KR102271134B1

KR102271134B1 - 공기/액체 분리를 위한 스태거형 어레이 배열

Info

Publication number: KR102271134B1
Application number: KR1020217003416A
Authority: KR
Inventors: 나빈 수라나; 비제이 딘카르 콜헤; 샨타누 산제이 가트네카르
Original assignee: 커민즈 필트레이션 아이피, 인크.
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-06-29
Also published as: WO2020046778A1; CN112638498B; KR20210018515A; US11162400B2; CN112638498A; US20210246817A1

Abstract

분리기 시스템은 주 분리기 및 추가 분리기를 포함하며, 상기 추가 분리기에는 예비분리기(pre-separator), 후분리기(post separator), 또는 시선상 배플(line-of-sight baffle) 중 하나가 포함된다. 추가 분리기는 공기/액체 혼합물로부터 액체 입자를 분리하며, 입구, 공기 출구, 액체 출구, 및 입구와 공기 출구 사이에 배치된 복수의 포스트들을 포함한다. 포스트들은 스태거형 어레이(staggered array)로 배열되고, 충돌 표면을 갖는 볼록 단부 부분(공기/액체 혼합물로부터의 액체 입자의 일부분이 액체 필름으로서 충돌 표면에 접착됨), 및 볼록 단부 부분의 하류에 위치되고, 단부, 및 충돌 표면과 단부 사이에 위치된 수집 포켓을 갖는 후크를 포함하는 후크 단부 부분을 포함한다. 수집 포켓은 액체 필름으로서 충돌 표면에 접착된 액체 입자의 일부분을 수집한다.

Description

공기/액체 분리를 위한 스태거형 어레이 배열

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2018년 8월 27일자로 출원된 인도 가특허 출원 제201841031967호에 대한 우선권을 주장하며, 이의 내용은 전체적으로 그리고 모든 목적을 위하여 본 명세서에 참고로 포함된다.

기술분야

대체로, 본 발명은 내연 기관 시스템 등에 사용하기 위한 공기/액체 분리기에 관한 것이다.

내연 기관은 크랭크케이스 내에서 블로바이 가스(blowby gas)를 발생시키는데, 이때 블로바이 가스는 엔진 오일 및 오일 에어로졸을 함유한다. 공기/오일 분리기는 크랭크케이스로부터의 블로바이 가스(오일 에어로졸)를 받아들이는 입구, 청정한 블로바이 가스를 대기로 배출하거나 엔진 공기 흡입구로 다시 배출하는 공기 출구, 및 소기된(scavenged) 분리된 오일을 크랭크케이스로 다시 배출하는 오일 출구를 갖는다. 오일 예비분리는 공기로부터 더 조대한 오일 입자를 제거함으로써 공기/오일 분리기에 대한 부하를 감소시키는 것을 도울 수 있다.

다양한 예시적인 실시예는 분리기 시스템에 관한 것이다. 분리기 시스템은 공기/액체 혼합물로부터 액체 입자를 분리하도록 구성된 선택적인 예비분리기(pre-separator), 및 주 분리기를 포함한다. 예비분리기는 크랭크케이스로부터 공기/액체 혼합물을 받아들이는 예비분리기 입구, 예비분리된 공기/액체 혼합물을 배출하는 예비분리기 공기 출구, 분리된 액체를 배출하는 예비분리기 액체 출구, 및 예비분리기 입구와 예비분리기 공기 출구 사이에 배치된 다수의 포스트(post)들을 포함한다. 포스트들은 스태거형 어레이(staggered array)로 배열되고, 각각은 공기/액체 혼합물과 접촉하는 충돌 표면을 갖는 볼록 단부 부분(공기/액체 혼합물로부터의 액체 입자의 일부분이 액체 필름으로서 충돌 표면에 접착됨), 및 볼록 단부 부분의 하류에 위치되고, 단부, 및 충돌 표면과 단부 사이에 위치된 수집 포켓을 갖는 하나 이상의 후크를 포함하는 후크 단부 부분(수집 포켓은 액체 필름으로서 충돌 표면에 접착된 액체 입자의 일부분을 수집하도록 구성됨)을 포함한다. 주 분리기는 예비분리기로부터 예비분리된 공기/액체 혼합물을 받아들이는 입구, 청정한 공기/액체 혼합물을 배출하는 주 분리기 공기 출구, 및 분리된 액체를 배출하는 주 분리기 액체 출구를 포함한다.

다른 예시적인 실시예는 공기/액체 예비분리기에 관한 것이다. 공기/액체 예비분리기는 공기/액체 혼합물로부터 액체 입자를 분리하도록 구성된다. 예비분리기는 공기/액체 혼합물을 받아들이는 예비분리기 입구, 예비분리된 공기/액체 혼합물을 배출하는 예비분리기 공기 출구, 분리된 액체를 배출하는 예비분리기 액체 출구, 및 예비분리기 입구와 예비분리기 공기 출구 사이에 배치된 다수의 포스트들을 포함한다. 포스트들은 스태거형 어레이로 배열되고, 각각은 공기/액체 혼합물과 접촉하는 충돌 표면을 갖는 볼록 단부 부분(공기/액체 혼합물로부터의 액체 입자의 일부분이 충돌 표면에 접착됨), 및 볼록 단부 부분의 하류에 위치되고, 단부, 및 충돌 표면과 단부 사이에 위치된 수집 포켓을 갖는 하나 이상의 후크를 포함하는 후크 단부 부분(수집 포켓은 충돌 표면에 접착된 액체 입자의 일부분을 수집하도록 구성됨)을 포함한다.

이들 및 다른 특징부는, 그의 구성 및 작동 방식과 함께, 아래에서 설명되는 여러 도면 전체에 걸쳐 동일 요소가 동일 도면 부호를 갖는 첨부 도면과 함께 취해질 때 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1a는 예시적인 실시예에 따른, 크랭크케이스 환기 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 1b는 다른 예시적인 실시예에 따른, 크랭크케이스 환기 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 1c는 다른 예시적인 실시예에 따른, 크랭크케이스 환기 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 도 1a의 크랭크케이스 환기 시스템과 함께 사용하기 위한 예비분리기의 단면도를 나타낸다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 단면도의 일부분을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4g는 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 포스트의 다양한 개략도를 나타낸다.
도 5는 도 2의 예비분리기의 단면도를 나타낸다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 포스트의 사시도를 나타낸다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 일부분의 단면도를 나타낸다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 포스트 배열의 사시도를 나타낸다.
도 9는 도 8의 포스트 배열의 정면도를 나타낸다.
도 10은 다른 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 포스트 배열의 사시도를 나타낸다.
도 11은 도 10의 포스트 배열의 정면도를 나타낸다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 포스트 배열의 사시도를 나타낸다.
도 13은 도 12의 포스트 배열의 정면도를 나타낸다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 예비분리기의 포스트 배열의 사시도를 나타낸다.

도면에 대해 전반적으로 언급하면, 공기/액체 분리기가 도시되어 있다. 공기/액체 분리기는 독립형 유닛(stand-alone unit)으로서 사용되거나, 또는 임의의 시스템과 함께 예비분리기, 후분리기(post-separator), 또는 시선상 배플(line-of-sight baffle)로서 사용될 수 있다. 본 명세서에서는 크랭크케이스 환기 시스템과 함께 사용 중인 것으로 나타나 있지만, 이는 단지 예시적인 목적일 뿐이다. 공기/액체 분리기는 다양한 시스템과 함께 공기/액체 혼합물로부터 액체를 분리하는 데 사용될 수 있다. 공기/액체 분리기에 대한 일부 예시적인 용도에 대해 언급하면, 도 1a 내지 도 1c는 크랭크케이스 환기 시스템을 도시한다. 크랭크케이스 환기 시스템과 함께 사용될 때, 본 명세서에 기재된 분리기는 공기/오일 분리기로서 사용되고, 예비분리기, 후분리기, 또는 시선상 배플로서 구현될 수 있다. 크랭크케이스 환기 시스템은 내연 기관에 의해 발생된 블로바이 가스를 세정하고, 청정한 블로바이 가스를 대기로 또는 엔진 공기 흡입구로 배출하고, 분리된 오일을 크랭크케이스로 다시 재순환시키는 데 사용된다. 본 명세서에 기재된 크랭크케이스 환기 시스템은 그곳을 통해 유동하는 공기/오일 혼합물로부터의 오일의 효과적인 분리를 돕기 위하여 공기/오일 예비분리기와 함께 사용될 수 있다. 일부 경우에, 주 분리기(예를 들어, 표준 임팩터, 가변 임팩터, 고정 코어레서(stationary coalescer), 회전 코어레서(rotating coalescer))가 상당한 부하를 겪을 수 있으며, 이는 주 분리기의 효율을 감소시킨다. 추가적으로, 일부 경우에는, 오일 캐리오버(oil carryover) 또는 오일 재혼입(oil re-entrainment)이 주 분리 장치 상의 부하에 기인하여 일어날 수 있다. 더욱이, 주 분리기 상의 부하로 인한 분리기의 오일 출구와 크랭크케이스 사이의 압력차는 크랭크케이스로부터 오일 출구로의 오일의 역류를 야기할 수 있다. 공기/오일 예비분리기를 사용함으로써, 시스템 내의 오일의 여과, 배액(drainage), 및 재순환이 개선될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템의 서비스 간격이 또한 연장될 수 있다.

본 명세서에 기재된 예비분리기는 엔진 상의 제한된 공간 내로 끼워맞추어지며, 통상적인 배플-유형 분리기 - 이는 유동 영역의 대부분을 차단하며, 그럼으로써 분리된 액체(예를 들어, 오일) 입자의 유속(flow velocity) 및 재혼입 가능성을 증가시킴 - 와 비교할 때 유속을 관리하는 데 상대적으로 더 효과적이다. 본 명세서에 기재된 예비분리기는 완전한 중실 원통형 포스트를 포함하지 않으며, 결과적으로 더 적은 재료를 사용하게 되며, 이로써 세퍼레이터는 중량이 더 가벼워지고 덜 비싸지게 된다. 게다가, 후크의 포함과 함께, 예비분리기 내의 포스트들의 스태거형 어레이 배열(staggered array arrangement)은 분리된 액체를 효과적으로 분리하고 배액하고 유동을 분배함으로써 유속을 감소시키며, 이는 재혼입 가능성 및 액체 또는 오일 캐리오버를 감소시킨다. 본 명세서에 기재된 포스트들의 스태거형 어레이는 또한 통상적인 배플 대신에 주 분리기 뒤에서 시선상 배플로서 사용되어, 출구로의 액체 입자의 직접 탈출을 피하고 그곳을 통한 유체의 유동을 분배하는 것을 도울 수 있다. 전술된 바와 같이, 크랭크케이스 환기 시스템과 함께 사용 중인 것으로 나타나 있지만, 공기/액체 분리기는 다양한 다른 유형의 시스템과 함께 공기/액체 혼합물로부터 액체를 분리하는 데 사용될 수 있다.

도 1a를 참조하면, 엔진 오일(106) 및 오일 에어로졸이 들어 있는 크랭크케이스(102) 내에서 블로바이 가스를 발생시키는 내연 기관을 위한 크랭크케이스 환기 시스템(100)이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 시스템(100)은 예비분리기(120)를 포함하며, 예비분리기는 크랭크케이스(102)로부터 블로바이 가스 및 오일 에어로졸을 받아들이는 예비분리기 입구(128), 예비청정화된 블로바이 가스 및 오일 에어로졸을 배출하는 예비분리기 공기 출구(130), 및 분리된 오일을 크랭크케이스(102)로 다시 배출하는 예비분리기 오일 출구(132)를 갖는다. 일부 실시예에서는, 체크 밸브(134)를 예비분리기 오일 출구(132)와 크랭크케이스(102) 사이에 위치시켜, 크랭크케이스(102)로부터 예비분리기(120)로의 배액된 오일 및/또는 더러운 블로바이 가스의 역류를 방지한다. 예비분리기 오일 출구(132)를 빠져나가는 예비청정화된 블로바이 가스는 공기/오일 혼합물을 포함하며, 이는 (화살표(105)로 표시된 바와 같이) 추가의 여과를 위해 주 분리기(104)로 직행된다. 예비분리기(120)는 주 분리기(104) 내로 진입하기 전에 크랭크케이스(102)를 빠져나가는 블로바이 가스 및 오일 에어로졸로부터의 더 조대한 오일 입자의 예비분리를 제공한다.

주 분리기(104)(예를 들어, 도 1a에 임팩터로 도시됨)는 예비분리기(120)로부터 예비청정화된 블로바이 가스(공기/오일 혼합물을 포함함)를 받아들이는 주 분리기 입구(108), 청정한 블로바이 가스를 배출하는 주 분리기 공기 출구(110), 및 분리된 오일을 크랭크케이스(102)로 다시 배출하는 주 분리기 오일 출구(112)를 포함한다. 일부 실시예에서, 그리고 도 1a에 도시된 바와 같이, 후분리기(140) 또는 시선상 배플이 또한 시스템(100)과 함께 포함될 수 있다. 후분리기(140)는 (화살표(115)로 표시된 바와 같이) 주 분리기(104)로부터 청정화된 블로바이 가스(예를 들어, 공기/오일 혼합물을 포함함)를 받아들이는 후분리기 입구(148), 엔진 공기 흡입구로 복귀되는 청정화된 블로바이 가스를 배출하는 후분리기 공기 출구(150), 및 분리된 액체(예를 들어, 오일)를 크랭크케이스(102)로 다시 배출하는 후분리기 오일 출구(142)를 포함한다. 후분리기(140)는 엔진 공기 흡입구로 다시 보내지기 전에 크랭크케이스(102)로부터의 블로바이 가스를 위한 제3 필터를 제공한다.

도 1b를 참조하면, 다른 실시예에서, 예비분리기(120), 주 분리기(104), 및 후분리기(140)는 단일 입구(108) 및 단일 공기 출구(110)를 갖는 단일 유닛(101) 내로 통합되어 있다. 단일 유닛(101)의 입구(108)는 크랭크케이스(102)로부터의 블로바이 가스 및 오일 에어로졸을 받아들인다. 블로바이 가스 및 오일 에어로졸은 화살표(105)로 표시된 바와 같이 단일 유닛(101)의 예비분리기 부분(120)을 통해 주 분리기 부분(104)(예를 들어, 도 1b에 임팩터로 도시되어 있음)을 향해 유동한다. 예비청정화된 블로바이 가스는 화살표(115)로 표시된 바와 같이 주 분리기 부분(104)을 통해 후분리기 부분(140)을 향해 유동한다. 청정화된 블로바이 가스는 공기 출구(110)를 통해 단일 유닛(101)으로부터 배출된다. 단일 유닛(101)은 또한 예비분리기 오일 출구(132), 주 분리기 오일 출구(112), 및 분리된 오일을 크랭크케이스(102)로 다시 배출하는 후분리기 오일 출구(142)를 포함한다.

도 1c를 참조하면, 다른 실시예에서, 후분리기(140) 및 주 분리기(104)는 유닛(103) 내로 통합되어 있으며, 예비분리기(120)는 유닛(103)으로부터 분리되어 있다. 유닛(103)은 입구(108) 및 공기 출구(110)를 포함한다. 예비분리기(120)는 크랭크케이스(102)로부터 블로바이 가스 및 오일 에어로졸을 받아들이는 예비분리기 입구(128), 예비청정화된 블로바이 가스 및 오일 에어로졸을 배출하는 예비분리기 공기 출구(130), 및 분리된 오일을 크랭크케이스(102)로 다시 배출하는 예비분리기 오일 출구(132)를 포함한다. 예비분리기 오일 출구(132)를 빠져나가는 예비청정화된 블로바이 가스는 공기/오일 혼합물을 포함하며, 이는 (화살표(105)로 표시된 바와 같이) 추가의 여과를 위해 유닛(103)으로 직행된다. 예비분리기(120)는 유닛(103)의 주 분리기 부분(104) 내로 진입하기 전에 크랭크케이스(102)를 빠져나가는 블로바이 가스 및 오일 에어로졸로부터의 더 조대한 오일 입자의 예비분리를 제공한다. 유닛(103)의 입구(108)는 예비분리기(120)로부터의 예비청정화된 블로바이 가스를 받아들인다. 예비청정화된 블로바이 가스는 화살표(115)로 표시된 바와 같이 유닛(103)의 주 분리기 부분(104)을 통해 후분리기 부분(140)을 향해 유동한다. 청정화된 블로바이 가스는 공기 출구(110)를 통해 유닛(103)으로부터 배출된다. 유닛(103)은 또한 주 분리기 오일 출구(112) 및 분리된 오일을 크랭크케이스(102)로 다시 배출하는 후분리기 오일 출구(142)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 예비분리기(120)가 도시되어 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 예비분리기(120)는 유입 유체(160)(예를 들어, 크랭크케이스(102)로부터의 블로바이 가스 및 오일 에어로졸)를 받아들이는 예비분리기 입구(128), 및 예비분리된 유체(162)(예를 들어, 예비청정화된 블로바이 가스 및 오일 에어로졸)를 배출하는 예비분리기 공기 출구(130)를 포함한다. 예비분리기(120)는, 예비분리기(120)의 몸체에 결합되고 유입 유체(160)의 유동 경로에 위치된 오일 분리 포스트들(170)의 스태거형 어레이를 포함한다. 각각의 포스트(170)는 후크 단부 부분(166) 및 볼록 단부 부분(168)을 포함한다. 후크 단부 부분(166)은 하나 이상의 후크(174)를 포함한다. 볼록 단부 부분(168)은 후크 단부 부분(166)으로부터 가장 멀리 떨어진 충돌 표면(172) 상의 지점으로서 정의된 정점(180)을 갖는 볼록 표면을 포함한다. 충돌 표면(172)은 정점(180)의 각각의 측에서 후크(174)를 향해 경사진다. 후크(174)는 충돌 표면(172)을 향해 다시 연장되는 단부(176), 및 단부(176)와 충돌 표면(172) 사이에 위치된 수집 포켓(178)을 포함한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 포스트들(170)은, 볼록 단부 부분(168)은 예비분리기 입구(128)에 더 가까이 있고 후크 단부 부분(166)은 예비분리기 공기 출구(130)에 더 가까이 있어서 후크 단부 부분이 볼록 단부 부분(168)의 하류에 위치되도록 예비분리기(120) 내에 배열되어 있다. 포스트들(170)은, 유입 유체(160)가 정점(180)에서 충돌 표면(172)에 대해 대략 수직으로(예를 들어, 정점(180)에서 충돌 표면(172)의 접선에 대략 수직하게) 각각의 포스트(170)의 충돌 표면(172)과 접촉하거나 충돌하도록 배열된다. 유입 유체(160)의 입자의 일부분(예를 들어, 더 큰 오일 입자)이 필름(예를 들어, 오일 필름)으로서 충돌 표면(172)에 접착된다. 분리된 입자들은 충돌 표면(172) 상에서 하류로 이동하고 후크(174)의 수집 포켓(178) 내에 수집된다. 분리된 입자들은 궁극적으로 중력 및 예비분리기(120)를 통해 이동하는 유체의 낮은 속도로 인해 하방으로 배액된다.

유입 유체(160)의 나머지 부분(예를 들어, 충돌 표면(172)에 접착되지 않거나 수집 포켓(178) 내에 수집되지 않은 부분)은 예비분리기(120)를 통해 예비분리기 출구(130)를 향해 이동하고, 포스트들(170)의 다수의 열과 접촉한 후 예비분리기(120)로부터 예비분리된 유체(162)로서 배출된다. 따라서, 유입 유체(160)가 포스트들(170)의 후속 열과 접촉할 때마다, 유입 유체(160)의 입자들의 적어도 일부분이 충돌 표면(172)에 접착되고, 수집 포켓(178) 상에 수집되고, 예비분리기(120)로부터 크랭크케이스(102)로 다시 배액된다. 유입 유체(160)가 포스트들(170)을 통해 유동함에 따라, 유체는 잘 분포되고 포스트들(170) 사이의 유동 채널들 사이에서 분할되며, 그럼으로써 분리된 액체(예를 들어, 오일, 물) 입자의 낮은 유속 및 더 적은 재혼입 가능성으로 이어진다.

도 2 및 도 3에 도시된 예비분리기(120)는 또한 도 1에 도시된 바와 같이 후분리기 또는 시선상 배플(예를 들어, 후분리기(140))로서 사용될 수 있다. 후분리기(140)의 경우에는, 상기에서 논의된 바와 같이, 후분리기(140)는 주 분리기(104)로부터 받아들인 공기/액체 혼합물을 위한 제3 필터를 제공하는데, 여기서는 유체 유동 내에서 재발생되었거나 재혼입되었을 수 있는 액체(예를 들어, 오일, 물) 입자가, 공기 유동을 엔진 공기 흡입구로 다시 보내기 전에 분리된다. 시선상 배플의 경우에는, 청정화된 공기/액체 혼합물이 주 분리기(104)로부터 받아들여지고, 시선상 배플은 주 분리기(104)에 의해 여과한 후에 그리고 공기 유동을 엔진 공기 흡입구로 다시 보내기 전에 액체(예를 들어, 오일, 물) 입자의 직접 유동 경로를 차단한다.

도 4a 내지 도 4g를 참조하면, 포스트들(170)의 다양한 실시예가 도시되어 있다. 도 4a를 참조하면, 세장형(elongated) 충돌 표면을 갖는 포스트(170)가 도시되어 있다. 도 4b를 참조하면, 편평형(flattened) 충돌 표면을 갖는 포스트(170)가 도시되어 있다. 도 4c 내지 도 4e를 참조하면, 상대적으로 더 큰 후크(174)를 갖는 포스트들(170)이 도시되어 있다. 도 4f를 참조하면, 직사각형 후크 말단 단부(166)를 갖는 포스트(170)가 도시되어 있다. 직사각형 후크 단부 부분(166) 상의 수집 포켓(178)의 표면은 도 4a 내지 도 4e에 도시된 포스트들(170) 상의 수집 포켓(178)의 표면보다 상대적으로 더 편평하다. 도 4g를 참조하면, 삼각형 후크 말단 단부(166)를 갖는 포스트(170)가 도시되어 있다. 삼각형 후크 단부 부분(166) 상의 수집 포켓(178)은 도 4a 내지 도 4f에 도시된 포스트들(170)보다 상대적으로 더 뾰족한 형상이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 포스트들(170)의 다양한 특징이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 포스트들(170)은 포스트 폭(202), 포스트 길이(204), 후크 내경(206), 두께(208), 및 포스트 외경(214)을 갖는다. 일부 실시예에서, 후크 내경(206)은 1 밀리미터(mm) 내지 2.5 mm의 범위이다. 일부 실시예에서, 포스트 외경(214)은 3 mm 내지 5 mm의 범위이다. 따라서, 일부 실시예에서, 후크 내경(206)을 포스트 외경(214)으로 나눈 값으로 정의되는 바와 같은 상대 후크 크기는 0.2 내지 0.5의 범위이다. 일부 실시예에서, 두께(208)는 1 mm 내지 2.5 mm의 범위이며, 포스트들(170)의 높이를 따라 가변적이다.

게다가, 포스트들(170)은 x-방향(222)으로(예를 들어, 유입 유체(160)의 유동 방향을 따라) 포스트들(170) 사이에 측방향 간격(210)이 존재하고, y-방향(224)으로(예를 들어, 유입 유체(160)의 유동 방향과 수직으로) 포스트들(170) 사이에 양의 중첩부(212)가 존재하도록 배열된다. 일부 실시예에서, 측방향 간격(210)을 포스트 길이(204)로 나눈 값으로 정의되는 간격 계수(spacing factor)는 0.8 내지 1.2의 범위이다. 일부 실시예에서, 중첩부(212)를 포스트 폭(202)로 나눈 값으로 정의되는 중첩 계수(overlap factor)는 -0.2 내지 0.25의 범위이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 포스트들(170)은 또한 포스트 높이(220)를 갖는다. 일부 실시예에서, 포스트 높이(220)는 최대 85 mm의 범위일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 포스트들(170)은, 포스트들(170) 사이에 간격이 존재하도록 y-방향(224)으로 포스트들(170) 사이에 음의 중첩부(216)가 존재하도록 배열될 수 있다.

도 8 내지 도 14를 참조하면, 다양한 포스트 배열이 도시되어 있다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 제1 포스트 배열이 도시되어 있다. 제1 포스트 배열은 예비분리기(120)와 함께 사용 중인 것으로 도시되어 있지만, 또한 후분리기(140)의 일부로서 사용될 수 있다. 예비분리기(120)는 상부 벽 내부 표면(232)을 갖는 상부 벽(230) 및 하부 벽 내부 표면(242)을 포함하는 하부 벽(240)을 포함한다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 포스트들(170)은 상부 벽 내부 표면(232)과 하부 벽 내부 표면(242) 사이에서 연장된다. 포스트 높이(220)는 상부 벽 내부 표면(232)과 하부 벽 내부 표면(242) 사이의 높이로서 정의된다. 이 실시예에서, 포스트들(170)의 단부와 상부 벽 내부 표면(232) 또는 하부 벽 내부 표면(242) 어느 것 사이에도 갭(gap)은 존재하지 않는다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 따라 제2 포스트 배열이 도시되어 있다. 제2 포스트 배열은 예비분리기(120)와 함께 사용 중인 것으로 도시되어 있지만, 또한 후분리기(140)의 일부로서 사용될 수 있다. 예비분리기(120)는 상부 벽 내부 표면(232)을 갖는 상부 벽(230) 및 하부 벽 내부 표면(242)을 포함하는 하부 벽(240)을 포함한다. 포스트들(170) 각각은 상부 벽 내부 표면(232)으로부터, 하부 벽 내부 표면(242)에 근접하지만 그와 접촉하지는 않는 하부 단부 면(234)까지 연장된다. 하부 단부 면(234)은 하부 벽 내부 표면(242)으로부터 소정 거리로 이격되어 있다. 따라서, 포스트들(170)의 하부 단부 면(234)과 하부 벽 내부 표면(242) 사이에 갭(225)이 존재한다. 상부 벽 내부 표면(232)은 중력 방향에 대해 하부 벽 내부 표면(242) 위에 있다. 포스트들(170) 각각은 포스트(170)의 상부 벽 내부 표면(232)과 하부 단부 면(234) 사이의 높이로서 정의된 포스트 높이(220)를 포함한다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 또 다른 예시적인 실시예에 따라 제3 포스트 배열이 도시되어 있다. 제3 포스트 배열은 예비분리기(120)와 함께 사용 중인 것으로 도시되어 있지만, 또한 후분리기(140)의 일부로서 사용될 수 있다. 예비분리기(120)는 상부 벽 내부 표면(232)을 갖는 상부 벽(230) 및 하부 벽 내부 표면(242)을 포함하는 하부 벽(240)을 포함한다. 포스트들(170) 각각은 하부 벽 내부 표면(242)으로부터, 상부 벽 내부 표면(232)에 근접하지만 그와 접촉하지는 않는 상부 단부 면(236)까지 연장된다. 상부 단부 면(236)은 상부 벽 내부 표면(232)으로부터 소정 거리로 이격되어 있다. 따라서, 포스트들(170)의 상부 단부 면(236)과 상부 벽 내부 표면(232) 사이에 갭(227)이 존재한다. 상부 벽 내부 표면(232)은 중력 방향에 대해 하부 벽 내부 표면(242) 위에 있다. 포스트들(170) 각각은 포스트(170)의 하부 벽 내부 표면(242)과 상부 단부 면(236) 사이의 높이로서 정의된 포스트 높이(220)를 포함한다.

도 14를 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 제4 포스트 배열이 도시되어 있다. 제4 포스트 배열은 예비분리기(120)와 함께 사용 중인 것으로 도시되어 있지만, 또한 후분리기(140)의 일부로서 사용될 수 있다. 예비분리기(120)는 상부 벽 내부 표면(232)을 갖는 상부 벽(230) 및 하부 벽 내부 표면(242)을 포함하는 하부 벽(240)을 포함한다. 포스트들(170) 각각은 상부 포스트 부분(171) 및 하부 포스트 부분(173)을 포함한다. 상부 포스트 부분(171)은 상부 포스트 하부 단부 면(175)을 포함하고, 하부 포스트 부분(173)은 하부 포스트 상부 단부 면(177)을 포함한다. 상부 포스트 부분(171)은 상부 벽 내부 표면(232)으로부터 상부 포스트 하부 단부 면(175)까지 연장된다. 하부 포스트 부분(173)은 하부 벽 내부 표면(242)으로부터 하부 포스트 상부 단부 면(177)까지 연장된다. 하부 포스트 상부 단부 면(177)은 상부 포스트 하부 단부 면(175)으로부터 소정 거리로 이격되어 있다. 상부 포스트 하부 단부 면(175)과 하부 포스트 상부 단부 면(177) 사이에 갭(244)이 존재한다. 상부 포스트 부분(171)은 상부 포스트 높이(226)를 포함하고, 하부 포스트 부분(173)은 하부 포스트 높이(228)를 포함한다. 상부 포스트 높이(226)는 상부 벽 내부 표면(232)과 상부 포스트 하부 단부 면(175) 사이의 높이로서 정의된다. 하부 포스트 높이(228)는 하부 벽 내부 표면(242)과 하부 포스트 상부 단부 면(177) 사이의 높이로서 정의된다.

다양한 실시예를 기술하기 위해 본 명세서에서의 용어 "예시적인"의 임의의 사용은 그러한 실시예가 가능한 예, 표현, 및/또는 가능한 실시예의 예시를 나타내는 것으로 의도됨에(그리고 그러한 용어는 그러한 실시예가 반드시 뛰어나거나 최상의 예임을 암시하는 것으로 의도되지 않음에) 유의해야 한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "결합된(coupled)" 등은 2개의 부재를 서로 직접적으로 또는 간접적으로 결합시키는 것을 의미한다. 그러한 결합은 고정적(예컨대, 영구적)이거나 이동가능(예컨대, 제거가능 또는 해제가능)할 수 있다. 그러한 결합은, 2개의 부재 또는 2개의 부재 및 임의의 추가의 중간 부재가 서로 하나의 단일체로서 일체로 형성되거나 2개의 부재 또는 2개의 부재 및 임의의 추가의 중간 부재가 서로 부착되어 달성될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예의 구성 및 배열이 단지 예시적이라는 것에 유의하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 단지 몇 가지 실시예만이 상세히 설명되었지만, 본 발명을 검토하는 당업자는 본 명세서에서 설명되는 요지의 신규한 교시내용 및 이점으로부터 실질적으로 벗어남이 없이 많은 수정(예컨대, 크기, 치수, 구조, 다양한 요소의 형상 및 비율, 파라미터의 값, 장착 배열, 재료의 사용, 색상, 배향 등의 변화)이 가능하다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 예를 들어, 일체로 형성된 것으로 도시된 요소는 다수의 부품 또는 요소로 구성될 수 있고, 요소의 위치는 역전되거나 달리 변화될 수 있으며, 별개의 요소들 또는 위치들의 특성 또는 개수는 변경되거나 변화될 수 있다. 임의의 공정 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스(sequence)는 대안적인 실시예에 따라 변화되거나 재순서화될 수 있다. 또한, 특정 실시예로부터의 특징들은 당업자에 의해 이해될 바와 같은 다른 실시예로부터의 특징들과 조합될 수 있다. 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 예시적인 실시예의 설계, 작동 조건 및 배열에 있어서 다른 치환, 수정, 변경 및 생략이 또한 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명은 그의 사상 또는 본질적인 특징으로부터 벗어나지 않고서 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다. 기재된 실시예는 모든 점에서 단지 예시적인 것으로 그리고 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 전술한 설명에 의해서라기보다는 첨부된 청구범위로 나타낸다. 청구범위의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변화는 그의 범주 내에 포함되어야 한다.

Claims

공기/액체 분리기 시스템으로서,
공기/액체 혼합물로부터 액체 입자를 분리하도록 구성된 예비분리기(pre-separator)를 포함하며, 상기 예비분리기는
상기 공기/액체 혼합물을 받아들이는 예비분리기 입구;
예비분리된 공기/액체 혼합물을 배출하는 예비분리기 공기 출구;
분리된 액체를 배출하는 예비분리기 액체 출구;
상기 예비분리기 입구와 상기 예비분리기 공기 출구 사이에 배치된 복수의 포스트(post)들 - 상기 복수의 포스트들은 스태거형 어레이(staggered array)로 배열되고 각각은
상기 공기/액체 혼합물과 접촉하는 충돌 표면을 갖는 볼록 단부 부분(상기 공기/액체 혼합물로부터의 액체 입자의 일부분이 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착됨); 및
상기 볼록 단부 부분의 하류에 위치되고, 단부, 및 상기 충돌 표면과 상기 단부 사이에 배치된 수집 포켓을 갖는 하나 이상의 후크를 포함하는 후크 단부 부분(상기 수집 포켓은 상기 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착된 액체 입자의 일부분을 수집함)을 포함함 -;
주 분리기 - 상기 주 분리기는
상기 예비분리기로부터 상기 예비분리된 공기/액체 혼합물을 받아들이는 입구;
청정화된 공기/액체 혼합물을 배출하는 주 분리기 공기 출구; 및
분리된 액체를 배출하는 주 분리기 액체 출구를 포함함 - 를 포함하는, 공기/액체 분리기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 주 분리기로부터 상기 청정화된 공기/액체 혼합물을 받아들이고, 후분리된(post-separated) 공기/액체 혼합물을 배출하기 전에 액체 입자를 추가로 분리하도록 구성된 후분리기(post-separator)를 추가로 포함하는, 분리기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주 분리기로부터 상기 청정화된 공기/액체 혼합물을 받아들이고, 배출 전에 상기 청정화된 공기/액체 혼합물 내의 액체 입자의 직접 유동 경로를 차단하도록 구성된 시선상 배플(line-of-sight baffle)을 추가로 포함하는, 분리기 시스템.
제1항에 또는 제2항에 있어서, 엔진의 크랭크케이스를 추가로 포함하며, 상기 예비분리기 입구는 상기 크랭크케이스로부터 블로바이 가스(blowby gas)를 받아들이고, 상기 예비분리기 공기 출구로부터 상기 주 분리기로 예비분리된 블로바이 가스를 배출하고, 분리된 오일을 상기 크랭크케이스로 다시 배출하는, 분리기 시스템.
제1항에 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 후크 각각의 내경이 1 mm 내지 2.5 mm의 범위인, 분리기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 포스트들 각각의 외경이 3 mm 내지 5 mm의 범위인, 분리기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 상기 상부 벽 내부 표면과 상기 하부 벽 내부 표면 사이에서 연장되는, 분리기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 하부 단부 면을 포함하고, 상기 상부 벽 내부 표면과 상기 하부 단부 면 사이에서 연장되며;
상기 하부 단부 면은 상기 하부 벽 내부 표면으로부터 소정 거리로 이격되어, 상기 하부 단부 면과 상기 하부 벽 내부 표면 사이에 갭(gap)을 한정하는, 분리기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 상부 단부 면을 포함하고, 상기 하부 벽 내부 표면과 상기 상부 단부 면 사이에서 연장되며;
상기 상부 단부 면은 상기 상부 벽 내부 표면으로부터 소정 거리로 이격되어, 상기 상부 단부 면과 상기 상부 벽 내부 표면 사이에 갭을 한정하는, 분리기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 상부 부분 포스트 및 하부 부분 포스트를 포함하며;
상기 상부 포스트 부분은 하부 단부 면을 포함하고, 상기 상부 포스트 부분은 상기 상부 벽 내부 표면과 상기 하부 단부 면 사이에서 연장되고;
상기 하부 포스트 부분은 상부 단부 면을 포함하고, 상기 하부 포스트 부분은 상기 하부 벽 내부 표면과 상기 상부 단부 면 사이에서 연장되고;
상기 하부 포스트 부분은 상기 상부 포스트 부분으로부터 소정 거리로 이격되어, 상기 하부 포스트 부분과 상기 상부 포스트 부분 사이에 갭을 한정하는, 분리기 시스템.
공기/액체 혼합물로부터 액체 입자를 분리하도록 구성된 공기/액체 예비분리기로서,
공기/액체 혼합물을 받아들이는 예비분리기 입구;
예비분리된 공기/액체 혼합물을 배출하는 예비분리기 공기 출구;
분리된 액체를 배출하는 예비분리기 액체 출구;
상기 예비분리기 입구와 상기 예비분리기 공기 출구 사이에 배치된 복수의 포스트들 - 상기 복수의 포스트들은 스태거형 어레이로 배열되고 각각은
상기 공기/액체 혼합물과 접촉하는 충돌 표면을 갖는 볼록 단부 부분(상기 공기/액체 혼합물로부터의 액체 입자의 일부분이 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착됨); 및
상기 볼록 단부 부분의 하류에 위치되고, 단부, 및 상기 충돌 표면과 상기 단부 사이에 배치된 수집 포켓을 갖는 하나 이상의 후크를 포함하는 후크 단부 부분(상기 수집 포켓은 상기 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착된 액체 입자의 일부분을 수집함)을 포함함 - 을 포함하는, 예비분리기.
제11항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 상기 상부 벽 내부 표면과 상기 하부 벽 내부 표면 사이에서 연장되는, 예비분리기.
제11항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 하부 단부 면을 포함하고, 상기 상부 벽 내부 표면과 상기 하부 단부 면 사이에서 연장되며;
상기 하부 단부 면은 상기 하부 벽 내부 표면으로부터 소정 거리로 이격되어, 상기 하부 단부 면과 상기 하부 벽 내부 표면 사이에 갭을 한정하는, 예비분리기.
제11항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 상부 단부 면을 포함하고, 상기 하부 벽 내부 표면과 상기 상부 단부 면 사이에서 연장되며;
상기 상부 단부 면은 상기 상부 벽 내부 표면으로부터 소정 거리로 이격되어, 상기 상부 단부 면과 상기 상부 벽 내부 표면 사이에 갭을 한정하는, 예비분리기.
제11항에 있어서, 상기 예비분리기는 상부 벽 내부 표면을 갖는 상부 벽 및 하부 벽 내부 표면을 갖는 하부 벽을 추가로 포함하며, 상기 복수의 포스트들 각각은 상부 부분 포스트 및 하부 부분 포스트를 포함하며;
상기 상부 포스트 부분은 하부 단부 면을 포함하고, 상기 상부 포스트 부분은 상기 상부 벽 내부 표면과 상기 하부 단부 면 사이에서 연장되고;
상기 하부 포스트 부분은 상부 단부 면을 포함하고, 상기 하부 포스트 부분은 상기 하부 벽 내부 표면과 상기 상부 단부 면 사이에서 연장되고;
상기 하부 포스트 부분은 상기 상부 포스트 부분으로부터 소정 거리로 이격되어, 상기 하부 포스트 부분과 상기 상부 포스트 부분 사이에 갭을 한정하는, 예비분리기.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 후크 각각의 내경이 1 mm 내지 2.5 mm의 범위인, 예비분리기.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 포스트들 각각의 외경이 3 mm 내지 5 mm의 범위인, 예비분리기.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 측방향 간격을 포스트 길이로 나눈 값으로서 정의된 간격 계수(spacing factor)가 0.8 내지 1.2의 범위이고, 중첩 거리를 포스트 폭으로 나눈 값으로서 정의된 중첩 계수(overlap factor)가 -0.2 내지 0.25의 범위인, 예비분리기.
주 분리기로부터 받아들인 공기/액체 혼합물로부터 액체 입자를 분리하도록 구성된 공기/액체 후분리기로서,
예비청정화된 공기/액체 혼합물을 받아들이는 후분리기 입구;
후분리된 공기/액체 혼합물을 배출하는 후분리기 공기 출구;
분리된 액체를 배출하는 후분리기 액체 출구;
상기 후분리기 입구와 상기 후분리기 공기 출구 사이에 배치된 복수의 포스트들 - 상기 복수의 포스트들은 스태거형 어레이로 배열되고 각각은
상기 예비청정화된 공기/액체 혼합물과 접촉하는 충돌 표면을 갖는 볼록 단부 부분(상기 예비청정화된 공기/액체 혼합물로부터의 액체 입자의 일부분이 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착됨); 및
상기 볼록 단부 부분의 하류에 위치되고, 단부, 및 상기 충돌 표면과 상기 단부 사이에 배치된 수집 포켓을 갖는 하나 이상의 후크를 포함하는 후크 단부 부분(상기 수집 포켓은 상기 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착된 액체 입자의 일부분을 수집함)을 포함함 - 을 포함하는, 후분리기.
주 분리기로부터 받아들인 공기/액체 혼합물로부터 액체 입자를 분리하도록 구성된 시선상 배플로서,
공기/액체 혼합물을 받아들이는 배플 입구;
예비분리된 공기/액체 혼합물을 배출하는 배플 공기 출구;
분리된 액체를 배출하는 배플 액체 출구;
상기 배플 입구와 상기 배플 공기 출구 사이에 배치된 복수의 포스트들 - 상기 복수의 포스트들은 스태거형 어레이로 배열되고 각각은
상기 공기/액체 혼합물과 접촉하는 충돌 표면을 갖는 볼록 단부 부분(상기 공기/액체 혼합물로부터의 액체 입자의 일부분이 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착됨); 및
상기 볼록 단부 부분의 하류에 위치되고, 단부, 및 상기 충돌 표면과 상기 단부 사이에 배치된 수집 포켓을 갖는 하나 이상의 후크를 포함하는 후크 단부 부분(상기 수집 포켓은 상기 액체 필름으로서 상기 충돌 표면에 접착된 액체 입자의 일부분을 수집함)을 포함함 - 을 포함하는, 배플.