KR101973215B1 - 액화 석유 가스 여과 시스템 - Google Patents

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더스틴 자스테라
제임스 도일
그레고리 엘. 라발리
자넬 엠. 햄튼
앤드류 제이. 달라스
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도널드선 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

액화 석유 가스로부터 고 분자량 유기 구성 성분을 제거하기 위한 필터 조립체뿐만 아니라 액화 석유 가스로부터 고 분자량 구성 성분을 제거하기 위한 방법이 본원에서 설명된다. 필터 조립체는 상류 탄소-함유 필터 매체 팩 및 하류 필터 매체 팩을 포함한다.

Description

액화 석유 가스 여과 시스템{LIQUEFIED PETROLEUM GAS FILTRATION SYSTEM}
본 출원은 미국을 제외한 모든 지정국에 대한 출원인으로서 미국 회사, Donaldson Company, Inc. 그리고 미국만을 지정국으로 한 출원인으로서 발명자 Karthik Viswanathan(국적: 인도), 발명자 Philip Edward Johnson(국적: 영국), 발명자 Dustin Zastera(국적: 미국), 발명자 James Doyle(국적: 미국), 및 발명자 Gregory L. LaVallee(국적: 미국)의 이름으로, 2012년 5월 25일에 PCT 국제 특허 출원으로서 출원된 것이며, 2011년 5월 25일에 출원한 미국 가출원 일련 번호 제61/489,938호를 우선권으로 청구하며, 이 가출원의 내용은 본원에 참조로 포함된다.
본원에서 설명된 발명은 여과 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 액화 석유 가스로부터 고 분자량 유기 화합물을 제거하기 위한 여과 시스템에 관한 것이다.
원유는 각양 각색의 탄화수소 화합물을 함유한다. 주 화합물은 작은(small) 알칸 및 알켄(C1-C4), 예를 들면, 메탄, 에탄, 프로판, 프로필렌, 부탄, 및 부틸렌을 포함하는 석유 가스; 중간의 탄화수소(C5-C9)를 포함하는 나프타; 등유, C10-C18 알칸 및 방향족(aromatic)의 액체 혼합물; 12개 이상의 탄소 원자를 함유하는 액체 알칸을 포함하는 디젤 오일; 긴 사슬 (C20-C50) 알칸, 사이클로알칸, 및 아로마틱을 포함하는 윤활유; 및 다양한 고체 잔류물, 예를 들면, 코크, 아스팔트, 타르, 및 왁스와 함께, 긴 사슬(C20-C70) 알칸, 사이클로알칸 및 아로마틱을 포함하는 연료유를 포함한다. 다양한 탄화수소 화합물은 통상적으로 분별 증류에 의해 분리된다.
액화 석유 가스(또한 LPG라 함)는 약 -42℃ 이하에서, 또는 압력 하에서 저장될 때 액체로서 존재하는 C1-C4 탄화수소의 가연성 혼합물을 지칭한다. 대기 압력 및 약 -42℃ 초과 온도에서, LPG는 무색 및 무취 가스이다. 천연 가스에 대해, 식별 착취제, 예를 들면, 에틸 메르캅탄이 통상적으로 첨가되어 LPG의 누출이 더 용이하게 검출될 수 있다. LPG가 실질적으로 가스보다 액체로서 더 밀집(compact)되기 때문에, LPG는 통상적으로 액체 및 증기 모두로서 존재하는 압력(약 1725kPa) 하에서 저장 및 운반된다.
일부 LPG 연료 시스템은 연료로부터 작은 미립자 물질을 제거하기 위해 필터를 포함한다. 그러나, 갈색 그리스 또는 왁스 재료는 여전히 연료 시스템 내에, 예를 들면, 기화기(때때로 컨버터라 함)에, 증기 호스 하류에, 카뷰레터에, 및 밸브 또는 혼합기에 퇴적될 수 있다. 상기 퇴적은 정제, 분배 및/또는 저장 동안 얻어진 LPG 내의 미량의 고 분자량 물질들(또한, 그리스, 왁스 또는 중량물(heavy)이라 함) 때문이다. LPG가 기화될 때, 이 고 분자량 물질은 증기 스트림으로부터 석출되어 종종 퇴적물을 초래하며, 이 퇴적물은 인젝터, 밸브, 기화기 또는 다른 구성요소를 차단할 수 있어 연료 시스템의 동작을 방해할 수 있다. 이는 추가 정비, 중단 및 증가된 비용을 초래할 수 있다.
따라서, 여전히 미립자 오염물을 제거하면서 LPG 연료 시스템 구성요소 상의 고 분자량 물질의 퇴적을 감소시킬 수 있는 시스템에 대한 요구가 있다.
액화 석유 가스로부터 고 분자량 유기 화합물을 제거하기 위한 필터 조립체, 뿐만 아니라 액화 석유 가스로부터 고 분자량 구성 성분을 제거하기 위한 방법이 본원에서 설명된다. 필터 조립체는 일부 실시에서, 두 개의 개별 필터 매체 팩을 포함할 수 있으며: 제1 필터 매체 팩은 액화 석유 가스로부터 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성된다. 이러한 제1 필터 매체 팩은 통상적으로, 고 분자량 화합물을 유지(hold)하기 위한 용량(capacity)에 도달한 후에도 액화 석유 가스가 여전히 필터 매체를 통하여 용이하게 지나갈 수 있도록 구성된다. 이러한 제1 필터 매체 팩은 용량에 도달하면 과도한 유동 제한 없이 고 분자량 화합물의 상당한 양을 용이하게 적재할 수 있도록 구성된다. 제1 매체 팩으로부터 하류에 위치 설정되는 제2 필터 매체 팩은 또한 비록 통상적으로 제1 매체 팩보다 상당히 적은 양이지만, 고 분자량 오염물을 적재하도록 구성된다. 그러나, 제1 매체 팩과 달리, 제2 매체 팩은 일반적으로 고 분자량 탄화수소를 적재하면 유동의 제한이 매우 상당히 증가되도록 구성된다. 따라서, 제1 매체 팩과 달리, 소정의 실시예에서, 하류 매체 팩이 고 분자량 오염물로 적재되면, 하류 매체 팩은 액화 석유 가스의 유동을 상당히 제한한다. 특히, 하류 매체 팩이 고 분자량 오염물에 대한 이론적 용량 근처로 적재되면, 하류 매체 팩은 유체 유동에 대한 상당한 저항을 제공한다. 본원에서 사용된, 이론적 용량은 고 분자량 탄화수소를 함유하는 LPG에 대한 장기 노출시 필터 매체 팩의 질량에서의 총 변화를 지칭한다. 일반적으로 이와 같은 용량은 상기 매체의 포화 지점에서 측정되며, 이 포화 지점은 흡수되고 보유된 고 분자량 탄화수소의 양이 더 이상 증가하지 않는 지점이다. 실제로, 상기 매체가 포화에 접근하면, 상기 매체는 적은 양의 고 분자량 탄화수소를 계속하여 매우 서서히 픽업할 수 있고, 따라서 다른 용량 척도는 "기능적 용량"이다. 기능적 용량은 매체의 포화가 실질적으로 도달되는 지점이며, 이 지점에서 오염물의 픽업이 통상적으로 급격히 감소되며 이 지점에서 고 분자량 오염물이 필터 매체를 용이하게 통과한다. 따라서, 기능적 용량은 상당한 오염물 돌파(breakthrough)가 발생하는 지점에 도달한다. 기능적 용량은 일반적으로 이론적 용량과 구체적으로 상이하지 않다. 사실, 둘은 종종 매우 유사하다. 그러나, 여과의 임의의 기능적 이익이 완전히 약화된 후, 매체가 장기간 동안 심지어 사소한, 모든-그러나 측정 불가능한 양의 오염물을 계속적으로 적재할 수 있기 때문에 총 이론적 용량이 어느 측면으로는 가정적인 개념인 것으로 분류하기 위해 용어 "기능적 용량"이 사용될 수 있다.
통상적으로 제1 필터 매체 팩(상류 매체 팩)은 하류 필터 매체 팩보다 고 분자량 오염물을 보유하기 위한 상당히 더 높은 용량을 가진다. 상류 매체 팩은 고 분자량 오염물을 흡수 및 보유하기 위해 비교적 고 용량을 갖는 활성탄, 예를 들면, 충전식 탄소 베드를 포함할 수 있다. 제2 필터 매체 팩(하류 매체 팩)은 미세 섬유, 예를 들면, 나노섬유를 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 하류 매체 팩은 일반적으로 상류 매체 팩에 비해 고 분자량 오염물을 흡수 및 보유하기 위한 비교적 낮은 용량을 가지지만, 용량에 도달하면, 하류 매체 팩은 매체 팩을 통하여 액체를 유동하는 데에 제한을 제공한다.
따라서, 상류 매체 팩은 액화 석유 가스에서 오염물을 줄이기 위한 주 기능을 수행한다. 하류 매체 팩의 주 기능은 상류 매체 팩의 성능 약화에 의해 하류 매체 팩이 고 분자량 오염물에 노출되면 유체 유동에 대한 저항을 신속히 제공하는 것이다. 이에 따라, 상류 매체 팩이 용량에 접근하거나 도달하고 고 분자량 오염물이 이러한 상류 매체 팩을 통하여 유동하면, 하류 매체 팩은 필터 조립체를 통한 유체 유동이 상당히 지연되는 충분한 적재의 지점에 신속히 도달한다. 유동에 대한 이러한 지연은 매체 팩의 상류-하류 측 압력 차에서의 변화에 의해 측정될 수 있다. 이러한 방식으로, 상류(또는 제1) 필터 매체 팩이 고 분자량 오염물을 더 이상 적절히 제거하지 못하면 하류(또는 제2) 필터 매체 팩은 유동을 제한함으로써 필터 조립체에 대한 수명 종료 표시기로서 기능한다.
예시적인 실시예에서 제1 필터 매체 팩은 고 분자량 화합물을 보유하기 위한 포화에 도달하면 200% 미만의 상류 대 하류 압력 차에서의 변화를 보여주도록 구성되며, 제2 필터 매체 팩은 고 분자량 화합물의 포화에 도달하면 200% 초과의 상류 대 하류 압력 차에서의 변화를 보여주도록 구성된다. 제2 필터 매체 팩은 고 분자량 화합물의 포화에 도달하면 400% 초과의 상류 대 하류 압력 차에서의 변화를 보여주도록 구성될 수 있다. 제1 필터 매체 팩은 용량에 도달하면 유동 제한을 추가로 회피하도록 개방 채널 구성으로 배치될 수 있다.
또한, 추가 요소가 조립체에 부가될 수 있다. 예를 들면, 미립자 오염물을 제거하기 위해(그리고 또한 제1 필터 매체 팩으로부터 누출될 가능성을 갖는 탄소 또는 다른 재료를 선택적으로 제거하기 위해) 제3 매체 팩이 부가될 수 있다. 제3 필터 매체 팩은 예를 들면, 10μ 이하의 평균 유동 구멍 크기를 가질 수 있다. 일부 실시에서 제3 필터 매체 팩은 5μ의 평균 입자 크기를 갖는 입자 오염물에 대해 적어도 99.9%의 제거 효율을 가진다. 미립자 필터는 예를 들면, 제1 및 제2 필터 매체 팩의 상류, 제1 및 제2 필터 매체 팩 사이, 또는 제1 및 제2 필터 매체 팩 모두로부터 하류에 위치 설정될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 필터 조립체는 상류 탄소-함유 필터 요소 및 미세 섬유 웨브를 포함하는 하류 수명 종료 표시기를 포함한다. 일 실시예에서, 탄소-함유 필터 요소는 적어도 약 500㎡/g의 표면적 및 (구멍 용적을 측정하는 아래에서 설명되는 BET 표면 분석을 이용하여 측정된) 적어도 약 20Å의 평균 구멍 크기를 갖는 나무, 코코넛 또는 석탄으로부터 제조된 활성탄을 포함한다. 활성탄은 예를 들면, 분말형 또는 과립형 또는 이의 조합형일 수 있다.
일부 실시에서 제2 필터 매체 팩은, 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제1 필터 매체 팩의 총 용량의 5% 이하인, 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 총 용량을 가진다. 제2 필터 매체 팩은 미세 섬유 웨브를 포함할 수 있다. 적절한 미세 섬유 웨브는 (아래에서 설명된, 주사 전자 현미경 분석법을 이용하여 측정된) 약 25μ 이하의 구멍 크기를 구비한 미세 섬유 웨브들을 포함한다. 약 10μ 이하의 구멍 크기를 갖는 제2 필터 매체 팩은 일부 실시예에 대해 적합하다.
액화 석유 가스로부터 고 분자량 화합물을 여과하기 위한 필터 조립체가 또한 개시되는데, 여기에서 필터 조립체는: 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성되고, 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제1 총 용량을 갖는 제 1 필터 매체 팩; 및 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성되고, 제1 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치되고, 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제2 총 용량을 갖는 제2 필터 매체 팩을 포함한다. 제2 필터 매체 팩은 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제1 필터 매체 팩의 총 용량의 10% 이하인 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 총 용량을 가지며, 제2 필터 매체 팩은 총 용량에 도달하면 또는 도달하기 전에 액화 석유 가스의 유동에 대한 저항에서의 적어도 25% 증가를 보여준다. 일부 실시에서 유동에 대한 저항의 증가는 적어도 50%, 대안적으로 적어도 100%, 선택적으로 적어도 200%, 및 다른 실시에서 적어도 400%이다.
선택적으로 제3 필터 매체 팩은 제1 필터 매체 팩과 제2 필터 매체 팩 중간에 위치 설정되고, 제3 필터 매체 팩은 5μ의 평균 입자 크기를 갖는 미립자 오염물에 대해 적어도 99.9%의 제거 효율을 가진다. 제1 필터 매체 팩과 제2 필터 매체 팩 중간의 제3 필터 매체 팩은 몇몇 실시예에서 (예를 들면, Porous Materials, Inc.에 의해 제조된 자동화된 공기 투과성 포로미터를 이용하여 측정된) 10μ 미만의 평균 유동 구멍 크기를 가질 수 있다.
제1 필터 매체 팩은 활성탄, 예를 들면, 적어도 약 500㎡/g의 표면적 및 적어도 약 20Å의 평균 구멍 크기를 갖는 활성탄을 포함할 수 있다. 일부 실시에서 제2 필터 매체 팩은 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제1 필터 매체 팩의 총 용량의 2% 이하인 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 총 용량을 가지며 개방 채널 구성을 가질 수 있다. 제1 필터 매체 팩을 위한 적절한 매체는 또한 탄소 섬유를 포함한다. 제2 필터 매체 팩은 미세 섬유 웨브, 예를 들면, 약 25μ 이하의 구멍 크기를 구비한 미세 섬유 웨브를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 필터 매체 팩은 약 10μ 이하의 구멍 크기를 구비한 미세 섬유 웨브를 포함한다.
또한, 액화 석유 가스로부터 고 분자량 화합물을 여과하기 위한 필터 조립체가 설명되며, 여기에서 제1 필터 매체 팩이 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성되어 액화 석유 가스로부터 고 분자량 탄화수소의 제거를 위한 초기 효율이 0.5중량%까지의 고 분자량 탄화수소 농도에서 적어도 80%이다. 제1 필터 매체 팩은 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제1 총 용량을 가진다. 제2 필터 매체 팩은 또한 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성된다. 제2 필터 매체 팩은 제1 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치된다. 제2 필터 매체 팩은 액화 석유 가스의 0.5중량%까지의 원래 농도에서 적어도 80%의 고 분자량 탄화수소를 제거하는 초기 효율을 가지며, 제2 필터 매체 팩은 제1 필터 매체 팩의 제1 총 용량의 10% 이하인 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제2 총 용량을 가진다. 소정의 실시예에서 제2 필터 매체 팩은 총 용량에 도달하면 또는 도달하기 전 적어도 25%의 액화 석유 가스의 유동에 대한 증가된 저항을 보여준다.
액화 석유 가스로부터 고 분자량 탄화수소를 제거하도록 구성된 필터 조립체의 사용 기간을 결정하기 위한 방법이 또한 개시된다. 이 방법은 본원에서 설명된 필터 조립체 및 매체 팩 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 예시적 실시에서, 이 방법은 제1 필터 매체 팩을 제공하는 단계 및 초기 고분자량 탄화수소의 적어도 80%가 제거되도록 제1 필터 매체 팩을 통하여 액화 석유 가스를 지나가게 하는 단계를 포함한다. 제2 필터 매체 팩은 제1 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치된다. 제2 필터 매체 팩을 통하여 액화 석유 가스가 지나갈 때, 제2 필터 매체 팩은 제1 매체 팩을 통하여 지나간 적어도 50%의 남아있는 고 분자량 탄화수소를 보유한다. 제2 필터 매체 팩은 제1 필터 매체 팩의 총 용량의 10% 이하인 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 총 용량을 가지며, 제2 필터 매체 팩은 총 용량에 도달하면 또는 총 용량에 도달하기 전에 적어도 50%의 액화 석유 가스의 유동에 대해 증가된 저항을 보여준다.
이러한 요약은 본 출원의 교시 중 일부의 개관이며 본원의 주요 구성의 독점적이거나 완전한 취급이 될 것으로 의도되지 않는다. 추가 상세를 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 찾을 수 있다. 다른 양태는 아래의 상세한 설명을 읽고 이해하고 아래의 상세한 설명의 일 부분을 형성하는 도면을 보면 당업자에게 명백하게 될 것이며, 이들 각각은 제한된 의미로 받아들이지 않아야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이의 법적 등가물에 의해 한정된다.
본 발명은 지금부터 도면과 관련하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 실시에 따라 구성되고 배치된 필터 조립체의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 라인 2-2를 따라 취한 도 1의 필터 조립체의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시에 따라 구성되고 배치된 대안적인 필터 조립체의 횡단면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시에 따라 구성되고 배치된 필터 조립체의 일 실시예의 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 실시에 따라 구성되고 배치된 필터 조립체의 실시예의 개략도이다.
도 5a는 여과되지 않은 LPG 액체가 이용되었던 LPG 분배 장치 내의 조절기 조립체의 내부의 사진으로서, 조절기 조립체에서의 고 분자량 탄화수소의 퇴적물을 보여주는 사진이다.
도 5b는 본원에서의 사상에 따라 여과된 LPG 액체가 사용되었던 LPG 분배 장치 내의 조절기 조립체의 내부의 사진으로서, 조절기 조립체에 고 분자량 탄화수소의 가시적 퇴적물이 없는 것을 보여주는 사진이다.
도 6은 매체 표면을 실질적으로 덮기에 충분한 고 분자량 탄화수소의 퇴적물을 보여주는 미세 섬유 매체의 사진이다.
도 7은 탄소 필터 요소로부터 하류의 미립자의 제거를 위해 사용된 미립자 제거 매체의 사진으로서, 미립자 제거 매체에 고 분자량 탄화수소가 상대적으로 거의 적재되지 않은 것을 보여주는 사진이다.
도 8은 고 분자량 오염물을 함유하는 헥산에 노출된 다양한 필터 매체 재료 내의 상대적 압력 강화를 보여주는 차트이다.
도 9는 고 분자량 오염물을 함유하는 헥산에 노출된 다양한 필터 매체 재료의 질량 취득을 보여주는 차트이다.
도 10은 액화 석유 가스에 노출시 매체 내의 압력 차를 보여주는 차트이다.
본 발명이 다양한 수정예 및 대안적인 형태를 허용하지만, 이의 세부사항은 예 및 도면으로서 나타나며 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 설명된 특정한 실시예로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 그와는 반대로, 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 제2 수정예, 균등예, 및 대안예가 의도된다.
본원에서는 액화 석유 가스(LPG)로부터 오염물을 제거하기 위한 시스템, 특히 LPG로부터 고 분자량 유기 물질을 흡수, 분리 및/또는 여과하는 여과 시스템이 설명된다. 이러한 고 분자량 유기 물질은 제거되지 않으면 연료 시스템 내에 축적될 수 있다.
더욱 상세하게는, 본원에서 설명된 시스템은 정제, 분배 및 저장을 통하여 얻어지는 고 분자량 유기물을 제거한다. 이 시스템은 LPG 연료 시스템 주입기, 밸브, 기화기 또는 다른 구성요소 내에 축적되는 퇴적물을 감소시킨다. 본원에서 설명된 상기 시스템 및 방법은 예를 들면, 상용 등급 프로판; 엔진 연료-등급 프로판(또한 HD-5 프로판으로서 공지됨); 및 상용 등급 부탄을 포함하는 다양한 등급의 LPG와 함께 사용하기에 적합하다.
상기 시스템 및 방법은 다양한 상태 하에서 LPG 연료 공급 체인 내의 다양한 장소에서 사용될 수 있으며, 상기 다양한 장소는 정유 공장 또는 천연 가스 처리 플랜트; 운송 동안, 예컨대(통상적으로 약 25,000 내지 50,000 리터의 LPG를 운반하는) 육로 수송 트럭 상에서 및 (통상적으로 약 4,000 내지 20,000 리터의 LPG를 운반하여 약 75LPM(liters per minute)으로부터 약 200LPM까지의 유량으로 LPG를 분배하는) 더 작은 벌크 전달 트럭 상에서; "벌크 플랜트"(소매 프로판 저장 설비) 내에 저장 동안; 분배기 저장 탱크, 예를 들면, 프로판 실린더를 충진하기 위해 사용되는 휴게소에서의 (통상적으로 약 20LPM 만큼 느린 유량, 및 최고 50GPM의 유량으로 LPG를 분배하는) 프로판 탱크 및/또는 펌프에서; 또는 사용 지점, 예를 들면, (4LPH(liters per hour), 또는 최고 약 40LPH, 또는 최고 60LPH 만큼 작은 유량으로 LPG가 이동될 수 있는) 엔진 상의 연료 공급원에서를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
시스템 및 방법에 의해 제거된 오염물은 고 분자량 유기 물질, 예를 들면, 16 초과(C16 초과), 또는 약 C20 내지 약 C60 사이 또는 약 C60 초과의 탄소 원자를 구비한 탄화수소를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 제거되는 오염물은 LPG 내에서 적어도 부분적으로 용해 가능한 고 분자량 유기 물질을 포함한다.
상기 시스템 및 방법은 안전 예방책으로서 LPG 내에 종종 포함되는 과잉 양의 착취제, 예를 들면, 에틸 메르캅탄을 제거하지 않고 LPG로부터 고 분자량 성분을 흡착, 분리 및/또는 여과할 수 있다. 일반적으로, 에틸 메르캅탄은 적어도 약 35ppm의 양으로 첨가되며 12ppm 미만의 수준에서 검출할 수 없는 것으로 고려된다. 일 실시예에서, 여과 시스템에 의해 실질적으로 메르캅탄이 제거되지 않는다. 다른 실시에서, 50% 미만의 메르캅탄이 제거되고, 선택적으로 25% 미만의 메르캅탄이 제거되고, 바람직하게는 10% 미만의 메르캅탄이 제거된다.
일 실시예에서, 여과 시스템은 단일 패스 필터, 예를 들면, 벌크 충진 또는 벌크 분배 동안 사용되는 필터로서 구성된다. 더욱 구체적인 실시예에서, 필터 시스템은 카트리지(또는 교체 가능한 요소) 필터로서 구성될 수 있으며, 이 필터 시스템에서 영구 하우징은 교체 가능한 필터 요소 또는 카트리지를 포함한다. 대안적인 일 실시예에서, 필터 시스템은 스핀-온 필터(spin-on-filter)로서 구성되고, 이 스핀-온 필터에서 자체-포함된 하우징 및 요소 조립체가 이의 장착부로부터 나사 조립이 해제되고, 폐기되고 그리고 새로운 하우징 및 필터 조립체로 교체된다.
필터 시스템은 몇몇 실시에서, 두 개의 개별 필터 매체 팩을 포함할 수 있으며: 제1 필터 매체 팩은 액화 석유 가스로부터 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성된다. 이러한 제1 필터 매체는 통상적으로 심지어 제1 필터 매체가 고 분자량 화합물을 유지하기 위한 성능에 도달할 때조차, 액화 석유 가스는 여전히 제1 매체를 통하여 용이하게 지나갈 수 있도록 구성된다. 이에 따라, 이러한 제1 필터 매체는 용량에 도달하면 유동의 과잉 제한 없이 상당한 양의 고 분자량 오염물이 용이하게 적재되도록 구성된다. 제2 필터 매체 팩은 제1 매체 팩으로부터 하류에 위치 설정된다. 제1 매체 팩과 달리, 소정의 실시예에서 하류 매체 팩에 고 분자량 오염물이 적재되었으면 하류 매체 팩은 액화 석유 가스의 유동을 상당히 제한한다. 특히, 하류 매체 팩에 고 분자량 오염물이 용량에 근접하게 적재되면, 하류 매체 팩은 유체 유동에 대한 상당한 저항을 제공한다.
통상적으로, 제1 필터 매체 팩(상류 매체 팩)은 하류 필터 매체 팩보다 고 분자량 오염물을 보유하기 위한 매우 더 높은 용량을 가진다. 상류 매체 팩은 고 분자량 오염물을 흡착 및 보유하기 위한 비교적 높은 용량을 갖는 활성탄, 예를 들면, 충전식 탄소 베드를 포함할 수 있다. 제2 필터 매체 팩(하류 매체 팩)은 미세 섬유, 예를 들면, 나노섬유를 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 하류 매체 팩은 고 분자량 오염물을 흡착 및 보유하기에 비교적 낮은 용량을 가지지만, 용량에 도달하면 매체 팩을 통한 유체의 유동에 대한 제한을 제공한다.
이에 따라, 사용 중 상류 매체 팩은 액화 석유 가스의 오염물을 감소시키는 주 기능을 수행한다. 하류 매체 팩의 주 기능은 하류 매체 팩이 고 분자량 오염물에 노출된 후 가능한 신속하게 유체 유동에 대한 저항을 신속하게 제공하는 것이다. 이에 따라, 상류 매체 팩이 용량에 접근하거나 도달하고, 고 분자량 오염물이 보유되지 않고 이러한 상류 매체 팩을 통하여 유동하면, 하류 매체 팩은 필터 조립체를 통한 유체 유동이 상당히 지연되기에(그리고 잠재적으로 완전히 중단됨) 충분한 적재의 지점에 빠르게 도달한다. 이러한 방식으로, 상류(또는 제 1) 필터 매체 팩이 고 분자량 오염물을 적절히 제거하지 않으면 하류(또는 제 2) 필터 매체 팩은 유동을 제한함으로써 필터 조립체에 대한 수명 종료 표시기로서 기능한다.
또한, 추가의 요소가 조립체에 부가될 수 있다. 예를 들면, 제3 매체 팩 내의 미립자 필터는, 미립자 오염물을 제거하기 위해(및 또한 선택적으로 제1 필터 매체 팩으로부터 방출되는 탄소 또는 다른 흡착제를 제거하기 위해) 부가될 수 있다. 제3 필터 매체 팩은 예를 들면, 10μ 이하의 평균 유동 구멍 크기를 가질 수 있다. 이 같은 구멍 시험은 예를 들면, 그 전체가 참조로 본원에 포함되는, 미국 특허 공보 제 2011/0198280호에서 설명된 바와 같이, Porous Materials, Inc.에 의해 제조된 자동화된 공기 투과성 포로미터(porometer)를 이용하여 달성될 수 있다. 미립자 필터는 예를 들면, 제1 및 제2 필터 매체 팩의 상류, 제1 및 제2 필터 매체 팩 사이, 또는 제1 및 제2 필터 매체 팩 모두로부터 하류에 위치 설정될 수 있다.
필터 조립체 구성
지금부터, 도면을 참조하면, 필터 시스템(18)의 일 실시예가 도 1에 도시된다. 비록 다른 구성이 가능하지만, 도 1에 도시된 실시예에서 필터 시스템은 필터 요소(12)가 위치 설정되는 챔버를 형성하는 대략 원통형의 하우징(14)을 포함하는 필터 조립체(10)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 하우징(14)은 적어도 약 500kPa, 또는 약 1000kPa 내지 2000kPa 및 최고 3000kPa의 압력을 견딜 수 있는, 얇은 벽 재료, 예를 들면, 금속 또는 다른 합성 재료로 구성된다. 일 실시예에서, 하우징(14)은 약 0.25mm 내지 2.5mm, 또는 약 0.5mm 내지 1.25mm의 벽 두께를 갖는 딥 드로잉 강(deep drawing steel)으로부터 형성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 필터 조립체(10)는 통상적으로 필터 조립체(10) 상에 내부 나사 형성부(thread)에 의해 필터 헤드(16) 상으로 필터 조립체(10)를 나사 조립함으로써, 필터 블록 또는 필터 헤드(16)에 작동 가능하게 장착된다. 필터 시스템(18)은 필터 헤드(16)의 입구(22)를 통하여 필터 조립체(10)에 유체를 공급하기 위한 공급원(20)을 포함한다. 유체가 유입되고 필터 요소(12)에 의해 여과되고 필터 헤드(16)의 출구(24)에서 필터 헤드(16)로부터 배출되고 통로(26)에 의해 멀리 운반된다. 필터 조립체(10)가 예시된 구성으로 도시되고 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 필터 조립체를 위한 다양한 다른 구성이 가능하다는 것이 이해될 것이다.
도 2는 라인 2-2를 따라 취한 도 1의 필터 조립체(10)의 횡단면도를 보여주며, 도 2에서 필터 요소(12)는 하나 이상의 단부 캡(23, 25)을 경유하여 캐니스터 내에 지지되는 일반적으로 원통형 필터 매체를 포함하여 여과되지 않은 유체가 대략 반경 방향으로 필터 매체를 통하여 유동한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 도 2에서 "F"로 표시된 화살표에 의해 도시된 바와 같이, LPG 연료가 필터(12)의 외부 표면(30)으로부터 필터(12)의 내부 표면(31)을 향하여 지나가는 외부에서/안쪽 방식(outside/in pattern)을 LPG 연료가 따른다. 그러나, 또한 연료가 필터의 내부 표면으로부터 필터의 외부 표면을 향하여 지나가는 내부에서/바깥쪽 패턴(inside/out pattern)(도시 안됨)을 연료가 따르도록 필터 조립체(18)를 설계하는 것이 가능하다. 도 2에 도시된 실시예에서, 연료 유동의 방향에 대해 외부 표면(30)은 "상류"이고 내부 표면(31)은 "하류"이다.
도 3에 도시된 대안적인 실시예에서, 필터 요소(18)는 다수 층의 탄소-함유 필터 요소(20) 및 수명 종료 표시기 층(22), 예를 들면, 어디든 2 내지 50개 층을 포함하며, 여기서 각각의 "층"은 탄소-함유 필터 요소 및 수명 종료 표시기 층을 포함한다.
도 4a는 주 필터(181) 및 보조 필터(182)를 포함하는 필터 시스템(180)을 보여준다. LPG 유체는 공급원(120)을 통하여 시스템의 주 필터(181)로 유입된다. 주 필터(181)를 통하여 지나간 후, LPG는 도관(130)에 의해 보조 필터(182)에 운반된다. LPG가 보조 필터(182)를 횡단하면, LPG는 통로(126)를 경유하여 시스템으로부터 배출된다. 도 4a에 도시된 이중-필터 실시예에서, 주 필터(181)는 탄소-함유 필터 요소가 위치되는 하우징을 포함한다.
보조 필터(182)는 미세 섬유 웨브가 위치되는 하우징을 포함하며, 여기에서 미세 섬유 웨브는 주 필터에 의해 흡수되지 않은 "돌파하는" 고 분자량 유기물을 걸르도록(entrap) 구성된다. 위에서 설명된 바와 같이, "돌파하는" 고 분자량 유기물은 섬유 웨브 상에 막을 형성하는데, 이 막은 배압을 증가시키고 수명 종료를 결정하기 위한 퓨즈(fuse)로서 기능한다. 원하는 경우, 상기 시스템은 또한 LPG 스트림으로부터 미립자, 예를 들면, 탄소 미립자를 제거하도록 구성된 하나 이상의 하류 미립자 필터를 포함할 수 있다.
도 4b는 제1 필터(281), 제2 필터(282) 및 제3 필터(283)를 포함하는 필터 시스템(280)을 보여준다. LPG 유체는 공급원(220)을 통하여 시스템의 제1 필터(281)로 유입된다. 제1 필터(281)를 통하여 지나간 후, LPG는 도관(230)에 의해 제2 필터(182)에 운반된다. LPG가 제2 필터(282)를 횡단한 후, LPG는 통로(228)를 경유하여 시스템으로부터 배출되기 전 도관(227)을 경유하여 제3 필터(284)로 지나간다. 도 4b에 도시된 필터 실시예에서, 필터 필터(281)는 탄소-함유 필터 요소가 위치되는 하우징을 포함하며, 제2 필터(282)는 미립자 섬유가 위치되는 하우징을 포함하며, 제3 필터(283)는 미세한 섬유 웨브가 주 필터에 의해 흡착되지 않은 "돌파하는" 고 분자량 유기물을 거르도록 구성되는 하우징을 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, "돌파하는" 고 분자량 유기물은 섬유 웨브 상에 막을 형성하고, 상기 막은 배압을 증가시켜 수명 종료를 결정하기 위한 퓨즈로서 기능한다.
도 5a 및 도 5b는 액화 석유 가스에 장기 노출 후 LPG 처리 조립체의 내부의 사진을 보여준다. 도 5a에서, 액화 석유 가스는 본원에서 설명된 바와 같이 조립체를 이용하여 여과되지 않았다. 도 5b에서, 액화 석유 가스는 본원에서 설명된 바와 같은 조립체를 이용하여 여과되었다. 고 분자량 탄화수소로서 확인된 오염물 재료의 퇴적물이 조립체에 형성되었다. 이 같은 퇴적물은 매우 커져서(significant) 결국 조절기의 성능을 감소시키고 마침내 연료 유동 경로를 완전히 가리게 된다.
상류 흡착성 재료
다양한 흡착성 재료가 상류 흡착성 매체 팩에 적합하다. 특히, 탄소 함유 필터 요소는 본 발명의 시스템에서 사용하기에 적합하다. 일반적으로, 큰 표면적 및 개방 구멍 구조를 구비한 탄소 매체를 함유하는 탄소-함유 필터 요소, 예를 들면, 활성탄은 LPG로부터 고 분자량 유기 불순물을 흡착하기에 효과적이다.
대체로, 약 0.25% 초과의 용적/용적 고 분자량 유기 불순물을 포함하는 LPG는 사용할 수 없다. 본원에 개시된 시스템 및 방법은 이 같은 불순물을 수용 가능한 수준으로 감소시킬 수 있다. 약 0.05% 미만의 용적/용적 고 분자량 유기 불순물을 구비한 LPG가 바람직하다. 일 실시예에서, LPG는 약 0.03% 미만의 용적/용적 고 분자량 유기 불순물을 포함한다. 더욱 구체적인 실시예에서, LPG는 10% 미만의 C16을 포함한다.
활성탄은 과립, 분말, 섬유, 등을 포함하는 다양한 형태로 상업적으로 이용 가능하다. 활성탄 분말은 크기가 약 1mm 미만인 과립을 가진다. 과립 활성탄(GAC) 크기는 공지된 ASTM 방법을 이용하여 결정될 수 있고 액상 적용에 대해 8x20; 20x40; 8x30 및 증기상 적용에 대해 4x6; 4x8 또는 4x10을 포함한다. 활성탄은 또한 결합제와 조합될 수 있고 압출형 활성탄(EAC)을 형성하도록 압출될 수 있다. 활성탄 섬유는 이의 길이, 직경, 다공도, 비표면적, 및 원소적 조성을 특징으로 할 수 있다. 길이는 섬유의 단부로부터 단부까지의 거리를 나타내는 것을 의미한다. 직경은 섬유의 평균 직경을 지칭한다. 다공도는 섬유 내의 평균 구멍 용적을 특징으로 한다. 비표면적은 섬유의 질량의 단위 당, 구멍 내의 면적을 포함하는, 섬유 표면적의 척도(measure)이다. 개방 채널 필터를 제조하는데 사용하기에 적합한 활성탄 섬유는 약 500 내지 약 1300㎡/g의 비표면적; 약 50nm 내지 약 200μ의 평균 직경; 및 약 5 내지 500Å의 평균 구멍 크기를 갖는 활성탄 섬유를 포함한다. 구멍 크기 및 매체 표면적은 P.A. Ebb, C. Orr, Analytical Methdos in Fine Particle Technology, 1997, Micromeritics Instrument Corp.의 교시에 따라 측정될 수 있다. 섬유는 중실형 또는 중공형일 수 있다.
바람직하게는, 탄소 매체는 저 분자량 탄화수소, 예를 들면, 프로판 및 부탄 및/또는 착취제, 예를 들면, 에틸 메르캅탄에 대해 (돌파 시험을 기초로 하여) 저 용량을 가지거나 용량을 가지지 않는다.
일 실시예에서, 탄소-함유 필터 요소는 활성탄(예를 들면, 20x40 또는 35x60의 메시(mesh)를 구비한 과립형 활성탄)이 수지와 조합되고 스크림(scrim)의 층들 사이에 배치되는 주름형 매체를 포함한다. 적절한 수지의 예는 접착제, 예를 들면, 폴리우레탄(PUR) 접착제를 포함한다. 적합한 스크림 재료는 폴리에테르설폰(PES), 폴리에스테르, 또는 폴리프로필렌(PP)을 포함한다. 이러한 결과적인 매체는 가요성을 가지고 공지된 방법을 이용하여 주름이 형성되고 카트리지 시스템과 관련하여 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 탄소-함유 필터 요소는 섬유의 적어도 일부가 활성 탄소 섬유를 포함하는 개방 채널 필터로서 구성된다. 활성탄 섬유를 제조하기 위한 방법이 공지되며 활성탄 섬유는 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 활성탄 섬유는 레이온, 페놀릭, 폴리아크릴로니트릴로부터 생산된 섬유를 포함한다. 탄소 섬유는 나노 섬유성일 수 있고/있거나 나노튜브, 벅키튜브, 나노와이어, 및 나노혼의 범주 내에 들어갈 수 있다. 이러한 섬유 재료는 요구된 적용 성능을 제공하도록 임의의 범위 또는 조합으로 구성된다.
다른 실시예에서, 탄소-함유 필터 요소는 활성탄 과립이 걸러지는 성형된 필터를 포함한다. 적합한 과립 활성탄(GAC)은 액상 적용을 위해 8x20; 20x40; 또는 8x30 및 증기상 적용을 위해 4x6; 4x8 또는 4x10의 크기; 적어도 약 500㎡/g, 또는 약 600㎡/g 내지 약 1200㎡/g의 표면적; 및 적어도 약 20Å, 적어도 약 30Å, 또는 약 20 내지 100Å의 평균 구멍 크기를 갖는 과립을 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "높은 표면적"은 예를 들면, 적어도 약 500㎡/g 또는 약 500㎡/g 내지 약 2300㎡/g의 표면적을 구비한 탄소 매체를 지칭한다. 용어 "개방 구멍 구조" 및 "매크로포러스(macroporous)"는 교환 가능하게 사용될 수 있고 적어도 약 20Å, 적어도 약 30Å, 또는 약 5 내지 500Å, 일부 실시에서 약 20 내지 100Å의 평균 구멍 크기를 구비한 탄소 매체를 지칭한다. 매크로포러스 탄소-함유 필터 요소의 예는 나무, 코코넛, 또는 석탄 기반 탄소를 포함한다. 구멍 크기 및 매체 표면적은 P.A. Ebb, C. Orr, Analytical Methdos in Fine Particle Technology, 1997, Micromeritics Instrument Corp의 교시에 따라 측정될 수 있다.
다른 실시예에서, 상류 필터 요소는 나노섬유 웨브를 포함하며 이 나노섬유 웨브 내에 활성탄 과립이 걸러진다. 적합한 과립형 활성탄(GAC)은 액상 적용에 대해 8x20; 20x40; 또는 8x30 및 증기상 적용에 대해 4x6; 4x8 또는 4x10의 크기; 적어도 약 500㎡/g, 또는 약 600㎡/g 내지 약 1200㎡/g의 표면적 및 적어도 약 20Å, 적어도 약 30Å 또는 약 5 내지 500Å의 평균 구멍 크기를 갖는 과립을 포함한다. 몇몇 실시에서, 평균 구멍 크기는 약 20 내지 100Å이다. 미립자를 함유하는 적합한 섬유 웨브는 미국 특허 제 7,655,070호에 공개된 섬유 웨브를 포함하며, 이 미국 특허는 2010년 2월 2일에 허여되고 발명의 명칭은 "Web Comprising Fine Fiber and Reactive, Adsorptive, or Adsorptive Particulate"이며, 이는 전체가 참조로 본원에 포함된다.
하류 필터 매체
하류 매체 팩은 고 분자량 오염물을 흡착 및 보유하기 위한 비교적 저 용량을 가지지만, 용량에 도달하면, 매체 팩을 통한 액체의 유동에 대한 제한을 제공한다. 제2 필터 매체 팩(하류 매체 팩)은 미세 섬유, 예를 들면, 나노섬유를 포함하는 재료로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 하류 매체 팩은 섬유의 웨브를 포함한다. 더욱 구체적인 실시예에서, 웨브는 섬유들 사이에 비교적 작은 구멍, 예를 들면, 약 25μ 미만 또는 약 0.01 내지 약 25μ 또는 약 0.1 내지 약 10μ의 구멍을 가지며 이로써, 고 분자량 물질의 통로에 대한 방벽을 제공한다. 수명 종료 표시기의 구멍 크기 측정은 An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, 199 내지 206 페이지 (Chapter 5), Ramakrisna 등, ISBN 981-256-415-2에 설명된 방법을 이용하여 측정될 수 있으며, 이는 본원에 그 전체가 참조로 포함된다.
상류 매체 팩이 포화되면, 고 분자량 불순물은 탄소-함유 필터 요소를 통하여 하류로 섬유의 웨브로 유동하기 시작한다. 웨브의 구멍이 너무 작아서 고 분자량 불순물이 통과할 수 없기 때문에, 고 분자량 불순물은 웨브의 상류 표면상에 막을 비교적 신속하게 형성한다. 이 막은 배압 증가를 초래하여, 필터가 교체(수명의 종료)될 것이 필요하다는 경고를 제공한다. 배압은 압력 차 센서를 이용하여 검출될 수 있다. 유용하게는, 섬유 웨브는 또한 LPG 투과막(permeate)으로부터 필터 조립체로부터 흘릴 수 있는 탄소 입자를 여과할 수 있다. 원하는 경우, 하나 이상의 부가 미립자 필터가 탄소 입자를 여과하기 위해 필터 시스템의 하류에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 섬유 웨브는 인터록킹 섬유의 부직 웨브르 포함한다. 더욱 구체적인 실시예에서, 섬유 웨브는 나노섬유 또는 미세섬유 중합체 웨브를 포함한다. 본원에서 사용된 용어 "나노섬유"는 2000nm 또는 2.0㎛ 미만의 직경을 구비한 섬유를 지칭한다. 용어 "미세섬유"는 2.0μ을 초과하지만 10μ 미만의 직경을 가진 섬유를 지칭한다. 중합체 웨브를 형성하기 위한 방법이 공지되어 있으며 프로세스, 예를 들면, 전기 방사, 용융-취입을 포함한다. 웨브의 구멍 크기는 예를 들면, 섬유의 폭, 섬유의 밀도 및 섬유 층의 두께를 조정함으로써 변화될 수 있다.
적합한 나노섬유 재료의 예는 미국 특허 제 6,743,273호에 설명된 바와 같은 중합체, 예를 들면, 나일론, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 알콜(또는 이의 혼합물)을 포함하며 이 미국 특허의 개시 내용은 본원에 참조로 포함된다. 적절한 나노섬유 재료의 다른 예는 미국 특허 제 7,641,055호에서 설명된 바와 같이, 폴리설폰/폴리(N-비닐 락탐) 합금을 포함하며 이 미국 특허의 개시 내용은 본원에 참조로 포함된다.
도 6은 고 분자량 탄화수소를 함유하는 LPG에 노출되었던 미세 섬유 매체의 사진을 보여준다. 미세 섬유 매체에는 매체 표면을 실질적으로 덮기에 충분한 고 분자량 탄화수소의 퇴적물이 축적되었다. 고 분자량 탄화수소에 노출되면 비교적 신속하게(면 속도에 따라) 발생하는 이러한 커버리지(coverage)는 실질적으로 매체를 통한 유동을 감소시켜, 미세 섬유 매체의 상류-하류측의 증가된 압력 차를 초래한다.
미립자 필터
도 7은 탄소 필터 요소로부터 하류에서 미립자의 제거를 위해 사용된 미립자 제거 매체의 사진이며, 미립자 제거 매체는 고 분자량 탄화수소의 비교적 적은 적재를 보여준다. 적절한 미립자 제거 매체는 발명의 명칭이 "Filter Medium and Structure"인 미국 특허 제 7,314,497호 및 발명의 명칭이 또한 "Filter Medium and Structure"인 미국 특허 제 7,309,372호를 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니며 이 미국 특허 둘 다 전체가 참조로 포함된다.
예:
활성탄 필터 시스템은 LPG 자체를 흡착하지 않으면서 LPG 스트림으로부터 고 분자량 유기 물질을 여과하기 위한 능력에 대해 시험되었다.
프로판의 흡착은 프로판 돌파 및 프로판 제거를 측정함으로써 분석되었다. 이 결과는 활성탄, 특히 매크로포러스 활성탄이 프로판을 상당히 흡착하지 않아서 (LPG 대체물로서) 헥산 내의 고 분자량 물질이 흡수에 대해 경쟁을 하지 않을 것이라는 것을 나타낸다. 탄소 매체와의 결합 에너지에 의해, 고 분자량 유기물은 탄소 표면/구멍에 단지 느슨하게 결합되는 프로판을 "시작(kick off)"할 것이다.
상이한 필터 매체 팩에 의한 상대적인 압력 강하의 변화를 결정하도록, 유동에 대한 저항이 고 분자량 탄화수소를 함유하는 LPG에 대한 노출 후 다양한 매체로 측정되었다. 필터의 퇴적 중량은 필터의 최종 중량으로부터 초기 중량을 뺌으로써 결정되었다. 도 8은 상류 및 하류 필터 매체 팩의 필터 매체에 의한 상대적인 압력 차를 보여준다. 표시된 바와 같이, 활성탄의 상류 매체 팩은 하류 미세 섬유 매체보다 압력 차에서의 매우 더 작은 변화를 가졌다.
필터에 의해 보유된 고 분자량 탄화수소의 양을 결정하도록, 필터는 시험 전 및 후에 계량되었다. 필터의 퇴적물 중량은 필터의 최종 중량으로부터 초기 중량을 뺌으로써 결정되었다. 도 9는 (LPGE 대체물로서) 헥산 및 고 분자량 탄화수소에 노출된 상류 및 하류 필터 매체 팩의 필터 매체에 의한 상대적 질량 취득을 보여준다. 표시된 바와 같이, 활성탄의 상류 매체 팩은 매우 더 많은 중량 취득을 하여, 매우 더 높은 용량을 가졌다.
도 10은 액화 석유 가스에 대한 노출시 요소 내의 압력 차를 보여주는 차트이다. 도시된 실시예에서, 탄소 및 미립자 제거 층은 싸여진 층이었으며(도 3에 도시된 구성과 유사하지만, 활성탄 층 및 미립자 제거 층이 싸여짐), 반면 수명 종료 표시기가 필터 요소의 축방향 출구 내의 미립자 제거 층 및 활성탄 층으로부터 하류에 위치된 나노섬유 매체를 포함하는 편평한 디스크였다.
본 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같은, 단수 형태("a," "an" 및 "the")는 그 내용이 명확히 다르게 기재되지 않으면, 복수 대상을 포함한다. 또한 용어 "또는"은 일반적으로 그 내용이 명확히 다르게 기재되지 않으면 "및/또는"을 포함하는 의미로 적용된다는 점에 주의하여야 한다.
본 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 구 "구성된"은 시스템, 장치, 또는 특정 작업을 수행하거나 특정 구성을 채용하기 위해 만들어지거나 구성되는 다른 구조를 설명한다는 점에 주의하여야 한다. 구 "구성된"은 다른 유사한 구, 예를 들면, "배치된", "배치되고 구성된", "만들어지고 배치된", "만들어진", "제조되고 배치된" 등과 상호 교환하여 사용될 수 있다.
본 상세한 설명 내의 모든 공보 및 특허 출원은 본 발명이 적용되는 기술의 일반적인 기술 수준을 나타낸다. 모든 공보 및 특허 출원은 각각의 개별 공보 또는 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로 표시된 것과 마찬가지로 본원에 참조로 포함된다.
본 출원은 본원의 주요 구성의 적용 또는 변화를 포함하는 것이 의도된다. 위의 설명은 예시적이 되는 것으로, 그리고 제한적이지 않은 것으로 의도되는 것이 이해되어야 한다. 본원에 설명된 설계 특징 중 임의의 하나 이상이 임의의 특정 구성과의 임의 조합으로 사용될 수 있는 것이 용이하게 명백하게 되어야 한다. 몰딩 프로세스의 사용에 의해, 이 같은 설계 특징은 실질적인 부가 제조 비용 없이 포함될 수 있다. 조합의 개수가 매우 다양해서 설명할 수 없으며, 본 발명은 본원에서 설명된 임의의 특별한 예시적 조합에 의해 또는 이 조합으로 제한되지 않는다. 본원의 주요 구성의 범위는 이 같은 청구범위에 의해 권리가 주어진 등가물의 총 범위와 함께, 첨부된 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다.
10 필터 조립체 12 필터 요소
14 하우징 16 필터 헤드

Claims (42)

  1. 액화 석유 가스로부터 고 분자량 화합물을 여과하기 위한 필터 조립체로서,
    고 분자량 화합물을 제거하도록 구성된 제1 필터 매체 팩; 및
    고 분자량 화합물을 제거하도록 구성되고 상기 제1 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치되는, 제2 필터 매체 팩을 포함하며,
    상기 제1 필터 매체 팩은 고 분자량 화합물에 대한 기능적 용량에 도달하면 200% 미만의 상류 대 하류 압력 차에서의 변화를 나타내도록 구성되며, 상기 제2 필터 매체 팩은, 16 초과 분자량을 가지는 고 분자량 화합물의 포화에 도달하면 200% 초과의 상류 대 하류 압력 차에서의 변화를 나타내도록 구성되며,
    상기 제2 필터 매체 팩은 미세 섬유 웨브를 포함하며, 상기 미세 섬유 웨브는 25μ 이하의 구멍 크기를 구비한, 필터 조립체.
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  12. 액화 석유 가스로부터 16 초과 분자량을 가지는 고 분자량 화합물을 여과하기 위한 필터 조립체로서,
    고 분자량 중량 화합물을 제거하도록 구성된 제1 필터 매체 팩으로서, 상기 제1 필터 매체 팩은 하우징을 가지고, 상기 하우징은 액화 석유 가스로부터 고 분자량 탄화수소를 제거하기 위한 제1 총 기능적 용량을 갖는 다량의 활성탄을 보유하며, 상기 활성탄은 적어도 500㎡/g의 표면적 및 적어도 20Å의 평균 구멍 크기를 갖는 제1 필터 매체 팩; 및
    고 분자량 화합물을 제거하도록 구성되고 상기 제1 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치되고 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제2 총 용량을 갖는 제2 필터 매체 팩을 포함하며,
    상기 제2 필터 매체 팩은 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 총 기능적 용량을 가지며, 상기 총 기능적 용량은 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제1 필터 매체 팩의 총 기능적 용량의 10% 이하이고, 상기 제2 필터 매체 팩은 총 용량에 도달하면 또는 총 용량에 도달하기 전에 액화 석유 가스의 유동에 대한 저항에서의 적어도 25% 증가를 보여주며,
    상기 제2 필터 매체 팩은 미세 섬유 웨브를 포함하며, 상기 미세 섬유 웨브는 25μ 이하의 구멍 크기를 구비한, 필터 조립체.
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  24. 액화 석유 가스로부터 고 분자량 화합물을 여과하기 위한 필터 조립체로서,
    액화 석유 가스로부터 고 분자량 탄화수소의 제거를 위한 초기 효율이 0.5중량%까지의 원래의 고 분자량 탄화수소 농도에서 적어도 80%가 되도록, 16 초과 분자량을 가지는 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성되고, 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제1 총 용량을 가지는, 제1 필터 매체 팩; 및
    고 분자량 화합물을 제거하도록 구성되고, 상기 제1 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치되고, 액화 석유 가스의 0.5% 중량까지의 원래 농도에서 적어도 80%의 고 분자량 탄화수소의 제거를 위한 초기 효율을 가지며, 제1 필터 매체 팩의 제1 총 용량의 10% 이하인 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 제2 총 용량을 갖는, 제2 필터 매체 팩을 포함하며,
    상기 제2 필터 매체 팩은 총 용량에 도달하면 또는 총 용량에 도달하기 전에 적어도 25%의 액화 석유 가스의 유동에 대한 증가된 저항을 보여주는, 필터 조립체.
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  34. 액화 석유 가스로부터 고 분자량 화합물을 여과하기 위한 필터 조립체로서,
    고 분자량 탄화수소의 제거의 초기 효율이 5% 이하의 초기 농도에서 적어도 80%가 되도록, 16 초과 분자량을 가지는 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성된, 제1 필터 매체 팩;
    미립자 오염물을 제거하도록 구성되고, 고 분자량 화합물을 제거하도록 구성된 상기 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치되는 미립자 오염물을 제거하도록 구성되고 미립자 오염물을 제거하도록 구성되고 20μ 이하의 평균 구멍 크기를 갖는, 제2 필터 매체 팩;
    미립자 오염물을 제거하도록 구성된 상기 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치되고, 20μ 이하의 평균 구멍 크기를 구비한 미세 섬유 매체 팩을 포함하며 용량에 도달하면 또는 용량에 도달하기 전에 25%의 증가된 압력 차를 갖는 수명 종료 표시기를 포함하는, 필터 조립체.
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  42. 액화 석유 가스로부터 16 초과 분자량을 가지는 고 분자량 탄화수소를 제거하도록 구성된 필터 조립체의 사용 기간을 결정하기 위한 방법으로서,
    제1 필터 매체 팩을 제공하고 초기 고 분자량 탄화수소의 적어도 80%가 제거되도록 상기 제1 필터 매체 팩을 통하여 액화 석유 가스를 통과시키는 단계;
    제1 필터 매체 팩으로부터 하류에 위치된 제2 필터 매체 팩을 제공하고 제2 필터 매체 팩을 통하여 상기 액화 석유 가스를 통과시키는 단계로서, 상기 제2 필터 매체 팩이 남아 있는 고 분자량 탄화수소의 적어도 50%를 보유하는, 단계를 포함하며,
    상기 제2 필터 매체 팩은, 상기 제1 필터 매체 팩의 총 용량의 10% 이하인, 고 분자량 탄화수소를 보유하기 위한 총 용량을 가지며, 상기 제2 필터 매체 팩은 총 용량에 도달하면 또는 총 용량에 도달하기 전에 적어도 50%의 액화 석유 가스의 유동에 대한 증가된 저항을 보여주는, 방법.
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