KR101386499B1 - 필터 장치 - Google Patents

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랄프 브누크
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하이댁 프로세스 테크놀로지 게엠바하
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Abstract

본 발명은 필터 하우징(12)에 수용되는 필터 요소(10)의 사용에 의해 유체 흐름으로부터 불순물을 분리하기 위한 필터 장치에 관한 것이다. 특허청구범위 제 1 항의 특징부에 따라서, 상기 필터 하우징(12)은 여과되는 유체 흐름이 상기 필터 요소(10) 주위에서 와류 유동으로 루트가 정해지도록 와류 공간(14)을 가지는 것에 의하여, 사이클론의 특성들이 필터 하우징의 와류 공간이 여과되는 유체의 운동 방향의 반복적인 편향을 초래하는 정도로 실제의 여과 작업을 위해 이용된다.
필터 장치, 필터 하우징, 와류 공간, 역세척

Description

필터 장치{FILTER APPARATUS}
본 발명은 필터 하우징에 수용된 필터 요소를 사용하는 것에 의해 유체 흐름으로부터 불순물을 분리하기 위한 필터 장치에 관한 것이다.
유사한 유압 필터와 필터 장치들은 다수의 실시예(DE 197 11 589 A1)에서 용이하게 구매할 수 있다. 흡입 필터 장치에 부가하여, 복귀 라인 필터, 인라인 필터, 또는 통풍 필터로서의 필터 장치들이 공지되어 있다. 총칭적으로, 이러한 것들은 때때로 유압 필터로서 지칭된다. 대체로, 이러한 유압 필터들은 고형물, 섬유질, 과립의 분리를 위한 장치이거나, 또는 액체로부터 고형물을 분리하기 위한 또는 가스로부터 먼지를 분리하기 위한 래티스(lattice) 형상의 필터 매체인 것을 적용한다.
또한, 종래 기술의 다른 분리 장치(DE 42 14 324 A1)들은 원심력 작용이 총칭적 유체 하에서 변말(jargon)에 포함되는 가스 또는 액체로부터 고형 입자들을 분리하는 장치인 소위 사이클론이다. 상기된 해결 수단에 있어서, 사이클론은 환풍 경로에 위치되고, 환풍 경로는 구동 메커니즘 공간(크랭크 공간)으로부터 내연기관의 흡기 라인에 도달하여서, 공기에 동반된 에어로졸이 사이클론에서 분리되고, 출구에 의해 내연기관의 오일통으로 전달될 수 있다. 더욱 극한 동작 조건 하에서 오일통으로부터 사이클론으로 원치않는 공급을 방지하기 위하여, 출구측에 플로트 밸브의 형태로 하는 정지 안전 장치가 있다.
이러한 사이클론 분리 기술은 또한 이미 필터 장치들과 조합하여 사용되었다. 그러므로, DE-OS 37 35 106은 가스로부터 액체 입자, 특히 배기 가스로부터 에어로졸의 형태로 하는 액체 입자를 분리하기 위한 방법을 개시하며, 가스는 먼저 원심력을 받고 그런 다음 여과된다. 그런 다음 여과 가스의 일부는 사이클론으로 중계되고, 가스 흐름에 동반된 액체 입자들은 입자들의 운동(와류 유동)의 방향의 빈번한 편향에 의해 물방울로 결합되고, 물방울들은 물방울 자체 중량에 의해 분리 장치로부터 빠져 나간다.
또한, US 6 129 775 A는 현저하게 원뿔 형상으로 회전하는 분리 하우징을 구비한 사이클론 분리기를 개시하며, 이러한 사이클론 분리기에는 분리 하우징의 벽에 이어서 유사하게 이격된 와류 공간의 형성으로, 오염 입자와 함께 접선으로 공급된 유체 유동에 대해 와류 공간에서 입자들을 분리하기 위하여 개선된 와류 안내를 가능하게 하는 통상 자체 수용 가이드 보디가 있다. 필터 요소에 의한 여과는 공지된 해결 수단으로 불가능하다.
종래 기술(EP 06 59 462 A1) 또한 추가의 입자 분리를 위하여, 사이클론 분리기의 바이패스 유동에서, 유체 흐름 방향으로 따르는 별도의 필터 하우징에서 필터 요소가 유지되는 해결 수단이 개시된다. 이러한 공지의 해결 수단의 여과 라인은 여전히 많은 것을 요구한다.
이러한 종래 기술로부터, 본 발명의 목적은 개선된 여과 성능을 구비한 필터 장치를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 그 전체에 있어서 특허청구범위 제 1 항의 특징을 구비한 필터 장치에 의해 달성된다.
특허청구범위 제 1 항의 특징부에서 특정된 바와 같이, 필터 하우징은 여과되는 유체 흐름이 적어도 부분적으로 필터 요소 주위에서 와류 유동으로 루트가 정해지도록(routed) 와류 공간을 가지며, 실제의 여과 작업을 위해, 사이클론의 특성들은 필터 하우징의 와류 공간이 여과되는 유체의 운동 방향의 반복적인 편향을 유발하는 한 사용되며, 관련 와류 유동은 필터 요소의 전체 필터 표면을 따라서 만들어지고, 그 결과, 여과되는 유체 흐름은 높은 에너지 입력, 동시 유지 또는 불순물의 분리와 함께 증가된 정도(degree)로 필터 요소를 통과한다. 와류 공간의 작용에 의해 유발된 필터 하우징에서 달성된 와류 유동은 길이 방향 축선에 대해 횡으로 필터 요소의 다른 종래의 반경 방향 관통 유동(throughflow)과 대조하여 개선된 여과 성능 및 결과들을 이끄는 층류, 나선형 유체 유동을 산출한다. 이러한 방식으로, 필터 요소를 통하여 여과되는 유체의 증가된 처리율이 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 장치의 바람직한 실시예에서, 와류 공간은 한쪽 하우징 단부의 방향으로의 필터 하우징의 원뿔형 확장부에 의해 형성되며, 여과되지 않은 매체를 위한 공급 입구는 필터 요소의 길이 방향 축선에 대해 편심(off-center)으로 필터 하우징을 통하여 연장한다. 이러한 편심 공급은 필터 하우징에 있는 와류 공간의 작용 하에서 사이클론형 유동의 개선된 발생을 유발한다.
와류 공간의 영역에서 필터 하우징의 원뿔형 확장부는 바람직하게 원통형 하우징 부분으로 또는 작은 원뿔형 경사(tilt)를 가지는 부분으로 이행(transition)되며, 그 결과, 와류형 유체 유동의 부분적인 댐핑이 필터 요소의 외측과 필터 하우징의 내측 사이의 감소된 벽 두께에 의해 발생하여서, 압축 유체 유동의 목적을 위한 일종의 힘 안내가 이러한 방식으로 필터 요소에 대한 오염된 유체의 공급량을 증가시키기 위해 발생한다.
본 발명에 따른 필터 장치의 또 다른 바람직한 실시예에서, 마찬가지로 상부 영역에서 균일한 유체 유동을 만드는데 기여하는 수집 공간은 필터 요소의 자유 단부 상의 바로 위에서 한정 가능한 축선 방향 거리와 인접하여, 유체 유동 내에서의 초임계(supercritical) 난류를 방지하는 것을 도우며; 그렇지 않으면, 이러한 것은 필터 장치의 여과 성능에 악영향을 줄 수 있다.
특히, 상기된 필터 하우징의 구조에 대해 필터 요소가 원뿔형으로 진행하는 필터 요소들로서 사용하는 것이 특히 유익하다는 것이 판명되었다. 또한, 소위 슬릿 스크린 튜브 필터 요소들을 필터 요소로서 사용하는 것이 특히 유익하다는 것이 판명되었다.
본 발명에 따른 필터 장치는 하나의 실시예를 사용하여 다음에 상세히 기술된다. 도면들으 개략적이며 비축척이다.
도 1은 중간의 길이 방향 절개를 만든 후의 필터 장치의 사시도.
도 2는 하우징 측부 상에서 폐쇄된 상태로 그리고 다른 방향으로 본 도 1에 도시된 바와 같은 필터 장치의 사시도.
본 발명에 따른 필터 장치는 예를 들어 유압 매체에 의해 형성된 유체 흐름으로부터 불순물을 분리하도록 사용된다. 그러나, 기본적으로, 필터 장치는 또한 마찬가지로 이 방식에 있어서 유체를 형성하는 가스 매체, 에어로졸 등을 위해 사용될 수 있다. 도 1 및 도 2는 종래의 설치 방향 및 크기에 대응하고, 용어 "상부" 및 "하부"는 이러한 점에서 하기에서 사용되며, 이러한 것들은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 필터 장치의 동작 상황의 표현에 관한 것이다.
도 1에 도시된 필터 요소(10)는 필터 장치의 필터 하우징(12)에 의해 수용된다. 필터 하우징(12)은 상부에 와류 공간(14)을 가지며, 와류 공간은 적어도 부분적으로 필터 요소(10) 주위에 와류 유동 또는 사이클론 유동으로 여과되는 유체의 루트를 정하도록 사용된다. 예시된 해결 수단에 있어서, 와류 공간(14)은 상부 단부(17)의 방향으로 필터 하우징(12)의 원뿔형 확장부에 의해 형성된다. 하우징 벽에 의해 만들어지는 원뿔형 확장부 대신에, 부가적으로 또는 대안적으로, 필터 하우징(12)의 내측에 유동 배플(도시되지 않음, 또한 난류의 방식으로)이 사용될 수 있다. 지시된 와류 유동을 만들도록, 여과되지 않은 매체를 위한 공급 입구(18)는 필터 요소(10)의 길이 방향 축선(20)에 대해 편심으로 위치되며, 이 점에서, 와류 공간(14)의 상부 단부 상의 하우징 벽을 통해 연장한다. 공급 입구(18)는 다른 유체 운반 파이프 요소 또는 도시되지 않은 다른 라인 요소들을 외측에 연결하도록 사용되는 플랜지형 확장부(22)를 구비한다.
여과되는 유체가 필터 요소(10)를 통해 외측으로부터 내측으로 흐른 후에, 여과 흐름, 즉 여과될 유체는 필터 하우징(12)으로부터 드레인(24)을 경유하여 하우징 하부로 회수된다. 드레인(24)의 공급 단부는 차례로 필터 장치에 유체 운반 라인을 연결하도록 플랜지(22)처럼 사용되는 플랜지(26)를 구비한다. 드레인(24)은 필터 하우징(12)의 상부 단부 상에 배치되고, 단면으로 보았을 때, 필터 하우징(12)의 외측의 상부 유체 출구 위치(28)보다 약간 큰 단면을 가진다. 지시된 공급 입구(18)와 드레인(24)들은 선택적으로 필터 하우징(12)과 함께 원피스(one piece)로 만들어질 수 있으나; 나머지 필터 하우징(12)에 대한 대응 연결은 용접 연결에 의해 가능하다.
특히 도 1에 도시된 바와 같이, 와류 공간(14)을 형성하는 원뿔형 확장부는 와류 공간(14) 반대편에 보다 작은 원뿔형 경사(도시되지 않음)를 가질 수 있는 원통형 하우징 부분(30)으로 필터 장치의 하부의 방향으로 전이된다. 와류 공간(14)에서 만들어진 와류 유동은 사이클론의 진행에 의해 추가의 하우징 부분(30) 위에 균일하게 만들어진다. 와류 공간(14)으로부터 하우징 부분(30)으로의 단면 감소 또한 이러한 것에 기여한다. 필터 요소(10)의 자유 단부(32)는 필터 하우징(12)의 폐쇄 단부(34)의 방향으로 배향되며, 하우징의 폐쇄 단부는 필터 요소(10)의 한정 가능한 축선 방향의 거리에 일종의 수집 공간(36)을 형성하며, 수집 공간은 와류 공간(14)에 의해 만들어진 부분적인 난류 유동에도 불구하고, 필터 요소(10)를 관통하는 유체 흐름을 보다 균일하게 하며, 그 밖에 필터 하우징(12)의 내부(38)에서 양호한 충전을 만들며; 이러한 것은 필터 장치의 에너지 효율적인 동작을 촉진한다.
특히, 이러한 방식으로, 유체가 없는(fluid-free) 캐비티가 필터 장치 내에서 형성되지 않으며; 그렇지 않으면 이러한 것은 동작시에 필터 장치에 연결되는 유압 회로를 위한 캐비티의 손상을 초래할 수 있다. 폐쇄 단부(34)는 또한 예를 들어 필터 하우징(12)의 하부 단부의 개방을 가능하게 하는 볼 밸브로서 만들어지는 스위치 피팅(40, switch fitting, 도 2)에 의해 만들어질 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 스위치 피팅(40)이 폐쇄되는 것으로, 이미 기술된 여과 작업을 수행하는 것이 가능하며, 그러므로, 예를 들어, 필터 하우징(12)의 하부 단부가 개방될 때, 수행되는 역세척 공정에서 발생하는 불순물은 필터 장치로부터 방출될 수 있다. 적절한 역세척 작업에 있어서, 정화된 유체는 바람직하게 필터 장치의 깨끗한 측으로부터, 즉 드레인(24)으로부터 오는 측으로부터 필터 요소를 통해 외측으로 루트가 정해지고; 이러한 것은 필터 요소(10)에 있는 통로들과 먼지를 세척하며, 이러한 방식으로 역세척되는 먼지는 그런 다음 필터 하우징(12)의 내부(38)에 의해 그리고 필터 하우징(12)의 하부 개구에 의해 필터 장치로부터 방출될 수 있다.
그러나, 기본적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 하우징 상황에 대해 역세척의 가능성이 또한 있으며, 그런 다음 정화된 유체는 정화 측(드레인(24))으로부터 여과되지 않은 물질 측(공급 입구(18))의 방향으로 역세척되고, 그런 다음, 여과되지 않은 물질의 공급이 정지된다. 다소 보다 적은 경사를 와류 공간(14)의 하우징 벽에 적용하는 것으로, 수집 공간(36)은 마찬가지로 필터 하우징(12)의 자유 또는 폐쇄 단부(34)의 방향으로 원뿔 형상으로 테이퍼진다. 이러한 원뿔형 테이퍼는 부분적인 압력이 장치의 동작을 위해 수집 공간(36)에서 상승하는 것을 허용하고; 이러 한 것은 필터 장치에 대한 완전 충전을 촉진한다.
이미 기술된 필터 요소(10)는 슬릿 스크린 튜브 필터로서 만들어지고; DE 197 11 589는 이러한 슬릿 스크린 필터 요소의 보다 상세한 구조를 도시한다. 이러한 요소는 개별적인 지지 바(support bar)들로 이루어지고, 지지 바들 주위에는 와이어 프로파일이 개별적인 턴(turn)들로 권취되어 노출된 갭들을 남기며, 갭들을 통해 유체가 흐를 수 있고, 와이어 프로파일의 각각의 접촉 위치의 영역에서 할당 가능한 지지 바와 용접된다. 개선된 여과 작업을 위하여, 필터 요소(10)는 원뿔형으로 만들어지며, 와이어 프로파일의 턴들은 지지 바의 경사 단부의 방향으로 지름이 감소하고, 길이 방향 축선(20)의 방향으로 측정된 슬릿 스크린 튜브 필터 요소의 길이는 출구 또는 드레인(24)의 영역에서의 가장 큰 출구 단면보다 대략 11배 크다. 슬릿 스크린 튜브 필터 요소들이 근본적으로 종래 기술이기 때문에, 도 1에서의 적절한 요소(10)는 단지 그 원뿔형 구조에 관해서만 도시된다.
슬릿 스크린 튜브 필터 요소(10)는 오직 원통형으로 만들어진 요소를 구비한 해결 수단에 대해 와류 공간(14)으로부터 하우징으로 들어가는 유체 흐름에 대해 편심된 보다 작은 저항을 초래하며, 그 결과, 전체 필터 요소에 대한 압력차가 에너지 효율적인 방식으로 감소되며, 요소가 역세척될 때 일정한 액체 흐름이 원뿔형 구조에 의해 달성되고, 역으로 본 실시예에서 사용되는 원통형 요소(도시되지 않음)에 대해, 원통형 요소의 길이 방향으로 속도는 연속적으로 증가하고; 이러한 것은 필터 요소의 내부 내로의 균일한 지지를 방해한다.
설치 상태는, 필터 요소(10)의 길이 방향(길이 방향 축선(20))으로 보았을 때, 원뿔형 하우징 벽(16)을 구비한 와류 공간(14) 및 수집 공간(36)의 전체 길이가 필터 요소(10)의 설치 길이의 적어도 1/3에 대응하나, 이 설치 길이의 절반 미만에 대응하도록 실행되며, 와류 공간(14)의 전체 길이는 필터 요소(10)의 단부(32)로부터 필터 하우징(12)의 단부(34)로 연장하는 수집 공간(36)의 전체 길이에 본질적으로 대응한다.
본 발명에 따른 필터 장치는 특히 필터 요소(10)를 제외하고 원피스로 만들어질 때 극히 경제적으로 만들어질 수 있으며, 그러므로 폐기 가능한 물품으로서 동작될 수 있다. 상승하는 압력에 따라서, 필터 장치는 또한 플라스틱 사출 성형으로 만들어질 수 있거나, 또는 시트 금속 및 주형 금속을 포함하는 금속성 물질로 이루어질 수 있으며, 와류 공간(14)의 원뿔형 하우징 벽(16)은 접시형 바닥(dished bottom)으로 만들어질 수 있다.
도시되지 않은 본 발명에 따른 필터 장치의 추가의 구성에 있어서, 일종의 오버플로우 라인의 형성으로 필터 하우징(12)의 상부 단부(17)의 영역에 있는 또 다른 출구 위치를 통하여 필터 하우징으로부터 잠재적의 가벼운 부유 물질들이 제거될 수 있는 것이 추가적으로 제공될 수 있다. 바람직하게, 길이 방향 축선(20)에 대한 각각의 밀봉 개구는 공급 입구(18)를 정반대로 마주하고, 다른 연결 위치와 비교하여, 오버플로우 라인은 도시된 바와 같이 대응하는 플랜지 보디를 가질 수 있다.

Claims (8)

  1. 필터 하우징(12)에 수용된 필터 요소(10)를 사용하여 유체 흐름으로부터 불순물을 분리하기 위한 필터 장치에 있어서,
    여과되는 유체 흐름이 와류 유동으로 상기 필터 요소(10)의 주위에서 적어도 부분적으로 안내되도록, 상기 필터 하우징(12)은 와류 공간(14)을 구비하고,
    상기 와류 공간(14)은 상기 필터 하우징(12)의 상부 단부(17)의 방향으로 상기 필터 하우징(12)의 원뿔형 확장부에 의해 형성되며, 상기 원뿔형 확장부는 상기 필터 하우징(12)의 하부의 방향으로 보다 작은 경사를 갖는 원통형 하우징 부분(30)으로 이행되며,
    상기 필터 요소(10)는 상기 와류 공간(14)으로부터 상기 필터 요소(10)의 자유 단부(32)를 향해 원뿔 형상으로 테이퍼지고, 상기 필터 요소(10)의 자유 단부(32)는 상기 필터 하우징(12)의 다른 단부(34)의 방향으로 배향되며,
    상기 다른 단부(34)는 상기 필터 요소(10)에 대해 한정 가능한 축선 방향 거리에서 일종의 수집 공간(36)을 형성하고,
    상기 수집 공간(36)은 상기 필터 하우징(12)의 다른 단부(34)의 방향으로 원뿔 형상으로 적어도 부분적으로 테이퍼지며,
    여과되는 유체는 상기 필터 요소(10)의 길이 방향 축선(20)에 대해 편심하여 배치된 공급 입구(18)로부터 상기 와류 공간(14)으로 들어가고,
    상기 여과된 유체는 상기 필터 하우징(12)의 상부 단부(17)에 배치된 드레인(24)을 거쳐, 상기 필터 요소(10)를 통해 내측으로부터 외측으로 흘러서, 상기 필터 하우징으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 요소(10)의 길이 방향 축선(20)으로 보았을 때, 상기 와류 공간(14)의 전체 길이 및 상기 수집 공간(36)의 전체 길이는 상기 필터 요소(10)의 설치 길이의 적어도 1/3에 대응하지만, 상기 필터 요소(10)의 설치 길이의 절반 미만에 대응하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 요소(10)는 슬릿 스크린 튜브 필터 요소로 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
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