KR101690083B1 - 자기적 여과 장치 - Google Patents

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케빈 마틴
개리 립트로트
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이클립스 마그네틱스 리미티드
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Abstract

자기적 여과 장치(105)는 자기 감수성 물질 및 비-자기 감수성 물질을 포획하도록 구성된다. 자기열들(703, 704)의 배열은, 상기 자석열들(703, 704)에 의해 생성되는 자기장 회로를 통하여 연장된 유동경로 내에서 유체 유동을 지향시키는 교번하는 N 및 S 극성이 복수개의 신장형 챔버들(308, 309) 안에 배치된다. 분리기 플랜지(305)는, 상기 장치(105)가 설치될 수 있는 유체 네트워크(fluid network)로부터의 뒤이은 제거 및 격리를 위하여 비철 입자들(non-ferrous particles)을 포획하도록 작용한다.

Description

자기적 여과 장치{Magnetic filtration device}
본 발명은 유체로부터 자기 감수성 물질(magnetically susceptible material)을 분리하기 위한 자기적 여과 장치에 관한 것이며, 배타적인 것은 아니지만 구체적으로, 중앙 난방 또는 공기 조화 시스템들과 같은 유체 네트워크 안에서 유동하는 유체로부터 철 함유 입자들(ferrous particles)을 분리하기 위한 장치에 관한 것이다.
가정용 및 상업용을 모두 포함하는, 종래의 물에-기반한 중앙 난방 시스템들은, 금속성 및 비금속성 배관에 의해 상호연결된 라디에이터들, 열수 탱크들 등등을 포함하는 네트워크를 통하여 열수를 순환시키도록, 기름, 가스 또는 전기 동력식(electrically powered)의 보일러와 같은 열원을 이용한다. 상기 네트워크의 금속성 구성요소들의 내부 부식은 고질적인 문제이며, 상기 시스템 안에 철 함유 입자들의 순환에 의해 시스템 오염을 경감시키도록 노력하는 여러 상이한 접근법들의 결과로 이어졌다.
하나의 접근법은, 상기 오염된 유체의 정기적 퍼징(purging) 또는 세척(flushing), 및 깨끗한 유체로의 교체이다. 철 함유 입자 축적(build-up) 및 이와 결부된 문제들의 시발을 억제 또는 지연할 목적으로 이 세정 작업들 동안에 내식 억제제가 도입되는 것이 일반적이다. 그러나 기술자가 상기 전체 시스템을 완전히 배수(drain)하고 다시 채우기 위하여 전형적으로 3시간 내지 6시간이 요구될 가정용 설정으로 되어 있는 곳에서 이 유형의 퍼징 작업은 불편하다.
더 최근에 자기적 여과 장치들은 중앙 난방 시스템들 안에 설치되어, 상기 시스템 안에서 일렬로 늘어선 작동 유체로부터 철 함유 입자들을 계속해서 제거하도록 작용했다. 예시 자기적 여과 장치들은 미국 특허 US 4,783,266호; 유럽 특허출원 EP 1808415호; 영국 특허출원 GB 2458647호 및 영국 특허출원 GB 2469145호에서 설명된다. 이 장치들은 전형적으로, 유입구 및 유출구를 구비한 하우징으로서, 유체가 여과기를 통하여 유동할 때 철 함유 입자들을 포획하도록 상기 하우징 안에 위치되는 자석 또는 자성 몸체를 갖춘 하우징을 포함한다.
그러나, 상기 보일러 안에 더 작은 직경의 배관의 결과로 이어졌던, 보일러 효율에 대해 증가된 요구로 인하여 여러 문제들이 생겨났다. 특히 상이한 크기 및 질량의 철 함유 입자들의 좋지 못한 봉쇄는, 상기 시스템 안의 오염물 축적으로 이어지고, 특히 상기 보일러 안의 더 작은 직경의 배관에 의해 결국 보일러 효율이 감소되며 잠재적으로 폐색으로 이어질 수 있다. 추가적으로 자기 여과기가 장기간 이용되어온 경우나 상기 시스템이 철 함유 입자들로 심하게 오염된 경우에 상기 여과기의 포화 및 뒤이은 폐색은 누출 및 시스템 고장의 높은 위험성을 의미한다. 따라서 위의 문제점들을 해결하기 위한 작동 유체로부터 오염 물질을 분리할 수 있는 개선된 자기적 여과 장치에 대한 필요성이 있다.
이에 따라, 본 발명자들은 가정용 또는 상업용 난방 또는 냉방 시스템과 같은 작동 유체로부터의 자기 감수성 오염물의 제거에 효과적인 여과 장치를 제공한다. 특히 교번하는 북쪽 및 남쪽 극성의 자기열들의 배열은, 상기 자석열들에 의해 생성되는 자기장 회로를 통하여 연장된 유동 경로 내에서 상기 유체 유동을 지향시키는 복수개의 챔버들 안에 위치된다.
본 장치는 입자 크기 및 질량에 관하여 상이한 등급의 오염 물질의 수집(capture) 및 보유를 위하여 최적화된다. 이는 다중 챔버 구성에 의하여 일부 달성되며, 상기 다중 챔버 구성에서 각각의 챔버 안의 유체 유동 속력은, 특정 크기 및/또는 질량의 오염 입자의 포획을 제공하도록 미리 결정되고 조절될 수 있다. 또한 상기 여과기의 효율 및 유효 포획 영역을 증가시키기 위하여 상기 유체 유동을 다수의 챔버들을 통하여 지향시킴으로써, 상기 유체 유동 경로 길이는 증가되고 따라서 상기 장치 내에서 생성되는 자기장에 대한 노출 시간이 증가된다.
본 장치는, 신장형 자기 코어로서 상기 코어의 길이를 따라 연장되는 복수개의 자기열들로부터 형성되는 신장형 자기 코어를 포함한다. 상기 복수개의 열들을 구체적으로 구성함으로써, 시간의 흐름에 따라 상기 자기 코어에서 축적되는 포획된 오염물 둘레로 그리고 상기 오염물을 통하여 유체 유동 채널들이 형성되는 동안, 오염물 포획을 최대화시키는 원하는 자기장 패턴이 상기 장치의 챔버들 안에서 생성된다. 이 유체 유동 채널들은 상기 여과기가 오염물에 의해 폐색되지 않게 될 것임을 보장한다.
또한 본 장치는 자기 감수성 물질 및 비철 물질을 분리할 수 있다. 그렇다면 금속성 및 비금속성 입자 제거의 이중 기능을 효율적이고 편리하게 수행하는 단일 장치가 유체 네트워크 안에 설치될 수 있으므로, 이것은 유리하다. 상기 장치 내의 비철 입자들의 포획은 상기 장치 내에 그리고 바람직하게 내부 챔버들 사이에 위치되는 분리기 플랜지에 의해 일부 달성된다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 유체로부터 오염 물질을 분리하기 위한 자기적 여과 장치가 제공되는바, 상기 장치는: 상기 장치를 통하여 유동하는 유체의 봉쇄(containment)를 제공하는 하우징으로서, 유체 유입구 및 유체 유출구를 구비한 하우징; 신장형 자기 코어로서, 상기 코어의 길이를 따라 연장되는 복수개의 자석열(columns of magnets)을 구비하고 적어도 하나의 열은 실질적으로 상기 열의 길이만큼 연장되는 북쪽 극성을 가지며 적어도 하나의 열은 실질적으로 상기 열의 길이만큼 연장되는 남쪽 극성을 가지고 상기 북쪽 극성 열 및 남쪽 극성 열은, 교번하는 북쪽 및 남쪽 극성으로 상기 코어의 길이방향 축 둘레로 세로로 배치되는, 신장형 자기 코어; 상기 하우징 안의 제1 신장형 챔버로서, 유체가 상기 제1 신장형 챔버에 들어갈 수 있도록 실질적으로 제1 단부를 향하여 상기 유입구와 유체 소통되는 제1 신장형 챔버; 상기 하우징 안의 제2 신장형 챔버로서, 상기 유체가 상기 제2 신장형 챔버로 빠져나갈 수 있도록 실질적으로 제1 단부를 향하여 상기 유출구와 유체 소통되는 제2 신장형 챔버; 제1 신장형 챔버 및 제2 신장형 챔버를 그것들의 개별의 제2 단부들을 향하는 내부 유체 소통으로 연결하는 통로로서, 상기 유체는 상기 유입구로부터, 상기 통로를 통한 제1 방향으로 실질적으로 상기 자기 코어의 전체 길이를 지나, 상기 제1 방향에 대향되는 제2 방향으로 실질적으로 상기 코어의 전체 길이를 지나 상기 유출구로 유동하도록 지향되는, 통로;를 포함하고, 상기 자기 코어에 의해 발생되는 자기장은, 상기 유입구와 상기 유출구 사이에서 상기 유체가 유동할 때 상기 하우징 안에 오염 물질을 포획하도록 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버 내의 유체 유동 경로 내에 생성된다.
바람직하게 상기 장치는 적어도 4개의 자석열들을 포함하며, 적어도 2개의 열들은 북쪽 극성을 가지고 적어도 2개의 열들은 남쪽 극성을 가지며 상기 열들은 교번하는 북쪽 및 남쪽 극성으로 상기 코어의 길이방향 축 둘레로 세로로 배치된다. 교번하는 극성의 복수개의 자석열들을 이용함으로써, 포획을 위하여 최적화된 상기 장치 내의 미리 결정된 자기장 패턴 또는 형상 윤곽이 생성된다. 따라서 상기 자석들의 크기가 최소로 유지됨에 따라 본 장치는 현존하는 여과기들보다 더 옹골차고(compact) 더 가벼우며 덜 비싸다.
바람직하게 상기 장치는 상기 자기 코어를 수납(house)하기 위한 신장형 튜브를 더 포함하고, 상기 코어는 상기 튜브에서 삽입 및 제거될 수 있다. 바람직하게, 상기 장치는 상기 하우징을 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버로 분할하기 위한 격벽(partition)을 더 포함하고, 상기 격벽은 상기 자기 코어 둘레에 세로로 연장된다. 상기 장치 내의 유체 유동 경로 거리 및 따라서 상기 자기장에 대한 노출 시간을 증가시킴으로써 본 장치 내의 유체 유동 속력은, 상기 유체 네트워크 안에서 작은 차압만이 생성됨으로써 보일러 순환 펌프의 동력 요구에 있어 임의의 증가가 감소되도록 된다. 따라서 본 장치는 종래의 자기 여과기들보다 에너지 효율적이다.
바람직하게 본 장치는, 상기 통로에서 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버 사이의 유체 유동 경로 내에 실질적으로 위치되는 분리기 플랜지를 더 포함하고, 상기 분리기 플랜지는, 상기 유체가 상기 제1 신장형 챔버로부터 상기 제2 신장형 챔버로 유동할 때 상기 하우징 안에 비-자기 감수성(non-magnetically susceptible) 오염 물질을 포획하도록 구성된다. 선택적으로 상기 분리기 플랜지는 상기 제2 신장형 챔버와의 계면에서 위치되는 복수개의 통공(aperture)들을 포함한다. 바람직하게 상기 장치는 상기 플랜지에서 실질적으로 상기 제2 신장형 챔버와의 계면에서 장착되는 그물망(mesh)을 더 포함한다.
선택적으로 상기 장치는, 유체가 상기 하우징으로부터 배수(drain)될 수 있도록 상기 하우징에서 드레인 탭(drain tap)을 더 포함한다. 상기 드레인 탭은 상기 하우징의 임의의 구역에서 위치될 수 있다. 바람직하게 상기 드레인 탭은 상기 하우징의 하단(bottom)에서 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버 사이에 상기 통로의 구역에서 위치된다. 선택적으로 상기 드레인 탭은 상기 제1 신장형 챔버 또는 상기 제2 신장형 챔버에 인접하여 위치될 수 있다. 대안으로서 상기 드레인 탭은 상기 유입구 단부 및 유출구 단부를 향하여 상기 하우징의 상단 구역에서 위치될 수 있다.
바람직하게 상기 격벽은, 상기 코어로부터 반경방향 외향으로 연장되는 제1 날개 및 상기 코어로부터 반경방향 외향으로 연장되는 제2 날개를 포함하고, 상기 제1 날개 및 제2 날개는 상기 하우징 안에 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버를 일부 한정하도록 실질적으로 상기 코어의 길이만큼 연장된다. 바람직하게, 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버는 상기 하우징의 내부로 면하는 벽(internal facing wall), 상기 신장형 튜브 및 상기 제1 날개 및 제2 날개에 의해 한정된다. 선택적으로 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버는 실질적으로 동일한 부피를 포함한다. 대안으로서 상기 제1 신장형 챔버 안의 유체 유동 속력이 상기 제2 신장형 챔버 안의 유체 유동 속력 미만이도록 상기 제1 신장형 챔버의 부피는 상기 제2 신장형 챔버의 부피보다 크다.
선택적으로 상기 장치는 커넥터 포트(connector port)를 더 포함하며, 상기 커넥터 포트는: 외부 유체 유동 시스템으로부터 유체를 받아들이는 유체 진입 포트; 상기 유체 진입 포트와 상기 하우징의 유입구 사이의 유체 소통을 제공하는 하우징 유입 포트; 유체가 상기 장치로부터 외부 유체 시스템으로 유동할 수 있게 하는 유체 출구 포트; 및 상기 유체 출구 포트와 상기 하우징의 유출구 사이의 유체 소통을 제공하는 하우징 유출 포트;를 구비한다. 추가적으로 상기 장치는 상기 하우징에 제거가능하게 부착가능한 뚜껑(lid)을 더 포함할 수 있고, 상기 뚜껑은: 상기 하우징의 유체 유입구 및 상기 커넥터 포트의 하우징 유입 포트와 유체 소통되는 제1 지향 채널; 및 상기 하우징의 유체 유출구 및 상기 커넥터 포트의 유체 출구 포트와 유체 소통되는 제2 지향 채널;을 포함한다. 3피스 장치(three-piece device)는 상기 유체 네트워크로부터 편리한 부착 및 탈착을 위하여 유리하다. 특히 상기 커넥터 포트는 상기 유체 네트워크에 영구적으로 부착될 수 있으며, 따라서 오염물 축적을 제거하는 상기 여과기의 세정 프로세스 동안에 상기 뚜껑 및/또는 상기 하우징이 제거될 수 있다. 바람직하게 상기 유체 진입 포트의 축 및 상기 유체 출구 포트의 축이 실질적으로 정렬된다. 선택적으로 상기 제1 지향 채널 및 제2 지향 채널의 개별의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 상기 유체가 유동할 때 상기 유체 유동을 실질적으로 90°까지 방향전환(divert)시키도록 상기 제1 지향 채널 및 제2 지향 채널이 배치된다.
선택적으로 상기 장치는, 상기 자기 코어에 의하여 상기 하우징 안에 포획된 자기 감수성(magnetically susceptible) 오염물의 양에 대해 응답성(responsive)이 있도록 구성되는 오염물 포화 표시기를 더 포함한다. 선택적으로 상기 포화 표시기는, 스프링으로 편향된 자기 플런저(spring biased magnetic plunger)로서 상기 하우징의 외부에 배치되어 상기 자기 플런저의 위치 및 움직임이 상기 자기 코어에 대한 자기 인력의 수준에 의해 결정되는 자기 플런저를 포함한다. 적합한 오염물 센서 및 표시기가 제공되도록 상기 자기 플런저에 의해 겪는 자기장 세기는 상기 자기 코어 상에 퇴적(deposit)된 오염물의 양에 영향을 받는다.
선택적으로 복수개의 자석열들은 실질적으로 동일한 세기의 자기장을 생성하도록 구성된다. 선택적으로 상기 복수개의 자석열들은 상기 제2 신장형 챔버에 상대적으로 상기 제1 신장형 챔버 내에 상이한 세기의 자기장을 생성하도록 구성된다. 본 발명의 여과기 장치의 자기 코어는 적어도 4개의 자석열들을 포함하고, 각각의 열은 그것의 길이를 따라 연장되는 단일의 실질적으로 균일한 극성을 가진다. 상기 자석들은 교번하는 북쪽 및 남쪽 극성으로 된 코어의 중심 종축 둘레에 종방향으로 위치된다. 이것의 효과는, 오염물이 상기 코어 둘레에 포획되는 때에, 결과적으로 상기 하우징 벽 및 상기 자기 코어 사이에 '유체 유동 경로 채널들'을 만드는, 상기 코어 축에 직각으로 윤곽지어진(profiled) 자기장 구배의 형성이다. 이 유동 경로 채널들은 상기 열의 길이를 따라 연장되는 낮은 자기장 세기의 구역들에 대응된다. 높은 자기장 세기의 대응되는 구역들은 이 더 높은 장 구배 구역들 안으로 이동하는 오염 물질을 끌어당기도록 기능함으로써 오염물 없는 채널들이 생성되고 이를 따라 상기 유체가 유동할 수 있다.
높은 장 구배 및 낮은 장 구배로 길이방향으로 연장되는 자속 회로 기하구조(geometry)는 상기 자기 코어 상의 오염물의 제어된 퇴적을 제공한다. 이에 따라 오염물 포화시에 유체 유동이 유지되는 것을 본 장치가 보장함으로써 상기 유체 유동의 폐색은 방지되는바, 그렇지 않으면 누출 및 시스템 고장이 야기될 것이다.
본 발명의 구체적 실시예가 오직 예시로서만 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 이제 설명될 것인바, 그 첨부된 도면들 중에서:
도 1은 가정용 건물 내의 중앙 난방 시스템의 개략적인 사시도이다;
도 2는 본 발명의 구체적 실시예에 따라 도 1의 중앙 난방 시스템 안에 설치된 자기적 여과 장치의 사시도이다;
도 3은 도 2의 자기적 여과 장치의 측단면도이다;
도 4는 도 3의 장치의 분리기 플랜지 및 내부 격벽 및 자기 코어의 사시도이다;
도 5는 도 4의 장치의 내부 구성요소들의 하부 부위의 부분 분해 확대도(partial exploded and magnified view)이다;
도 6은 도 4의 장치의 내부 구성요소들의 평면도이다;
도 7은 자기 코어를 따라 세로로 연장되는 복수개의 자석열들을 구비한 도 3의 장치의 신장형 자기 코어의 측입면도(side elevation view)이다;
도 8은 본 발명의 구체적 실시예에 따라, 교번하는 북쪽 및 남쪽 극성으로 된 내부 코어 둘레로 상기 자석열들이 원주방향으로 배치(distribute)되는 도 7의 자기 코어의 평단면도(plan cross section view)이다;
도 9는 본 발명의 구체적 실시예에 따라, 상기 장치를 통한 상기 유체 유동 경로 내에서 상기 자기 코어에 의해 발생되는 자기장 회로를 도시하는, 도 3의 장치의 개략적인 평면도이다;
도 10은 도 3의 여과 장치를 도 1의 중앙 난방 시스템에 부착하는 연결 포트(connection port)의 사시도이다;
도 11은 도 7의 자기 코어의 하우징을 도 10의 포트에 결합시키는 뚜껑의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 빌딩(100)은 중앙 난방 시스템(101)을 포함하고, 상기 중앙 난방 시스템(101)은 상이한 방들 안에 배치된 복수개의 라디에이터들을 중앙 보일러(103)에 상호연결하도록 기능하는 금속성 또는 플라스틱 배관(104)을 전형적으로 포함한다. 보일러(103)는 전형적으로 가스, 전기 또는 기름 동력 보일러이며, 배관(104) 및 라디에이터들(102)을 통한 뒤이은 순환(subsequent circulation)을 위하여 중앙 난방 유체, 전형적으로는 물을 가열하도록 기능한다.
재가열 및 상기 라디에이터들(102)로의 뒤이은 복귀를 위하여 상기 중앙 난방 유체가 보일러(103)에 다시 들어가기 직전에 상기 장치(105)를 통하여 유동하도록, 시스템(101)은, 보일러(103)에 밀접 인접(close proximity) 배치되고 배관(104)의 유체 유동 경로 내에서 연결되는 자기적 여과 장치(105)를 더 포함한다.
도 2를 참조하면, 여과 장치(105)는, 도 3 내지 8을 참조하여 도시되는 자기 코어와 같은 내부 구성요소들을 수용하는 하우징(200)을 포함한다. 장치(105)는 적합한 연결들(201)에 의해 배관(104)과 유체 소통되도록 연결된다. 수동식 제어 밸브들(202)은, 상기 네트워크(101)로부터 장치(105)의 유체 격리(fluid isolation)를 가능하게 하기 위하여 유체 회로(104) 내에 여과기 장치(105)의 상류 연결 지점 및 하류 연결 지점(upstream and downstream points of connection)에서 위치된다.
도 3을 참조하면, 필터(105)는 하우징(200), 뚜껑(300), 및 연결 포트(301)를 포함한다. 유체 유동 유출구(314)는 포트 안에 형성되고, 유체 유동 유입구(315)와 실질적으로 동일축으로 정렬된다. 포트(301)는 뚜껑(300)과 유체 소통되게 결합되고, 상기 뚜껑(300)은, 포트(301)의 유입구(315)에 유체 소통되게 결합되는 유체 유입구(312), 및 포트(301)의 유출구(314)에 유체 소통되게 결합되는 유체 유출구(311)를 구비한다. 나사산 칼라(screw thread collar; 316)가 뚜껑(300)과 포트(301) 사이의 접합에서 제공됨으로써, 뚜껑(300)이 포트(301)에 탈착가능하게 장착가능할 수 있게 된다. 유체 밀봉(fluid tight seal)을 제공하도록 복수개의 o-링들(o-rings; 327)이 포트(301)와 뚜껑(300) 사이의 접합에서 제공된다.
하우징(200)은 포트(301)에 대하여 반대측 단부에서 뚜껑(300)과 유체 소통하게 결합된다. 하우징(200)은 뚜껑(300)의 유입구(312) 및 유출구(313)에 각각 결합되는 유체 유입구(312) 및 유체 유출구(311)를 포함한다. 하우징(200)은 실질적으로 원통형이며 만곡되거나 접시-형상의 하부 단부 구역(306)을 포함한다. 부착 칼라(attachment collar; 317)는 하우징(200)의 제1 단부(322)에서 실질적으로 제공되며 하우징(200)을 뚜껑(300)에 해제가능하게 부착하도록 기능한다. 뚜껑(300)과의 접합에서 유체 밀봉이 적합한 o-링들(327)에 의해 제공된다.
하우징(200)의 중공 내부(hollow interior)는 제1 신장형 챔버(308) 및 제2 신장형 챔버(309)로 공간적으로 분할되며, 두 챔버들(308, 309) 모두 상기 제1 (상부 유입구 및 유출구) 단부로부터 상기 제2 (하부 만곡된) 단부(306)로 신장형 하우징(200)의 길이를 내부적으로 연장된다.
신장형 자기 코어(302)는 하우징(200) 안에서 상기 제1 단부(322)로부터 제2 단부(306)로 세로로 그리고 실질적으로 중심으로 연장된다. 자기 코어(302)는, 중심열(central column; 319) 둘레에 원주 방향으로 배치되는 자기 몸체들(304)을 수납하는 신장형 튜브(303)를 포함한다.
제1 신장형 챔버(308)의 제2 단부(321)와 제2 신장형 챔버(309)의 제2 단부(323) 사이에서 연장되는 소통 통로(320)를 제외하면 두 챔버들(308 및 309) 모두가 유체 소통으로부터 격리되고 나뉘어진(partitioned) 채, 제1 신장형 챔버(308)가 제2 신장형 챔버(309)와 실질적으로 평행하게 정렬된다. 분리기 플랜지(305)는 제1 신장형 챔버의 단부(321), 제2 신장형 챔버의 단부(323)와 통로(320) 사이의 계면(interface)에서 위치된다. 플랜지(305)는 상기 자기 코어(302)로부터 반경방향 외향으로 연장되며, 신장형 자기 코어(302)의 중심축에 대해 실질적으로 직각으로 정렬된다. 그럼으로써 플랜지(305)는, 유입구(310)와 유출구(311) 사이에서 제1 신장형 챔버(308), 그리고 뒤이어 제2 신장형 챔버(309)를 통하는 전체적인 유체 유동 방향에 대하여 실질적으로 직각으로 배향된다. 배수 통공(325)은 상기 하부 만곡 또는 접시-형상의 구역(306)에서 형성된다. 드레인 탭(307)은, 통공(325) 내에 부분적으로 수용되고 하우징(200) 및 특히 챔버들(308, 309)로부터의 유체 배수(fluid drainage)의 수동식 제어를 제공한다. 통공(325)은, 상기 자기 코어(302)를 향하여 하우징 벽들로부터 내향으로 연장되는 벽들(318)에 의해 내부적으로 경계지어진다. 챔버들(308, 309)로부터 배수 도관을 제공하기 위하여 대향되는 벽들(318) 사이에서 우물(well; 308)이 생성된다. 또한 우물들(318)은 통로(320)의 매우 낮은 내부 구역에서 골들(troughs; 326)을 생성한다. 골들(326)은 비-자기 감수성 오염물에 대한 포획 영역을 제공하며, 그렇지 않는다면 유체가 탭(307)의 작동에 의해 챔버들(308, 309)로부터 배수되는 때에 배수 통공(325)을 폐색시킬 수 있다.
도 4 내지 6을 참조하면 자기 코어(302)는 모듈형 조립체(modular assembly)로서 형성되며, 그 안에 다양한 구성요소들이 상기 장치(105)의 편리한 세정, 특히 하우징(200) 안에 포획된 자기 감수성 및 비-자기 감수성 오염물의 제거를 가능하게 하도록 서로로부터 분리될 수 있다. 신장형 튜브(303)는 코어(302)의 전체 길이로 연장된다. 캡(406)은 제거가능한 나사(405)에 의해 튜브(303)의 제1 단부에 제거가능하게 부착됨으로써 자기 코어(302)는 뚜껑(406) 및 나사(405)의 제거에 의해 튜브(303)로부터 제거될 수 있다. 실질적으로 평면형인 신장형 날개(404)는 제2의 실질적으로 평면형인 신장형 날개(404)에 정반대로 튜브(303)로부터 반경방향 외향으로 연장되며, 상기 제2의 실질적으로 평면형인 신장형 날개(404) 또한 튜브(303)로부터 반경방향 외향으로 연장된다. 두 날개들(404)은 총괄하여 신장형 격벽을 한정하고, 상기 신장형 격벽은 하우징(200)의 내부 공동을 제1 신장형 챔버(308) 및 제2 신장형 챔버(309)로 분할하는 데에 효과적이다. 이에 따라 날개들(404)이 튜브로부터 연장되는 반경방향 거리 및 튜브(303)의 결합 직경(combined diameter)은 하우징(200)의 내경과 대략 같다(approximately equal).
분리기 플랜지(305)는 날개들(408) 및 튜브(303)의 하부 단부를 향하여 위치되며, 평면도로 보았을 때 실질적으로 원형 단면 윤곽을 갖는 원반 구성을 실질적으로 포함한다. 이에 따라, 상기 튠(tune) 및 날개 조립체(303, 408)의 제2 상부 단부(407)가 하우징(200)의 상기 제1(상부) 단부(322)에서 위치되는 채로 하부 단부(408)는 하우징(200)의 상기 제2(하부) 단부(306)에서 위치된다. 플랜지(305)는 평면도로 보았을 때 제1 이분체(402) 및 제2 이분체(403)로 분할된다. 제1 이분체(402)는 제1 신장형 챔버(308)의 제2 단부(321)에서 위치되도록 의도되며 제2 이분체(403)는 제2 신장형 챔버(309)의 제2 단부(323)에서 위치되도록 의도된다. 제1 이분체(402)는 2개의 상대적으로 큰 통공 구역들(401)로 더 분할되며, 플랜지(305)의 외부 주위로부터 반경방향 내향으로 신장형 튜브(303)의 외부 표면으로 연장된다. 상기 제2 이분체(403)는, 상기 외부 주위로부터 튜브(303)의 외부 표면으로 연장되는 띠(webbing; 601)를 포함한다. 띠(601)는 복수개의 유동 통공들(400)을 포함한다. 그물망 또는 가제(500)는 띠(601)에서 제자리에 제거가능하게 클리핑되며 통공들(400)의 직경보다 훨씬 작은 게이지를 포함한다. 띠(601) 및 가제(500)는, 상기 날개들(404), 상기 튜브(303), 및 플랜지(305)의 주위에 의해 한정되는 제2 이분체(403)의 전체 분절 위에서 연장된다. 평면도로 보았을 때, 플랜지(305)는 튜브(303) 및 날개들(404)에 의해 상기 제1 이분체 및 제2 이분체(402, 403)로 분할된다.
도 7 및 8을 참조하면, 신장형 자기 코어(302)는, 중심 내부열(319) 둘레로 배치되는 복수개의 신장형 자기열들을 포함한다. 특히 제1 자기열(703)은 단대단(end-to-end)으로 위치된 3개의 S 극성 자석들(705)로부터 형성되며, 제1 단부(700)와 제2 단부(701) 사이에서 코어(302)의 길이를 따라 연장된다. 제2 자기열(704)은, 역시 제1 단부(700)와 제2 단부(701) 사이에서 단대단으로 배치되는 3개의 N 극성 자석들(706)로부터 형성된다. 공간적 간격(spacial gap; 707)이 열들(703, 704) 사이에 제공된다. 서로 다른 S 극성의 제1 자기 열(703) 및 N 극성의 제2 자기 열(704)이 중심열(319) 둘레에 배치되어, 중심열(319) 둘레에 원주 방향의 N-S-N-S 배치를 갖는 4개의 자석열들이 제공된다. 복수개의 o-링들(702)이 코어(302)의 제1 단부(700)를 향하여 제공되어, 상기 자기열들(703, 704)이 챔버들(308, 309) 및 통로(320)로부터 유체 유형 격리인 채 유지되는 것이 보장된다.
도 9를 참조하면 코어(302)에서의 자기열들(703, 704)의 교번하는 극성 배치(alternating polarity distribution)는 하우징(200) 및 특히 챔버들(308, 309) 안의 원하는 자기장 회로를 생성한다. 특히 상대적으로 높은 자기장 세기의 4개의 신장형 로브들(elongate lobes; 904)은 하우징(200) 안에 코어(302)를 따라 세로로 생성된다. 2개의 로브들(904)은, 제1 신장형 챔버(308) 및 제2 신장형 챔버(309)를 일부 한정하는, 반경방향으로 연장되는 날개들(404)에 의해 이분된다. 상기 중심으로 연장되는 신장형 튜브(303)로부터 하우징(200)의 내벽 표면(901)으로 연장되는 상기 높은 자기장 세기 로브들(904)에 추가하여 이에 대응되는 상대적으로 낮은 자기장 세기 채널들(902, 903)이 생성되어 로브들(904) 사이에서 연장된다. 채널들(902, 903)은 하우징(220)을 통하여 챔버들(308, 309)의 (유입구(310) 및 유출구(311)에서) 제1 단부(322)로부터 개별의 제2 단부들(321, 323)로 세로로 연장된다.
이용중에 그리고 유체가 상기 장치(105)를 통하여 유동하고 있는 때에, 높은 자기장 세기의 로브들(904)은, 제1 신장형 챔버(308) 및 제2 신장형 챔버(309)를 통하여 유입구(310)와 유출구(311) 사이에서 유동하는 자기 감수성 오염물을 통로(320)를 통하여 포획한다. 채널들(902, 903) 안에서 유동하는 임의의 자기 감수성 물질은 상기 높은 자기장 세기 로브들(904)로 이동할 것이다. 이에 따라 중심 코어(302) 둘레의 각각의 챔버(308, 309) 안에서 균일한 오염물 축적 윤곽이 생성된다. 하우징(200) 안의 자기열들(703, 704)의 극성 배치는, 유체 유동 채널들(902, 903)의 생성으로 인하여 완전한 오염물 포화 지점에서, 그리고 그 포화 지점을 넘어서 유체 유동이 계속됨을 보장한다.
추가적으로 비-자기 감수성 오염물은 분리기 플랜지(305) 및 특히 가제(500) 및 띠(601)에 의해 수집된다. 비철 입자들은 골(326)에서 통로(320) 내에 수집되고 유지된다. 추가적으로 철 함유 입자들이 축적되어 얽힌 미로 또는 다공성 네트워크(entangled labyrinth or porous network)가 생성됨에 따라 비-자기 감수성 오염물도 오염물 포획 로브들(904)의 외부 구역들에서 수집됨이 관찰되었다. 장치(105) 및 특히 하우징(200)에서 위치된 하나 또는 복수개의 포화 센서들 및 표시기들에 의해 오염물 포화가 모니터링될 수 있다. 그러한 센서들은, 코어(302)에 의해 발생되는 자기장 세기에 민감한(sensitive) 자기 플런저-기반 장치들 또는 다른 전자, 기계 또는 자기 센서들을 포함한다.
도 10 및 11을 참조하면, 포트(301)는, 뚜껑(300)에 대한 부착 및 해제가능한 연결을 위한 부착 구역(1002)을 포함하고, 상기 뚜껑(300)도 대응되는 부착 구역(1105)을 포함한다. 포트(301)는, 뚜껑(300)의 유입구(312) 및 유출구(313)와 유체 소통하게 각각 연결가능한 하우징 유출 포트(1000) 및 하우징 유입 포트(1001)를 더 포함한다. 지향 도관들(directing conduits; 1103 및 1104)은, 뚜껑(300)을 통한 유체 유동을 상기 포트 측 유입구 및 유출구(312, 313)와 하우징 측 유입구 및 유출구(1101, 1102) 사이에 지향시키도록 구성된다. 구체적 실시예에 따르면 뚜껑(300)을 통한 상기 유체 유동은 지향 도관들(1103, 1104)을 통하여 실질적으로 90°까지 방향전환된다.
구체적 실시예에 따르면, 격벽 날개들(404)이 코어(302)에서 정반대로 대향되도록 제1 신장형 챔버(308)의 부피는 제2 신장형 챔버(309)의 부피와 대략 같다. 추가적으로, 상기 상대적으로 높은 자기장 세기 로브들(904)의 대략적인 부피가 실질적으로 동일하도록 상기 4개의 열들(703, 704)에 의해 생성되는 자기장 세기는 실질적으로 동일하다.
다른 구체적 실시예들에 따르면, 격벽 날개들(404)은, 상이한 내부 부피들을 가지게 제1 신장형 챔버(308) 및 제2 신장형 챔버(309)를 나누도록 중심 위치로부터 오프셋(off-set)될 수 있다. 이에 따라, 제1 신장형 챔버(308) 및 제2 신장형 챔버(309)을 통한 유체 유동 속도들은 상이할 수 있는 바, 이는 내부 부피들 및 특히 각각의 챔버의, 하우징(200)의 축방향 길이에 직각인 방향의 단면 크기에 있어서의 차이로부터 비롯된다. 구체적 실시예에 따르면, 제1 신장형 챔버(308)를 통한 유체 유동 속력이 제2 신장형 챔버(309)를 통한 대응되는 유동 속력보다 느리도록, 제1 신장형 챔버(308)의 부피는 제2 신장형 챔버(309)보다 더 클 수 있다.
추가적으로, 제1 신자형 챔버(308)의 부피가 제2 신장형 챔버(309)의 부피보다 큰 경우에, 제1 신장형 챔버(308) 안에서 배향되는 S 극성 자석들(703) 중 하나의 열 및 N 극성 자석들(704) 중 하나의 열은, 제2 신장형 챔버(309) 안의 대응되는 자기열들(703, 704)에 상대적으로 더 약한 자기성 세기를 생성하도록 구성될 수 있다. 대안으로서, 제1신장형 챔버(308) 및 제2 신자형 챔버(309)의 상대적 부피들, 및 개별의 제1 신장형 챔버(308) 및 제2 신장형 챔버(309) 안의 열들(703, 704)에 의해 생성되는 자기장 세기들은 위에서 설명된 바와 반대일 수 있다. 특히 챔버들(308, 309)의 상대적 부피들, 및 열들(703, 704)에 의해 생성되는 자기장 세기들은, 상기 챔버들(308, 309)을 통한 유동 속력을 구체적으로(specifically) 최적화하도록 구성될 수 있다. 이 최적화는, 유체 유동 채널들(902)에 의해 챔버(308)를 통하여 하향 방향으로, 그리고 유체 유동 채널들(903)에 의해 챔버(309)를 통하여 거꾸로 상향 방향으로, 유동하는 유체에 중력 효과(gravitational effect)의 고려를 포함한다.

Claims (19)

  1. 유체로부터 오염 물질을 분리하기 위한 자기적 여과 장치로서, 상기 장치는:
    상기 장치를 통하여 유동하는 유체의 봉쇄(containment)를 제공하는 하우징으로서, 유체 유입구 및 유체 유출구를 구비한 하우징;
    신장형 자기 코어로서, 상기 코어의 길이를 따라 연장되는 복수개의 자석열(columns of magnets)을 구비하고, 적어도 하나의 열은 상기 열의 길이만큼 연장되는 N 극성을 가지며, 적어도 하나의 열은 상기 열의 길이만큼 연장되는 S 극성을 가지고, 상기 N 극성 열 및 S 극성 열은, 교번하는 N 및 S 극성으로 상기 코어의 길이방향 축 둘레로 세로로 배치되는, 신장형 자기 코어;
    상기 하우징 안의 제1 신장형 챔버로서, 유체가 상기 제1 신장형 챔버에 들어갈 수 있도록 제1 단부를 향하여 상기 유체 유입구와 유체 소통되는 제1 신장형 챔버;
    상기 하우징 안의 제2 신장형 챔버로서, 상기 유체가 상기 제2 신장형 챔버를 빠져나갈 수 있도록 제1 단부를 향하여 상기 유체 유출구와 유체 소통되는 제2 신장형 챔버;
    제1 신장형 챔버 및 제2 신장형 챔버를 그것들의 개별적인 제2 단부들을 향하는 내부 유체 소통으로 연결하는 통로로서, 상기 유체는 상기 유체 유입구로부터, 상기 통로를 통한 제1 방향으로 상기 자기 코어의 전체 길이를 지나, 상기 제1 방향에 대향되는 제2 방향으로 상기 코어의 전체 길이를 지나 상기 유체 유출구로 유동하도록 지향되는, 통로;를 포함하고,
    상기 자기 코어에 의해 발생되는 자기장은, 상기 유입구와 상기 유출구 사이에서 상기 유체가 유동할 때 상기 하우징 안에 오염 물질을 포획하도록 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버 내의 유체 유동 경로 내에 생성되며,
    상기 자기적 여과 장치는, 상기 유체가 상기 제1 신장형 챔버로부터 상기 제2 신장형 챔버로 유동할 때 상기 하우징 안에 비-자기 감수성(non-magnetically susceptible) 오염 물질을 포획하도록 된 분리기 플랜지를 포함하는,
    자기적 여과 장치.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 4개의 자석열들을 포함하며, 적어도 2개의 열들은 N 극성을 가지고 적어도 2개의 열들은 S 극성을 가지며, 상기 열들은 교번하는 N 및 S 극성으로 상기 코어의 길이방향 축 둘레로 세로로 배치되는, 자기적 여과 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기 코어를 수납(house)하기 위한 신장형 튜브를 더 포함하고, 상기 코어는 상기 튜브에서 삽입 및 제거될 수 있는, 자기적 여과 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하우징을 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버로 분할하기 위한 격벽(partition)을 더 포함하고, 상기 격벽은 상기 자기 코어 둘레에 세로로 연장되는, 자기적 여과 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분리기 플랜지는 상기 통로에서 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버 사이의 유체 유동 경로 내에 위치되는, 자기적 여과 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 분리기 플랜지는 상기 제2 신장형 챔버와의 계면에서 위치되는 복수개의 통공(aperture)들을 포함하는, 자기적 여과 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 플랜지에서 상기 제2 신장형 챔버와의 계면에 장착되는 그물망(mesh)을 더 포함하는, 자기적 여과 장치.
  8. 제1항에 있어서, 유체가 상기 하우징으로부터 배수(drain)될 수 있도록 상기 하우징에 드레인 탭(drain tap)을 더 포함하는, 자기적 여과 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 격벽은, 상기 코어로부터 반경방향 외향으로 연장되는 제1 날개 및 상기 코어로부터 반경방향 외향으로 연장되는 제2 날개를 포함하고, 상기 제1 날개 및 제2 날개는 상기 하우징 안에 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버를 부분적으로 한정하도록 상기 코어의 길이만큼 연장되는, 자기적 여과 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버는, 상기 하우징의 내부로 면하는 벽(internal facing wall), 상기 신장형 튜브 및 상기 제1 날개 및 제2 날개에 의해 한정되는, 자기적 여과 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 신장형 챔버 및 상기 제2 신장형 챔버는 동일한 부피를 포함하는, 자기적 여과 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 신장형 챔버 안의 유체 유동 속력이 상기 제2 신장형 챔버 안의 유체 유동 속력 미만이도록 상기 제1 신장형 챔버의 부피는 상기 제2 신장형 챔버의 부피보다 큰, 자기적 여과 장치.
  13. 제1항에 있어서, 커넥터 포트(connector port)를 더 포함하며, 상기 커넥터 포트는:
    외부 유체 유동 시스템으로부터 유체를 받아들이는 유체 진입 포트;
    상기 유체 진입 포트와 상기 하우징의 유입구 사이의 유체 소통을 제공하는 하우징 유입 포트;
    유체가 상기 자기적 여과 장치로부터 외부 유체 시스템으로 유동할 수 있게 하는 유체 출구 포트; 및
    상기 유체 출구 포트와 상기 하우징의 유출구 사이의 유체 소통을 제공하는 하우징 유출 포트;를 구비하는,
    자기적 여과 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하우징에 제거가능하게 부착가능한 뚜껑(lid)을 더 포함하고, 상기 뚜껑은:
    상기 하우징의 유체 유입구 및 상기 커넥터 포트의 하우징 유입 포트와 유체 소통되는 제1 지향 채널; 및
    상기 하우징의 유체 유출구 및 상기 커넥터 포트의 유체 출구 포트와 유체 소통되는 제2 지향 채널;을 포함하는,
    자기적 여과 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 자기 코어에 의하여 상기 하우징 안에 포획된 자기 감수성(magnetically susceptible) 오염물의 양에 대해 응답성(responsive)이 있도록 구성되는 오염물 포화 표시기를 더 포함하는, 자기적 여과 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 유체 진입 포트의 축 및 상기 유체 출구 포트의 축이 정렬되는, 자기적 여과 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제1 지향 채널 및 제2 지향 채널의 개별의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 상기 유체가 유동할 때, 상기 유체 유동을 90°까지 방향전환(divert)시키도록 상기 제1 지향 채널 및 제2 지향 채널이 배치되는, 자기적 여과 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 자석열들은 동일한 세기의 자기장을 생성하도록 구성되는, 자기적 여과 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 자석열들은 상기 제2 신장형 챔버에 상대적으로 상기 제1 신장형 챔버 내에 상이한 세기의 자기장을 생성하도록 구성되는, 자기적 여과 장치.
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