KR101098178B1 - 연료 필터용 증발 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 유입구(2), 연료 배출구(3), 및 연료 필터 내에서 연료로부터 물을 분리하여 배출하는 수단을 포함하는 연료 필터, 특히 디젤 필터에 관한 것이다. 본 발명에 따라 연료 필터로부터 분리된 물을 배출하는 것이 간단해지고 특히 물이 계속해서 배출될 수 있도록 반투막(7)이 제공되고, 상기 막에 의해 연료 필터로부터 물이 배출될 수 있다.
유입구, 배출구, 연료 필터, 반투막

Description

연료 필터용 증발 장치{Evaporation unit for a fuel filter}
본 발명은 연료 유입구, 연료 배출구, 및 연료 필터 내에서 연료로부터 물을 분리하여 배출하는 수단을 포함하는 연료 필터, 특히 디젤 필터에 관한 것이다.
연료 필터는, 디젤 연료에 포함된 입자 및 물로 인한 예컨대 연료 시스템의 오염, 양호하지 않은 연소 또는 연료 시스템 내의 부식과 같은 장애와 손상을 방지하기 위해 특히 디젤 엔진에서 디젤 연료에 포함된 입자 또는 물을 필터링 하기 위해 사용된다. 종래의 디젤 연료 필터는 물 분리기를 포함하는 필터 소자와, 상기 필터 소자 하부에 배수조를 구비하고, 상기 배수조에는 연료로부터 분리된 물이 수용될 수 있다. 필터링된 연료는 연료 필터로부터 연료 배출구를 통해 흘러 나가는 한편, 연료 필터의 바닥에 있는 배수조에 수용된 물은 배수조에 배치된 배수구를 통해 배출된다.
US 4,264,442 호에는 배수조를 구비한 연료 필터가 공지되어 있고, 상기 배수조의 바닥에는 밸브에 의해 폐쇄 가능한 배수구가 배치되고, 상기 배수구는 관을 통해 다음에 배치된 챔버에 연결된다. 밸브는 배수조 내에 배치된 수위 센서에 의해 제어된다. 상기 센서에 의해, 일정한 양의 물이 배수조 내에 수용되었음이 검출되면, 밸브는 개방되고 물의 상당량이 배수조로부터 흡입되어 관을 통해 다음에 배치된 챔버로 배출된다. 이러한 방법은 물을 받아 넣는 챔버가 규칙적인 간격으로 비워져야 하고, 이와 관련하여 연료 필터가 유지 관리되어야 한다는 단점을 갖는다.
이러한 단점은 US 4,637,351 호에 공지된 연료 필터 시스템에는 나타나지 않는다. 상기 시스템에서 배수구는 여러 관과 챔버들을 통해 엔진의 흡기 시스템 또는 배기 시스템에 연결되고, 이를 통해 저압을 공급받는다. 수위 센서가 연료 필터의 배수조 내의 일정 양의 물을 검출하면, 밸브는 전자석에 의해 개방되므로, 배수조 내에 수용된 물은 저압에 의해 흡입되어 흡기 시스템 또는 배기 시스템에 공급된다. 결과적으로 배출된 물은 연소시 또는 배기 장치 내에서 증발된다.
상기 시스템에서 물은 엔진에 의해 바로 제거되지만, 연료 필터의 배수구를 엔진에 연결하는 것은 공정이 복잡하고 따라서 비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한, 물을 엔진의 흡기 시스템 내로 공급하는 경우, 연료 필터의 배수 동안 연소 공기는 상당히 습해지고, 이러한 점에서 적어도 일시적으로 연소에 바람직하지 않게 작용하는 단점이 있다.
상기 연료 필터로부터 간단하게 물을 배출하는 것은 불가능한데, 그 이유는 필터에서 분리된 물이 깨끗하지 않아서 환경을 오염시킬 수 있기 때문이다.
그와 달리, 본 발명의 목적은 상기 단점을 갖지 않고 물의 배출과 관련하여 엔진의 다른 부품들과 무관하게 작동될 수 있고 유지 관리 작업이 필요없는 연료 필터를 제공하는 것이다. 연료 필터는 간단하게 형성되고 따라서 저렴하게 제조되어야 한다.
상기 목적은 전술한 방식의 연료 필터에서, 연료 필터로부터 물을 배출시키는 적어도 하나의 반투막에 의해 달성된다.
반투막은 공지된 연료 필터에 비해 두 가지 장점을 제공한다. 한편으로는 연료에 포함된 물을 계속해서 연료 필터로부터 배출하는 것이 가능해진다. 이로써 액위 조절부 및 적절한 밸브 제어부를 가진 밸브 시스템이 불필요하므로, 연료 필터의 구조가 간단해진다. 다른 한편으로는 막을 통해 연료 필터로부터 배출된 물이 깨끗하다는 점이다. 따라서, 물이 간단하게 주변으로 배출될 수 있다.
기본적으로, 연료에 포함된 나머지 성분들, 특히 연료 자체로부터 물을 분리하는데 적합한 경우에 연료 필터로부터 물을 배출하는 모든 종류의 막이 고려된다. 특히 바람직하게 투과 증발 분리에 적합한 막, 특히 가교식, 비동기 PVA(폴리비닐알콜) 합성 막이 사용된다.
분리 방법으로서 투과 증발 분리의 특별한 장점은, 배출될 물이 수증기로서 방출되어 그 자체로 주변에 배출될 수 있다는 것이다.
투과 증발 분리시 높은 유동성과 선택성을 얻기 위해, 예컨대 투과측에 저압이 형성됨으로써, 투과측 압력은 막 내의 수증기 압력보다 작다. 이를 위해 바람직한 실시예에서 적절한 수단, 예컨대 진공 펌프가 제공된다.
다른 바람직한 실시예에서 제올라이트 결정으로 형성된 층으로 구성된 막이 사용된다. 이 막들도 투과 증발에 의한 성분 분리에 적합하다. 이를 위해, 예컨대 뜨거운 공기가 막의 투과측을 통과할 수 있고, 상기 뜨거운 공기는 수증기를 흡수하여 상기 막으로부터 배출시킨다. 제올라이트 결정용 기재로서 바람직하게 강 소결체가 사용된다.
막 분리 과정을 위한 작동 파라미터가 막의 투과측에 의도대로 영향을 미칠 수 있도록 하기 위해, 상기 투과측에 바람직하게 투과 챔버가 배치된다.
막의 기계적 결함시 오일이 유출되는 것을 막기 위해, 다른 바람직한 실시예에서 막의 투과측에 활성탄 필터가 배치된다. 전술한 강 소결체에서, 활성탄 필터는 소결체의 투과측 표면에 직접 배치될 수 있다. 활성탄 필터가 배치된 배출구를 가진 투과 챔버를 투과측에 배치할 수도 있다.
본 발명의 전형적인 바람직한 실시예에서 연료 필터는 물 분리기와 배수조를 포함하고, 막은 배수조 영역에, 특히 배수조 바닥에 배치된다. 배수조는 막의 실시예 및 막의 유동 용량에 따라 연료로부터 물을 분리할 때 생기는 물의 양을 완충하기에 충분한 크기를 갖는다. 이는, 특히 오늘날의 복수의 연료 시스템에서처럼 연료 필터를 통과하는 유동률이 높고, 연료 펌프에 의해 탱크로부터 송출된 소량의 연료만 연소에 공급되고 연료의 나머지 양은 탱크로 재공급되는 경우에 특히 바람직하다. 탱크로부터 필터를 통해 다시 탱크로 되돌아가는 이러한 연료 순환은, 연료에 포함된 물이 조기에 탱크로부터 배출되어 특히 탱크 바닥에 물이 지속적으로 고이는 것이 방지되는 장점을 갖는다. 탱크 내의 연료의 이러한 "예비 필터링"시 특히 필터링과 물 분리 시작시 필터링된 연료 단위량 당 더 많은 양의 분리된 물이 생기고, 이러한 양은 필터링 지속 시간이 증가할수록 감소된다. 필터링 시작시 생기는 양은 막의 유동률을 상기 막의 크기에 따라 현저하게 증가시킨다. 이는 배수조의 크기 설계시 고려되어야 한다.
물의 배출시 조기에 장애를 인식하기 위해, 배수조에 수위 센서가 배치되는 것이 바람직하다. 수위 센서는 전자 장치에 연결될 수 있고, 상기 장치는 수위가 수위 센서에 도달하였을 때 경고를 송출한다. 대안으로서 배수 시스템이 제공될 수 있고, 상기 시스템에 의해 배수조로부터 물의 긴급 배수, 예컨대 탱크 내로 물을 재공급하는 것이 실행될 수 있다. 수위 센서의 신호에 의해 필터를 통과하는 연료의 유동량이 제어될 수 있고, 생기는 물의 양에 따라 순환계에서 탱크로부터 연료 필터를 통해 그리고 다시 탱크 내로 안내되는 연료량이 감소되거나 또는 증가될 수 있다.
상기 실시예에 대한 대안으로서 막은 연료로부터 순수한 물을 배출하는 기능뿐만 아니라, 연료 필터 내의 물 분리기의 기능을 한다. 연료가 복수의 막의 관들을 통해 공급되고, 상기 관들은 예컨대 챔버 내부에서 평행하게 안내되고, 저압에서 상기 관을 통해 공기 유동이 안내되는 실시예도 가능하다. 이러한 실시예에서는 막의 관 전방에 입자 필터를 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명은 하기에서 본 발명의 바람직한 실시예들이 도시된 도면 및 필터링 과정을 도시한 그래프를 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 막을 가진 연료 필터의 개략도.
도 2는 제올라이트 막을 가진 연료 필터의 개략도.
도 3은 도 1에 따른 연료 필터에서 시간에 따라 이송된 물의 체적을 나타낸 그래프.
도 1에 도시된 연료 필터는 하우징(1)을 포함하고, 상기 하우징은 연료 유입구(2)와 연료 배출구(3)를 통해 연료 라인 시스템에 연결된다. 하우징(1)에는 물을 필터링하고 분리하는 수단(5)이 배치되고, 상기 수단을 통해 연료가 안내된다. 하우징은 하부 영역에 배수조(6)를 갖고, 상기 배수조에는 연료로부터 분리된 물이 수용될 수 있다. 배수조의 바닥은 막(7)에 의해 유체 밀봉 방식으로 폐쇄된다. 막은 투과 증발 분리에 적합한 막이다. 이러한 막들은 선행 기술에 충분히 공지되어 있으므로, 여기에서는 별도로 설명되지 않는다. 막(7) 하부에 투과 챔버(8)가 배치되고, 상기 챔버 내에는, 예컨대 유동 방향으로 볼 때 챔버(8)로부터의 공기 배출구(9) 후방에 배치된, 도시되지 않은 진공 펌프에 의해 저압이 형성되고, 상기 챔버는 동시에 공기 유입구(11)를 가지므로, 저압일 때 공기 유동은 챔버(8)를 통해 안내되고, 배수조(6)로부터 막(7)을 통해 배출되었던 수증기가 상기 공기 유동과 함께 챔버(8)로부터 배출된다. 이에 대한 대안으로 또는 보완으로, 챔버(8)를 통해 흐르는 공기가 가열됨으로써, 막(7)을 통한 물질 이송이 이루어지게 할 수 있다.
투과 챔버(8)의 공기 유입구 및 배출구에 활성탄 필터(12, 13)가 배치되고, 상기 필터들은 막(7)이 누수를 갖는 경우에 연료 필터로부터 오일의 유출을 저지한다.
연료 필터 내에 전자 제어장치(15)에 연결된 수위 센서(14)가 배치되고, 상기 제어장치는 예컨대 필터를 통과하는 연료의 유동량을 제어하거나 또는 예컨대 차량 계기판의 경고등을 통해 경고 신호를 송출한다.
도 2에 도시된 연료 필터는 도 1에 도시된 부분들과 상당 부분 일치한다. 따라서, 편의상 연료 필터의 동일한 부품들은 동일한 도면 부호를 갖고 상세히 설명되지 않는다. 상기 필터는, 막 분리 과정에 있어서 일반적인 막 대신에 강 소결체 내에 제올라이트 결정을 포함하고 있는 제올라이트 막(21)이 사용되는 점에서 도 1에 도시된 연료 필터와 다르다. 막(21) 또는 강 소결체의 누수시 연료의 유출을 저지하기 위해, 강 소결체의 하부면 전체에 활성탄 필터(22)가 제공된다. 막(21)의 하부에 배치된 챔버(8)에는, 배수조(6)로부터 막(21)을 통해 배출된 수증기와 함께 챔버(8)로부터 방출된 따뜻한 공기가 공급된다. 이에 대한 대안으로 또는 보완으로, 챔버(8) 내의 압력이 감소됨으로써 막(21)을 통한 성분 이송이 활성화된다.
도 3에는 탱크로부터 연료 펌프를 통해 펌핑된 연료의 일부만이 필터링 직후 연소에 공급되고 상당 부분은 다시 탱크로 재공급되는 연료 시스템에서, 본 발명에 따른 연료 필터의 작동시 시간에 대한 물의 양의 곡선이 도시된다. 도시된 곡선은 하기 작동 파라미터들로 측정되었다:
탱크 체적 : 60 ℓ
연비 : 6 ℓ/h
필터를 통한 연료 유동률 : 160 ℓ/h
연료의 수분량 : 10,000 ppm
필터의 물 분리율 : 95 %
유효 배수조 체적 : 0.3 ℓ
곡선 a에 따라 막을 통과한 물의 일정한 유동률은 약 0.15 ℓ/h 정도에서 관찰된 한편, 배수조 내의 수위는 처음 3/4 시간 내에 거의 0.3 ℓ로 상승한 후에, 곡선 b와 같이, 거의 일정하게 낮아졌다. 곡선 c는 상기 시간 동안 배수조에 수용된 물의 합을 나타낸다. 필터 과정 시작시 연료로부터 많은 물이 분리되는 한편, 2시간 후에 곡선은 거의 수평으로 연장되는, 즉 연료로부터 물이 거의 분리되지 않는 것을 알 수 있다. 이로써, 상기 시점에 상당량의 물이 탱크에 있는 연료로부터 필터링되었음을 알 수 있다.
그래프로부터, 필터링될 연료의 품질에 따라 특히 필터링 과정의 시작시 다량의 물이 발생하고, 이 물은 연료 필터의 배수조에 수용되는 것을 알 수 있다. 배수조의 최대 액위가 초과되지 않도록 하기 위해, 밸브를 통해 배수조에 연결되고, 최대 액위에 도달되는 즉시 초과분의 물을 배수하는 보상 챔버가 제공될 수 있다. 적절한 제어는 액위 센서(15)의 신호에 따라 이루어진다.

Claims (11)

  1. 연료 유입구(2), 연료 배출구(3), 및 연료 필터 내에서 연료로부터 물을 분리하여 배출하는 수단(5)을 포함하는, 상기 연료 필터에 있어서,
    상기 연료 필터로부터 물을 배출시키는 적어도 하나의 반투막(7, 21)이 제공되고,
    상기 반투막(7, 21)의 투과측에 활성탄 필터(12, 13, 22)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반투막(7, 21)은 투과 증발 분리에 적합한 막인 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반투막(7, 21)의 투과측에 저압 형성 수단이 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투막(7, 21)은 제올라이트 결정으로 형성된 적어도 하나의 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  5. 제 4 항에 있어서, 제올라이트 결정용 기재는 강 소결체인 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투막의 투과측에 투과 챔버가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 물 분리기와 배수조(6)가 제공되고, 상기 반투막(7, 21)은 상기 배수조(6)의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 배수조의 상부 영역에 수위 센서(14)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 수위 센서(14)는 경고 지시를 송출하는 전자 장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 반투막(7, 21)은 비동기식 PVA 합성 막인 것을 특징으로 하는 연료 필터.
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