KR101541671B1 - 필터 조립체 및 필터 조립체를 통한 유동 지향 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 필터 조립체는 입구 및 출구 포트를 갖는 필터 헤드와; 상기 필터 헤드에 장착되는 필터 보울로서, 상기 필터 보울의 바닥부에 유체를 배출하기 위한 드레인 구멍이 위치된, 상기 필터 보울과; 상기 필터 보울 내에 수용되고, 여과 매체의 배리어와 드레인 층과 적어도 하나의 지지 튜브를 구비하는 필터 요소로서, 상기 필터 요소를 가로지르는 압력차가 존재하는, 상기 필터 요소와; 상기 필터 요소 내의 유체를 밀봉하는 바닥부 캡과; 비평면형 플랜지부를 갖고 상기 입구 포트로부터 상기 필터 요소 내로 유체를 지향시키는 상부 캡으로서, 상기 비평면형 플랜지부는 실질적으로 만곡되고 대체로 S자 형상인 단면 프로파일을 갖고, 입구 및 출구 격벽으로 분할되는 상기 필터 헤드 내에 밀봉 가능하게 수용되며, 상기 유체는 여과 매체의 배리어를 통해, 그 후에 상기 출구 포트를 통해 상기 조립체의 외부로 유동하는, 상기 상부 캡과; 상기 조립체 내의 응축된 유체 레벨을 제어하기 위해 상기 필터 보울의 기부에 장착되고 상기 드레인 구멍과 정렬된 플로트 드레인 구성요소를 포함한다.

Description

필터 조립체 및 필터 조립체를 통한 유동 지향 방법{FILTER ASSEMBLY AND METHOD}
본 발명은 통상적으로 필터 조립체 및 상기 조립체를 통과하는 유동을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 예컨대 상기 조립체를 통해 유동을 지향시키기 위한 비평면형 플랜지를 갖는 유체 필터 조립체에 관한 것이다.
유압 및 공압 필터가 유체 혼합물로부터 미립자, 오일 및 수증기를 제거하는데 사용될 수 있다는 것이 종래에 공지되어 있다. 또한, 이들 필터는 흡입한 공기로부터 냄새를 제거하는데 사용될 수 있다. 식품 패키징, 제약 실험 및 집적 회로 제조를 포함하는 몇몇의 용도를 갖는 압축 공기는 오염 물질 및 수증기를 제거하도록 처리될 수 있다는 것이 종래에 공지되어 있다. 예컨대 회로 설계에서, 압축 공기가 단락을 야기할 수 있는 오일 및 수증기를 없애는 것은 중요하다. 압축 공기는, 시스템 제조시의 사용 이전에, 최종 제품을 손상시키거나, 시스템의 동력 및 효율을 손실시킴으로써 적어도 생산 비용을 증가시킬 수 있는 수증기 및 오염 물질을 공기로부터 제거하도록 처리된다.
압축 공기 처리시와 같은 다양한 적용시에 사용되는 종래의 필터는 필터 헤드와 기다란 관형 필터 하우징을 구비하는 2-부재 하우징을 포함할 수 있다. 기다란 관형 요소는 일반적으로 하우징 내에 제거 가능하게 위치되며, 링 형상 매체의 각각의 단부에 밀봉 가능하게 접합된 환형 단부 캡을 갖는다. 또한, 이들 필터는 필터 내로 유동을 지향할 수 있는 디버터(diverter) 또는 엘보(elbow) 구조체를 포함하며, 각각 기다란 관형 요소의 내측 및 외측 부분에 연결되는 입구 및 출구 스트림 내로 헤드 캐스팅을 분리시키기 위한 수단을 제공한다.
보다 최근에는, 필터에 디버터의 기능을 실행하는 상부 캡을 이용해 왔다. 이들 상부 캡은 헤드 캐스팅의 원통형 캐비티 내에 제거 가능하게 위치된 절두 깔대기형 형상부(truncated funnel-like configuration)를 가질 수 있다. 유동은, 원치 않는 물질이 여과물 스트림 내로 상기 요소를 통해 유동하는 것을 방지하도록 설계된 매체 또는 멤브레인으로 구성될 수 있는 필터 요소를 통과한다. 따라서, 매체를 통해 유동하는 여과물은 그 후에 헤드 캐스팅 내의 출구 포트를 통해 지속된다. 합체 필터 내에서, 매체는 특정의 응축된 액체 구성요소가 합체된 액체 방울을 가스 부생 스트림의 외부로 합체하고 조합하도록 하는 한편, 고체 입자가 여과, 충돌 또는 브라운 운동에 의해 트랩되도록 한다.
상부 캡의 입구측 표면의 형상은 상기 요소 내로의 입구 유동의 유동 기하 구조를 제어한다. 유사하게, 상부 캡의 출구측 표면은 출구 유동을 제어한다. 입구 스트림이 상부 캡의 벽 부분에 직접 충돌하는 경우, 상기 충돌은 유체 유동 내에 난류를 야기시킨다. 결과적으로, 유체가 필터 요소에 진입할 때 유체의 속도를 증가시키는 유체의 운동 에너지가 감소된다. 이들 필터는 헤드 캐스팅으로부터 필터 요소 내로의 입구 유동에 영향을 주는 평면형 플랜지 섹션을 갖는 상부 캡을 포함한다. 플랜지는 유체가 필터 요소에 진입할 때 유체의 에너지를 감소시키고 유체의 속도를 방해함으로써 난류의 영향을 감소시키는 경향이 있을 수 있다. 그러나, 평면형 플랜지는 여전히 입구 및 출구 스트림 내의 난류 유동을 야기할 수 있다.
따라서, 필터 조립체의 내부 및 외부로 직접적으로 유체의 층류를 보다 가능하게 하는 입구측 및 출구측 표면을 갖는 플랜지를 구비하는 유체 필터 조립체를 제공하는 것이 바람직하다. 압력 강하로 인해 또한 난류가 합체 필터 내의 응축된 유체의 재혼입을 야기하기 때문에 난류를 감소시키는 것이 바람직하다.
상술한 필요성은 비평면형 플랜지부를 갖는 유체 필터 조립체의 실시예가 조립체를 통과하는 유동을 지향시키는데 사용될 수 있는 본 발명에 의해 대부분 충족된다. 본 발명의 예시적인 실시예는 필터 요소를 통한 내부로부터 외부로의 유동을 위해 프로세스 유동 입구에 면하는 비평면형 표면을 구비하는 대체로 대각방향의 입구를 갖는 "변형된 벤투리(venturi)"를 대부분 포함하는 필터 요소 상부 캡을 통한 개선된 유동을 제공한다. 이와 같이, 신규한 상부 캡은 보다 낮은 전체적인 압력 강하를 야기하는 매체 내로의 매끄러운 전이를 가능하게 한다. 본 발명의 유체 필터 조립체는 엘보 또는 디버터 또는 다른 유사한 유동 제한 디바이스를 사용하지 않고 용기(vessel) 내로 프로세스 가스를 직접 지향시키는 입구 연결부를 가능하게 한다.
본 발명의 예시적인 실시예는 입구 및 출구 포트를 갖는 필터 헤드와; 필터 보울 내에 수용되고, 필터 요소를 가로질러 압력차가 존재하는 필터 요소를 구비하는 필터 조립체에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 0 내지 10 평방인치당 파운드(psi) 또는 그 이상일 수 있는 차압이 감소된다. 예시적인 실시예에서, 필터 헤드와 상부 캡 사이에 압축 시일을 유지하도록 구성된 압축 탭이 사용될 수 있다. 또한, 압축 탭은 필터 요소를 위치설정하도록 구성될 수 있다. 블리드 오리피스(bleed orifice)는 압력 하에서 조립체를 분해하려는 시도가 있는 경우에 경고 신호를 발생하도록 구성될 수 있다.
필터 요소는 여과 매체의 배리어(barrier)와 드레인 층과 적어도 하나의 지지 튜브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 조립체는 필터 요소 내의 유체를 밀봉하는 바닥부 캡과, 실질적으로 만곡되고 대체로 S자 형상인 단면 프로파일을 갖는 비평면형 플랜지부를 구비하는 상부 캡을 포함할 수 있다. 상기 플랜지부는 필터 조립체를 통해 입구 및 출구 스트림 양자의 개선된 유동을 위해 변형된 벤투리를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 비평면형 플랜지부는 입구 및 출구 격벽으로 분할되는 필터 헤드 내에 밀봉 가능하게 수용되며, 상부 캡은 입구 포트로부터 필터 요소 내로 유체를 지향시키며, 유체는 여과 매체의 배리어를 통해, 그 후에 출구 포트를 통해 조립체의 외부로 유동한다.
여과 매체는 붕규산 유리(borosilicate glass) 섬유, 활성탄(activated carbon) 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 및 스펀 본드식 스크림(spun bonded scrim) 또는 유사한 매체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 사용되는 매체에 따라, 액상의 미스트(liquid mist), 미세한 미립자 및/또는 탄화수소 증기가 유체 스트림으로부터 제거될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 필터 조립체는 액체를 배출하기 위해 필터 보울의 바닥부에 위치된 드레인 구멍을 포함할 수도 있다. 고밀도의 폼 플로트(foam float)를 포함할 수 있는 플로트 드레인 구성요소는 드레인 층을 빠져나가는 유체를 배출하기 위해 필터 보울의 기부에 장착된다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 조립체의 입구 및 출구 포트는 서로 대체로 일렬로 늘어설 수 있으며, 이는 압축 가스 적용에서 바람직하다. 또한, 조립체는 필터 요소를 가로지르는 압력차를 측정하기 위해 필터 헤드에 장착된 압력 센서를 갖는 압력계를 포함할 수 있다. 필터 헤드는 필터 헤드 내에 압력 센서를 장착하기 위한 센서 포트를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 필터 보울은 필터 헤드와 나사산 장착 관계이다. 그 후에, 필터 보울은 나사산 장착부의 개선된 수동 조임 및 해제를 위해 필터 보울의 외측면을 따라 연장하는 외측 리브를 포함할 수 있다. 필터 헤드는 필터 헤드의 체적을 감소시키기 위한 경사진 내측 상부면을 포함할 수 있으며, 이는 특정 적용에서 바람직하다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 보울은 드레인 층을 빠져나가는 액체 방울의 모세관 배출을 위해 필터 보울의 내측면을 따라 축방향으로 연장하는 내측 리브를 포함한다. 필터 보울은 필터 보울과 필터 헤드 사이에 가압 장착부를 형성하기 위해 필터 보울의 상측 외측면을 따라 위치된 O-링 홈을 포함할 수 있다. 이러한 O-링 시일은 나사산을 유체로부터 격리시켜 나사산 상에 가능한 부식성의 영향을 감소시킨다. 추가적으로, 필터 보울은 합체된 액체의 재혼입을 최소화시키기 위해 가스를 진정시키기 위한, 필터 보울의 바닥 내측부를 따라 위치된 배플을 포함할 수 있다. 또한, 필터 보울은 액체 레벨을 보기 위한 가시창(sight glass)을 포함할 수 있다.
본 발명의 필터 조립체의 몇몇의 실시예에서, 화장용 커버가 필터 헤드의 상부 외측면과 정합하도록 구성된다. 하나 이상의 여과 장치를 사용하는 것이 바람직한 경우, 필터 조립체를 적어도 하나의 다른 여과 장치에 연결하기 위한 복수의 갱잉 클램프(ganging clamp)가 사용될 수 있다.
본 발명에서 더 고려되는 것은, 필터 조립체의 필터 헤드 내에 위치된 입구 포트 내로 유체의 유동을 지향시키는 단계와; 비평면형 플랜지부를 갖는 상부 캡을 사용하여 입구 포트로부터 필터 요소 내로 유체를 통과시키는 단계로서, 상기 비평면형 플랜지부는 필터 헤드의 입구부 및 출구부에서의 압력 강하를 감소시키기 위해 실질적으로 만곡되고 대체로 S자 형상인 단면 프로파일을 가지며, 입구 및 출구 격벽으로 분할되는 필터 헤드 내에 밀봉 가능하게 수용되는, 상기 입구 포트로부터 필터 요소 내로의 유체 통과 단계와; 필터 보울 내에 수용된 필터 요소의 구성요소를 통해 유체를 통과시키는 단계로서, 상기 필터 요소는 여과 매체의 배리어와 드레인 층과 적어도 하나의 지지 튜브를 포함하며, 필터 요소를 가로질러 압력차가 존재하는, 상기 필터 요소의 구성요소를 통한 유체 통과 단계와; 바닥부 캡을 구비한 필터 요소의 바닥부로부터 유체가 빠져나가는 것을 방지하는 단계와; 유체가 여과 매체의 배리어를 통해, 그 후에 출구 포트를 통해 조립체의 외부로 통과하는 단계와; 필터 보울의 기부에 장착되고 드레인 구멍과 정렬된 플로트 드레인 구성요소를 사용하여 조립체 내의 유체 레벨을 제어하는 단계를 포함하는, 필터 조립체를 통해 유동을 지향시키는 방법이다.
또한, 상기 필터 조립체를 통해 유동을 지향시키는 방법은 필터 요소를 가로지르는 압력을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터 조립체를 통해 유동을 지향시키는 방법은 필터 보울의 내측면을 따라 축방향으로 연장하는 내측 리브를 사용하여 드레인 층을 빠져나가는 액체 방울의 모세관 배출 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터 조립체를 통해 유동을 지향시키는 방법은 필터 보울의 외측면을 따라 연장하는 외측 리브를 사용하여 필터 헤드에 필터 보울을 수동으로 조이는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 필터 보울과 필터 헤드 사이에 가압 장착부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 조립체를 통해 유동을 지향시키는 방법의 실시예에서, 상기 방법은 필터 보울의 바닥 내측부를 따라 위치된 배플을 사용하여 합체된 유체의 재혼입을 최소화시키는 단계도 포함한다. 또한, 상기 방법은 다수의 필터 하우징을 정렬하는 복수의 갱잉 클램프를 사용하여 적어도 하나의 다른 여과 장치에 필터 조립체를 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 제 21 항에 기재된 필터 조립체를 통해 유동을 지향시키는 방법은 하나 이상의 압축 탭(들)을 사용하여 필터 요소를 고정시키는 단계와, 압축 탭(들)을 사용하여 상부 캡에 필터 헤드를 밀봉하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 조립체는 입구 및 출구 포트를 구비하는 필터 헤드 수단과; 유체를 분리시키는 여과 매체 수단과, 합체된 유체를 제거하기 위한 드레인 층 수단과, 여과 매체 수단을 지지하기 위한 적어도 하나의 지지 수단을 수용하기 위한 필터 요소 수단과; 필터 요소 수단을 가로지르는 압력차를 유지하기 위한 가압 수단과; 필터 헤드 수단에 장착되어 필터 요소를 수용하기 위한 필터 보울 수단과; 필터 요소 수단의 바닥부 내의 유체를 밀봉하기 위한 바닥부 캡 수단과; 비평면형 플랜지부를 포함하고, 입구 포트로부터 필터 요소 수단 내로 유체를 지향시키며, 필터 헤드를 입구 및 출구 격벽으로 분할하기 위한 상부 캡 수단으로서, 상기 비평면형 플랜지부는 실질적으로 만곡되고 대체로 S자 형상인 단면 프로파일을 갖고, 필터 헤드 내에 밀봉 가능하게 수용되며, 유체는 여과 매체 수단을 통해, 그 후에 출구 포트를 통해 조립체의 외부로 통과하는, 상기 상부 캡 수단과; 드레인 층 수단 내에 합체된 유체를 배출하기 위한 드레인 수단을 포함할 수 있다.
따라서, 본원의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있고, 종래 기술에 대해 본 기술한 내용이 보다 잘 인식될 수 있도록 본 발명의 특정 실시예의 개요가 보다 광범위하게 서술되어 있다. 물론, 본 발명의 추가적인 실시예가 하기에 기술되고 첨부된 특허청구범위의 요지를 형성한다.
이와 관련하여, 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 하기의 기술 내용에 기재되고 도면에 도시된 구조의 상세한 내용과 구성요소의 설비에 대한 적용에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 기술된 내용에 대해 추가적인 실시예와, 다수의 방법으로 실행되고 수행되는 것이 가능하다. 또한, 요약서 뿐만 아니라 본원에 사용된 어법과 전문 용어는 기술의 목적을 위한 것이며 한정으로서 간주되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
이와 같이, 당업자는 이러한 기재 내용이 근거가 되는 개념이 본 발명의 몇몇의 목적을 수행하기 위한 다른 구조체, 방법 및 시스템의 설계를 위한 기초로서 용이하게 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그러므로, 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없는 한 특허청구범위가 이러한 동등한 구성을 포함하는 것으로서 간주된다는 것이 중요하다.
본 발명에 의하면, 다수의 필터 조립체를 연결하는데 엘보 또는 디버터가 필요하지 않아서, 일련의 조립체의 배관이 제조 관점에서 보다 용이하고 저렴하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 비평면형 플랜지를 갖는 필터 조립체의 단면도,
도 2는 도 1의 필터 조립체의 내측 구성요소의 분해도,
도 3a는 도 1의 필터 조립체의 평면도,
도 3b는 차압계가 없는 도 1의 필터 조립체의 평면도,
도 4a는 도 1의 필터 조립체의 필터 헤드의 상부의 경사진 평면도,
도 4b는 도 1의 필터 조립체의 필터 헤드의 바닥부의 경사진 평면도,
도 5는 도 1의 필터 조립체용 화장용 캡의 사시도,
도 6a는 도 1의 필터 조립체의 필터 보울의 내부의 부분 절단도,
도 6b는 도 1의 필터 조립체의 필터 보울의 외부의 정면도,
도 6c는 도 1의 필터 조립체의 필터 보울의 내부의 국부도,
도 7은 입구 및 출구 포트에 장착된 갱잉 클램프를 갖는 도 1의 필터 조립체의 평면도.
본 발명의 다양한 실시예는 엘보 또는 유사한 유동 제한 디바이스를 사용하지 않고 조립체 내로 유동을 직접 지향시키기 위한 비평면형 플랜지부를 갖는 유체 필터 조립체를 제공한다. 몇몇의 설비에서, 본 발명은 예컨대 압축 공기 또는 가스 시스템에서 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 그 적용이 압축 공기 시스템으로 한정되지 않고, 입구 및 출구 포트 양자를 구비하는 헤드를 갖는 필터 조립체를 사용하는 다른 유체 분리 시스템에서 적용될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시예는 이제 전체에 걸쳐 유사한 참조 부호가 유사한 부품을 지칭하는 도시된 도면을 참조하여 더 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 필터 조립체(100)의 단면도이다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 비평면형 플랜지부(105)를 갖는 필터 조립체(100)가 제공된다. 필터 조립체(100)의 예시적인 실시예는 필터 보울(115)과, 테이퍼형 필터 헤드(120)와, 비평면형 플랜지부(105)를 갖는 상부 캡(135)과, 바닥부 캡(150)과, 필터 요소(110)를 포함하며, 상기 필터 요소(110)는 지지 튜브(140)에 의해 둘러싸여진 필터 매체(112)와, 필터 요소(110)의 최외측 층에 있는 드레인 층(117)을 포함한다. 추가적으로, 밀폐형 셀 강체 폼 플로트(closed cell rigid foam float)를 갖는 플로트 드레인(float drain)(141)은 보울(115)의 바닥부에 장착되어 필터 내의 유체 레벨을 조정할 수 있다. 플로트 드레인(141)은 보울(115)의 바닥부에서 플로트의 레벨에 따라 개방 및 폐쇄할 수 있는 플로트 구멍(143)을 포함한다.
필터 보울(115)은 각각 나사산 형성된 입구 포트(125) 및 출구 포트(130) 양자를 포함하는 테이퍼형 필터 헤드(120)와 나사 결합될 수 있다. 각각의 입구 포트(125) 및 출구 포트(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축 공기 또는 가스 시스템 내로의 조립을 용이하게 하기 위해 서로 대체로 일렬로 늘어설 수 있다. 이는 다수의 필터 조립체(100)가 압축 가스 시스템에서 종종 사용되며, 입구 포트(125) 및 출구 포트(130)가 동일한 중심선을 공유하는 경우에 조립체(100)를 직렬로 연결하기 용이하기 때문이다. 이와 같이, 다수의 필터 조립체(100)를 연결하는데 엘보 또는 디버터가 필요하지 않으며, 따라서 일련의 조립체의 배관은 제조 관점에서 보다 용이하고 저렴하게 될 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 입구 포트(125) 및 출구 포트(130)를 가로질러 압력차가 존재한다. 예시적인 실시예에서, 차압은 0 내지 10 평방인치당 파운드 또는 그 이상일 수 있다. 또한, 필터 조립체(100)는 압력계(133)를 사용하는 필터 요소(110)를 가로지르는 압력차를 측정하기 위한, 입구 포트(125) 및 출구 포트(130)에 위치설정된 압력 센서(134a)를 포함할 수 있다. 입구에서의 압력은 출구에서의 압력보다 높으며, 이와 같이 필터 조립체(100)를 통해 유동하는 유체는 압력차에 의해 구동된다. 프로세스 유동은 작동시 가압되기 때문에, 블리드 오리피스(160)는 압력 하에서 조립체(100)를 분해하려는 시도가 있는 경우에 경고를 발생하는 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 조립체(100)는 필터 요소(110) 내로 유동을 지향시키기 위한 깔대기형 형상부를 갖는 상부 캡(135)을 포함한다. 상부 캡(135)은 통상적으로 혼(horn) 형상이며, 이는 매체(112) 내로 유동의 매끄러운 전이를 가능하게 해서 입구 및 출구 스트림을 가로질러 전체적인 압력 강하를 야기한다. 상부 캡(135)의 상부면은 비평면형 플랜지부(105)로 기술된 만곡된 립부(lip portion)를 가질 수 있다. 비평면형 플랜지부(105)는 필터 요소(110)를 통한 유동의 개선된 내부로부터 외부로의 유동을 위해 프로세스 유동 입구에 면하는 대체로 대각방향의 입구를 갖는 "변형된 벤투리"를 포함한다. 비평면형 플랜지부(105)는 대체로 S자 형상 또는 오지(ogee)와 유사한 형상이고, 비평면형 플랜지부(105)의 최상측 단부(105a) 및 최하측 단부(105b)는 필터 헤드(120)의 내측벽과 실질적으로 수직이며, 따라서 내측벽과 시일을 형성한다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 비평면형 플랜지부(105)를 따라 필터 헤드(120)의 내측벽과 상부 캡(135)을 정합시켜 시일(137)을 형성함으로써, 상부 캡(135)과 필터 헤드(120) 사이에 시일(137)이 형성된다. 따라서, 모든 프로세스 유동은 요소(110) 내로 하향으로 구동된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 조립체(100)는 필터 요소(110) 내에 유체를 밀봉하기 위한 바닥부 캡(150)도 포함함으로써, 필터 요소(110)에 진입하는 모든 유체를 가압하여 내부로부터 외측으로 필터 매체(112)를 통과시킨다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 시일(137)은 상부 캡(135)의 바닥부 상에 압축 탭(145)의 도움으로 형성될 수 있다. 압축 탭(145)은 시일(137) 상에 적절한 압박(압력)을 유지하는 한편 필터 조립체(100)의 조립시 필터 요소(110)의 적절한 위치설정을 보장하는 2가지의 목적으로 기능한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 압축 탭(145)은 출구 포트(130) 아래에 위치될 수 있다. 압축 탭(145)은 비평면형 플랜지부(105)의 최상측 단부(105a) 및 최하측 단부(105b)에서 상부 캡(135)에 압박을 가할 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 압축 탭(145)은 압력차의 결과로서 하향으로 가압됨으로 인해 필터 보울(115)에 대해 안착될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압축 탭(145)은 필터 요소(110)의 각각의 구성요소의 상측 부분을 둘러싸도록 안착되어서, 입구 유체가 필터 요소(110) 내로 유동하여 매체(112)를 통해 외측으로 유동하는 것을 보장한다. 압축 탭(145)은 필터 요소(110)를 위치설정하여, 조립체(100) 내의 필터 요소(110)를 밀봉하기 위해 필요한 힘이 가해지는 것을 보장한다. 요소(110)가 하향으로 미끄러지고 가압 시일을 손상시키는 것을 방지하도록 필터가 조립되고 나면, 압축 탭(145)은 보울(115)의 상부 에지 위에 단지 안착되도록 위치설정된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 필터 조립체(100)는 하나 이상의 압축 탭(145)을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 필터 조립체의 내측 구성요소의 분해도이다. 이들 내측 구성요소는 상부 캡(135)과, 바닥부 캡(150)과, 필터 요소(110)의 개별 구성요소를 포함한다. 압축 탭(145)에 추가하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 캡(135)은 시일(137)의 유지를 돕는데 사용될 수도 있는 O-링(도시되지 않음)을 위한 홈(207)을 구비할 수 있다. 이러한 O-링 시일은 필터 헤드(120)를 보울(115)에 장착하는데 사용되는 나사산을 유체로부터 격리시켜 나사산 상에 가능한 부식성의 영향을 감소시킨다.
유체가 매체(112)를 통과하지 않고 필터 요소(110)를 통해 유동하는 것을 방지하는데 사용되는 바닥부 캡(150)은 드레인 층(117)과 함께 시일을 형성하기 위해 정합하는 외측 립부(150a)와, 필터 매체(112)의 내측면 내에 끼워맞춰지도록 크기설정되는 내측 립부(150b)를 구비할 수도 있다. 바닥부 단부 캡(150)은 필터 요소(110) 내의 유체를 효과적으로 밀봉하는 (밀폐된) 중실체여서, 필터 조립체(100)에 진입하는 모든 유체가 필터 매체(112)를 반경방향으로 통과해야 하거나, 또는 매체의 입상 타입(granular type)의 베드의 경우에, 바닥부 단부 캡(150)이 상기 베드를 통한 축방향 유동을 허용하도록 개방될 수 있다. 바닥부 캡(150)은 밀봉을 위해 에폭시 접착제 또는 우레탄 접착제를 사용하여 드레인 층(117)에 접착될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 요소(110)는 필터 보울(115) 내에 수용될 수 있으며, 다공성의 미늘 형상(louvered) 또는 천공된 금속 지지 튜브(140), 상부 캡(135) 및 바닥부 단부 캡(150)에 의해 둘러싸여진 필터 매체(112)를 둘러싼다. 필터는 필터 요소(110)를 통한 유동을 방해함이 없이 필터 매체(112)의 내측면 및/또는 외측면을 지지하는 한편 상부 캡을 바닥부 캡에 확고하게 링크시키도록 설계된 한 개, 두 개 또는 그 이상의 다공성의 미늘 형상 또는 천공된 지지 튜브(140)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 필터 요소(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 지지 튜브를 포함한다. 지지 튜브(140)는 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수 있으며, 또는 변형적으로 필터 매체(112)에 지지부를 제공하기에 적합한 와이어 스크린이 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 매체(112)는 원통형으로 싸여지고 그리고/또는 주름진 매체 또는 변형적으로 입상 베드의 매체일 수 있다. 필터 매체는 소정의 여과에 따라 붕규산 유리 및/또는 다양한 탄화수소계 재료로 제조될 수 있다. 보통의 매체는 오염 물질의 합체 및 미립자의 트랩핑을 보조하기 위해 소수성(hydrophobic) 및/또는 소유성(oleophobic) 물질로 처리된 붕규산 유리 섬유로 제조된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 몇몇의 상이한 등급의 붕규산 유리 또는 나노섬유가, 매체(112)를 통과할 때 유체를 유체 입구 스트림의 외측으로 합체할 뿐 아니라 유체 입구 스트림 내의 고체 미립자를 점차적으로 제거하기 위해 추가될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 합체 매체에 추가하여 또는 합체 매체 대신에, 활성탄이, 유기 증기(organic vapor)와 같은 오염 물질과, 유체 스트림으로부터의 냄새를 제거하기 위해 매체(112) 내에서 사용될 수 있다. 활성탄의 추가는, 예컨대 흡입한 공기를 정화시키기 위한 시스템에서 적용될 수 있다.
주름은 매체(112)의 표면적을 증가시키고 보다 균일한 공기가 매체(112)를 통해 유동하도록 할 수 있기 때문에, 스펀 본드식 폴리에스테르 및 나일론 스크림이 주름 프로세스를 보조하여 매체(112)의 주름 사이에 분리를 유지하도록 추가될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 매체는 적어도 붕규산 유리 섬유, 활성탄 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 스펀 본드식 스크림 및/또는 유사한 매체를 포함할 수 있다.
도 3a는 도 1의 필터 조립체의 평면도이며, 도 3b는 차압계(differential pressure gauge)가 없는 도 1의 필터 조립체의 평면도이다. 예시적인 실시예에서, 도 3a 및 도 7에 가장 잘 도시된 차압계(133)는 필터 요소(110)를 가로지르는 압력차를 측정한다. 도 3a 및 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 차압계(133)의 센서(134a)는, 포트(134b)를 통해 필터 헤드(120)에 장착된다. 전체적인 압력차는 필터 요소(110)를 통해 조립체(100)에 진입하는 유체를, 입구 포트(125)로부터 최종적으로는 출구 포트(130)를 통해 외측으로 구동시킨다. 포트(134b)는 압력계(133) 및 센서(134a)의 장착을 위해 나사산 형성될 수 있다. 갱잉 클램프의 장착을 위한 O-링 홈(344)(도 3a 및 도 3b에 도시되지 않음)은 입구 포트(125) 및 출구 포트(130) 상에 설비될 수 있다. 하기에 기술되는 바와 같이, 갱잉 클램프는 다수의 필터 조립체(100)를 장착하는데 사용된다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 헤드(120)의 상부 외측면은, 도 1, 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 대각방향의 내측 상부면(127)을 갖는 경사진 원통형 형상부를 갖는다. 내측 상부면(127)은 특정 적용에서 요구될 수 있는 필터 헤드(120)의 체적의 최소화를 위해 경사져 있다. 도 4a는 필터 조립체(100)의 필터 헤드(120)의 상부의 경사진 평면도이며, 도 4b는 필터 조립체(100)의 필터 헤드(120)의 바닥부의 경사진 평면도이다. 필터 조립체를 사용하는 예시적인 방법에서, 유체는 입구 포트(125)에서 필터 헤드(120)에 진입한다. 필터 헤드(120)의 상부 내측면은, 도 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 입구 포트(125)를 보완하기 위해 만곡한 경사부(428)를 갖는다. 유체 출구는 출구 포트(130)를 통해 필터 헤드(120)의 외측으로 유동한다. 당업자에 의해 잘 인식되어 있는 바와 같이, 본 발명의 필터 헤드(120)는 단순함에 있어 독창성이 있는데, 이는 필터 조립체(100) 내로 및 필터 조립체(100) 외부로 유동을 지향시키기 위한 디버터 구성요소가 필요없기 때문이다.
예시적인 실시예에서, 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 화장용 상부 커버(555)는 심미적인 이유로 필터 헤드(120)의 경사진 상부면(127)을 보완하도록 끼워맞춰질 수 있다. 상부 커버(555)는 필터 헤드(120)를 통해 차압계(133)에 센서(134a)를 장착하기 위한 접근 포트(557)를 포함한다. 상부 커버(555)는 플라스틱, 금속 또는 임의의 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 커버는 플라스틱으로 제조된다.
이제 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 필터 보울(115)의 다수의 도면이 제공된다. 본 발명의 다른 독창적인 특징은, 예시적인 실시예에서, 도 6a 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 드레인 층(117)을 빠져나갈 수 있는 액체 방울의 모세관 배출을 위해, 필터 보울(115)이 필터 보울(115)의 내측면을 따라 축방향으로 연장하는 얕은 내측 리브(665)를 포함할 수 있다는 것이다. 예컨대, 내측 리브(665)는 드레인 층(117) 내의 오일의 양이 증가할 때 필터 보울(115)의 내부벽 상에 형성되는 오일 방울을 배출하기 위한 모세관으로서 작용할 수 있다. 이와 같이, 내측 리브(665)는, 플로트 드레인(141) 내로 하향으로 유동하고 합체된 오일이 출구 유체 스트림 내로 재혼입되는 것을 방지하는 것을 지속하기 위해, 중력에 따른 모세관 작용을 이용하여 오일 방울을 가압한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 외측 리브(680)는 필터 보울(115)의 외측면 상에 위치되어서, 예컨대 필터 매체(112)가 교체될 필요가 있을 때, 손으로 필터 하우징을 분해하는 것을 도울 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 배플(670)은 합체된 유체의 부생 가스(product gas) 스트림 내로의 재혼입을 방지하기 위한 단열 공기층(dead air space)을 증대시키기 위해 필터 보울(115)의 바닥 내측부를 따라 위치될 수 있다. 배플(670)은, 그렇지 않으면 원치 않는 합체된 액체를 부생 가스 스트림 내로 역으로 쓸어가는 보다 난류성의 공기를 야기하는 공기 순환을 최소화시킴으로써, 이것을 성취한다. 또한, 배플(670)은 필터 요소(110)가 요소(110) 내의 정확한 위치에 유지되는 것을 보장한다. 다른 예시적인 실시예에서, 바닥부 캡(150)은 배플(670) 상에 놓일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 필터 보울(115)은 필터 보울(115)의 바닥부에 장착되는 플로트 드레인(141)을 통해 필터 조립체(100)로부터 유체를 배출하기 위한 드레인 구멍(675)을 포함할 수도 있다. 플로트 드레인(141)은 부생 스트림이 출구 스트림으로부터 전혀 유실되지 않을 수 있는 것을 보장하기 위한 매우 신뢰성 있는 개방/폐쇄 특징부를 위해 스냅 작용될 수 있다. 추가적으로, 가시창(684)(도시되지 않음)이 플로트 드레인(141) 내의 유체 레벨을 보기 위해 보울(115)의 바닥부 근처에 위치될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 다른 O-링(도시되지 않음) 또는 몇몇의 유사한 밀봉 메카니즘은 필터 보울(115)과 필터 헤드(120) 사이에 가압 장착부를 형성하도록 제공될 수 있다. 또한, O-링 시일은 오염 물질이 장착 나사산에 도달하는 것을 방지하고, 부식과 나사산의 마모를 최소화시키는 효과를 가질 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, O-링을 안착시키기 위한 O-링 홈(683)은 필터 보울(115)의 상부에 위치될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 오염된 유체는 입구 포트(125)를 통해 필터 조립체(100)의 필터 헤드(120)에 진입한다. 필터 상부 캡(135)은 입구 포트(125)로부터 혼 형상의 구조체의 내측면을 따라 필터 요소(110) 내로 유체를 지향시킨다. 그 후에, 입구 유체는 원통형으로 싸여지거나 주름진 매체(112)를 통해 반경방향 외측으로 유동하거나, 변형적으로 입상 타입 매체(112)의 베드를 통해 축방향으로 유동할 수 있다. 그 후에, 부생 출구 가스 스트림은 필터 요소(110)와 하우징(115) 사이의 환형 공간을 통해 상향으로 유동하며, 필터 헤드(120) 내의 요소 상부 캡(135)의 바닥부에 의해 출구 포트(130)를 통해 필터 조립체(100)의 외부로 매끄럽게 지향된다.
특정 적용에서, 매체(112)는 응축 가능한 탄화수소의 흡착과 입구 스트림 내의 냄새에 영향을 미친다. 합체 필터에서, 드레인 층(117)은 중력의 영향을 용이하게 하여, 응축된 유체가 출구 가스 스트림 내로 유동하는 것이 아니라 플로트 드레인(117) 내로 하향으로 하강하도록 하는 효과를 갖는다. 드레인 층(117)은 폴리에스테르 또는 합체된 유체를 흡수하기에 적합한 임의의 다른 재료와 같은 개방 쉘 폼(open shell foam) 또는 니들 포인트(needle point)로 제조될 수 있다.
응축된 유체는 액체 레벨이 필터 요소(110)의 높이에 도달하기 전에 필터 조립체(100)로부터 배출되어야 한다. 배출이 필요한 경우, 플로트 드레인(141)이 상승되어, 조립체(100) 외부로 액체가 배출될 수 있도록 한다. 플로트 드레인(141)의 메카니즘은, 몇몇의 실시예에서 고밀도의 폼 플로트(141)에 의해 제어되는 자석인 스냅 밸브로서 작동한다. 플로트(141)가 상승하면, 유체 레벨이 특정 높이까지 상승하기 때문에, 밸브가 개방되어 액체가 배출될 수 있도록 하며, 그 후에 임의의 부생 가스가 필터 조립체(100)를 빠져나가기 전에 닫힌다. 예시적인 실시예에서, 플로트 드레인(141)은 필터 보울(115) 내로 장착하기 위한 O-링 시일을 구비하는 황동 스템(brass stem)을 가질 수 있다.
특정 적용에서, 소정의 여과도를 성취하기 위해 하나 이상의 필터 조립체(100)를 직렬로 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 필터 조립체(100)는 입구 포트(125) 및 출구 포트(130)에 장착되는 갱잉 클램프(785)를 통해 제 2 조립체에 장착될 수 있다. 또한, 갱잉 클램프(785)는 각각의 필터 조립체(100)의 플랜지(105)를 함께 "압박"하기 위한 테이퍼형 측부(787)를 가질 수 있다. 필터 헤드(120)는 입구 포트(125) 및 출구 포트(130) 사이에 시일을 형성하는 O-링(도시되지 않음)을 위한 공간을 제공하기 위해 O-링 홈(344)을 포함한다. 이들 실시예에서, 입구 포트(125) 및 출구 포트(130)는 갱잉 클램프(785)를 필터 헤드(120)에 용이하게 연결하기 위한 정렬 탭(790)을 가질 수 있다. 갱잉 클램프는 정렬 탭(790)과 정합시키기 위한 상보적인 인덱싱 키이(indexing key)(795)를 갖는다. 또한, 갱잉 클램프는 조립체(100)를 장착하는 벽 내에서 사용될 수 있는 브래킷 패스너(도시되지 않음)용 구멍(797)을 포함할 수 있다.
본 발명의 필터 조립체(100)가 원통형 필터 매체를 통한 내부로부터 외부로의 유동에 관해서 기술되었지만, 필터 조립체(100)는 비평면형 플랜지부(105)로 인해 압력 강하 및 개선된 성능에 있어 유사한 결과를 갖는 몇몇의 적용에서 외부로부터 내부로의 유동을 사용하여 역으로 될 수도 있다는 것이 이해된다. 예컨대, 외부로부터 내부로의 유동은 미립자의 높은 먼지 수용력을 가져서 티끌 덩어리가 보울(115)의 바닥부에 하강할 수 있는 적용에서 적합할 수 있다.
본 발명의 많은 특징 및 장점은 상세한 설명으로부터 명백하며, 따라서 첨부된 클레임에 의해 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 있는 본 발명의 이러한 모든 특징 및 장점을 커버하도록 의도된다. 또한, 다수의 수정 및 변형이 당업자에 의해 용이하게 발생할 수 있기 때문에, 도시되고 기술된 정확한 구조 및 작동에 본 발명을 한정하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서 모든 적절한 변형예 및 동등물이 본 발명의 범위에 의존되며, 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다.
100 : 필터 조립체 105 : 비평면형 플랜지부
110 : 필터 요소 112 : 필터 매체
115 : 필터 보울 117 : 드레인 층
120 : 필터 헤드 125 : 입구 포트
130 : 출구 포트 133 : 압력계
135 : 상부 캡 137 : 시일
140 : 지지 튜브 141 : 플로트 드레인
145 : 압축 탭 150 : 바닥부 캡

Claims (24)

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  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 필터 조립체의 상부 캡에 있어서,
    상기 필터 조립체의 필터 요소 내로 유동을 지향시키기 위한 깔대기형 형상체; 및
    S자 형상인 단면 프로파일을 갖는 비평면 플랜지부를 포함하는 상부면을 포함하는
    필터 조립체의 상부 캡.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 비평면 플랜지부는 필터 헤드를 입구 및 출구 부분으로 분할하도록 상기 필터 조립체의 상기 필터 헤드 내에 배치되는
    필터 조립체의 상부 캡.
  21. 필터 조립체의 교체부(replacement portion)에 있어서,
    S자 형상인 단면 프로파일을 갖는 비평면 플랜지부를 포함하는 상부면을 포함하는 상부 캡이며, 상기 필터 조립체 내로 유동을 전이시키기 위한 상기 상부 캡;
    여과 매체를 포함하는 필터 요소; 및
    유체가 여과되지 않고 상기 필터 요소를 통해 빠져나는 것을 방지하도록 설정된 바닥부 캡을 구비하는
    필터 조립체의 교체부.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 비평면 플랜지부는 필터 헤드를 입구 및 출구 부분으로 분할하도록 상기 필터 조립체의 상기 필터 헤드 내에 배치되는
    필터 조립체의 교체부.
  23. 필터에 있어서,
    만곡된 비평면형 플랜지부를 갖는 상부 캡을 포함하고,
    상기 비평면형 플랜지부는, 필터 헤드를 입구 및 출구 격벽으로 분할하도록 상기 필터 헤드 내에 밀봉 가능하게 수용되고, S자 형상인 단면 프로파일을 갖는
    필터.
  24. 필터 조립체에 있어서,
    입구 및 출구 포트를 갖는 필터 헤드와,
    상기 필터 헤드에 장착되는 필터 보울(filter bowl)로서, 상기 필터 보울의 바닥부에 유체를 배출하기 위한 드레인 구멍(drain hole)이 위치된, 상기 필터 보울과,
    상기 필터 보울 내에 수용되고, 여과 매체의 배리어(barrier), 드레인 층 및 적어도 하나의 지지 튜브를 구비하는 필터 요소로서, 상기 필터 요소를 가로질러 압력차가 존재하는, 상기 필터 요소와,
    유체가 상기 필터 요소의 바닥부로부터 빠져나가는 것을 방지하는 바닥부 캡과,
    비평면형 플랜지부를 갖고 상기 입구 포트로부터 상기 필터 요소 내로 유체를 지향시키는 상부 캡으로서, 상기 비평면형 플랜지부는 만곡되고 S자 형상인 단면 프로파일을 갖고, 상기 필터 헤드를 입구 및 출구 격벽으로 분할하도록 상기 필터 헤드 내에 밀봉 가능하게 수용되며, 상기 유체는 여과 매체의 배리어를 통과하고, 그 후에 상기 출구 포트를 통해 상기 조립체의 외부로 유동하는, 상기 상부 캡과,
    상기 조립체 내의 유체 레벨을 제어하기 위해 상기 필터 보울의 기부에 장착되고 상기 드레인 구멍과 정렬된 플로트 드레인 구성요소를 포함하고,
    상기 여과 매체는 입상 활성탄 입자(granular activated carbon particles)를 포함하는
    필터 조립체.
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