KR102178689B1 - 멜트-블로운 섬유를 포함하는 액체 여과 매질 - Google Patents

멜트-블로운 섬유를 포함하는 액체 여과 매질 Download PDF

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Abstract

연료 스트림 내 설치를 위해 구성되고 배치된 필터 및 필터 매질이 기재된다. 필터 및 필터 매질은 디젤 연료와 같은 액체 연료들의 여과를 가능하게 한다. 특정 구현예들에서 필터 매질은 멜트 블로운 폴리에스테르와 같은 매질 섬유; 및 또한 매질 섬유보다 더 큰 직경을 갖는, 멜트 블로운 폴리에스테르와 같은 스캐폴드 섬유을 포함한다. 매질 및 스캐폴드 섬유들은 결합하여 낮은 고형성 및 상대적으로 낮은 압축성을 가지며, 연료 분해 산물들에 의한 필터의 이른 오염을 방지하는 기공 구조를 포함하는 매질 구조를 생성한다.

Description

멜트-블로운 섬유를 포함하는 액체 여과 매질{LIQUID FILTRATION MEDIA CONTAINING MELT-BLOWN FIBERS}
본 출원은 본원에 그 내용이 참조로 통합된, 2011년 8월 12일자 제출된 미국 가출원 시리얼 번호 제61/523,068호를 우선권으로 주장하며, 미국을 제외한 모든 지정국에서 출원인으로서 미국 국적의 기업인 Donaldson Company, Inc.의 이름으로, 및 오직 미국에서 출원인으로서 미국 시민권자인 마이크 제이 매드슨 및 미국 시민권자인 브라이언 밥콕의 이름으로 2012년 8월 9일자로 PCT 국제 출원으로 제출된 것이다.
본 발명은 여과 매질, 필터 부재, 및 액체 연료의 여과 방법에 대한 것이다. 특히, 본 발명은 액체 연료로부터 연료 분해 산물(fuel degradation product, FDP) 및 다른 오염 물질을 제거하기 위한 여과 매질에 대한 것이다.
디젤 연료와 같은 액체 연료는 다양한 배치와 크기를 갖는 내연 기관에 사용된다. 이러한 연료는 일반적으로 미립자 오염 물질을 제거하기 위해 여과되어야 하며, 그렇지 않으면 엔진 성능에 심각한 문제를 야기할 수 있고 엔진에 손상을 야기할 수 있다. 이러한 미립자 오염 물질의 제거를 위한 필터 매질은 일반적으로 매우 높은 백분율의 입자를 제거할 것이 요구되어, 빽빽한 기공 구조를 갖는 필터 매질의 사용을 필요로 한다. 이러한 빽빽한 기공 구조 없이는, 허용될 수 없는 수준의 입자가 필터 매질을 통해 통과할 수 있어 엔진 성능에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
연료 스트림으로부터 미립자 오염 물질의 제거를 위해 현재 사용되는 하나의 매질은 멜트-블로운(melt-blown) 매질이다. 멜트-블로운 매질이 액체 연료로부터 미립자 오염 물질의 제거를 충분히 실행할 수 있지만, 멜트-블로운 매질은 통상적인 미립자 오염 물질과 다른 오염 물질의 축적으로 쉽게 더러워질 수 있다. 이러한 이른 오염은 많은 디젤 엔진에서 사용되는 커먼 레일 시스템(common rail systems)에서와 같이 연료가 가열과 냉각 사이클을 반복하는 상황에서 특히 두드러진 것으로 나타난다. 이러한 시스템에서, 디젤 연료는 다수의 연료 분사기에 연결된 커먼 도관(common conduit)(또는 레일)을 따라 고압에서 연료 탱크로부터 펌핑된다. 디젤 연료 중 일부는 연료 분사기를 통과하여 연소되나, 나머지는 고온의 디젤 엔진의 부분을 통해 커먼 레일로 이동함으로써 증가된 온도에서 연료 탱크로 다시 수송된다. 일단 탱크로 되돌아가면 연료는 급격히 식는다. 연료의 가열 및 냉각의 반복된 사이클은 종래의 연료 필터 매질의 오염을 가속화하는 연료 분해 산물의 생성에 기여하는 것으로 여겨진다.
가열 및 냉각 사이클의 결과로서 생성되는 필터-클로깅 물질(clogging material) 이외에, 연료 필터 성능을 감소시킬 수 있는 추가적인 오염 물질의 소스는 다양한 바이오디젤 혼합물에서 발견되는 성분을 포함한다. 가열 및 냉각 사이클 동안 형성되는 연료 분해 산물로부터의 원천과 보통 구별되지만, 이러한 오염 물질은 또한 필터 매질에 축적됨으로써 연료 필터 수명을 상당히 감소시키는 원인이 될 수 있다. 마지막으로, 연료의 일반적인 노화도, 특히 이것이 높은 온도에서 발생할 때, 경성 입자 오염물질만이 존재하였을 때 예상되는 것보다 더 빠른 필터 매질의 오염 및 클로깅으로 인해 연료 필터 수명을 더 제한하는 연료 오염 물질의 생산을 야기할 수 있다.
그러므로, 액체 연료 스트림으로부터의 오염 물질의 제거를 위해 사용될 수 있는 여과 매질, 필터 부재 및 여과 방법에 대한 상당한 요구가 존재한다.
본 발명은 유체 연료 스트림 내 설치를 위해 구성되고 배치된 필터 매질, 필터 매질을 사용하여 제조된 필터 부재, 및 연료 스트림의 여과 방법에 대한 것이다. 필터 매질 및 부재는 연료가 통상적인 경질 입자 이외의 다른 다양한 오염 물질을 포함할 수 있는 적용을 위해 구성된다. 이러한 추가 오염 물질은 (예를 들어) 왁스, 아스팔텐, 스테롤 글루코시드, 스테릴 글루코시드, 스테롤 글리코시드, 및 다양한 연료 분해 산물(FDP)을 포함할 수 있다. 종합적으로, 이러한 추가 오염 물질은 연료 오염 산물(fuel contamination product, FCP)로 언급될 수 있다. 디젤 연료 여과에서, 특히, 필터 매질은 연료 분해 산물(FDP)뿐만 아니라 유사한 연료 오염 산물(FCP)을 제거하기 위해 특별히 구성된다.
예시적인 제1 구현예에서, 필터 매질은 필터 매질의 업스트림층(업스트림 매질층) 및 필터 매질의 다운스트림층(다운스트림 매질층)(제2 필터 매질)을 포함한다. 필터 매질의 업스트림층은 폴리에스테르 섬유와 같은 멜트 블로운 중합체 섬유를 포함한다. 필터 매질의 다운스트림은 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 이 예시적인 구현예에서, 멜트 블로운 섬유를 함유하는 매질의 업스트림층은 다운스트림 셀룰로오스 매질에 적층될 수 있다. 매질의 업스트림층은 필터 수명이 보존되거나 또는 심지어는 종래의 필터 매질에 비해 연장되는 방식으로 연료 분해 산물들을 제거한다.
다운스트림 셀룰로오스층은 연료 스트림으로부터 경질 입자들을 제거하는 기능을 하면서 또한 업스트림 필터층에 대한 지지층으로서의 이중 역할을 제공한다. 연료 분해 산물들의 업스트림 제거는 연료 분해 산물들로 다운스트림 셀룰로오스층이 오염되는 것을 방지하여, 빽빽한 기공 구조에도 불구하고 이른 오염 없이 다운스트림 셀룰로오스층이 경질 입자들을 포획하도록 한다. 게다가, 특정 구현예들에서 다운스트림 셀룰로오스층은 멜트 블로운 섬유들을 함유하는 매질의 업스트림층(또는 층들) 없이 가능한 다른 방식일 경우보다 더 빽빽한 기공 구조로 구성될 수 있는데, 이는 업스트림층(또는 층들)이 더 빽빽한 기공 구조들을 이르게 오염시킬 수 있는 연료 분해 산물들(또는 연료 오염 물질 산물들)을 제거하기 때문이다.
좀더 일반적으로, 본 발명은 연료 분해 산물들 및 다른 연료 오염 산물들과 같은 오염 물질들의 제거를 가능하게 하는 다양한 필터 구성들에 관한 것이다. 이러한 필터 구성들은 예를 들어, 다음과 같은 적어도 두 유형의 섬유들의 혼합물을 함유하는 필터 매질의 하나 이상의 영역들을 포함할 수 있다: (1) 매질 섬유(media fiber) 및 (2) 스캐폴드 섬유(scaffold fiber). 매질 섬유는 일반적으로 매질에 조절가능한 기공 크기, 투과성 및 효율과 같은 기본적인 여과 특성들을 제공하는 섬유이다. 본 발명에 따라 사용된 매질 섬유는 예를 들어, 멜트 블로운 섬유, 유리 섬유 또는 탄소 섬유일 수 있다. 스캐폴드 섬유는 예를 들어, 멜트 블로운 또는 이성분 섬유일 수 있다. 적합한 멜트 블로운 섬유들은 특히, 폴리에스테르 섬유들을 포함한다.
스캐폴드 섬유는 매질 섬유에 대한 지지체를 제공하며, 개선된 조작을 더하고, 더 우수한 강도를 더하여 매질에 대한 더 낮은 압축성을 야기한다. 스캐폴드 섬유의 사용은 압축성을 감소시키고, 더 낮은 고형화를 허용하며, 인장강도를 증가시키고 매질층 또는 필터 부재에 첨가되는 멜트 블로운 섬유 또는 유리 섬유 및 다른 서브-마이크론 섬유 물질들과 같은 매질 섬유의 결합을 개선시킨다.
일반적으로, 매질 섬유는 스캐폴드 섬유보다 훨씬 더 작은 직경을 갖는다. 예시적인 구현예들에서, 매질 섬유는 5 마이크론 미만의 평균 직경을 가지며, 스캐폴드 섬유는 5 마이크론 초과의 평균 직경을 갖는다. 좀더 전형적으로, 매질 섬유는 0.1 내지 20 마이크론의 평균 직경, 및 선택적으로 0.1 내지 15 마이크론의 평균 직경을 가질 것이다. 몇몇 실시들에서, 매질 섬유는 0.4 내지 12 마이크론의 평균 직경을 가질 것이며, 몇몇 실시들에서는 0.4 내지 6.5 마이크론의 평균 직경을 가질 것이다. 10 마이크론 미만, 7.5 마이크론 미만, 6.5 마이크론 미만, 및 5 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는 매질 섬유들이 종종 바람직하다. 필터 매질은 평균 유공 크기보다 적어도 200 퍼센트 더 큰 최대 유공 크기를 갖는다.
스캐폴드 섬유는 전형적으로 5 내지 40 마이크론, 좀더 전형적으로는 7 내지 20 마이크론, 및 종종 10 내지 14 마이크론의 직경을 가질 것이다. 특정 실시들에서, 스캐폴드 섬유는 5 마이크론 초과, 7 마이크론 초과, 10 마이크론 초과, 20 마이크론 초과, 또는 30 마이크론 초과의 평균 직경을 가질 것이다. 매질 섬유들 및 스캐폴드 섬유들 둘 다의 직경이 변경될 수 있음이 주목될 것이다. 몇몇 경우들에서, 섬유 직경들은 그들의 길이들에 따라 변할 것이며, 좀더 일반적으로 다양한 직경들을 갖는 다수의 서로 다른 섬유들이 혼입될 것이다. 본원에서 사용된 바와 같은, 섬유 직경들은 매질 내에 존재하는 섬유들에 대한 평균 섬유 직경들에 근거함이 이해될 것이다.
본 발명에 따라 만들어진 필터 매질 및 특히 FDP들(및 관련 오염 물질들)의 격리에 관련된 매질의 부분의 추가 특징은, 일반적으로 매질이 상대적으로 낮은 고형성 수준을 갖는 것이다. 본원에서 사용된 바와 같은, 고형성은 해당 필터 매질의 총 부피로 고형 섬유 부피를 나눈 것으로서, 일반적으로 백분율로 표현된다. 전형적인 실시에서, FDP들을 격리하는데 관련된 필터 매질의 고형성은 15 퍼센트 미만, 좀더 전형적으로 12 퍼센트 미만, 및 좀더 빈번하게 10 퍼센트 미만이다. 특정 구현예들에서 고형성은 9 퍼센트 미만, 8 퍼센트 미만, 또는 7 퍼센트 미만이다.
본 발명에 따라 만들어진 필터 매질의 추가 특징은 특히 매질의 고형성에 비해 상대적으로 비압축성인 것이다. 예시적인 제1 구현예에서, 필터 매질은 1.24 kg/㎠의 압력에서 40 퍼센트 미만의 압축성을 갖는다. 다른 실시들에서, 필터 매질은 1.24 kg/㎠의 압력에서 30 퍼센트 미만, 1.24 kg/㎠의 압력에서 20 퍼센트 미만, 및 1.24 kg/㎠의 압력에서 10 퍼센트 미만의 압축성을 갖는다. 그러므로, 적어도 FDP의 제거에 가장 적합한 매질의 부분인 본 발명의 필터 매질이 전형적으로 상대적으로 낮은 고형성뿐만 아니라 상대적으로 낮은 압축성(또는 높은 강성)을 가질 것임이 이해될 것이다.
매질의 기공 구조들은 FDP들을 격리하는데 관련된 매질의 특성들이 측정될 수 있도록 하는 추가 메트릭들(metrics)을 제공한다. 일반적으로, 평균 유공, 최빈값(mode) 유공, 및 최대 유공과 같은 파라미터들에 관하여 다공성 매질의 특성들을 특성화하는 것이 가능하다. 본 발명의 교시내용에 따라, 일반적으로 큰 최대 유공을 가지면서 또한 작은 평균 유공들을 갖는 매질의 적어도 부분을 갖는 것이 바람직하다.
평균 유공에 대한 최대 기공 크기의 비율은 종종 적어도 2.5, 선택적으로 적어도 5.0, 및 몇몇 실시들에서 7.5 초과이다. 평균 유공이 매우 작고 최대 유공이 상대적으로 큰 특정 구현예들에서, 이러한 비율은 10.0 초과, 및 선택적으로 12.5 또는 15 초과일 수 있다. 평균 유공에 대한 최대 유공의 높은 비율들은 더 넓은 기공 크기 분포를 반영하며, 이는 FDP들 (및 관련) 오염 물질들로부터의 감소된 오염을 제공할 수 있다.
매질은 또한 로그 정규 분포(로그 변환값에 대해 정규인 분포)에 대한 기하 표준 편차인, 50 번째 백분위수에서의 기공 크기에 대한 15.9번째 백분위수에서의 기공 크기의 비율에 의해 측정된 바와 같이 유리한 기공 크기 분포를 갖도록 선택될 수 있다. 매질 기공 크기 분포는 반드시 로그 정규인 것은 아니며, 본원에서 비율은 기공 크기 분포의 기하 표준 편차를 근사치로 계산하기 위해 사용된다. 다른 방식으로 언급되지 않는다면, 하기 언급된 기하 표준 편차는 상기 규정된 비율을 나타낼 것이다. 기하 표준 편차는 누적 기공 부피에 대항하여 플롯팅된 기공 직경의 곡선의 기울기와 유사하다. 1.0의 기하 표준 편차는 단일 기공 크기를 제공하며, 더 큰 기하 표준 편차는 기공 분포가 넓어짐을 반영한다. 그러므로, 1.2의 기하 표준 편차는 좁은 분포를 반영하고, 2.0의 기하 표준 편차는 유의미하게 넓어진 분포를 나타낸다. 2.5의 기하 표준 편차는 상대적으로 넓은 분포를 나타낸다. 3.0의 기하 표준 편차는 매우 넓은 분포를 나타낸다. 일반적으로, 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유를 함유하는 본 발명의 업스트림 필터 물질은 2.0 초과, 좀더 전형적으로 3.0 초과, 및 몇몇 실시들에서 4.0 초과의 기하 표준 편차를 나타낼 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따라 만들어진 필터 매질은 종종 둘 이상의 층들을 포함한다: 업스트림 필터 물질(멜트 블로운 섬유들; 유리 섬유 및 이성분 섬유들, 유리 및 멜트 블로운 섬유들; 또는 멜트 블로운 섬유들 및 이성분 섬유들과 같은 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유 함유)은 바람직하게는 다운스트림 필터 물질과 결합된다. 이러한 다운스트림 필터 물질은 일반적으로 미립자 오염 물질들의 제거에 유리하도록 선택된다. 다운스트림 물질은 예를 들어, 셀룰로오스 섬유를 포함할 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 크다. 예를 들어, 업스트림 부분(이성분/유리)의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분(셀룰로오스 매질)의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 또는 적어도 40 퍼센트 더 클 수 있다. 다른 구현예에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 크며; 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만이다. 몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 크다. 예를 들어, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 40 퍼센트 더 크거나 또는 적어도 60 퍼센트 더 클 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기보다 작다. 예를 들어, 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기의 70 퍼센트보다 작거나 50 퍼센트보다 작을 수 있다.
다운스트림 부분이 업스트림 부분 내의 매질 섬유의 평균 직경보다 더 큰 평균 직경 또는 단면을 갖는 섬유를 포함할 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서 전체에서 발명의 상세한 설명들은 필터 매질의 다양한 부분의 특성들에 대해 제공된다. 특히, 특성들은 섬유 직경, 고형성, 압축성, 평균 유공, 최빈값 기공 흐름(pore flow), 및 최대 기공과 같은 특이 속성들을 갖는 필터 매질에 대해 기술된다. 본 발명에 따라 만들어진 매질이 매질 웹에 따른 변이성뿐만 아니라 매질의 시트의 두께 또는 깊이에 따른 의도하지 않은 변이성과 같은, 이러한 특성들에서 의도하지 않은 변이성을 종종 보일 것임이 이해될 것이다. 게다가, 예컨대 의도적으로 다른 특성들을 갖는 다층의 매질을 제공함으로써, 또는 매질 특성들이 매질의 깊이에 따라 단계적으로 변하는 것과 같은 경사도 구성을 갖는 매질을 제공함으로써, 필터 매질의 특성들의 의도적 변이가 있을 수 있다. 이러한 의도하지 않은 변이성뿐만 아니라 의도적인 변이도 본 발명의 범주 내에 포함하려는 것임이 이해될 것이다.
본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각 논의된 구현예를 기술하려는 의도가 아니다. 이는 하기의 도면들 및 상세한 설명의 목적이다.
본 발명은 하기 도면들과 관련하여 더 완벽히 이해될 수 있다:
도 1은 디젤 엔진용 연료 시스템의 개략도이다.
도 2는 매질에서의 최빈값 기공 크기를 보여주기 위한는 기공 밀도 대 직경의 그래프이다.
도 3은 매질에서의 평균 유공 크기를 보여주기 위한 누적 기공 크기 분포의 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 매질 구성의 개략적인 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 제2 매질 구성의 개략적인 단면도이다.
도 4c는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 제3 매질 구성의 개략적인 단면도이다.
도 4d는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 제4 매질 구성의 개략적인 단면도이다.
도 5는 상대적인 기공 크기들을 보여주는, 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 구조의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 다-단계 연료 필터이다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대안적인 형태들이 가능하며, 이의 세부사항은 실시예 및 도면들에 의해 보여지고, 자세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 기재된 특정 구현예에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 이와는 반대로, 의도는 본 발명의 정신 및 범주 내에 포함되는 변형들, 등가물들 및 대안들을 망라하고자 한다.
본 발명은 부분적으로 액체 연료 스트림으로부터 오염 물질을 제거하기 위한 필터 매질 및 필터 부재들에 관한 것이다. 필터 부재들 및 매질은 경질 입자들 이외에 추가 오염 물질들의 제거를 위해 구성되며, 이러한 추가 오염 물질들은 (예를 들어) 총괄하여 연료 오염 산물들로서 언급되는, 왁스, 아스팔텐, 스테롤 글루코시드, 스테릴 글루코시드, 스테롤 글리코시드, 및 연료 분해 산물들을 포함하는 추가 오염 물질들을 포함한다.
기존의 연료 여과 매질이 액체 연료들로부터 미립자 오염 물질들을 충분히 제거할 수 있지만, 기존의 매질은 전통적인 미립자들과 다른 오염 물질들의 축적에 의해 빨리 오염될 수 있다. 이러한 이른 오염은 많은 디젤 엔진들에서 사용되는 커먼 레일 시스템에서와 같이 연료가 반복된 가열 및 냉각 사이클들을 겪는 상황들에서 특히 현저하게 나타난다.
도 1은 디젤 엔진용 커먼 레일 연료 시스템의 개략도이다. 도 1에서, 연료 탱크(100)는 연료 펌프(102) 및 연료 필터(104)와 유체 연통한다. 연료는 필터(104)를 통해 연료 탱크(100)로부터 펌핑된 후, 디젤 연료가 다수의 분사기들(108)로 분산되게 하는 매니폴드로서 제공되는 커먼 레일(106) 내로 펌핑된다. 연료의 일부는 분사기들(108)을 통과하여 연소 챔버들 내로 들어가나, 과량의 연료는 회수관(110)에 의해 다시 연료 탱크(100)로 흘러 돌아가게 된다. 연료 탱크로 다시 수송된 연료는 일반적으로 뜨거운 디젤 엔진의 부분들을 통해 커먼 레일로 이동한 결과로서 증가된 온도에서 회수된다. 연료는 연로 탱크로 회수됨에 따라 식는다. 이러한 방식으로 탱크 내의 연료의 부분들은 엔진이 가동할 때마다 지속적으로 가열되고 냉각된다.
연료의 가열 및 냉각의 반복된 사이클들은 연료 분해 산물들(FDP)의 생성을 야기하는 것으로 여겨진다. FDP들은 전통적인 연료 여과 매질 상에 빠르게 축적될 수 있어, 매질의 이른 오염을 야기한다. 이러한 오염은 예를 들어, 멜트 블로운 폴리에스테르 필터 매질뿐만 아니라 셀룰로오스 필터 매질 상에서 일어날 수 있다. 오염은 필터 매질 상으로 FDP들, 및 가능하게는 다른 연료 오염 물질 산물들(예컨대, 다양한 왁스, 아스팔텐, 스테롤 글루코시드, 스테릴 글루코시드, 스테롤 글리코시드)가 축적되어 일어나며, 이는 기공들의 막힘 및 이른 고장을 유발한다.
본 발명은 필터 성능 및 필터 수명에 대한 오염 물질들의 영향이 제한될 수 있는 방식으로 연료 오염 물질들을 제거하는 매질 구성을 제공함에 의해 선행기술의 단점을 극복한다. 특히, 본 발명은 이른 막힘이 발생하는 것을 피하도록 구성되면서, FDP들과 같은 오염 물질들을 효과적으로 격리시키는 매질의 하나 이상의 층들 또는 영역들을 제공한다. FDP들을 효과적으로 격리함에 의해, 필터(몇몇 경우들에서 다층 매질 내의 다른 층들을 포함함) 내의 다른 성분들이 이른 막힘을 방지한다. 그 결과로 필터 매질 및 필터 부재가 더 긴 수명 및 더 좋은 성능을 갖는다.
본 발명의 예시적인 구현예에서, 필터 매질은 셀룰로오스 매질의 업스트림 사이드에 적층된 다양한 크기의 멜트 블로운 섬유들을 포함하며, 이 때 셀룰로오스는 또한 경질 입자 필터 및 열 결합 유리용 지지체로서의 두 가지 역할을 한다. 멜트 블로운 매질은 셀룰로오스층의 이른 막힘을 방지하면서 FDP들이 제거되는 방식으로 FDP들을 제거하도록 작용한다. 이러한 개선된 성능은 부분적으로, 매질이 상대적으로 낮은 압축성을 유지하면서 상대적으로 낮은 고형성을 갖도록 섬유 혼합물을 선택함으로써 달성된다. 전형적으로, 섬유들의 일부는 상대적으로 얇고 고농도이며 다른 섬유들은 상대적으로 두껍고 저농도로서, 그 결과 매질은 작은 평균 유공 크기를 갖지만, 또한 전형적으로 상대적으로 높은 최대 기공크기들을 갖게 된다.
상대적으로 낮은 고형성 및 낮은 압축성을 가지면서 또한 작은 평균 유공 크기를 갖지만 높은 최대 유공 크기를 갖는 매질의 사용은 이른 막힘 없이 FDP 화합물들을 효과적으로 제거하는 매질 구성을 야기한다. 매질 섬유용으로 바람직한 물질들은 상대적으로 높은 인장 강도를 갖고 작은 직경 섬유들로 용융방적(meltspun)될 수 있는 물질들이다. 스캐폴드 섬유용으로 적합한 물질들은 매질 섬유들에 사용되는 물질들보다 탄성률에 있어서 상대적으로 더 높은 수치들을 갖는다.
매질의 성능은 고형성 퍼센트와 압축 퍼센트의 곱의 배수로서 결정되는 압축성-고형성 인자(compressibility-solidity factor, "CS 인자")에 의해 측정될 수 있다. 둘 다의 경우에서, 더 낮은 수들이 일반적으로 바람직하다. 15 퍼센트의 고형성과 곱해진, 40 퍼센트의 압축 퍼센트는 600의 CS 인자를 제공한다. 10 퍼센트의 고형성 퍼센트와 함께 10%의 압축 퍼센트는100의 CS 인자를 제공할 것이다. 일반적으로, 600 미만의 CS 인자가 바람직하다. 500 미만, 450 미만, 400 미만, 및 350 미만의 CS 인자들 모두가 본 발명의 특정 실시들에 적합하다. 300 미만의 CS 인자들이 특히 적합할 수 있으며, 250 미만, 200 미만, 및 심지어는 150 미만의 CS 인자들도 특히 적합할 수 있다. 150 미만의 CS 인자들도 또한 적합하며, 특히 125 미만, 100 미만, 및 75 미만이 적합하다.
필터 매질 및 부재들의 적합한 물질들 및 구성들은, 연료 오염 물질 산물들(특히 FDP들)을 제거하기 위한 매질의 논의 및 뒤이은 FDP 오염 물질들 및 전통적인 오염 물질들 둘 다의 제거를 위한 추가 매질층들 또는 영역들을 갖는 다양한 매질 구성들의 논의, 필터 부재 구성들의 논의 및 실험 결과들의 논의를 포함하여, 더 자세하게 기재될 것이다.
연료 오염 산물들(연료 분해 산물들 포함)의 제거를 위한 매질
본 발명은 부분적으로 연료 분해 산물들과 같은 오염 물질들, 및 몇몇 실시들에서 왁스, 아스팔텐, 스테롤 글루코시드, 스테릴 글루코시드, 및 스테롤 글리코시드와 같은 오염 물질들의 제거를 가능하게 하는 다양한 필터 구성들에 관한 것이다. 이러한 필터 구성들은 두 유형(또는 그 이상)의 하기 섬유들: (1) 매질 섬유 및 (2) 스캐폴드 섬유의 혼합물을 포함하는 필터 매질의 하나 이상의 층들 또는 영역들을 포함할 수 있다. 이러한 섬유들은 선택적으로 비-멜트블로운 섬유들의 사용과 함께, 일반적으로 적어도 일부의 멜트 블로운 섬유들을 포함하도록 선택된다.
멜트블로운 섬유들은 일반적으로 용융된 스레드들(thread) 또는 필라멘트들과 같은 다수의 다이 모세관들(die capillary)을 통해 용융된 열가소성 물질을, 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성 물질의 필라멘트들이 가늘어지게 하는 집중 고속(converging high velocity)의 일반적으로 뜨거운 가스(예를 들어, 공기) 스트림들 내로 압출시킴으로써 형성된다. 그런 다음, 멜트블로운 섬유들이 고속 가스 스트림에 의해 운반될 수 있으며 수집 표면 상에 증착되어 임의로 분산된 멜트블로운 섬유들의 웹을 형성한다. 멜트블로운 공정들은 예를 들어, Butin 등의 미국 특허 제3,849,241호; Anderson 등의 미국 특허 제4,100,324호, Weber 등의 미국 특허 제3,959,421호; Haynes 등의 미국 특허 제5,652,048호; 및 Timmons 등의 미국 특허 제5,271,883호에 기재되었다.
멜트블로운 섬유들을 형성하기 위한 적합한 열가소성 중합체들은 폴리올레핀, 축중합물(예를 들어, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 및 폴리아릴레이트), 비닐 중합체, 폴리올, 폴리디엔, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 적합한 폴리올레핀의 예들은, 오직 예로서, 폴리에틸렌, 폴리부텐 및 이의 공중합체들 및/또는 블렌드들을 포함한다. 예들로서, 섬유들은 에틸렌 중합체들 및 이의 공중합체들을 포함할 수 있으며 좀더 구체적으로는 알파-올레핀과 에틸렌의 공중합체들을 포함할 수 있다.
매질 섬유들을 만들기에 적합한 중합체들의 추가 예들은 또한 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-l-펜텐), 폴리(4-메틸-l-펜텐), 나일론, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등을 포함한다.
게다가, 열가소성 엘라스토머들은 또한, 예를 들어, 에틸렌-프로필렌 고무, 스티렌계 블록 공중합체, 코폴리에스테르 엘라스토머, 폴리아미드 엘라스토머 등과 같은 것으로서, 본 발명에 사용하기에 적합하다. 특정한 구현예에서, 부직 웹(nonwoven web)의 제1 층은 20% 초과의 결정성 및 더 바람직하게는 약 30%의 결정성 또는 더욱 더 바람직하게는 약 50% 이상의 결정성을 갖는 결정질 중합체들의 섬유들을 포함한다. 예시적인 구현예에서, 매질 섬유 웹은 폴리에스테르 중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 교시내용에 따르면 폴리에스테르, 더 구체적으로는 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)(poly(butylene terephthalate), PBT) 수지가 사용될 수 있다. PBT 수지들은 일반적으로 멜트블로운 공정들에서 좋은 특징들을 갖는다. 본 발명의 멜트블로운 웹들을 형성하기 위해 사용된 폴리에스테르 수지들은 방향족 디카르복실산(또는 이의 유도체), 직쇄 디올, 및 적어도 하나의 추가 지방족 분지 또는 사이클릭 디올을 포함한다. 폴리에스테르 수지들은 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 기저 중합체들(PBT) 또는 폴리(부틸렌 나프탈레이트) 기저 중합체들(poly(butylene napthalate), PBN)를 포함할 수 있으며, 여기에서 수지들은 하나 이상의 추가 지방족 디올들로 개질된다.
본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 공중합체들은 멜트블로운 공정들 및 부직 적용들에 적합한 특성을 가질 것이다. 멜트블로운 웹을 만들기 위해 사용된 폴리에스테르가 테레프탈레이트 수지인 경우, 200~220℃ 범위의 용융점을 가질 수 있다. 사용된 폴리에스테르가 나프탈레이트 수지인 경우, 220~240℃ 범위의 용융점을 가질 수 있다. 폴리에스테르 수지들은 0.5 내지 0.8 dl/g 범위의 고유 점도(intrinsic viscosity, I.V.)를 가질 수 있다. 본 발명의 멜트블로운 웹들을 구성하는 폴리에스테르의 고유 점도가 0.5보다 낮다면, 중합체는, 가늘어 지기에는(attenuation) 너무 낮은 용융 강도들을 갖는 용융 섬유들을 생산한다. 이러한 섬유들은 고속 가스 스트림들 하에서 파손되는 경향이 있다. 게다가, 고유 점도가 0.8을 초과한다면, 중합체는 다이 오리피스들(die orifice)을 통해 압출되기에는 너무 점성이 높다.
더 큰 섬유들은 일차 공기 온도 및 압력을 감소시킬 뿐만 아니라 형성 높이를 낮추는 것에 의해 통상적인 멜트블로잉 어서트들(meltblowing assert)에서 달성될 수 있다. 제2 층의 두께 또는 기초 중량은 바람직하게는 이러한 섬유들을 제공하기 위해 변화된 연속적인 멜트블로운 뱅크들의 수를 증가시킴에 의해 증가될 수 있다. 단독으로 또는 상술한 파라미터들과 조합된 다른 파라미터들의 변화 또한 큰 섬유들 및/또는 더 두꺼운 웹들을 이루기 위해 사용될 수 있음이 주목된다. 더 큰 멜트블로운 섬유들을 만드는 방법들은 Adam의 미국 특허 제5,639,541호 및 Lamers 등의 미국 특허 제4,659,609호에 더 자세히 기술되어 있으며, 상술한 참고문헌들 각각의 전체 내용은 본원에 참조로 통합된다. 추가 측면에서, 제1 매질 섬유층 상에 둘 이상의 더 큰 섬유층을 증착하는 것이 가능하다.
스캐폴드 섬유층은 제1 매질 섬유층에 비해 개선된 강도를 갖는 개방 구조를 생성하기 위해 충분한 수 및 크기의 더 큰 섬유를 포함한다. 바람직하게는, 스캐폴드 섬유층은 약 15 마이크로미터를 초과하는 상당수의 섬유들을 가지며 좀 더 바람직하게는 약 25 마이크로미터를 초과하는 상당수의 섬유들을 갖는다. 이에 대하여, 굵은 섬유들이 약 10 및 약 35 마이크로미터 사이의 직경 및 좀 더 바람직하게는 약 12 마이크로미터 및 약 25 마이크로미터 사이의 평균 섬유 직경을 갖는 복수의 더 작은 섬유들을 포함할 수 있음이 주목되며, 여기에서 총괄적으로 크고 통합된 섬유들 또는 필라멘트들을 형성하기 위해 개별 섬유들이 "묶이거나(rope)" 또는 세로로 결합된다. 평균 섬유 크기의 계산에서, 세로로 결합된 섬유들이 단일 섬유로서 취급된다. 멜트블로운 섬유는 물질의 요구되는 성질들에 따라 매질 섬유 또는 바인더(binder) 섬유, 또는 둘 다로서 사용될 수 있다.
매질 섬유
매질 섬유는 조절가능한 기공 크기, 투과성 및 효율과 같은 매질의 일차 여과 특성들을 제공하는 섬유이다. 본 발명에 따라 사용된 매질 섬유는 예를 들어, 멜트 블로운 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유들, 폴리에스테르 또는 셀룰로오스일 수 있다.
일반적으로 적합한 매질 섬유들은 15 마이크론 미만 미만, 더 바람직하게는 10 마이크론 미만, 및 바람직하게는 5 마이크론 미만의 평균 직경을 가질 것이다.
구현예들에서, 본 발명의 필터 매질 팩들에서 유용한 필터 매질은 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 약 10% 내지 90%, 또는 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 약 20 내지 80%, 또는 필터 매질의 총 고체들의 중량기준으로 약 25% 내지 75%, 또는 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 약 50%에 상응하는 양의 매질 섬유를 포함한다. 특정 실시들에서, 매질 섬유들은 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 10% 초과에 상응하며, 다른 실시들에서, 매질 섬유들은 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 20% 초과에 상응하며 또 다른 실시들에서 매질 섬유들은 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 50% 초과에 상응한다. 특정 실시들에서 매질 섬유들은 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 75% 미만에 상응하며, 다른 실시들에서, 매질 섬유들은 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 50% 미만에 상응하고, 또 다른 실시들에서 매질 섬유들은 필터 매질의 총 고체들의 중량 기준으로 25% 초과에 상응한다.
몇몇 구현예들에서, 매질 섬유의 하나 초과의 소스들의 블렌드가 사용되며, 여기에서 유리 섬유의 하나 초과의 소스들의 블렌드가 필터 매질 내 매질 섬유의 총 중량 퍼센트를 형성하기 위해 사용된다. 몇몇의 이러한 구현예들에서, 유리 섬유 소스들의 블렌드는 필터 매질의 투과성을 조절하기 위해 선택된다. 예를 들어, 몇몇 구현예들에서, 약 0.3 내지 0.5 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는 매질 섬유, 약 1 내지 2 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는 매질 섬유, 약 3 내지 6 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는 유리 섬유, 약 6 내지 10 마이크로미터의 섬유 직경을 갖는 유리 섬유, 및 약 10 내지 100 마이크로미터의 섬유 직경을 갖는 매질 섬유의 하나 초과의 소스들로부터, 유리 섬유들을 다양한 비율들로 결합함으로써(이의 둘 이상의 블렌드들 포함) 필터 매질 팩의 투과성을 증가시킨다. 몇몇의 이러한 구현예들에서, 유리 섬유 블렌드들은 규정된 투과성을 야기하는, 조절된 기공 크기를 필터 매질에 부여하기 위해 선택된다.
멜트 블로운 섬유들 이외에(또는 대안으로서), 매질 섬유는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 적합한 매질 섬유는 A, C, D, E, Zero Boron E, ECR, AR, R, S, S-2, N 등의 명칭들로 알려진 유리 유형들 및 일반적으로 강화 섬유들을 만드는데 사용되는 드로잉 공정 또는 단열 섬유들을 만드는데 사용되는 스피닝 공정 중 어느 하나에 의해 섬유를 만들 수 있는 임의의 유리를 포함하여, 본 발명의 매질에 사용된 유리 섬유를 포함한다. 이러한 섬유는 전형적으로 약 0.1 내지 10 마이크로미터의 직경 및 약 10 내지 10,000의 종횡비(길이를 직경으로 나눈 것)로서 사용된다. 이러한 상업적으로 입수가능한 섬유들은 특징적으로 사이징 코팅(sizing coating)으로 크기가 정해진다. 적합한 유리 물질들에 대한 상업적 소스는 하기를 포함한다: Lauscha International, Evanite, Johns Manville, Owen Corning 등. 유리 섬유들 이외에, 매질 섬유에 대해 몇몇 실시들에서 적합한 대안 섬유는 탄소 섬유들을 포함한다.
일반적으로 적합한 탄소 섬유들은 25 마이크론 미만, 더 바람직하게는 15 마이크론 미만, 및 바람직하게는 10 마이크론 미만의 평균 직경을 가질 것이다. 적합한 탄소 물질들의 상업적 소스들은 하기를 포함한다: Unitika, Kynol 등.
스캐폴드 섬유
스캐폴드 섬유는 매질 섬유에 대한 지지체를 공급하며, 매질 섬유에 개선된 취급, 강도, 압축 저항성을 부여한다. 특정 실시들에서 스캐폴드 섬유는 또한 퍼니시 형성, 시트 또는 층 형성 및 다운스트림 프로세싱(두께 조정, 건조, 절단 및 필터 부재 형성 포함) 동안의 개선된 가공성을 제공한다.
스캐폴드 섬유는 예를 들어, 멜트 블로운 섬유일 수 있다.
종래의 멜트블로잉 또는 멜트스피닝 장비는 중합체 처리량, 다이 팁 오리피스의 직경, 형성 높이(즉, 다이 팁으로부터 형성 표면까지의 거리), 용융 온도 및/또는 배출 공기 온도를 적절히 조절하여 더 크고 굵은 섬유들을 생산하는데 사용될 수 있다. 구체적인 예로서, 일련의 멜트블로운 섬유 뱅크들 중 마지막 뱅크를 조절함으로써, 마지막 멜트블로운 뱅크가 새로 형성된 매질 섬유 부직 웹 상에 스캐폴드 섬유의 층을 만들고 증착하도록 할 수 있다. 일차 공기 온도를 감소시키고/감소시키거나 형성 높이를 낮추어 더 큰 열가소성 폴리에스테르 섬유들을 만드는 것에 대해, 더 크고 굵은 섬유들의 생산이 이루어진다. 스캐폴드 섬유층의 두께 또는 기초 중량은, 원하는 경우, 더 크고 굵은 섬유들을 제공하기 위해 변화된 연속된 멜트블로운 뱅크들의 수를 증가시켜 증가될 수 있다. 단독으로 또는 상술된 파라미터들과 조합된 다른 파라미터들의 변화는 또한 스캐폴드 섬유층들 및/또는 웹들을 달성하기 위해 사용될 수 있음이 주목된다. 이러한 더 크고 굵은 섬유들을 만들기 위한 방법들은, Larners 등의 미국 특허 제4,659,609호 및 Adam의 미국 특허 제5,639,541호에 더 자세히 기술되어 있으며 이러한 참고문헌들의 전체 내용은 본원에 참조로 통합된다.
스캐폴드 섬유층은 매질 섬유층과 동일한 공간을 차지하면서 증착될 수 있다. 이에 대하여, 스캐폴드 섬유들이 상당히 연신되지 않고/연신되지 않거나 배향되지 않음이 인정될 것이다. 그럼에도 불구하고, 스캐폴드 섬유들이 반 정도 용융된 상태에서 매질 섬유 상으로 증착되므로, 이들은 매질 섬유뿐만 아니라 다른 굵은 섬유와의 우수한 내부-섬유 결합들을 형성하여 개선된 강도 및 취급, 전환 및/또는 사용 동안의 보풀형성에 대한 저항성을 갖는 복합체 구조를 제공한다. 게다가, 증가된 불규칙성, 중합체성 소구체 및/또는 샷을 갖는 층의 형성에도 불구하고, 스캐폴드 섬유층은 여과 효율이 상당히 감소하지 않고/않거나 여과 적용들에서 동일한 상기 섬유의 사용에 유해한 린팅(linting) 또는 다른 미립자를 발생하지 않는 개방 구조를 형성한다.
스캐폴드 섬유는 또한 이성분 섬유일 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은, "이성분 섬유"는 용융점을 갖는 적어도 하나의 섬유 부분 및 더 낮은 용융점을 갖는 제2 열가소성 부분을 갖는 열가소성 물질로 형성된 섬유를 의미한다. 이러한 섬유 부분들의 물리적 배치는 전형적으로 사이드-바이-사이드(side-by-side) 또는 피복-코어(sheath-core) 구조이다. 사이드-바이-사이드 구조에서, 두 수지들이 전형적으로 사이드-바이-사이드 구조에서 접촉된 형태로 압출된다. 다른 유용한 모폴로지들은 로브형(lobed) 이성분 섬유들을 포함하며, 여기에서 섬유들의 팁들은 섬유의 나머지 부분보다 더 낮은 용융점 중합체로 형성된 로브를 갖는다.
이성분 섬유의 사용은, 결합제 수지로부터 필름 형성을 상당히 감소시키거나 방지하고 또한 매질층의 특정한 위치로 수지가 이동함에 의한 매질 또는 부재 내의 균질성 결여를 방지하는 최소량의 수지 결합제와 함께 또는 별도의 수지 결합제 없이 형성될 수 있는 매질층 또는 필터 부재의 형성을 가능하게 한다. 이성분 섬유의 사용으로 필터 매질에서의 감소된 압축, 개선된 고형성, 및 증가된 인장강도가 가능할 수 있으며 매질층 또는 필터 부재에 첨가되는 유리 섬유 또는 다른 서브-마이크론 섬유 물질들과 같은 매질 섬유의 사용이 개선된다.
매질 섬유들 및 스캐폴드 섬유들은 다양한 비율들로 결합하여 상당한 여과 용량, 투과성 및 여과 수명을 갖는 고강도 물질을 형성한다. 이러한 매질은 선택적 이차 섬유들 및 다른 추가 물질들로 만들어질 수 있다. 이러한 성분들은 결합하여 상당한 유량 용량, 투과성 및 고강도를 갖는 고강도 물질을 형성한다.
이성분 섬유들은 또한 스캐폴드 섬유로서 사용될 수 있다. 이성분 섬유에서의 다양한 중합체 조합들은 본 발명에서 유용할 수 있으며, 구현예에서 제1 중합체 성분은 제2 중합체 성분의 용융점보다 낮은 온도, 전형적으로 205℃ 미만에서 용융된다. 또한, 이성분 섬유들은 전형적으로 완전히 혼합되고 매질 섬유들과 균일하게 분산된다. 이성분 섬유의 제1 중합체 성분의 용융은 이성분 섬유들이 엉성한 골격 구조를 형성하게 하는데 필수적이며, 이 구조는 냉각됨에 따라 많은 매질 섬유들을 포획하고 결합할 뿐만 아니라 다른 이성분 섬유들에 결합한다. 피복-코어 구조에서, 낮은 용융점(예를 들어, 약 80 내지 205℃) 열가소성 물질은 전형적으로 더 높은 용융점(예를 들어, 약 120 내지 260℃) 물질의 섬유 주위로 압출된다.
사용시, 이성분 섬유들은 전형적으로 약 5 내지 50 마이크로미터, 종종 약 10 내지 20 마이크로미터의 섬유 직경을 가지며, 전형적으로 섬유 형태에서 일반적으로 0.1 내지 20 밀리미터의 길이를 갖거나 종종 약 0.2 내지 약 15 밀리미터의 길이를 갖는다. 이러한 섬유들은 폴리올레핀(예컨대, 폴리에틸렌들), 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트), 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 6,12 등을 포함하는 나일론을 포함하는 다양한 열가소성 물질들로 만들어질 수 있다.
이성분 섬유들은 기계적으로 안정적이되 강하고 투과가능한 여과 매질을 형성하는데 유용하다. 본 발명의 필터 조립체들에 유용한 이성분 섬유들은 코어/쉘(또는 피복) 모폴로지, 사이드-바이-사이드 모폴로지, 아일랜드-인-더-씨(islands-in-the-sea) 모폴로지, 또는 로드형 모폴로지이다. 이성분 섬유들은 다른 용융점들을 갖는 적어도 두 개의 열가소성 물질들로 만들어진다. 몇몇 구현예들에서, 본 발명의 필터 매질에 유용한 이성분 섬유들의 코어 또는 피복 중 하나를 형성하는데 유용한 열가소성 중합체들은 선형 저밀도, 저밀도, 고밀도, 초-고밀도 및 다른 형태학적 및 조성적 명칭들을 포함하는, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리-α-옥텐, 및 이의 공중합체들과 같은 폴리올레핀; 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌과 같은 폴리테트라할로에틸렌; 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트와 같은 폴리에스테르; 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 및 이의 공중합체들; 폴리비닐 클로라이드와 같은 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플로라이드 등과 같은 폴리비닐리덴 할라이드 및 이의 공중합체들; 폴리비닐 부티랄과 같은 폴리아세탈, 폴리메틸아크릴레이트 에스테르 및 폴리메틸메타크릴레이트 에스테르 및 아크릴산 및 이의 염들의 공중합체들을 포함하는 이의 공중합체들과 같은 아크릴 수지(폴리아크릴레이트); 나일론 6, 나일론 66, 나일론 6, 10, 나일론 46 등 및 이의 공중합체들과 같은 폴리아미드; 폴리스티렌 및 이의 공중합체들; 폴리우레탄; 폴리우레아; 셀룰로오스 수지, 즉, 셀룰로오스 니트레이트, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 에틸 셀룰로오스 등; 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, KRATON® 고무 등과 같은 상기 물질들 중 임의의 것의 공중합체들을 포함한다. 구현예들에서, 폴리올레핀/폴리에스테르 피복/코어 이성분 섬유가 사용되고 그로 인해 폴리올레핀 피복이 폴리에스테르 코어보다 더 낮은 온도에서 용융된다. 구현예에서, 이성분 섬유는 폴리에스테르 피복 및 폴리에스테르 코어를 포함한다. 다른 구현예들에서, 두 폴리올레핀들, 또는 두 폴리에스테르들, 두 폴리비닐 할라이드, 두 폴리비닐리덴 할라이드, 두 폴리아미드 중합체들, 또는 화학적으로 유사하거나 동일한 임의의 다른 두 중합체들이 코어 및 피복으로서 사용되며, 여기에서 조성(예를 들어, 중합체를 합성하기 위해 사용된 특정 단량체 조성물 믹스, 또는 공중합체 내의 단량체 농도의 블록화), 분자량, 또는 분지화의 정도 또는 측쇄 결정화의 정도와 같은 형태학적 차이들 등은 중합체 물질들의 더 낮은 및 더 높은 용융 또는 연화 중합체 물질들을 제공한다.
몇몇 구현예들에서, 이성분 섬유들의 더 낮은 용융점 성분이 코어/피복 모폴로지에서의 피복(또는 코어/쉘 모폴로지에서의 쉘)으로서, 로브형 모폴로지의 로브로서, 아일랜즈-인-더-씨 모폴로지에서 "아일랜드"로서, 또는 사이드-바이-사이드 모폴로지에서 하나의 사이드로서 사용된다. 더 낮은 용융 성분은 형성된 필터 매질 팩에 용융 융합 능력을 제공하며, 여기에서 부직 Ÿ‡ 레이드(wet laid) 또는 에어 레이드 웹들은 용융점 초과 온도 또는 더 낮은 용융 성분의 유리 전이 온도 및 용융점 미만 또는 더 높은 용융 성분의 유리 전이 온도로 가열된다. 구현예들에서, 용융되거나 연화된 섬유 성분들이 다른 이성분 섬유들뿐만 아니라 형성된 Ÿ‡ 레이드 또는 에어 레이드 필터 매질 팩 내에서 임의의 다른 섬유들 및 첨가제들과 접촉할 때 용융 융합이 완수된다. 이러한 구현예들에서, 그 후에 의도된 마지막 사용 온도 또는 그 미만으로 온도가 감소될 때, 매질을 형성하기 위해 사용된 에어 레이드 또는 Ÿ‡ 레이드 공정에 의해 부여된 로프트(loft), 투과성, 다공성, 기초 중량, 두께 등의 부직 특징들을 상당히 유지하면서 이성분 섬유들은 피복(또는 로브 또는 사이드)에 의해 적어도 부분적으로 용융 융합되었다. 이러한 부직 특징들은 용융 융합 동안 이의 섬유 모폴로지를 유지하는 이성분 섬유의 더 높은 용융 코어 또는 사이드에 의해 유지된다. 또한, 용융 융합된 이성분 섬유는 감소된 압축 및 증가된 인장강도를 포함하는 바람직한 특성들을 제공하며; 용융 융합된 이성분 섬유는 또한 본 발명의 필터 매질 또는 필터 조립체들에서 매질 섬유 및 다른 이차 섬유들 및/또는 첨가 물질들의 활용 및 유지를 개선한다.
몇몇 구현예들에서, E. I. Dupont Nemours(Wilmington DE)로부터 입수가능한 Advansa 271P로 알려진 코어/피복 이성분 섬유들이 본 발명의 필터 조립체들에서 유용한 높은 로프트 및 낮은 로프트 필터 매질 둘 다를 형성하는데 유용하다. 다른 유용한 이성분 섬유들은 Fiber Innovation Technology, Inc.(Johnson City, TN)로부터 입수가능한 동심원 코어/피복 섬유들의 T-200 시리즈들; Engineered Fibers Technology, LLC(Shelton, CT)로부터 입수가능한 Kuraray N720; Nichimen America Inc.(New York, NY)로부터 입수가능한 Nichimen 4080; 및 유사한 물질들을 포함한다. 이러한 섬유들 모두는 상기 기재된 바와 같은 용융 융합의 특징들을 보인다.
스펀본드(spunbond) 섬유들이 또한 스캐폴드 섬유들로서 사용될 수 있다. 스펀본드 섬유들은 종종 약 10 마이크론 이상의 직경이다. 스펀본드 웹들(약 10 마이크론 미만의 평균 섬유 직경을 가짐)은 Marmon 등의 미국 특허 제6,200,669호 및 Pike 등의 미국 특허 제5,759,926호에 기재된 방법들을 포함하는 다양한 방법들에 의해 달성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본원에서 사용된 바와 같은, 용어 "중합체"는 일반적으로 호모폴리머들, 예를 들어, 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체들과 같은 공중합체들, 삼원공중합체들 등 및 이의 블렌드들 및 변이물들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 게다가, 다른 방식으로 특정하게 제한되지 않는다면, 용어 "중합체"는 분자의 모든 가능한 기하학적 배치들을 포함할 것이다. 이러한 배치들은 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
매질 특성들
필터 매질의 성능 특성들은 필터 매질의 섬유 크기, 기공 구조, 고형성, 및 압축성에 관련된 속성들을 조절함에 의해 상당히 영향을 받는다. 일반적으로, 상대적으로 낮은 고형성 및 낮은 압축성을 가지면서, 또한 작은 평균 유공 크기를 갖지만 큰 최대 유공 크기를 갖는 매질의 사용은 이른 막힘 없이 FDP 화합물들을 제거할 수 있는 예시적인 매질 구성을 야기한다.
일반적으로 매질 섬유는 스캐폴드 섬유보다 훨씬 작은 직경을 갖는다. 예시적인 구현예들에서, 매질 섬유는 5 마이크론 미만의 평균 직경을 가지며, 스캐폴드 섬유는 5 마이크론 초과의 평균 직경을 갖는다. 좀더 전형적으로, 매질 섬유는 0.1 내지 20 마이크론, 및 선택적으로 0.1 내지 15 마이크론의 평균 직경을 가질 것이다. 몇몇 실시들에서 매질 섬유는 0.4 내지 12 마이크론, 및 몇몇 실시들에서 0.4 내지 6.5 마이크론의 평균 직경을 가질 것이다. 10 마이크론 미만, 7.5 마이크론 미만, 6.5 마이크론 미만, 및 5 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는 매질 섬유들이 종종 바람직하다. 스캐폴드 섬유는 전형적으로 5 내지 40 마이크론, 좀더 전형적으로 7 내지 20 마이크론, 및 종종 10 내지 14 마이크론의 직경을 가질 것이다. 몇몇 실시들에서 스캐폴드 섬유들은 다양한 실시들에서 100, 150, 250, 300, 350, 400 또는 500 마이크론까지를 포함하는 상당히 더 큰 직경들을 가질 수 있다. 매질 섬유들 및 스캐폴드 섬유들 둘 다의 직경이 가변적일 수 있음을 주목하라. 몇몇 경우들에서 섬유 직경들은 그들의 길이에 따라 변할 것이며, 좀더 일반적으로 다른 직경들의 섬유들이 통합될 것이다.
본 발명에 따라 만들어진 필터 매질, 및 특히 FDP들(및 관련 연료 오염 물질 산물들)을 격리하는 데에 관련된 매질의 부분의 추가 특징은 전형적으로 상대적으로 낮은 고형성 수준을 갖는다는 것이다. 본원에서 사용된 바와 같은, 고형성은 해당 필터 매질의 총 부피로 고형 섬유 부피를 나눈 것으로서, 일반적으로 백분율로서 표시된다. 전형적인 실시에서, FDP들을 격리하는데 관련된 필터 매질의 고형성은 15 퍼센트 미만, 좀더 전형적으로 12 퍼센트 미만, 및 좀더 빈번하게 10 퍼센트 미만이다. 특정 구현예들에서 고형성은 9 퍼센트 미만, 8 퍼센트 미만, 또는 7 퍼센트 미만이다.
본 발명에 따라 만들어진 필터 매질의 추가 특징은 특히 매질의 고형성에 대하여 상대적으로 비압축성인 것이다. 압축성은 매질을 통한 유체 흐름의 방향으로 압축 또는 변형에 대한 저항성(i.e.)이다. 매질 압축에 대한 적합한 테스트는 압축력 대 거리 테스트이며, 여기에서 매질의 스택(stack)은 압축 퍼센트를 결정하기 위해 하중 하에서 압축된다. 이러한 테스트의 예는 하기와 같다: 2.54 센티미터 직경 프로브 및 5 kg 하중 셀이 25 mm의 총 두께를 갖는 매질의 스택을 압축하는데 사용된다. 테스트는 바닥으로부터 30 mm 시작 거리를 갖는, 1 mm/sec의 속도 및 0.5 g의 데이터 트리거에서 실시된다. 말단 힘 표적은 4,800 g이다. 매질 샘플 크기는 테스트 프로브의 바로 아래에 스택을 형성하기 위해 매질 샘플들과 배향된, 2.22 센티미터 직경의 원일 수 있다. 이러한 실시들에서 매질 상으로의 압력은 대략 1.24 kg/㎠이다. 사용된 적층된 샘플의 수는 25 mm의 총 두께를 갖기에 충분해야 하므로, 샘플들의 총 수는 테스트된 매질 물질의 개별 두께에 따라 달라질 것이다. 데이터는 하기 식에 따라 분석된다:
압축 퍼센트 = t2 / t1
여기에서, t1은 힘이 0.5 g일 때 적층된 샘플들의 바닥으로부터의 두께, t2는 힘이 4,800 g일 때 적층된 샘플들의 바닥으로부터의 두께이며, x는 거리 t1-t2인, 테스트 동안 이동된 프로브의 거리와 동일한 것이다. 이 테스트를 실시하기에 적합한 장비들은 예를 들어, Texture Expert Exceed software version 2.64를 사용하는 Stable Micro Systems로부터의 TA.XT2i Texture Analyzer를 포함한다.
압축 저항성은 물질의 두께를 유지하여 이의 기공 구조 및 여과 흐름 및 미립자 제거 성능을 유지하기에 충분해야 한다. 본 발명에 의해 만들어진 물질들에서 대표되는 압축성은 하기와 같다: 예시적인 제1 구현예에서, 스캐폴드 섬유 및 매질 섬유를 포함하는 필터 매질은 1.24 kg/㎠의 압력에서 40 퍼센트 미만의 압축성을 갖는다. 다른 실시들에서 필터 매질은 1.24 kg/㎠의 압력에서 30 퍼센트 미만, 1.24 kg/㎠의 압력에서 20 퍼센트 미만, 및 1.24 kg/㎠의 압력에서 10 퍼센트 미만의 압축성을 갖는다. 상기 언급된 바와 같이, 전형적인 실시에서, FDP들을 격리하는데 관련된 필터 매질의 고형성은 15 퍼센트 미만, 좀더 전형적으로 12 퍼센트 미만, 및 좀더 빈번하게 10 퍼센트 미만이다. 특정 구현예들에서 고형성은 9 퍼센트 미만, 8 퍼센트 미만, 또는 7 퍼센트 미만이다.
본 발명의 예시적인 구현예에서, 필터 매질은 경질 입자 필터 및 열적으로 결합된 유리에 대한 지지체로서의 이중 역할을 또한 제공하는 셀룰로오스를 갖는, 셀룰로오스 매질의 업스트림 사이드 상에 적층된 다양한 크기의 멜트 블로운 섬유들을 포함한다. 멜트 블로운 매질은 셀룰로오스층의 이른 막힘을 방지하면서 FDP들이 제거되는 방식으로 FDP들을 제거하는 작용을 한다. 이러한 개선된 성능은 부분적으로 매질이 상대적으로 낮은 압축성을 유지하면서 상대적으로 낮은 고형성을 갖도록 섬유 혼합물을 선택함에 의해 달성된다.
전형적으로 섬유들의 일부는 상대적으로 얇고 고농도이고 다른 섬유들은 상대적으로 두껍고 저농도로서, 작은 평균 유공 크기들을 갖지만 또한 전형적으로 상대적으로 높은 최대 기공 크기들을 갖는 매질을 형성한다. 상대적으로 낮은 고형성 및 낮은 압축성을 가지면서 또한 작은 평균 유공 크기를 가지나 높은 최대 유공 크기를 갖는 매질의 사용은 이른 막힘 없이 FDP 화합물들을 효과적으로 제거하는 매질 구성을 형성한다. 매질 섬유로 바람직한 물질들은 상대적으로 높은 인장강도를 갖고 작은 직경 섬유들 내로 용융방적될 수 있는 물질들이다. 스캐폴드 섬유로 바람직한 물질들은 매질 섬유들에 사용된 물질들보다 탄성률에 대해 상대적으로 더 높은 수치들을 갖는다. 상대적 인장강도 및 탄성률에 근거한 적합한 물질의 식별은 "Table 15-6: The Mers and Properties of Selected Thermoplastics Produced by Addition Polymerization"을 포함하는, Donald R. Askeland에 의한 "The Science And Engineering of Materials"에 기재된 물질들과의 비교에 의해 향상될 수 있다.
매질의 성능은 고형성 퍼센트와 곱해진 압축 퍼센트의 배수로서 결정되는 압축성-고형성 인자(compressibility-solidity factor, "CS 인자 ")에 의해 측정될 수 있다. 둘 다의 경우들에서, 더 낮은 수들이 일반적으로 바람직하다. 15 퍼센트의 고형성과 곱해진, 40 퍼센트의 압축 퍼센트는 600의 CS 인자를 제공한다. 10 퍼센트의 고형성과 함께 하는 10 퍼센트의 압축 퍼센트는 100의 CS 인자를 제공할 것이다. 일반적으로, 600 미만의 CS 인자가 바람직하다. 500 미만, 450 미만, 400 미만, 및 350 미만의 CS 인자들은 본 발명의 특정 실시들에서 모두 적합하다. 300 미만의 CS 인자들이 특히 바람직할 수 있으며, 이는 250 미만, 200 미만, 및 심지어는 150 미만의 CS 인자들이다. 150 미만의 CS 인자들 또한 바람직하며, 특히 125 미만, 100 미만, 및 75 미만이 바람직하다.
FDP들(및 선택적으로 다른 유사한 연료 오염 물질 산물들)를 격리하는 것과 관련된 매질의 특징들을 설명해주는 추가 메트릭은 매질의 기공 구조들에 관한 것이다. 일반적으로, 평균 유공, 최빈값 유공, 및 최대 유공과 같은 파라미터들에 의해 다공성 매질의 특성들을 특성화하는 것이 가능하다. "최빈값 기공 크기"는 물질 내에서 가장 빈번하게 발생하는 기공 크기이다. 도 2는 예시 매질 물질의 유공 크기 밀도 분포를 보여준다. "최빈값 기공 크기"는 대략 30 마이크론에서 곡선의 가장 높은 피크로서 나타난다. "평균 기공 크기"는 물질 내의 기공들의 평균 크기이고, "누적 유공 크기"는 모세관 유동 포로미터 장비를 사용하여 결정되는, 기공 직경의 함수로서 매질을 통과하는 흐름의 총 백분율의 측정이다. "평균 유공 크기"는 누적 흐름의 50%가 매질을 통과하는 경우의 기공 크기로서 규정된다. "다공성"은 물질 내의 빈 공간의 양으로서 규정된다. 도 3은 유공 크기 누적 분포를 보여준다. "평균 유공 크기"(화살표로 나타냄)는 y-축 상에서 곡선이 50%와 만나는 점이다.
기공 크기에 대하여, 주로 FDP들 및 관련 오염 물질들의 제거를 책임지고 있는 필터 매질의 부분은 전형적으로 5 내지 20 마이크론, 또는 5 내지 10 마이크론의 평균 유공 크기를 가질 것이다. 적합한 평균 유공 크기들은 20 마이크론 미만, 15 마이크론 미만, 및 10 마이크론 미만을 포함한다. 주로 FDP들 및 관련 오염 물질들의 제거를 책임지고 있는 필터 매질의 부분은 전형적으로 10 내지 50 마이크론, 20 내지 40 마이크론, 또는 25 내지 35 마이크론의 최빈값 유공 크기를 가질 것이다. 적합한 최빈값 유공 크기들은 예를 들어, 10 초과, 15 초과, 20 초과 및 25 초과 마이크론을 포함한다. 최대 유공 크기에 대해, 주로 FDP들 및 관련 오염 물질들의 제거를 책임지고 있는 필터 매질의 부분은 종종 셀룰로오스 또는 멜트 블로운 매질에서보다 더 큰 최대 유공 크기를 가질 것이다. 적합한 최대 유공 크기들은 10 마이크론 초과, 바람직하게는, 20 마이크론 초과, 및 몇몇 실시들에서 30 마이크론 초과를 포함한다. 예시적인 실시들에서 최대 유공 크기는 20 내지 50 마이크론, 또는 25 내지 45 마이크론이다.
일반적으로, 최빈값 기공 크기는 필터 매질의 다운스트림 부분에서보다 업스트림 부분에서 더 크고, 평균('mean' 또는 'average') 기공 크기는 다운스트림 부분에서보다 업스트림 부분에서 더 작다. 본 발명의 교시내용에 따라, 일반적으로 매질의 적어도 일부가 큰 최대 유공을 가지면서 또한 작은 평균 유공들을 갖는 것이 바람직하다. 평균 유공에 대한 최대 기공 크기의 비율은 종종 적어도 2.5, 선택적으로 적어도 5.0, 및 몇몇 실시들에서 7.5 초과이다. 평균 유공이 매우 작고 최대 유공이 상대적으로 큰 특정 구현예들에서, 이 비율은 10 초과, 및 선택적으로 12.5 또는 15 초과일 수 있다. 높은 수들은 더 넓은 입자 크기 분포를 반영하며, 이는 FDP(및 관련) 오염 물질들의 향상된 제거를 제공할 수 있다.
추가 섬유들
FDP들 및 유사한 연료 오염 물질 산물들의 제거를 위한 매질층은 다수의 두 친수성, 소수성, 친유성 및 소유성 섬유들로 만들어진 이차 섬유들을 포함할 수 있다. 이러한 섬유들은 유리 섬유 및 이성분 섬유와 협력하여 유동 물질의 통과의 기계적 스트레스를 견딜 수 있고 사용 동안 미립자의 적재를 유지할 수 있는, 기계적으로 안정적이지만 강하고 투과성인 여과 매질을 형성한다. 이차 섬유들은 전형적으로 약 0.1 내지 약 50 마이크로미터의 범위일 수 있는 직경을 갖고 다양한 물질들로 만들어질 수 있는 단일성분 섬유들이다. 이차 섬유의 한 유형은 다른 성분들과 협력하여 시트 내로 물질들에 결합하는 스캐폴드 섬유이다. 이차 섬유의 다른 유형은 다른 성분들과 협력하여 건조 및 습식 조건들에서 물질들의 인장 및 파열 강도를 증가시키는 구조 섬유이다. 추가적으로, 스캐폴드 섬유는 폴리비닐 클로라이드 및 폴리비닐 알코올과 같은 중합체들로 만들어진 섬유들을 포함할 수 있다. 이차 섬유들은 또한 탄소/그래파이트 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유 및 이의 조합들과 같은 무기 섬유들을 포함할 수 있다.
이차 열가소성 섬유들은 폴리에스테르 섬유들, 폴리아미드 섬유들, 코폴리에테르에스테르 섬유들, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 섬유들, 폴리에테르케톤케톤(polyetherketoneketone, PEKK) 섬유들, 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK) 섬유들, 액상 결정질 중합체(liquid crystalline polymer, LCP) 섬유들, 및 이의 혼합물들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 폴리프로필렌 섬유들은, 연료들에 대한 더 낮은 저항성을 가지고 있으며 상대적으로 낮은 모듈러스를 가지고 있으므로, 일반적으로 바람직하지 않다. 폴리아미드 섬유들은 나일론 6, 66, 11, 12, 612, 및 셀룰로오스 섬유들을 포함하는 고온 "나일론"(예를 들어, 나일론 46), 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올 섬유들(88% 가수분해, 95% 가수분해, 98% 가수분해 및 99.5% 가수분해 중합체들과 같은 폴리비닐 알코올의 다양한 가수분해 포함), 면, 비스코스 레이온, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 등과 같은 열가소성 섬유, 폴리비닐 아세테이트, 폴리락트산, 및 다른 일반 섬유 유형들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 열가소성 섬유들은 일반적으로 아주 가늘고(약 0.5~20 데니어 직경), 짧은(약 0.1~5 cm 길이), 단섬유들로서, 가능하게는 항산화제, 안정화제, 윤활제, 강성제 등과 같은 예비화합물화된 종래의 첨가물들을 포함한다. 바람직한 열가소성 섬유들은 폴리아미드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들이며, 가장 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들이다.
단섬유들은 일반적으로 웹 내로 멜트블로운되는 것과 반대로 고형화 형태(예컨대, 하기에 기술된 예시적인 공정에 의해서)로 부직 웹에 첨가된다. 종종, 이들은 섬유가 압출되는(예를 들어, 멜트블로운 섬유들에 비교하여) 오리피스의 크기와 섬유 직경이 좀더 밀접하게 유사해지는 공정들에 의해 만들어진다.
단섬유들은 일반적으로 합성 중합체 물질들이다. 이들의 조성은 이들이 전형적인 몰딩 공정(예컨대, 성형된 호흡기 몸체를 형성하는데 사용됨) 동안에 서로 및/또는 멜트블로운 섬유들로 용융-결합될 수 있도록 선택될 수 있다. 이들의 제조 공정 또는 조성에 관계없이, 단섬유들은 전형적으로 구체적으로 미리 결정되거나 인식가능한 길이로 기계 절단된다. 단섬유들은 전형적으로 약 0.1 내지 8 cm, 더 바람직하게는 약 0.1 내지 2.0 cm의 길이를 가질 것이다. 단섬유들에서 평균 기하학적 섬유 직경은 일반적으로 약 5 μm 초과의 평균이며, 다양한 구현예들에서 이의 용도 여부 및 매질 섬유 기능성 또는 스캐폴드 섬유 기능성 또는 둘 다를 제공하는지 여부에 따라 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150, 250, 300, 350, 400 또는 500 μm 초과가 될 수 있다.
적합한 단섬유들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 코폴리에스테르, 폴리아미드, 또는 상기 것들 중 하나의 조합들로부터 제조될 수 있다. 결합가능하다면, 단섬유들은 결합 후 전형적으로 이들의 섬유 구조가 상당히 유지된다. 단섬유들은 Hauser의 미국 특허 제4,118,531호에 기재된 섬유와 같은 권축 섬유들일 수 있다. 권축 섬유들은 그들의 길이에 따라 지속적인 물결 모양, 곱슬곱슬한 모양, 또는 지그재그 모양을 가질 수 있다. 단섬유들은 cm 당 약 10 내지 30 크림프들(crimps)을 포함하는 권축 섬유들을 포함할 수 있다. 단섬유들은 단일 성분 섬유들 또는 다중-성분 섬유들일 수 있다.
다른 성분들은 다른 유형들의 중합체들(예를 들어 폴리에스테르)일 수 있거나, 다른 용융점들을 갖는 동일 유형의 중합체일 수 있다. 다중-성분 섬유들은 동일 공간에서의 사이드-바이-사이드 배치, 동일 공간에서의 동심원 피복-코어 배치, 또는 동일한 공간에서의 타원 피복-코어 배치를 갖는 이성분 섬유들일 수 있다.
다층들 또는 다수의 기능성 영역들을 포함하는 배치들
상기 언급된 바와 같이, FDP들을 격리하기 위해 선택된 업스트림 필터 물질(유리 섬유 및 이성분 섬유와 같은 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유 포함)은 종종 다운스트림 필터 물질과 결합된다. 이 다운스트림 필터 물질은 일반적으로 미립자 오염 물질들의 유리한 제거를 위해 선택된다. 다운스트림 부분은 예를 들어, 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 업스트림 및 다운스트림 부분들의 기공 크기 분포와 결합된, 다양한 오염 물질들을 끌어당기는 업스트림 부분 및 다운스트림 부분의 능력 사이의 차이는, 본 발명의 필터 매질이 필터의 이른 막힘 없이 오염 물질들의 범위를 효과적으로 제거하도록 한다.
매질의 업스트림(예를 들어, 이성분 섬유 및 폴리에스테르 멜트블로운 섬유) 부분은 일반적으로 다운스트림(예를 들어, 셀룰로오스) 부분보다 더 작은 평균 유공 크기를 가지나, 이러한 더 작은 평균 기공 크기는 종종 업스트림 부분 상에서 더 큰 최빈값 기공 크기와 결합하는데, 이는 특정 오염 물질들, 특히 연료 분해 산물들의 필터 적재를 개선하는데 유용할 수 있다. 전형적으로, 최빈값(또는 대부분 보통) 기공 크기는 다운스트림 부분보다 업스트림 부분 내에서 더 크며, 평균('mean' 또는 'average') 기공 크기는 다운스트림 부분 내에서보다 업스트림 부분 내에서 더 작다.
업스트림 부분은 또한 적어도 업스트림 부분의 다른 깊이들에서 다른 기공 크기들을 특징으로 하는 자체의 기공 크기 변화를 갖는다. 업스트림 부분의 "꼭대기" 상에서, 최빈값 기공 크기는 선택적으로 증가된다. 몇몇 매질에서, 업스트림 부분의 다운스트림 최빈값 기공 크기는 전형적으로 셀룰로오스인 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 상당히 더 크다. 몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 더 크다. 예를 들어, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 몇몇 실시들에서 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 클 수 있으며, 다른 실시들에서 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 마침내 40 퍼센트 더 클 수 있다.
예시적인 구현예에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 크며; 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만이다. 다운스트림 부분이 업스트림 부분 내 매질 섬유의 평균 직경보다 더 큰 평균 직경 또는 단면을 갖는 섬유를 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 더 크다. 예를 들어, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 40 퍼센트 또는 적어도 60 퍼센트 더 클 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기보다 더 작다. 예를 들어, 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기의 70 퍼센트 미만 또는 50 퍼센트 미만일 수 있다.
매질 섬유 직경은 또한 업스트림 및 다운스트림 부분들 사이의 성능을 개선하도록 선택될 수 있다. 일 구현예에서, 업스트림 부분은 총 섬유 카운트에 근거하여 10 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는 매질 섬유를 포함하며; 다운스트림 부분은 업스트림 부분 내의 매질 섬유의 직경과 다른 평균 직경을 갖는 매질 섬유를 포함한다. 일 구현예에서, 업스트림 부분의 매질 섬유는 5 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는다. 일반적으로, 다운스트림 부분은 업스트림 부분 내의 매질 섬유의 평균 직경보다 더 큰 평균 직경 또는 단면을 갖는 섬유를 포함한다. 업스트림 부분은 예를 들어, 유리 섬유, 스캐폴드 섬유, 또는 이성분 섬유를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 다운스트림 부분은 셀룰로오스, 폴리에스테르와 같은 중합체 섬유들, 또는 이의 조합을 포함한다.
일 구현예에서, 업스트림 부분은 총 섬유 카운트에 근거하여 10 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는 매질 섬유를 포함하며; 다운스트림 부분은 업스트림 부분 내의 매질 섬유의 평균 직경과 다른 평균 직경을 갖는 매질 섬유를 포함하고; 여기에서 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 크고; 여기에서 업스트림 부분 내의 매질의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분 내의 매질의 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만이다.
몇몇 구현예들에서, 액체들을 여과하기 위한 필터는 적어도 50 퍼센트의 다공성을 가지며 매질 섬유 및 매질 섬유보다 더 큰 평균 직경을 갖는 스캐폴드 섬유를 포함하는 매질을 포함하는 업스트림 부분; 및 셀룰로오스를 포함하는 다운스트림 부분을 포함한다. 업스트림 부분은 탄소 또는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 업스트림 부분의 매질 섬유는 5 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는다. 다른 구현예에서, 업스트림 부분의 매질 섬유는 15 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는다. 몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 더 크다. 예를 들어, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 또는 적어도 40 퍼센트 더 클 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명은 탄소 및 멜트블로운 섬유들로부터 선택된 섬유들을 포함하는 업스트림 부분; 및 셀룰로오스를 포함하는 다운스트림 부분을 포함하는 필터 매질에 관한 것이고; 여기에서 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 크고; 여기에서 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만이다. 다운스트림 부분이 업스트림 부분 내의 매질 섬유의 평균 직경보다 더 큰 평균 직경을 갖는 섬유를 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 몇몇 구현예들에서, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 더 크다. 예를 들어, 업스트림 부분의 최빈값 기공 크기는 다운스트림 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 40 퍼센트 더 크거나 적어도 60 퍼센트 더 클 수 있다. 몇몇 구현예들에서 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기보다 작다. 예를 들어, 업스트림 부분의 평균 유공 크기는 다운스트림 부분의 평균 유공 크기의 70 퍼센트 또는 50 퍼센트 미만일 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 업스트림 필터 부분은 다운스트림 필터 부분보다 50 퍼센트 더 큰 포획의 수준에서 연료 분해 산물들을 적재한다. 몇몇 구현예들에서, 제1 필터 부분은 제2 필터 부분보다 적어도 100 퍼센트 더 큰 포획의 수준에서 연료 분해 산물들을 적재한다. 몇몇 구현예들에서, 제1 필터 부분은 제2 필터 부분보다 적어도 200 퍼센트 더 큰 포획의 수준에서 연료 분해 산물들을 적재한다. 백분율은 매질 부피 또는 매질 표면적에 대해 정규화될 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 저온 결정질 중합체 분말은 복합 매질을 다수의 다른 필터 부재 배치들로 쉽게 제조가능하도록 만들기 위해 합성 및 셀룰로오스 매질을 함께 적층하는데 사용된다. 접착 적층 또는 열 결합 수단들과 같은 매질층들을 함께 적층하기 위한 다른 방법들이 마찬가지로 가능하다.
이제 도 4a 내지 4d를 참조하면, 필터 매질 구성들에 대한 예시적인 배치들이 도시되어 있다. 이러한 개략적인 단면도들에서, 매질 성분들의 기본 위치 결정만이 묘사되었으며, 이러한 도면들이 일정 비율로 도시된 것이 아님이 이해될 것이다. 도면들은 매질 구성들을 단순화한 것이고, 이들은 대안적인 구현예들이나, 본 발명 하에서 가능한 구성들의 유형들을 제한하지 않는 것임이 또한 이해될 것이다. 도 4a는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 매질 구성의 개략적인 단면도로서, 두 층 구성을 보여준다. 이러한 예시적인 구현예에서, 매질 구성(120)은 업스트림 매질(122)을 포함하는 제1 부분 및 다운스트림 매질(124)을 포함하는 제2 부분을 포함한다. 업스트림 매질은 예를 들어, 유리 매질 섬유 및 이성분 스캐폴드 섬유의 조합일 수 있다. 다운스트림 부분은 예를 들어, 셀룰로오스 매질일 수 있다.
도 4b는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 다른 매질 구성의 개략적인 단면도로서, 세 층 구성을 보인다. 이 예시적인 구현예에서, 매질 구성(130)은 다운스트림 매질(134)을 포함하는 제3 부분이 더해진, 업스트림 매질(132 및 133)을 포함하는 제1 및 제2 부분들을 포함한다. 업스트림 매질 부분들은 예를 들어, 유리 매질 섬유 및 이성분 스캐폴드 섬유의 조합일 수 있다. 몇몇 구현예들에서 이러한 업스트림 매질 부분들(132, 133)은 다른 기공 크기들 및 분포들과 같은, 서로 다른 특성들을 가질 수 있다. 두 층들 다(또는 별개 층들 내가 아니라면 부분들)가 적어도 한 층 또는 부분이 오염 물질들을 제거하는 동안에는 FDP들 또는 유사 오염 물질들을 제거할 필요가 없다. 다운스트림 부분은 예를 들어, 셀룰로오스 매질일 수 있다. 추가 구현예들은 예를 들어, 추가 업스트림층 및 다운스트림층을 가질 수 있다.
도 4c는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 매질 구성의 개략적인 단면도로서, 매질층들 사이에 스페이서를 갖는 두 층 구성을 보여준다. 이 예시적인 구현예에서, 매질 구성(140)은 업스트림 매질(142)을 포함하는 제1 부분, 다운스트림 매질(144)을 포함하는 제2 부분, 및 업스트림 및 다운스트림 부분들(142, 144) 사이의 스페이서(146)를 포함한다. 업스트림 매질은 예를 들어, 유리 매질 섬유 및 이성분 스캐폴드 섬유의 조합일 수 있다. 다운스트림 부분은 예를 들어, 셀룰로오스 매질일 수 있다. 스페이서(46)는 예를 들어, 비-여과 스크림(scrim) 물질일 수 있다.
도 4d는 본 발명의 실시에 따라 만들어진 매질 구성의 개략적인 단면도로서, 여기에서 업스트림 부분(152) 및 다운스트림 부분(154)이 갭에 의해 서로 더 분리된다. 업스트림 매질은 예를 들어, 멜트블로운 매질 섬유 및 이성분 스캐폴드 섬유의 조합일 수 있다. 다운스트림 부분은 예를 들어, 셀룰로오스 매질일 수 있다. 갭은 상대적으로 작거나 상대적으로 클 수 있다. 이 구현예에서, 두 매질의 기능적 배향, 즉 한 부분 매질이 다른 부분의 업스트림으로 위치되는 것이 중요하다. 지지체 물질들이 이러한 두 부분들(152, 154) 사이에 위치될 수 있음이 이해될 것이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 구현예에서 매질의 기공 관계를 도시한 것으로서, 여기에서 업스트림 부분은 합성 이성분-유리 매질을 포함하고 다운스트림 부분은 셀룰로오스를 포함한다. 특히, 본 발명의 층상 구조가 이 예시적인 실시에서 나타나 있으며, 여기에서 기공 크기는 업스트림 부분에서 넓게 개방되는 것으로부터 미세 미립자 여과가 발생하는 다운스트림 부분에서 훨씬 더 작아지는 것까지 변할 수 있다. 업스트림 부분은 본원에서 보여지는 바와 같이 다른 기공 크기들을 갖는 둘 이상의 층들을 포함할 수 있다. 그러나, 셀룰로오스의 최빈값 기공 크기는 묘사된 업스트림 부분의 두 부분들 모두의 최빈값 기공 크기보다 더 작다.
매질 기공이 업스트림 사이드 상에서보다 다운스트림 사이드 상에서 더 작은 구조를 갖는 필터가 종종 유용하다. 다시 말하면, 다공성 구조는 업스트림으로부터 다운스트림 사이드까지 갈수록 더 밀집된다. 결과로서, 여과될 입자들 또는 오염 물질들은 입자 크기에 좌우되어 변하는 깊이들로 투과할 수 있다. 이는 입자들 또는 오염 물질들이 필터 물질의 깊이 내내 분산되도록 하여, 압력 강하에서의 증가를 감소시키고 필터의 수명을 연장시킨다. 일 구현예에서, 기공 크기들은 도 5에서와 같이 단계별로 변한다. 다른 구현예에서, 기공들의 크기는 다운스트림 사이드 상에서 더 작은 것으로부터 업스트림 사이드 상에서의 더 큰 것으로 단계적으로 증가한다.
도 6은 매질의 동심원 층들(182, 184, 186)을 갖는 다단계 연료 필터(180)의 일 구현예의 예시를 나타낸다. 동심원 층들은 외부로부터 내부로 변하는 기공 면적들을 갖는 매질 및 스캐폴드 섬유들의 층들을 포함할 수 있다. 일반적으로 평균 유공 크기는 외부층들(182) 로부터 내부층들(186)까지 더 작아질 것이다. FDP들 및 다른 유사 산물들은 외부 매질 표면에 흡수되는 경향을 가지며 매질을 가로지르는 층 및 필름을 생성한다. 분해 산물들의 응집이 기공들을 채우기 시작한다. 업스트림 매질 내의 더 많은 수의 더 큰 기공들이 외부 매질이 막힘 없이 재빠르게 분해 산물들을 포획하고 저장하게 한다. 더 빽빽한 다운스트림층은 입자들에 대해 더 높은 효율을 갖도록 설계된다.
본 출원은 2011년 2월 14일자로 제출되고 "Liquid Filtration Media, Filter Elements, and Methods"의 명칭을 갖는 미국 특허 출원 제13,027,119호의 전체를 참조로 통합한다.
상기 기술된 본 발명의 실시가 디젤 엔진들의 연료 탱크들 또는 벌크 저장 탱크들과 같은 연료 스트림들로부터 FDP들의 제거에 관한 것이지만, 본 발명의 장치는 다른 필터 적용들에서 사용될 수 있으며 FDP들의 제거에 한정되지 않음이 이해될 것이다. 본 발명의 구현예들은 또한 왁스, 아스팔텐, 스테롤 글루코시드, 스테릴 글루코시드, 스테롤 글리코시드 및 연료 분해 산물들과 같은 오염 물질들을 포함하는 탄화수소 유체 화학의 많은 오염 물질들의 제거에 적합할 것이다. 오염 물질들은 예를 들어, 가변 입자들, 비-가변 입자들 및 가변 및 비-가변 입자들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 윤활유 및 유압유와 같은 탄화수소는 또한 본 발명을 사용하여 여과될 수 있다.
본 발명은 여러 특정 실시들을 참고하여 기재되었으나, 본 분야의 당업자는 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어남 없이 이에 대한 많은 변화들이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
100 연료 탱크 102 연료 펌프
104 연료 필터 106 커먼 레일
108 분사기 110 회수관

Claims (48)

  1. 액체 연료들을 여과하기 위한 필터로서, 상기 필터는:
    액체 연료 스트림 내에 설치되기 위해 구성되고 배치된 필터 매질을 포함하며, 상기 필터 매질은 업스트림 매질층 및 다운스트림 매질층을 포함하고,
    상기 업스트림 매질층은:
    a) 매질 섬유; 및
    b) 매질 섬유보다 더 큰 평균 직경을 갖는 스캐폴드 섬유
    의 혼합물을 포함하고,
    상기 업스트림 매질층은 상기 다운스트림 매질층 보다 작은 평균 유공 크기를 가지고,
    상기 업스트림 매질층의 최빈값(mode) 기공 크기는 상기 다운스트림 매질층의 최빈값 기공 크기보다 적어도 40 퍼센트 더 크며,
    상기 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유는,
    압출되는 용융된 열가소성 물질로부터 용융된 스레드들(thread) 또는 필라멘트들을 형성하기 위하여 다수의 다이 모세관들(die capillary)을 통해, 용융된 열가소성 물질을, 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성의 필라멘트들을 가늘어지게 하는 집중 고속(converging high velocity) 가스 스트림 내로 압출시키고;
    임의로 분산된 멜트블로운의 매질 섬유 또는 스캐폴드 섬유 중 적어도 하나의 웹을 형성하기 위하여 멜트블로운 섬유를 수집 표면 상에 증착하는 것에 의해 형성되고,
    상기 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유는 혼합되어 증착되는, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유 중 적어도 하나는 멜트 블로운 섬유를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유 둘 다는 멜트 블로운 섬유를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스캐폴드 섬유는 이성분 섬유를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 매질 섬유는 5 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스캐폴드 섬유는 5 마이크론 초과의 평균 직경을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 600미만의 압축성 고형성 인자를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 300 미만의 압축성 고형성 인자를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 150 미만의 압축성 고형성 인자를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 12 퍼센트 미만의 고형성을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 1.24 kg/㎠의 압력에서 40 퍼센트 미만의 압축성을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 1.24 kg/㎠의 압력에서 20 퍼센트 미만의 압축성을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 1.24 kg/㎠의 압력에서 10 퍼센트 미만의 압축성을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 평균 유공 크기보다 적어도 200 퍼센트 더 큰 최대 유공 크기를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 15 마이크론 미만의 평균 유공을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 필터 매질은 적어도 20 마이크론의 최빈값 유공을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 업스트림 매질층 및 다운스트림 매질층은 갭에 의해 서로 더 분리되는, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  18. 제1항에 있어서,
    셀룰로오스 섬유들을 포함하고, 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유를 포함하는 상기 필터 매질로부터 다운스트림에 위치한 제2 필터 매질을 더 포함하는, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  19. 액체 연료들을 여과하기 위한 필터로서, 상기 필터는:
    액체 연료 스트림 내 설치를 위해 구성되고 배치된 필터 매질을 포함하고, 상기 필터 매질은 업스트림 매질층 및 다운스트림 매질층을 포함하고,
    상기 업스트림 매질층은:
    a) 제1 섬유; 및
    b) 제1 섬유보다 더 큰 평균 직경을 갖는 제2 섬유
    의 혼합물을 포함하며;
    상기 필터 매질은 12 퍼센트 미만의 고형성, 및 1.24 kg/㎠의 압력에서 40 퍼센트 미만의 압축성을 가지며,
    상기 업스트림 매질층은 상기 다운스트림 매질층보다 적어도 50 퍼센트 더 많은 연료 분해 산물을 적재하며,
    상기 제1 섬유 및 제2 섬유는,
    압출되는 용융된 열가소성 물질로부터 용융된 스레드들(thread) 또는 필라멘트들을 형성하기 위하여 다수의 다이 모세관들(die capillary)을 통해, 용융된 열가소성 물질을, 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성의 필라멘트들을 가늘어지게 하는 집중 고속(converging high velocity) 가스 스트림 내로 압출시키고;
    임의로 분산된 멜트블로운의 제1 섬유 또는 제2 섬유 중 적어도 하나의 웹을 형성하기 위하여 멜트블로운 섬유를 수집 표면 상에 증착하는 것에 의해 형성되고,
    상기 제1 섬유 및 제2 섬유는 혼합되어 증착되는, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 섬유는 멜트 블로운 섬유를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제2 섬유는 멜트 블로운 섬유를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제1 섬유는 5 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 필터 매질은 600 미만의 압축성 고형성 인자를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 필터 매질은 평균 유공 크기보다 적어도 200 퍼센트 더 큰 최대 유공 크기를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 필터는 서로 유체 연통하는 업스트림 매질층 및 다운스트림 매질층을 포함하고,
    상기 업스트림 매질층의 평균 유공 크기는 상기 다운스트림 매질층의 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만인 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  26. 액체 연료들을 여과하기 위한 필터로서, 상기 필터는:
    a) 제1 섬유, 및
    b) 상기 제1 섬유보다 더 큰 평균 직경을 갖는 제2 섬유
    의 혼합물을 포함하는, 액체 연료 스트림 내 설치를 위해 구성되고 배치된 제1 필터 매질; 및
    셀룰로오스를 포함하는, 제2 필터 매질
    을 포함하고
    상기 제1 필터 매질은 여과 동안 액체 연료들의 흐름 내에서 상기 제2 필터 매질의 업스트림에 배열되며,
    상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유 모두 멜트 블로운 섬유를 포함하고, 상기 제2 섬유는 이성분 섬유를 포함하며,
    상기 제1 필터 매질은 상기 제2 필터 매질보다 적어도 50 퍼센트 더 많은 연료 분해 산물을 적재하며,
    상기 제1 섬유 및 제2 섬유는,
    압출되는 용융된 열가소성 물질로부터 용융된 스레드들(thread) 또는 필라멘트들을 형성하기 위하여 다수의 다이 모세관들(die capillary)을 통해, 용융된 열가소성 물질을, 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성의 필라멘트들을 가늘어지게 하는 집중 고속(converging high velocity) 가스 스트림 내로 압출시키고;
    임의로 분산된 멜트블로운의 제1 섬유 또는 제2 섬유 중 적어도 하나의 웹을 형성하기 위하여 멜트블로운 섬유를 수집 표면 상에 증착하는 것에 의해 형성되고,
    상기 제1 섬유 및 제2 섬유는 혼합되어 증착되는, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질 내의 상기 제1 섬유는 유리 섬유, 멜트 블로운 섬유, 또는 이의 조합들을 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질 내의 상기 제2 섬유는 이성분 섬유, 멜트 블로운 섬유, 또는 이의 조합들을 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제2 필터 매질 내의 섬유가 상기 제1 필터 매질 내의 섬유의 평균 직경보다 더 큰 평균 직경을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질 내의 최빈값 기공 크기는 상기 제2 필터 매질의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 큰 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질의 평균 유공 크기는 상기 제2 필터 매질의 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만인 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질의 고형성이 10 퍼센트 미만인 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  33. 액체 연료들을 여과하기 위한 필터로서, 액체 스트림 내 설치를 위해 구성되고 배치된 필터 매질을 포함하고, 상기 필터 매질은 업스트림 매질 부분 및 다운스트림 매질 부분을 포함하며, 상기 업스트림 매질 부분은:
    a) 15 마이크론 미만의 평균 직경을 갖는 섬유를 포함하는 제1 부분; 및
    b) 상기 제1 부분 내의 매질 섬유의 평균 직경과 다른 평균 직경을 갖는 섬유를 포함하는 제2 부분;
    의 혼합물을 포함하고,
    상기 제1 부분의 최빈값 기공 크기는 상기 제2 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 크고; 및
    상기 제1 부분 내의 상기 매질의 평균 유공 크기는 상기 제2 부분 내의 상기 매질의 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만이며,
    상기 제1 부분 및 제2 부분은,
    압출되는 용융된 열가소성 물질로부터 용융된 스레드들(thread) 또는 필라멘트들을 형성하기 위하여 다수의 다이 모세관들(die capillary)을 통해, 용융된 열가소성 물질을, 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성의 필라멘트들을 가늘어지게 하는 집중 고속(converging high velocity) 가스 스트림 내로 압출시키고;
    임의로 분산된 멜트블로운의 제1 부분 또는 제2 부분 중 적어도 하나의 웹을 형성하기 위하여 멜트블로운 섬유를 수집 표면 상에 증착하는 것에 의해 형성되고,
    상기 제1 부분 및 제2 부분은 혼합되어 증착되는, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제1 부분의 섬유는 멜트 블로운 섬유를 포함하고 상기 제2 부분의 섬유는 셀룰로오스를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 제1 부분의 최빈값 기공 크기는 상기 제2 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 40 퍼센트 더 큰 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 제1 부분의 최빈값 기공 크기는 상기 제2 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 60 퍼센트 더 큰 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 제1 부분의 평균 유공 크기는 상기 제2 부분의 평균 유공 크기의 75 퍼센트 미만인 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 제1 부분의 평균 유공 크기는 상기 제2 부분의 상기 평균 유공 크기의 50 퍼센트 미만인 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  39. 제33항에 있어서,
    상기 필터 매질은 600 미만의 압축성 고형성 인자를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  40. 액체 연료들을 여과하기 위한 필터로서, 상기 필터는:
    액체 연료 스트림 내 설치를 위해 구성되고 배치된 제1 필터 매질을 포함하고, 상기 제1 필터 매질은:
    a) 매질 섬유, 및
    b) 스캐폴드 섬유
    의 혼합물을 포함하며;
    상기 제1 필터 매질은 2.5 초과의 기공 크기 분포 기하 표준 편차를 갖고,
    상기 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유는,
    압출되는 용융된 열가소성 물질로부터 용융된 스레드들(thread) 또는 필라멘트들을 형성하기 위하여 다수의 다이 모세관들(die capillary)을 통해, 용융된 열가소성 물질을, 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성의 필라멘트들을 가늘어지게 하는 집중 고속(converging high velocity) 가스 스트림 내로 압출시키고;
    임의로 분산된 멜트블로운의 매질 섬유 또는 스캐폴드 섬유 중 적어도 하나의 웹을 형성하기 위하여 멜트블로운 섬유를 수집 표면 상에 증착하는 것에 의해 형성되고,
    상기 매질 섬유 및 스캐폴드 섬유는 혼합되어 증착되는, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질은 3.0 초과의 기공 크기 분포 기하 표준 편차를 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질 내 매질 섬유는 멜트 블로운 섬유를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  43. 삭제
  44. 제40항에 있어서,
    제2 필터 매질을 더 포함하며, 상기 제2 필터 매질은 셀룰로오스를 포함하는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 제2 필터 매질의 섬유는 상기 제1 필터 매질 내의 섬유의 평균 직경보다 더 큰 평균 직경을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질의 최빈값 기공 크기는 상기 제2 필터 매질 부분의 최빈값 기공 크기보다 적어도 20 퍼센트 더 큰 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  47. 제44항에 있어서,
    상기 제1 필터 매질의 평균 유공 크기는 상기 제2 필터 매질의 상기 평균 유공 크기의 90 퍼센트 미만인 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
  48. 제44항에 있어서,
    상기 필터 매질은 10 퍼센트 미만의 고형성을 갖는 것인, 액체 연료들을 여과하기 위한 필터.
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