KR100870736B1 - 유체 필터장치 및 유체 필터링방법 - Google Patents

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Abstract

특히 모터 오일, 유압 오일을 위한 유체 필터 장치(10)는 한 개 또는 두 개의 필터 유입구(2) 및 한 개의 필터 배출구(3)를 포함하는 필터 케이스(1)를 가진다. 상기 필터 케이스는 필터 장치의 중심 튜브(18)를 동심형으로 둘러싸고 있는 적어도 두 개의 링형상의 필터 요소(7,8)로 이루어져 있는 한 개의 필터(4)를 포함한다. 두 개의 인접한 필터 요소 사이의 채널(14)에는 나선형으로 내부 필터 요소(8) 둘레에 연장되고 필터(4)에 내장된 도관(16)이 있다. 도관(16)에는 어떤 수준의 압력이 필터링된 오일에서 초과되면 열리는 압력제어조절밸브(9)가 있다.
유체, 필터장치, 필터링방법, 여과장치, 여과방법

Description

유체 필터장치 및 유체 필터링방법{FILTER DEVICE FOR FLUIDS AND METHOD FOR FILTERING FLUIDS}
본 발명은 하나 이상의 필터 유입구와 하나 이상의 필터 유출구와 그 사이에 배치되는 하나 이상의 필터를 갖는 필터 케이스를 포함하는 유체 필터장치에 관한 것이다. 상기 장치는 필터의 일부를 바이패싱(by-passing)하기 위한 도관과, 전체 필터를 바이패싱하기 위한 밸브를 포함한다. 본 발명은 유체를 도입하는 단계와, 상기 필터를 통과하는 압력이 제1한계점에 이를 때 유체를 필터링하는 단계와, 연속적으로 유체를 필터링하는 동안에 필터의 일부를 바이패싱하는 단계와, 상기 필터를 통과하는 압력이 제2한계점에 이를 때 필터를 완전히 바이패싱하는 단계를 포함하는 유체 필터링방법에 관한 것이다. 상기 제1 및 제2 한계점은 같거나 다를 수 있다.
마모, 부식, 오염에 대한 결과로서 적재되는 움직이는 기계요소를 윤활 및/또는 냉각하는데 사용되는 액체 및 기체 매체, 그리고 관련된 응축액과 유상액(乳狀液)에 적층되는 다양한 사이즈와 농도(consistency)를 가진 입자는 기계에 손상 을 입히는 것을 막기 위해 상기 매체로부터 필터링되어야 한다. 이러한 입자들은 엔진(engine), 펌프(pump), 제어부(control), 레귤레이터(regulator)에 손상을 야기할 수 있고, 그에 따라 이러한 시스템은 기계의 마모 및 부식에 의해 좀 더 빨리 노후된다. 심지어 모터 오일(motor oil), 트랜스미션 오일(transmission oil), 유압 오일(hydraulic oil), 트랜스포머 오일(transformer oil), 석유(petroleum) 및 합성 오일 및 혼합물, 미네랄 오일(mineral oil), 부분 및 완전 생물학적 오일 또는 그들의 혼합, 및 완전 합성 오일과 같은 액체 매체는 이러한 입자 때문에 마모를 야기하고 좀 더 빨리 오염된다. 입자 및 오염물질이 필터링되지 않으면, 상기 상술된 다양한 오일과 같은 액체 매체는 입자의 누적 및/또는 유상액의 형성, 즉 그 점도가 증가하여 걸쭉하게 될 수 있고, 따라서 윤활 슬롯(slot)에서 크랭크축 및 다른 움직이는 기계 요소를 따라 높은 정도의 마찰이 생길 수 있기 때문에, 시스템은 클로깅(clogging) 또는 고착(adhesive lock)을 경험할 수 있다. 대략 30㎛ 크기의 부드러운 입자가 분말화 되면, 입자의 숫자, 즉, 입자 밀도는 증가하게 되고, 분말화 된 입자는 오일의 공기방출특성을 심하게 낮추게 되어서, 이는 다시 말해서 오일에 산소가 포함되어서 산화부식을 가속화하고 기계 요소의 공동현상(cavitation)을 초래한다. 그러므로, 예를 들어, 만일 피스톤(piston) 엔진에서의 윤활 슬롯이 오일로 완전히 젖거나 채워져 있지 않으면, 엔진 작동 및 엔진 효율을 감소시키는 타원형 팽창부(elliptic bulge)가 생성되고, 배기 배출을 증가시킬 뿐 아니라 연료 및 오일 소비량을 증가시키게 된다. 유압(hydraulic) 시스템의 펌프는 엔진에 같은 부정적인 영향을 받는다. 공급율을 조절하는 슬라이드 밸브 콘 트롤(slide-valve control)의 경우에, 입자 및 오염 물질은 슬라이드 밸브 로드(slide-valve rods)의 라운딩(rounding)을 야기시기고, 즉, 콘트롤 편차(control deviation)로 알려진 결과를 야기할 수 있다. 상기 슬라이드 볼륨 콘트롤은 그 후 덜 정확하고 덜 민감하게 반응한다.
필터된 액체 또는 기체 매체의 순환 시스템에 있는 필터 장치는 입자, 오염 물질 및 물을 매체로부터 필터링한다.
엔진의 크랭크실에서 대략 260에서 280℃의 온도와, 약 20℃의 주위온도에서, 이런 식으로 수증기는 주위 대기로부터 액화되고 엔진 오일(engine oil)로 들어간다. 물은 또한 만일 실린더 헤드 시일이 새거나 터질 경우 모터 오일(motor oil)로 들어간다. 엔진이 냉각되면, 물은 오일 팬 안에서 모이고 엔진이 냉시동될 때 필터 장치 안으로 들어간다. 공지의 필터는 일반적으로 오직 무시할 수 있을 만큼의 물 수용능력을 갖는다;그들이 물을 흡수함에 따라 필터재는 빠르게 부풀어 올라 꽉 차게 된다. 공지의 필터의 필터 사용시간(filter service life)은 대략 500시간이다. 필터링되는 매체의 사용시간은, 만일 그들이 필터와 동시에 변화하지 않으면 특별히 오일 사용시간은 또한 필터의 짧은 사용시간에 의해 감소한다.
DE 42 21 897 A1은 액체 또는 기체 매체, 특히 유압 오일에서 사용되는 입자가 굵은 필터 하나와 입자가 가는 필터 하나가 평행하여 연결된 것을 특징으로 하는 필터 장치를 공개한다. 입자가 가는 필터로부터 상류와 연결된 플로우 조절 밸브(flow regulating valve)는 입자가 가는 필터를 통과하여 기설정치(preset value)에 이르는 액체 또는 기체 매체의 체적플로우(volumetric flow)를 한정한다. 입자가 굵은 필터는 바이패스 밸브(bypass valve)가 장착된다. 필터링된 매체의 체적플로우의 일부는 입자가 굵은 필터를 통하여 직접적으로 유입되는 동안, 체적플로우의 다른 부분이 플로우 조절 밸브를 통해 유입되고 그 후 입자가 가는 필터를 통과한다. 입자가 굵은 필터와 입자가 가는 필터에서 필터링된 체적플로우는 그 후에 하나의 도관 유출에서 만난다. 체적 플로우를 기설정치에 조절하는 것은 매체에서 압력 피크로부터 입자가 가는 필터를 보호한다. 만일 입자가 굵은 필터가 높은 정도의 오염의 특징을 가지고, 만일 이것 때문에 필터링된 매체에 침투할 수 없거나 혹은 냉간유압오일과 같은 필터링될 매체의 높은 정도의 점도를 갖는다면 그것은 입자가 굵은 필터 및 입자가 가는 필터를 통과할 수 없고, 체적 플로우는 바이패스 밸브를 통해 필터되지 않은 채 유입된다. 이것은 필터링된 매체의 체적 플로우의 순환에서 어떠한 제한이나 방해를 회피한다.
DE 196 44 647 A1에서 유체용 필터는 필터 삽입물이 지그재그 모양으로 접혀진 필터요소 및 페이스 엔드 디스크(face end discs)를 포함하여 배치되어 있는 실제적으로 단지-모양(pot-shaped)인 케이스를 특징으로 하는 것으로 설명된다. 상기 필터 케이스는 고정플랜지와 상기 고정플랜지에 연결된 스크류 또는 베이오넷(bayonet)의 연결 수단으로 연결된 뚜껑(lid)을 가진다. 하나의 교체가능한 필터 삽입물이 필터 케이스에 배치된다.
본 발명의 목적은 물, 입자 및 원하지 않는 오염을 방지하기 위해 필터 장치 내에 삽입되어 필터의 저장용량을 완전히 이용하게 하고, 상기 필터의 사용시간을 상당히 연장시킬 수 있는 필터장치 및 특히 모터 및 유압 오일의 유체 필터링 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적은, 상기 필터가 적어도 하나의 이분구조(two-part design)로 형성되고, 상기 필터에 내장되고 압력제어조절밸브가 설치되는 도관을 가지며, 상기 도관은 플로우의 관하여 적어도 상기 필터의 일부분을 바이패스하는 방식으로 서두에서 설명된 유형의 필터 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 어느 한개가 다른 한개 내로 동심원으로 배치되는 2개 이상의 링형상의 필터요소, 또는 서로 근접하여 배치된 2이상의 캐스케이드(cascade) 형상의 필터요소를 포함하고 있고, 여기서 각 경우의 상기 도관은 2개의 인접하는 필터 요소 사이에 내장된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 상기 필터는 필터 장치의 중앙 튜브(tube)를 둘러싸고 동심원으로 배치되고 적어도 하나의 내부 및 적어도 하나의 외부 필터 요소로 이루어진다. 이 경우에서의 상기 도관은 적어도 내부 필터 요소 둘레를 나선형의 형태로 연장된다. 상기 도관은 0.1㎜이상, 바람직하게는 0.1~10㎜ 범위의 직경을 가지고, 그 주변부를 가로질러 배치된 개구부를 갖는다. 상기 도관은 필터와 같은 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 도관은 똑같이 플라스틱 또는 금속 튜브로 만들어질 수 있다. 더욱이, 펄프(pulp), 셀룰로오스(cellulose) 또는 섬유(fiber) 물질로 튜브의 도관을 제작하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서 상기 도관은 필터 안쪽에 두 개의 필터 요소 사이에 형성된다. 제작하는 동안에 더 작은 링-형상의 필터 요소를 꼬인 와이어(wire)가 둘러싸고, 인접한 더 큰 링-형상의 필터 요소를 그 위에 슬라이딩시키고, 주어진 압력으로 더 작은 필터 요소에 대해 상기 더 큰 링-형상의 필터 요소를 가압하여 상기 꼬인 와이어의 윤곽이 필터 요소 내에 찍히도록 함으로써 행해진다. 그리고, 상기 두 개의 필터 요소가 분리되고, 상기 꼬인 와이어가 제거되며, 마지막으로 상기 모든 필터 요소가 전체 필터를 형성하기 위해 재결합한다.
상기 필터 장치의 개선점으로는, 하나 이상의 압력제어조절밸브가 상기 도관 내에 배치되는 것이다. 적당하게 하나, 몇몇, 또는 모든 조절 밸브로부터 상류로 위치한 여과기가 있다. 상기 스크린(screen)은 미세한 체처럼 작용하여, 오직 체 또는 체들의 특정된 그물눈 구멍보다 작은 입자 및 오염물질만 통과하게 한다.
상기 목적의 범위 내에서, 또한 필터 장치 내의 유체가 적어도 하나의 이분필터(two-part filter)에서 필터 유출구로 유입되는 유체 필터링 방법이 제공된다. 입자와 오염물질로 인한 필터의 점진적인 클로깅 때문에, 유체에서의 압력은 부분적으로 필터의 한 부분을 바이패싱하고 필터 안에 내장된 바이-패스 밸브가 도관에서 개방되는 값까지 상승하고, 상기 유체는 상기 도관을 통하여, 그리고 상기 필터의 여전히 침투할 수 있는 부분을 통해 필터 유출구로 통과한다.
상기 방법의 실시예에서, 필터링된 액체는 필터의 외부 필터 요소를 통하여 하나 또는 그 이상의 내부 필터 요소의 방향으로 유입되고, 그들을 통과한 후에, 최심부 필터 요소 및 필터 유출 안쪽으로 개구부를 갖는 튜브를 통하여, 외부 필터요소가 입자와 오염물질로 클로깅 되었기 때문에 침투할 수 없게 될 때까지 흐른다.
방법의 개선점으로는, 입자, 오염물질 및 물은
유압(hydraulic), 모터(motor), 트랜스미션(transmission) 및 트랜스포머(transformer) 오일, 석유 및 합성 오일 또는 그들의 혼합물, 광유, 부분 또는 완전 합성 오일, 부분 또는 완전 생물 오일, 및 다양한 오일의 혼합, 윤활제(lubricant), 부식 방지제(corrosion inhibitor), 습윤제(wetting agent) 및 유사한 첨가제를 포함할 수 있는 유체:
로 이루어진 그룹의 액체로부터 필터링되고, 입자와 오염물질은 물, 유기 유체, 산, 알칼리 용액, 하수와 같은 유체로부터 필터링된다.
본 발명은 입자와 오염물질을 위한 필터 용량이 특히 필터의 물을 흡수하는 수용력을 포함하여 광범하게 활용되고, 동일한 크기의 필터를 가지는 필터 어셈블리와 비교할 때 모터 오일에서 적어도 1배 이상, 바람직하게는 2-3배 이상, 및 유압 오일에 있어서, 적어도 1배 이상, 바람직하게는 2-3배 이상, 또는 10배 만큼 더 긴 사용시간을 갖게 하는 것과 관련하여 이점을 얻는다. 상대적으로, 오일 사용시간은 또한 필터 사용시간과 같은 또는 더 좋은 요인(factor)에 의해 길어진다. 이것은 모터, 유압 시스템 및 오일로 윤활된 다른 기계설비가 필터 및 오일 교환 없이 더 오래 작동하는 것을 가능하게 한다. 또, 필터 또는 오일이 자주 교환될 필요가 없어짐에 따라 주된 비용 절감이 가능해지고, 다시 말해서 더 길어진 작동시간이 가능해진다.
본 발명은 도면에서 도시된 실시예를 통하여 더 자세히 설명된다.
도 1은 발명에 따른 필터 장치의 첫 번째 또는 두 번째 실시예를 통해 필터링되는 유체의 단면개략도이다.
도 2는 발명에 따른 필터 장치의 첫 번째 실시예의 단면도이다.
도 3은 발명에 따른 필터 장치의 두 번째 실시예의 단면도이다.
도 4는 필터 장치의 조절 밸브의 도 2에 있는 A-A선을 따른 부분적으로 절개된 상세한 단면도이다.
도 5는 링-형상의 필터 요소를 갖는 필터 장치의 평단면도이다.
도 6은 캐스케이드-형상의 필터 요소를 갖는 필터 장치의 측단면도이다.
도 7은 여러개의 조절 밸브와 다수의 체를 가진 도관의 상세도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1= 필터 케이스
2= 필터 유입구
3= 필터 배출구
4= 필터
5= 압력제어바이패스밸브
6= 바이패스로(path)
7= 외부 필터 요소
8= 내부 필터 요소
9= 압력제어조절밸브
10= 필터 장치
11= 체
12= 2의 외부나사
13= 3의 외부나사
14= 채널
16= 도관
17= 16의 개구부
18= 튜브(퍼미어터 튜브)
19= 18의 개구부
20= 베이스 플레이트
21= 유입구 개구부
23= 실린더 파트
24= 실린더 파트 23의 외부나사
25= 튜브(18)의 내부나사
26= 케이스 뚜껑
27= 플랜지조인트
28= 스크류
29= 압축 스프링
30= 볼
31= 워셔
32= 압축 스프링
33= 볼
34= 방출 개구부
35= 원통형 체/밸브 구조
36= 필터
37, 38, 39 ...41= 링형상의 필터 요소
42= 필터
43, 44, 45, ...47= 캐스케이드 형상의 필터 요소
도 1에서 단면도로 개략적으로 도시된 필터 장치(10)는 모터 오일, 유체 오일, 예를 들어 굴착기를 위한 다른 유체를 포함하는 폐쇄상태의 순환 시스템에 배치된다. 상기 필터 장치(10)는 필터 유입구(2), 필터 배출구(3) 및 외부 필터 요소(7)와 내부 필터 요소(8)로 이루어져 있는 중간의 필터(4)를 포함한다. 상기 필터 요소7, 8)은 링형상으로 디자인되고 상기 필터 장치(10)의 중심 튜브(18) 둘레에 동심으로 배치된다. 상기 필터 장치(10)의 기능의 더 나은 이해를 위해 이후에 설명된 것과 같이 상기 필터(4)는 개략적으로 각각 참조번호 4를 갖는 2개의 부분으로 분할된다. 한부분은 상기 튜브(18)의 왼쪽에 배치되고 필터(4)의 다른 부분은 상기 튜브(18)의 오른쪽에 배치되는 것으로 고려한다. 체(11)가 압력제어조절밸브(9)의 상부에 위치한 도관(16)은 상기 필터(4)의 한 부분, 특히 외부 필터 요소(7)을 바이패스하고, 외부 및 내부 필터 요소 사이를 지나간다. 내부 필터 요소(8)는 중심 튜브(18)에 연결되고, 이것은 필터 배출구(3)와 연결된다. 중심 튜브(18)의 상부에 위치한 바이패스로(by-pass path)(6)에는, 압력제어바이패스밸브(5)가 있다. 필터 유입구(2)를 통과하는 오일 흐름은 2 개의 용적 플로우로 분리하고 화살표(a)의 방향으로 외부 필터 요소(7) 및 내부 필터 요소(8)를 통과하여 필터 배출구(3)로 흐른다. 여과 과정의 이러한 첫 번째 단계에서, 압력제어바이패스밸브(5) 및 압력제어조절밸브(9)는 닫힌다. 그리고, 상기 필터(4)의 외부 필터 요소(7)은 오일에 존재하는 더 큰 입자 및 오염물질에 의해 점차적으로 클로그되어 오일 속에 있는 어떠한 물도 더 이상 흡수될 수 없고, 심지어 오일 안의 압력은 증가한다. 외부 필터 요소(7)이 완전히 클로그되기 직전에, 오일 압력의 상승은 도관(16)에 있는 압력제어조절밸브(9)를 열기에 충분하다. 그 후 내부흐름 오일은 화살표(b)의 방향으로 압력제어조절밸브(9), 도관(16), 내부 필터 요소(8)에서 필터 배출구(3)까지 흐른다. 이 시점에서 내부 필터 요소(8)는 더 작은 입자와 오염물질이 있다면 그것에 의해 단지 부분적으로 클로그된다. 도관(16)의 작은 부피 때문에, 도관(16)과 내부 필터 요소(8)을 통과하는 용적 플로우 비율은 낮고, 그로 인해 오일 압력은 바이패스로(6)에 있는 압력제어바이패스밸브(5)가 열리는 값까지 신속하게 올라가고, 더 큰 용적 플로우는 필터 유입구(2)로부터 유입되어 중심 튜브(18)를 통과하고, 필터링되지 않은 채 필터 배출구(3)에 이른다.
압력제어조절밸브(9)와 도관(16)을 통과하는 외부 필터 요소(7)의 바이-패스 없이, 필터(4)는 여과 과정의 첫 번째 단계의 마지막에는 클로그된 외부 필터 요소(7)이 어떤 다른 오일 플로우-통과를 막을 수 있기 때문에 내부흐름 오일을 더 이상 필터링하지 않을 수 있다. 그 후 필터(4)는 내부 필터 요소(8)이 아직 클로그되지 않았더라도 교체될 수 있다.
압력제어조절밸브(9)가 열리면, 필터 과정의 두 번째 단계가 시작한다. 두 번째 단계에서는 무엇보다도, 내부 필터 요소(8)은 물 흡수로 인해 팽창하고 마침내 필터 장치(10)의 필터 케이스에 의해 외부 필터 요소(7)를 누르고, 이것이 외부 필터 요소(7)로부터 더 큰 입자와 오염물질을 방출하여 물을 다시 저장하게 하고 필터링된 오일에 대한 침투성을 회복하여 입자들이 필터링되어 배출되고, 필터 사용시간을 길게 하는데 기여한다. 두 번째 단계는 내부 필터 요소(8)가 입자와 오염물질로 클로그 될 때까지 계속된다.
이것이 일어나자마자, 클로그된 필터(4)를 새로운 필터로 교체하는 것이 바람직하다. 도 2는 예를 들어 굴착기의 유압 순환 시스템, 모터의 오일 시스템, 또는 기계류의 윤활 회로와 연결되는 필터 장치(10)의 첫 번째 실시 예의 단면도를 도시한다. 필터 장치(10)의 단지모양(pot-type) 필터 케이스(1)은 일단에 하나 또는 두 개의 필터 유입구(2) 및 한 개의 필터 배출구(3)를 포함한다. 만일 두 개의 필터 유입구(2)가 존재하면, 필터 장치(10)의 중간 축에 대하여 대칭적으로 배열된다. 필터 배출구(3)은 중간에 배치된다. 타단에는, 케이스 뚜껑(case lid)(26)이 필터 케이스(1)를 막고 플랜지조인트(flanged joint)(27) 및 스크류(screw)(28)를 통하여 필터 케이스의 다른 부분에 연결된다. 필터(4)는 플랜지조인트(27)의 스크 류(28)를 풀고 케이스 뚜껑(26)을 들어올리는 것에 의해 교체되어서, 필터가 사용가능해진다. 실린더 파트(cylinder part) 23를 푸는 것에 의해 베이스 플레이트(base plate)(20)를 들어올린 후, 필터(4)는 중심 튜브(18)로부터 분리되어 신규 필터로 교체될 수 있다. 중심 튜브(18)는 용기 표면에 개구부(19)를 포함하고, 필터 배출구(3)는 중심 튜브(18)의 일부분(integral part)이다. 중심 튜브(18)는 필터 배출구(3)에 반대되는 단부에 실린더 파트(23)의 외부나사(24)와 나합되는 내부나사(25)를 가진다. 필터(4)가 입자, 오염물질 및 물 때문에 유체에 침투할 수 없는 경우, 실린더 파트(23)가 필터링된 유체의 용적 플로우에 대해 바이패스 밸브처럼 작용하는 압력제어바이패스밸브(5)를 지지한다.
필터(4)는 이분구조를 갖고, 한 개의 외부 및 한 개의 내부의 링형상의 필터 요소(7,8)로 이루어진다. 이러한 두 개의 필터 요소들은 중심 튜브(18)의 둘레에 동심원으로 배치된다. 필터(4)는 배출구측 단부에서 워셔(31)의 도움으로 안정되게 설치되고, 상기 필터 배출구(3)로부터 먼 타단부에 상기 필터 케이스(1) 내에 설치된다. 베이스 플레이트(20)에는 필터 요소(7,8) 사이에 배열된 링형상의 채널(14)에 한 개의 유입 개구부(21)가 있다. 채널(14)에서 도관(16)은 내부 필터 요소(8) 둘레에 나선 형상으로 연장된다. 도관의 직경은 0.1㎜이상이고, 특히 0.1~10㎜의 범위에 있다. 도관(16)은 압력제어조절밸브(9)를 포함하고(도 4 참조), 필터(4)에 내장된다. 개구부(17)는 도관(16)의 주변부에 걸쳐서 배치된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압력제어조절밸브(9)는 압축 스프링(compression spring)(32) 및 필터링된 유체가 기설정 압력에 도달될 때까지 배 출 개구부(34)가 닫히도록 유지하는 볼(33)로 이루어져 있다. 유체의 압력이 기설정값에 이르자마자, 상기 볼(33)이 압축 스프링의 압력에 대하여 상기 배출 개구부(34)를 열어서, 상기 유체는 상기 도관(16) 안으로 흐를 수 있다. 상기 압력제어조절밸브(9)는 상부에 위치한 미세 필터로 디자인되고 체의 구멍 단위보다 작은 입자만 도관(16)에 들어가도록 하는 체(11)를 가진다.
도관(16)은 특히 금속 도는 플라스틱 튜브로 이루어져 있다. 도관은 또한 펄프, 셀룰로오스, 또는 섬유 물질로 만들어질 수 있다. 도관(16)은 바람직하게는 필터(4)와 같은 물질로 만들어진다. 도관(16)은 플로우 패스(flow path)의 관점에서 필터(4)의 부분을, 특히 외부 필터 요소(7)를 바이패스한다.
바이패스로(6)는 필터 유입구(2)로부터 압력제어바이패스밸브(5)를 경유하여 중심 튜브(18)로 필터(4)를 완전히 바이패스한다. 압력제어바이패스밸브(5)는 볼-스프링 타입이고, 상기 스프링(29)는 바이패스로(6)를 막기 위해 볼(30)을 편위시킬 수 있다.
각 필터 유입구(2)는 외부 나사(12)를 갖고 또한 필터 케이스(1)의 중간에 배치된 필터 배출구(3)는 외부 나사(13)을 갖는다. 상기 필터 장치(10)는 외부 나사(12,13)에 의하여 오일/물 열 교환기의 베이스 구조 또는 각각의 오일 또는 유압 순환 시스템과 결합된다.
도 3은 필터 장치(10)의 두 번째 실시예의 단면도를 나타내며, 도 2에서의 실시 예와 같은 구성요소들이 같은 참조 번호로 붙여지므로 다시 설명하지 않는다. 도 2에서의 두 번째 및 첫 번째 실시 예 사이의 기본적인 차이는 단지 한 개의 필 터 유입구(2)와 도관(16)이 필터(4) 내의 외부 및 내부 필터 요소(7,8) 사이에 형성된다는 것에 있다. 이것은 도관(16)에 대하여 아무 튜브도 설치되지 않고, 대신에 나선-모양 도관이 필터 물질에 직접 형성된다는 것을 의미한다. 이미 상기에서 설명한 것처럼, 이것은 예를 들어 코일 와이어를 나선형 패스(path)로 링형상의 내부 필터 요소(8)의 둘레에 랩핑(wrapping)하고, 외부 링형상의 필터 요소(7)를 내부 링형상의 필터 요소(8) 위로 슬라이드하고, 코일 와이어를 필터 요소(8)에 대항하여 압박함로써 수행될 수 있다. 그로 인해 와이어의 윤곽이 필터 물질에 찍히게 된다. 그 뒤, 두 개의 필터 요소가 분리되고, 상기 코일 와이어가 제거되며, 상기 필터 요소(7,8)이 다시 모아진다. 도관(16)이 이렇게 형성되었을 때, 도 4에서 개략적인 단면도로 보여지는 원통형 체/밸브 구조(35)는 순차적으로 도관(16)에 프레스 핏(press fit)으로 삽입되거나 접착된다. 밸브(9,5)의 압축 스프링(32,29)는 스프링 텐션(tension) 또는 스프링 특성이 스프링(29)의 스프링 텐션보다 약간 더 작게 디자인된 압축 스프링(32)의 스프링 텐션으로 서로 아주 작은 차이로 다르게 구부러지게 한다는 것에 주의하여야 한다. 또한 두 개의 압축 스프링의 스프링 텐션이 거의 똑같도록 디자인하는 것이 가능하다.
필터링된 유체는 유체, 모터, 트랜스미션, 트렌스포머 오일일 수 있고, 또한 석유 또는 합성 오일, 또는 그들의 혼합물, 부분 및 완전 합성 오일, 광유, 부분 또는 완전 생물오일 및 오일의 다양한 혼합들, 만일 필요하다면 윤활제, 부식 방지제, 습윤제 및 유사한 물질을 포함할 수 있는 첨가제와 혼합된 유체일 수 있다. 똑같이, 물, 유기 유체, 산, 알칼린 용액 및 하수와 같은 유체는 필터링될 수 있다.
필터링된 오일이 일반적으로 항상 물을 포함하기 때문에, 발명의 상세한 설명은 각 경우에서 오일이 설명되거나 기술될 때 필터링된 유체의 각 경우에 언급한다.
여과(filteration)의 첫 번째 단계에서, 필터링된 유체는 필터(4)의 외부 링형상의 필터 요소(7)을 통하여 내부 링형상의 필터 요소(8)의 방향으로 유입된다. 이 과정에서, 유체는 외부 필터 요소(7), 채널(14)를 통과하고 내부 필터 요소(8)에 도달한다. 거기서 나와서, 유체는 그 후 개구부(19)를 통과하여 중심 튜브(18)로 흐르고 필터 배출구(3)를 통과하여 필터 장치(10)를 빠져나간다. 첫 번째 단계에서 밸브(5,9)는 닫힌다. 유체가 필터(4)를 통과함에 따라, 더 큰 입자 및 오염물질은 첫번째로 필터링되어 배출되고, 외부 필터 요소(7)는 점진적으로 클로그되어 유체가 침투할 수 없게 된다. 외부 필터 요소(7)의 점진적인 클로깅이 유체의 압력을 바이패스 밸브(9)가 열리고 필터(4)에 내장된 도관(16)에 출입할 수 있는 값에 이르도록 한다. 도관(16)에 들어가는 유체의 상대적으로 작은 용적 플로우는 도관(16)의 개구부(17)를 통하여 빠져나오고 퍼미어터(permeator) 튜브로 알려진 중심 튜브(18)에 들어가기 위해 내부 필터 요소(8)를 통과한다. 도관(16)은 필터 물질에 의해 직접 형성된 필터 장치(10)의 두 번째 실시 예에서, 유체는 즉시 유입되고 외부 필터 요소(7)이 클로그될 때까지 외부 필터 요소(7)에서 내부 필터 요소(8)로 직접 통과한다. 그 후 도관(16)이 열리고 작은 용적 플로우는 도관(16) 및 내부 필터 요소(8)를 통해 튜브(18)로 흐른다.
외부 필터 요소(7)가 입자와 오염물질로 클로그된 이후에, 압력제어바이패스 밸브(5)는 동시에 또는 압력제어조절밸브(9)가 열린 직후에 열리고, 따라서 유체는 필터링되지 않은 채 필터 유입구(2), 바이패스로(6), 압력제어바이패스밸브(5) 및 중심 튜브(18)를 통과하여 필터 배출구(3)로, 도관(16)을 통과하는 것 보다 큰 용적 플로우로 유입될 수 있다. 필터링된 입자 및 오염물질은 일반적으로 10~50㎛의 직경을 가진다.
물론, 도 5에 나타난 필터(36)의 다른 실시예는 여러 개의 부분으로, 예를 들어 동심형으로 중심 튜브(18)을 둘러싸는 3 개 이상의 링형상의 필터 요소(37, 38...41)을 포함하는 것으로 디자인될 수 있다. 두 개의 인접한 필터 요소 사이의 각각의 채널에 최외각 필터 요소(41)이 클로그되자마자 동시에 열리거나 또는 서로 열린 직후에 열리고 필터된 유체에서 각 압력이 기설정값보다 더 증가하는 압력제어조절밸브(9)를 갖는 도관(16)이 있다. 도 5는 필터(36)의 개략적인 평면도를 도시한다.
필터(36)은 각각에 동심원으로 배치되고 튜브(18)을 둘러싼 여러 개의 링형상의 필터 요소(37, 38, 39, ...41)를 포함한다. 두 개의 인접한 필터 요소(37, 38;38,39;39,40;40,41)은 하나 또는 복수의, 도시되지 않은 압력제어조절밸브(9)가 배치된 도관(16)이 존재한다.
각 압축 스프링의 스프링 텐션은 다른 스프링의 스프링 텐션과 같거나 다르게 디자인된다. 도관(16)의 시작부분에 부착된 압력제어조절밸브(9)는 그것으로부터 적절히 상부에 위치한 체(11)를 가진다. 만일 여러개의 조절 밸브가 도관(16)에 있다면, 조절 밸브의 몇몇 또는 전부는 그것으로부터 적당하게 상부에 위치한 체를 갖는다. 체(11)는 똑같은 혹은 다른 메쉬 구멍을 포함한다. 최외각 필터 요소(41)가 필터링된 유체에서 입자 및/또는 오염물질에 클로그되자마자 도관(16)에 있는 하나, 복수개 또는 모든 조절 밸브가 동시에 또는 시간차를 두고 열려서, 유체는 내부 필터 요소(40,39,38,37)에서 튜브(18)를 통과하여 흐를 수 있다. 필터 과정의 순서는 이분필터(4)에서 도 2 및 3에 따른 필터 장치를 사용하여 설명된 것과 일치한다.
도 6은 서로 인접하여 배열된 캐스케이드 형상의 필터 요소(43,44,45,...47)로 이루어져 있는 필터(42)의 측면도를 도시하고, 하나의 도관(16)이 모든 인접한 2개의 필터 요소(43,44;44,45;45,46;46,47) 사이에 있다. 각각 도관(16)에 위치하는, 바람직하게는 도 4에 도시된 압력제어조절밸브(9)에 일치하는 하나 또는 복수의 압력제어조절밸브(9)가 있다. 개개의 도관(16)의 도입부에서, 체(11)는 바람직하게는 압력제어조절밸브(9)보다 상부에 배치된다. 기본적으로, 체(11)는 도관(16)에 있는 여러 개의 또는 모든 조절 밸브에서 적절히 상부에 배치된다. 최외각 필터 요소(47)가 입자 또는 오염물질에 의해 클로그되면, 도관(16)에 있는 하나, 복수개 또는 모든 압력제어조절밸브(9)는 동시에 또는 시간차를 두고 열려서, 유체는 내부 필터 요소(46,45,44,43)에서 튜브(18)로 통과하여 흐를 수 있다. 필터과정순서는 도면 2와 3에서 설명된 이분필터(4)에서와 동일하다.
도 7은 각 경우에 3개의 압력제어조절밸브(9)로부터 상부에 배치된 체(11)를 갖는 도관(16)의 일단면을 나타낸다. 물론 체(11)는 또한 오직 하나 또는 두 개의 밸브보다 상부에 배치된다.
게다가 발명에 따라 상기 설명한 대상, 목적 및 장점을 완전히 만족시킨 과정이 제공되었음이 명백하다. 발명이 그것의 특유한 실시예와 관련하여 설명되었을지라도, 많은 대체, 변형 및 개량이 상기 기술한 설명에 해당 기술분야의 당업자에게 명백할 것이 분명하다. 따라서, 넓은 범위의 추가된 청구항과 기술적 사상으로부터 나온 모든 이러한 대체, 변형 및 개량이 포함되는 것으로 보아야 한다.
본 발명은 입자와 오염물질을 위한 필터 용량이 특히 필터의 물을 흡수하는 수용력을 포함하여 광범하게 활용되고, 동일한 크기의 필터를 가지는 필터 어셈블리와 비교할 때 더 긴 사용시간을 갖게 하는 것과 관련하여 이점을 얻는다. 이것은 모터, 유압 시스템 및 오일로 윤활된 다른 기계설비가 필터 및 오일 교환 없이 더 오래 작동하는 것을 가능하게 한다. 또, 필터 또는 오일이 자주 교환될 필요가 없어짐에 따라 주된 비용 절감이 가능해진다.

Claims (30)

  1. 적어도 하나의 필터 입구(2) 및 적어도 하나의 필터 방출구(3) 및 적어도 하나의 중간에 배치된 필터(4;36)를 포함하는 필터 케이스(1)를 가지는 유체 필터 장치에 있어서,
    상기 필터(4;36)는 적어도 유체가 최초로 통과하는 제1필터부 및 제2필터부와 상기 필터(4;36)에 내장되는 도관(16)을 가지며, 물질에 의해 상기 제1필터부가 클로깅되면 상기 도관(16)은 적어도 상기 필터(4,36)의 상기 제1필터부를 바이패스해서 상기 제2필터부를 통해서만 상기 유체가 도입되도록 상기 도관(16)에 압력제어조절밸브(9)가 설치되고,
    상기 필터(4)가 필터 장치의 중심 튜브(18) 둘레에 동심원형으로 배치되고, 적어도 하나의 외부 및 적어도 하나의 내부 필터 요소(7,8)를 포함하며,
    상기 도관(16)이 상기 내부 필터 요소(8) 둘레에 나선형상으로 있는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필터(4;36)는 하나가 다른 하나의 내측에 동심원으로 배치되는 2개 이상의 링형상의 필터 요소(37, 38, 39, 40, 41)를 포함하거나, 2개 이상의 인접하여 배치된 캐스케이드 형상의 필터 요소(43, 44, 45, 46, 47)를 포함하며, 여기서 상기 도관(16)은 각 두 개의 인접 필터 요소(37,38;38,39;39,40); 또는 43,44;44,45;45,46;46,47)에 내장되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
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  5. 제1항에 있어서, 상기 도관(16)이 0.1 에서 10 mm인 직경을 갖고 그것의 주변부 전체에 걸쳐 개구부(17)를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도관(16)이 상기 필터(4)와 동일한 물질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도관(16)이 금속 또는 플라스틱 튜브로 만들어지는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 도관(16)이 셀룰로오스로 만들어진 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 도관(16)이 필터(4; 36; 42) 내부에 두 개의 필터 요소(7,8;37,38;38,39;39,40;40,41 또는 43,44;44,45;45,46;46,47) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  10. 제1항에 있어서, 하나 이상의 압력제어조절밸브(9)가 상기 도관(16)에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  11. 제10항에 있어서, 체(11)가 상기 도관(16)에 있는 상기 상기 조절밸브(9)의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 각 조절 밸브(9)는 압축 스프링(32)의 부하를 지지하는 볼(33)을 가지는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  13. 제1항에 있어서, 바이패스밸브(5)가 상기 중심 튜브(18)의 상부에 배치되고, 상기 바이패스 밸브로부터 이격된 상기 중심 튜브(18)의 단부가 상기 필터 배출구(3)와 배열되고, 필터 유입구(2)로부터 바이패스밸브(5)를 경유하여 중심 튜브(18)까지의 바이패스로(6)가 필터(4)를 완전히 바이패스하는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 필터 케이스(1)가 플랜지조인트(27)을 경유하여 스크류(28)에 의해 고정되어 연결되는 케이스 뚜껑(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 필터(4)가 워셔(31) 및 베이스 플레이트(20)에 의해 안정되게 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 베이스 플레이트(20)가 중심에 배치된 상기 튜브(18)의 내부나사(25)에 나합되고 상기 바이-패스 밸브(5)가 상기 실린더 파트(23)에 배열된 외부 나사(24)를 가지는 실린더 파트(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 베이스 플레이트(20)는 필터 요소 (7,8) 사이에 링형상의 채널(14)에 유입 개구부(21)를 포함하고, 상기 도관(16)이 상기 채널(14)에서 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 중심 튜브(18)가 주변부에 균등히 분배된 복수의 개구부(19)를 가지고 아웃핏(outfit)되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  19. 제1항에 있어서, 두 개의 필터 유입구(2)가 상기 필터 케이스(1)의 축에 대하여 대칭적으로 설치되고, 각 필터 입구(2)는 외부 나사(12)를 포함하며, 상기 필터 케이스(1)에 대하여 중앙에 위치한 상기 필터 방출구(3)는 외부나사(13)와 아웃핏되는 것을 특징으로 하는 유체 필터장치.
  20. 유체를 도입하는 단계와, 필터를 통하는 압력이 첫 번째 기설정 한계에 도달할 때까지 상기 필터의 제1 및 제2필터부를 통해 상기 유체를 필터링하는 단계와, 상기 필터의 제2필터부를 통하여 상기 유체의 필터링을 지속하는 동안에 상기 필터의 제1필터부를 바이패싱하는 단계와, 상기 필터를 통과한 압력이 증가하여 두 번째 기설정 한계에 도달할 때 상기 전체 필터를 바이패싱하는 단계를 포함하고,
    상기 첫 번째 및 두 번째 기설정 한계는 다른 것을 특징으로 하는 유체 필터링 방법.
  21. 삭제
  22. 제20항에 있어서, 상기 필터의 일부를 바이-패싱하는 단계는 도관 및 상기 도관 안에 위치한 바이-패스 밸브를 포함하고, 상기 바이-패스 밸브는 상기 첫 번째 한계에 상기 유체가 상기 필터의 일부를 바이-패스하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 유체 필터링 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 필터 전체를 바이-패싱하는 단계는 두 번째 바이패스 밸브를 포함하고, 상기 두 번째 바이-패스 밸브는 상기 두 번째 한계에 유체가 상기 필터를 전체적으로 바이패스하도록 설정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 필터링 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 유체는 유압 오일, 모터 오일, 트랜스미션 오일, 트 랜스포머 오일, 석유 및 합성 오일, 또는 그들의 혼합물, 광유, 부분 및 완전 합성 오일, 부분 또는 완전 생물오일, 및 다양한 오일의 혼합물로 이루어진 군(class)에서 선택되어지는 것을 특징으로 하는 유체 필터링 방법.
  25. 필터에 필터유입구를 통해 유체가 유입되는 단계와, 상기 필터에 장착된 도관을 통해 상기 유체를 전환시켜 상기 제1필터부를 바이패스시키는 압력밸브를 작동하는 압력이 상기 제1필터부가 물질에 의한 클로깅되는 것에 의해 상기 필터내에 형성될 때까지 제1필터부와 제2필터부를 통해 상기 유체를 필터링하는 단계와, 필터유출구를 통해 상기 필터로부터 필터링된 유체를 배출시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1필터부는 외부필터요소를 구성하고, 상기 제2필터부는 내부필터요소를 구성하도록, 상기 제1필터부 및 상기 제2필터부를 중심 튜브 주위로 동심으로 배치하며,
    상기 도관은 내부 필터 요소의 둘레를 나선형으로 연장되고, 여기서 유체는 상기 도관의 개구부를 통하여 도관의 세로 방향에 대해 빠르게 흘러나갈 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 필터링 방법.
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