔11e、流入部11f和流入管16流入空间S1。
在尿素水流入过滤器壳体10内部的空间S1之前，环41与板23抵 接(参照图1的虚线)。环41浮在尿素水上，因此当尿素水流入过滤器 壳体10内部的空间S1时，尿素水将环41顶起(参照图1的箭头)，在 尿素水被完全存积到过滤器壳体10内部的空间S1中的状态下，环41与 板24抵接(参照图1的实线)。
流入空间S1的尿素水，通过从滤材21的外侧朝向内侧流动而被过 滤。在内筒22的第二区域A2中未形成孔22b，因此尿素水沿着内筒22 向上(+z方向)流动，并通过形成在内筒22的第一区域A1中的孔22b 向空间S2流出。
此外，在内筒22的第二区域A2中未形成孔22b。因此，当尿素水 流入空间S1时，尿素水从下侧(-z侧)流入到由内筒22的第二区域A2 与分隔板22c包围的区域(空间S3)中，但在空间S3的上端附近的部分 处残留一部分空气。
空间S3中存积的尿素水被加热器30加热，防止尿素水冻结。然而， 由于气温降低等，即使通过加热器30对尿素水进行加热，尿素水也有可 能冻结。
当尿素水冻结时，尿素水的体积增加7％左右。由于在空间S3的上 端部分残留一部分空气，因此在尿素水冻结的过程中，尿素水会压缩空 间S3内的气体。如此，通过在过滤器装置1内部设置用于供尿素水膨胀 的空间，能够防止过滤器壳体10、滤芯20等损伤。
此外，在本实施方式中，空间S3的开口部处于底面11a附近，并朝 向下侧(-z侧)。因此，即使过滤器装置1倾斜，空间S3中所封入的气 体从空间S3排出到外部的可能性也极低。
在尿素SCR***中，在使搭载有过滤器装置1的建机、汽车等停止 时，为了防止尿素水冻结而使尿素水返回到罐中(参照图5)。因此，每 当使建机、汽车等停止时，过滤器装置1内部被气体(空气)充满。然 后，在使建机、汽车等起动时，在通过泵将处于过滤器装置1内部的空 气吸出之后，能够从罐向过滤器装置1供给尿素水。
在尿素SCR***中，在过滤器装置1的下游具有喷射器，但喷射器 必须在建机起动后快速(例如90秒以内)将压力提高为高压(例如900kPa)。 然而，当向喷射器供给的空气量较多时，会产生压力不会提高到规定压 力这样的不良情况。
在本实施方式中，由于空间S1的体积较小，因此在建机起动时能够 减少向喷射器供给的空气。因此，能够防止由空气引起的不良情况，具 体地说是在建机起动时喷射器的压力不会提高到规定压力这样的不良情 况。
接下来，对过滤器装置1倾斜了的情况进行说明。在本实施方式中， 过滤器装置1被应用于对内燃机的排气中含有的NOX进行还原的尿素 SCR***，尿素SCR***搭载于建机等车辆。因此，过滤器装置1有可 能与车辆一起倾斜。
图4是示意性地表示过滤器装置1倾斜了的情况的图。在不具有环 41的情况下，在滤芯20的角落形成有成为空气存积处的空间S11(参照 图4的网格)，但通过设置环41能够将空气存积处减小为空间S12(参照 图4的网格)。特别是，由于板状部24b的直径与滤材21的直径之差和 环41的厚度大致相同，因此空间S12仅成为与滤材21重叠的区域，空 间S12变小。
孔24a包括上侧的内径小于下侧的内径的大致圆锥台形状的锥形部 24e。在孔24a不具有锥形部24e的情况下，在孔24a内部形成有成为空 气存积处的空间S13(参照图4的网格)，但通过具有锥形部24e能够消 除空间S13。
根据本实施方式，通过将加热器30(加热部31)设置到过滤器壳体10内部，能够防止尿素水冻结。此外，通过在冻结时压缩空间S3中所封 入的气体，即使在尿素水冻结了的情况下，也能够防止过滤器装置1破 损。
此外，根据本实施方式，通过将加热部31***到空间S3中，能够 使过滤器装置1小型化，并减小空间S1的体积。进一步，通过使滤芯20 与过滤器壳体10的侧面(侧面11d和侧面12d)接近，能够减小空间S1 的体积。如此，通过减小空间S1的体积，能够减少在过滤器壳体10内 部存积的尿素水的体积(水量)，并减小冻结时的体积变化。进一步，通 过减小空间S1的体积，能够减少在建机起动时向喷射器供给的空气，防 止由空气引起的不良情况。
此外，根据本实施方式，由于设置有环41，因此在过滤器装置1倾 斜了时，能够减少在空间S1内部存积气体的空间。此外，由于孔24a具 有锥形部24e，因此在过滤器装置1倾斜了时，能够减少在孔24a内部存 积气体的空间。因此，能够减少在过滤器装置1内部存积的空气量，防 止由于在倾斜消失时空气被向泵、喷射器供给而引起的不良情况。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体构成 不限定于该实施方式，还包括不脱离本发明的主旨的范围的设计变更等。 例如，上述实施例是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的 实施例，但不一定限于具备说明了的全部构成。此外，能够将实施方式 的构成的一部分置换为其他实施方式的构成，此外，能够对实施方式的 构成进行其他构成的追加、删除、置换等。
此外，在本发明中，所谓“大致”是不仅包括严格相同的情况、还 包括不丧失相同性的程度的误差、变形的概念。例如，所谓“大致正交” 是不限于严格正交的情况、例如包括几度程度的误差的概念。此外，例 如，在仅表现为正交、平行、一致等的情况下，不仅包括严格正交、平 行、一致等的情况，还包括大致平行、大致正交、大致一致等的情况。
此外，在本发明中，所谓“附近”意味着包括处于作为基准的位置 附近的范围(能够任意地决定)内的区域。例如，在称为端部附近的情 况下，是表示处于端部附近的范围内的区域、且可以包括端部也可以不 包括端部的概念。
符号的说明
1：过滤器装置；10：过滤器壳体；11：下壳体；11a：底面；11b： 加热器安装孔；11c：筒状部；11d：侧面；11e：流入孔；11f：流入部； 11g：内螺纹部；12：上壳体；12a：上端面；12b：流出孔；12c：流出部； 12d：侧面；16：流入管；17：流出管；20：滤芯；21：滤材；22：内筒； 22a：侧面；22b：孔；22c：分隔板；23、24：板；23a、24a：孔；24b： 板状部；24c：突出部；24e：锥形部；30：加热器；31：加热部；32： 安装部；32a：外螺纹部；41：环；51、52、53、54、55：密封部件；100： 尿素SCR***；101：过滤器装置；102：罐；103：泵；104：喷射器； 121、123：平面；122：筒状部。

Claims (4)

1.一种过滤器装置，是对可冻结的液体进行过滤的过滤装置，其特征在于，具备：
过滤器壳体，具有所述液体的流入部和流出部；
滤芯，是以中心轴沿着铅垂方向延伸的方式设置在所述过滤器壳体内部的大致圆筒形状的滤芯，具有对所述液体进行过滤的大致圆筒形状的滤材、设置在所述滤材内侧的大致圆筒形状的内筒、覆盖所述滤材下端的第一板和覆盖所述滤材上端的第二板；以及
加热器，设置在所述过滤器壳体的底面上，
所述内筒具有对所述内筒的大致筒状的侧面即内筒侧面的中空部进行覆盖的分隔板，
所述内筒侧面具有位于比所述分隔板靠铅垂方向上侧的第一区域和位于所述第一区域的铅垂方向下侧的第二区域，
在所述第一区域中形成有贯通所述内筒侧面的多个孔，
在所述第一板上，在与所述内筒的中空部重叠的位置上形成有第一孔，
所述加热器具有大致棒状的加热部，所述加热部经由所述第一孔***到由所述内筒侧面中的所述第二区域和所述分隔板包围的空间中。
2.如权利要求1所述的过滤器装置，其特征在于，
在所述第二板上，在与所述内筒的中空部重叠的位置上形成有大致圆筒形状的第二孔，
所述流出部与所述第二孔连通，
所述第二孔包括上侧的内径小于下侧的内径的大致圆锥台形状的部分。
3.如权利要求1或2所述的过滤器装置，其特征在于，
具备设置在所述滤芯与所述过滤器壳体之间的大致圆筒形状的环，
所述环能够在所述第一板与所述第二板之间移动。
4.如权利要求3所述的过滤器装置，其特征在于，
所述第二板大于所述滤材，
所述过滤器壳体的侧面为大致圆筒形状，该侧面的内周面的直径与所述第二板的外周面的直径大致相同，
所述第二板的直径与所述滤材的直径之差和所述环的厚度大致相同。
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