JP2007077963A - Air cleaner - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an air cleaner that purifies air supplied to a fuel cell.
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。
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。 By the way, fuel cells that are being mounted on vehicles in recent years require extremely clean air from which foreign particles having a particle size several times smaller than dust and carbon floating in the air are removed compared to the air supplied to the internal combustion engine. The
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。 For this reason, the air cleaner installed in the air supply path of the fuel cell has a structure in which the mesh size of the filter is smaller than that of the air cleaner used in the internal combustion engine. As compared with the air cleaner for internal combustion engines, there is a problem that the filter replacement frequency is increased.
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。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the frequency of filter replacement of an air cleaner for a fuel cell.
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。 The present invention relates to an air cleaner for purifying air supplied to a fuel cell, wherein a filter for capturing foreign matter in the air is accommodated in the case, and a resonator for removing intake sound is accommodated so that resonance vibration is transmitted to the filter. The main feature is that.
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。 According to the present invention, the resonance of the resonant resonator is applied to the filter and the trapped foreign matter is shaken off, so that the life of the filter is extended and the frequency of filter replacement can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an air cleaner showing a first embodiment of the present invention. This air cleaner is installed in an air supply system for a fuel cell (not shown), particularly upstream of an air supply machine (compressor), and contains a
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。
The
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。
The periphery of the
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。
A
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。
The
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。
The ends of the
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。
Note that the end portions of the
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。
A through
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。
The resonance frequency of the
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。
ω = (c / 2π) × √ {S / (L × V)}
c: sound velocity, S: neck cross-sectional area, L: neck length, V: volume in the resonator The
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。
Next, the operation will be described. The air that has flowed into the
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。
At this time, the noise of the air flowing into the
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。
In this way, the foreign matter captured by the
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。
The
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。
Since the
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。
In the present embodiment, on the assumption that the
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。
The
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。
The
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。
In addition, a
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。
Furthermore, by setting the above-described
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)。
In the present invention, it is preferable that the
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an air cleaner showing a second embodiment of the present invention. This air cleaner is provided with a
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。
The
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。
A through
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。
Note that the
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。
According to the second embodiment shown in FIG. 2, in addition to the
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。
Further, by changing the resonance frequencies of the
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。
Furthermore, since both the
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。
FIG. 3 is an exploded perspective view of an air cleaner showing a third embodiment of the present invention. As in the first embodiment, the air cleaner includes a
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。
The two
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。
Between the
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。
Further, the
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。
And the
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。
According to the air cleaner according to the third embodiment described above, the
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。
In addition, by providing the two
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。
In the third embodiment shown in FIG. 3, the
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
1,10 Air
13, 37 Fixing
23, 35 Inclined part of the
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