KR102490306B1 - 상용차용 공기 건조기 카트리지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축 공기 내에 포함된 수분과 유분 및 이물질을 카트리지 내부에서 다단계로 필터링함으로써 압축 공기의 클리닝 효과를 개선할 수 있는 건조기 카트리지에 관한 것이다. 특히, 본 발명에서는 바이패스 챔버 내에서 이동하면서 바이패스 유로를 단속할 수 있는 새로운 형태의 필터 부재를 포함하는 공기 건조기 카트리지를 제공한다.

Description

상용차용 공기 건조기 카트리지 {AIR DRYER CARTRIDGE FOR COMMERCIAL VEHICLE}

본 발명은 압축공기 처리 시스템에 적용되는 건조기 카트리지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상용차용 압축공기 처리 시스템에 적용되는 공기 건조기의 필터 카트리지에 관한 것이다.

상용 차량에서는 크고 무거운 상용차량의 작동 제어를 위해 공압을 이용한 여러 작동 시스템들이 구비된다. 이러한 공압 시스템들의 예로, 서비스 브레이크 시스템, 공압 서스펜션 시스템, 주차 브레이크 시스템 등이 있다. 이러한 공압 시스템들을 구동하기 위해서는 고압의 압축 공기가 필요하며, 이러한 압축 공기는 엔진 또는 구동 모터에 의해 구동되는 압축기를 통해 생성된 다음 각각의 압축 공기를 소비하는 시스템의 리저버들로 전달된다.

한편, 압축기를 통해 공급되는 압축공기에는 유분과 수분을 포함하는 이물질이 포함되어 있는데, 이러한 압축 공기 내 유분, 수분 등의 이물질은 공압 시스템의 고장을 일으키거나 내구성을 저하시키는 등 시스템에 악영향을 끼치게 된다.

따라서, 압축공기를 생성하여 공급하는 시스템에 있어서, 생성된 압축공기의 유분 등 이물질을 걸러내고, 수분을 흡수하여 건조한 공기를 만들기 위해 필터 카트리지를 포함한 건조기 유닛이 구비된다.

도 1은 종래 건조기 유닛이 설치된 압축공기 처리 시스템의 예를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(10)에서 생성된 고압의 압축공기는 건조기 유닛(20)을 거치면서 유분과 수분이 제거된다. 특히 건조기 유닛(20)으로 유입된 압축 공기는 필터 카트리지(21)을 통과하면서 처리되고, 처리된 압축 공기는 밸브 어셈블리(22)를 통해 각 소비 회로 측으로 공급된다.

한편, 건조기 유닛 내 제습제가 포화 상태에 이르는 등, 충분한 제습 성능을 발휘하지 못하는 경우, 건조한 압축공기를 건조기 유닛 내로 되돌려 제습제 성능을 회복하기 위한 재생 공정이 실시될 수 있으며, 이 경우의 압축 공기 유동은 공급 시와 대체로 반대 방향의 흐름을 보인다.

압축 공기 처리 시스템에서, 이미 흡입 공기에 포함된 오염 입자 뿐만 아니라 압축 과정 중에 압축기로부터 압축 공기에 도입되는 오일 및 카본 블랙 입자가 압축 공기로부터 제거되고, 압축 공기 내에 존재하는 수분이 제거된다. 이를 위해 상용차의 압축 공기 처리 시스템에는 일반적으로 압축 공기를 제습하고 바람직하게 오일 및 오염 입자도 흡수할 수 있는 공기 건조기 카트리지가 제공된다.

이와 관련, 한국공개특허 제10-2018-0118715호 및 한국등록특허 제10-2079405호에서는 종래의 필터 카트리지의 예를 도시하고 있다.

종래의 건조기 유닛에는 카트리지 내부에 제습제가 수납되어 제습 성능을 확보하는 한편, 압축공기의 유입구 인근에 유흡착 필터를 설치하여 유분을 제거할 수 있도록 구성됨이 일반적이었다. 다만, 종래의 건조기용 카트리지 구조의 경우, 유흡착 필터만으로는 유분을 충분히 흡착 제거하는 것에 한계가 있었다. 또한, 유흡착 필터 인근에 체크 밸브를 설치하여, 재생 시 압축 공기가 유흡착 필터를 우회하도록 구성하고 있었는데, 이러한 체크 밸브를 추가로 설치함으로 인해 제조 원가가 상승하고, 체크 밸브 측에서 완전한 기밀을 이루지 못하는 문제가 발생하였다.

한국공개특허 제10-2018-0118715호 (2018. 10. 31.) 한국등록특허 제10-2079405호 (2020. 02. 13.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 압축 공기 내에 포함된 수분과 유분 및 이물질을 카트리지 내부에서 다단계로 필터링함으로써 압축 공기의 클리닝 효과를 개선할 수 있는 공기 건조기 카트리지를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

특히, 본 발명에서는 2단계로 형성된 필터 구조에 의해 공기 건조기 카트리지의 유흡착 성능을 개선하는 한편, 특히 압축 공기 재생 시에는, 압축 공기 공급 시 필터에 의해 걸러진 이물질 중 일부를 재생과 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 공기 건조기 카트리지를 제공하는 점에서 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명에서는 2개의 프리 필터의 공극 크기를 조정하여 단계적인 필터링이 이루어지도록 구성하고, 특정 프리 필터를 바이패스할 수 있도록 바이패스 유로를 형성하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 특히, 이러한 바이패스 유로는 이동 가능한 프리 필터에 의해 공기 건조기 카트리지의 동작 상태에 따라 자동으로 활성화 또는 비활성화될 수 있도록 구성된 공기 건조기 카트리지를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상용차의 압축 공기 처리 시스템용 공기 건조기 카트리지로서, 내부 공간에 건조제가 수납되는 카트리지 용기; 카트리지 용기를 수용하기 위한 하우징; 하우징의 개방면을 폐쇄하도록 구성되며, 하우징 내로 공기가 이동할 수 있도록 유입 포트와 유출 포트가 형성된 베이스부; 압축 공기 내 이물질을 필터링하기 위한 제1 프리 필터; 및 제2 프리 필터;를 포함하고, 제1 프리 필터 및 제2 프리 필터는 카트리지 용기 상에 장착되고, 제1 프리 필터는 단면 상의 수평 방향 폭이 수직 방향 높이 보다 더 큰 값을 갖는 수평 배향 단면 구조를 가지고, 제2 프리 필터는 단면 상의 수직 방향 높이가 수평 방향 폭 보다 더 큰 값을 갖는 수직 배향 단면 구조를 가지며, 제1 프리 필터는 제2 프리 필터 보다 유입 포트에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 공기 건조기 카트리지를 제공한다.

제1 프리 필터는 제2 프리 필터에 비하여 평균 공극이 더 큰 필터 부재로 이루어질 수 있다.

제1 프리 필터와 제2 프리 필터 사이에는 단일한 필터링용 유로로 연결되고, 압축 공기 공급 시에는 제1 프리 필터를 통과한 압축 공기가 필터링용 유로를 통해 제2 프리 필터로 이동하고, 압축 공기 재생 시에는 제2 프리 필터를 통과한 압축 공기가 필터링용 유로를 통해 제1 프리 필터로 이동하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 공기 건조기 카트리지에 있어서, 카트리지 용기와 하우징 사이에는 압축 공기가 통과할 수 있도록 갭이 형성되고, 카트리지 용기는 제1 프리 필터를 고정하기 위한 제1 고정부재와 제2 프리 필터를 고정하기 위한 제2 고정부재를 포함하여 이루어지고, 제1 고정부재는 제1 프리 필터를 내부에 수용하기 위한 바이패스 챔버를 형성하고, 바이패스 챔버 내에는 제1 프리 필터가 상하 이동이 가능하도록 위치하며, 바이패스 챔버와 갭을 연결하는 바이패스 유로가 형성될 수 있다.

바이패스 유로는 제1 고정부재에 형성된 제1 개방부와 제2 고정부재에 형성되며 제1 개방부와 연통된 제2 개방부에 의해 형성되는 유로일 수 있다.

제1 프리 필터는 바이패스 유로를 단속할 수 있도록 제1 개방부를 개폐할 수 있는 실링 부재를 포함하고, 압축 공기 공급 시, 유입 포트를 통해 유입된 압축 공기에 의해 제1 프리 필터가 바이패스 챔버의 상부로 이동함에 따라 실링 부재에 의해 제1 개방부를 폐쇄하도록 구성되고, 압축 공기 재생 시, 유입 포트를 통한 압축 공기의 유입이 중단되면, 자중에 의해 제1 프리 필터가 바이패스 챔버의 하부로 이동함에 따라 실링 부재에 의해 폐쇄되었던 제1 개방부가 개방됨에 따라 바이패스 유로가 개방될 수 있다.

제1 프리 필터는 중공 구조를 갖는 모자형 플레이트 상에 고정되어 제1 프리 필터 조립체를 형성하고, 모자형 플레이트는 중공형 실린더부와 중공형 실린더부로부터 연장되는 플레이트부로 이루어지고, 중공형 실린더부 내측에는 제1 프리 필터 조립체의 승강을 가이드하기 위해 수직방향으로 배향되어 설치되는 가이드 핀이 형성되고, 제1 고정 부재의 내측벽에는 가이드 핀에 대응되는 가이드 홈이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 압축 공기 내에 포함된 수분과 유분 및 이물질을 카트리지 내부에서 다단계로 필터링함으로써 압축 공기의 클리닝 효과를 개선할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 2단계로 형성된 필터 구조에 의해 공기 건조기 카트리지의 유흡착 성능을 개선하는 한편, 특히 압축 공기 재생 시에는, 압축 공기 공급 시 필터에 의해 걸러진 이물질 중 일부를 재생과 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 프리 필터가 체크 밸브로도 기능할 수 있는 통합된 구조의 체크 밸브 통합형 프리 필터를 제공함으로써, 별도의 체크 밸브 구성 없이 공기 건조기 카트리지의 공급 및 재생 라인을 구현할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 공기 건조기 카트리지는, 그 제작 시 원가 절감이 가능하고, 공기 건조기 카트리지의 건조 효율을 개선되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 2개의 프리 필터의 공극 크기를 조정하여 단계적인 필터링이 이루어질 수 있으며, 특히 바이패스 챔버 내에서 이동 가능한 프리 필터에 의해 바이패스 유로가 개폐 동작함에 따라, 공기 건조기 카트리지의 동작 상태 별로 필터링 모드를 다르게 구현할 수 있으므로, 압축 공기의 공급 및 재생 효율이 개선될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 건조기 유닛이 설치된 압축공기 처리 시스템의 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기용 카트리지의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기용 카트리지를 포함하는 압축 공기 처리 시스템에 있어서, 공급 모드와 재생 모드에서의 공기 흐름을 개념적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기용 카트리지의 단면을 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 실시예에 따른 공기 건조기 카트리지의 제1 프리 필터 주변 단면을 도시한 것이다.
도 6a에서는 도 5의 프리 필터가 바이패스 유로를 개방하고 있는 상태를 나타내는 것이고, 도 6b는 도 5의 프리 필터가 바이패스 유로를 패쇄하고 있는 상태를 도시하고 있는 것이다.
도 7은 제1 프리 필터 조립체의 바람직한 실시예를 나타내고 있는 구성도이다.

이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 따라서, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 일부 구성요소들에 대한 치환이나 변경이 이루어질 수 있다.

이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 설명하고 있는 공기 건조기 카트리지는 종래의 건조기용 카트리지와 마찬가지로, 압축공기 내 유분을 제거하고, 압축 공기를 건조시켜 일방향으로 공급하도록 구성되는 한편, 일정한 조건에 따라 카트리지 재생을 위해 압축 공기를 반대 방향으로 흐르게 한 다음 대기로 배출하는 과정을 수행할 수 있도록 구성된 것을 의미한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 공기 건조기 카트리지 또한 압축공기가 유입되는 유입 포트와 압축 공기가 배출되는 배출 포트를 포함하도록 구성되는 바, 여기서 사용되는 용어 '유입'과 '유출'은 압축 공기 처리 시스템의 동작 상태에 따라 상대적으로 결정되는 개념으로, 압축 공기의 유동 방향과 관련된다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 압축 공기가 공급되는 상태, 즉 압축기에서 생성된 공기가 공기 건조기 카트리지로 유입된 다음, 밸브 어셈블리 측으로 유출되는 상태를 기준으로 '유입'과 '유출'을 설명한다. 참고로, 재생 시에는 카트리지 내부에서 이와는 반대 방향의 공기 유동을 보이기 때문에, '유입'과 '유출'은 압축 공기 공급시와는 반대가 된다는 점은 이 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 명세서에서 압축 공기가 '처리'된다고 함은, 압축 공기가 필터 카트리지를 통과하면서 압축 공기 내 유분과 수분 및 이물질들이 필터링되는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기 카트리지를 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기 카트리지의 단면을 도시한 것이고, 도 3은 이러한 공기 건조기 카트리지에서의 공기 흐름을 나타낸 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기 카트리지(100)는 수직방향의 중심축에 대해 실질적으로 회전 대칭으로 형성되고, 대체로 원통형의 하우징(110) 내부에 건조제(140)가 채워진 카트리지 용기(120)가 수납된 형태를 갖는다. 도 2에 도시된 것처럼, 원통형의 하우징(110)은 일단이 개방된 개방면을 갖는 구조이며, 그 맞은편 타단은 폐쇄된 형상이다. 예를 들어, 하우징(110)은 금속 박판을 딥드로잉 가공하여 제작한 컵 형상일 수 있다.

하우징(110) 내부에는 건조제(140)가 채워진 카트리지 용기(120)가 위치한다. 카트리지 용기(120)에 채워지는 건조제(140)는 제올라이트와 같이 제습 기능을 갖는 분말의 건조제일 수 있으며, 또는 건조제가 함침된 구조체일 수도 있다. 이러한 건조제(140)는 카트리지 용기(120)의 내부 공간 내에 가득 채워지게 되고, 상단의 스프링 부재(150)에 의해 카트리지 용기(120)가 가압됨에 따라 건조제(140)의 밀도가 충분히 증가될 수 있다.

도 2의 예의 경우, 스프링 부재(150)가 하우징(110) 상단에 위치하여, 카트리지 용기(120)를 하방으로 가압하는 하향식 구조로 이루어질 수 있다.

카트리지 용기(120)는 건조제(140)를 수납하는 용기 전체를 의미하는 것으로, 카트리지 용기(120)는 대체로 원통형인 카트리지 바디와 카트리지 바디의 개구를 덮는 카트리지 커버를 포함할 수 있다. 카트리지 커버는 건조제(140)가 외부로 배출되지 않도록 하는 뚜껑으로 기능하며, 중앙에는 카트리지 용기(120) 내부의 건조제(140)를 통과한 압축 공기가 배출될 수 있도록 유출 포트(144)가 형성될 수 있다.

카트리지 용기(120)의 하단에는 하우징(110)과 결합하면서 카트리지 용기(120)를 내부에 고정시키기 위한 베이스부(130)가 설치된다. 따라서, 베이스부(130)는 하우징(110)의 개방면 측에 위치하며, 베이스부(130)는 하우징(110)의 개방면의 덮개로 기능한다. 베이스부(130)는 하우징(110)의 개방면을 부분적으로 폐쇄하게 되는데, 여기서 하우징(110)의 개방면을 부분적으로 폐쇄한다는 것은 하우징(110) 내외로 공기가 이동하기 위한 유입 포트(143)와 유출 포트(144)를 제외한 베이스부(130)의 나머지 영역에서는 유체의 이동이 제한됨을 의미한다. 따라서, 베이스부(130)는 유입 포트(143)와 유출 포트(144)를 제외하고는 하우징(110) 내부로의 유체 이동이 불가능하도록 완전히 밀봉된다.

이러한 베이스부(130)와 관련, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 베이스부(130)는, 도 2에서와 같이, 공기 건조기 카트리지(100)의 저부를 구조적으로 보강하기 위한 보강판(131)과, 보강판(131) 하부에서 보강판(131)을 지지하며 하우징(110)의 단부와 플랜지형 시임 방식 등을 통해 체결되는 시밍캡(132)으로 구성될 수 있다. 한편, 이러한 플랜지형 시임 방식의 체결 구조와는 달리, 베이스부(130)가 용접 등을 통해 하우징(110)에 완전히 고정되도록 구성할 수도 있다.

공기 건조기 카트리지(100)는 공기 처리 시스템의 밸브 어셈블리 상에 직접 장착되어야 하므로, 공기 건조기 카트리지(100)는 공기 처리 시스템에 장착되기 위한 체결 구조가 구비될 수 있다. 이를 위해, 베이스부(130)는 공기 처리 시스템의 밸브 어셈블리에 직접 장착되기 위한 체결 구조를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 보강판(131) 중앙의 유출 포트(144)의 둘레에 나사산을 형성하여 밸브 어셈블리의 입구 측 넥부와 나사 결합되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 보강판(131)에는 중앙의 배출구(146) 주변으로 적어도 하나의 유입 포트(143)가 형성될 수 있으며, 이 유입 포트(143)의 내측으로 시밍 캡의 일측 플랜지가 삽입 고정될 수 있다. 이 때, 상기 시밍 캡의 외측, 즉 밸브 어셈블리 측으로는 압축공기의 기밀을 유지하기 위한 가스켓(133)이 설치될 수 있다. 상기 가스켓(133)은 상부가 시밍 캡(132)의 요철부에 인입되어 고정되며, 상기 시밍 캡의 요철부 외측에서 카트리지 중심축을 향해 돌출된 돌출부를 형성할 수 있다. 이를 통해, 공기 건조기 카트리지 아래에 위치하는 밸브 하우징(미도시)에 카트리지가 결합할 경우, 고리형 가스켓(133)의 단면 구조에 의해 내압에 따른 밀폐력이 향상될 수 있다.

또한, 도시되지는 않았으나, 하우징(110) 내부에서 압축 공기 유로 상의 기밀을 충분히 확보하기 위해, 분리된 구성들 사이에는 오-링과 같은 실링 부재 및 이들이 삽입 고정되기 위한 홈들이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 공기 건조기 카트리지는 압축기로부터 유입되는 압축 공기가 건조제(140)를 통과하기 전에 2단계에 걸쳐 유분을 필터링하도록 구성되는 것에 특징이 있다.

이를 위해, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 공기 건조기 카트리지 내부에는 유분 등의 이물질을 사전에 필터링하기 위한 두 개의 프리 필터를 포함할 수 있다.

이러한 프리 필터는 압축 공기 내에 포함된 유분 등을 흡착하여 제거하기 위한 것으로, 예를 들어 다공성 재료, 부직 재료 등으로 이루어진 유흡착지일 수 있다. 다만, 이러한 프리 필터는 위에 예시된 것으로 한정되는 것은 아니며, 압축 공기 처리 공정 시, 압축 공기가 건조제(140)로 유입되기 전 압축 공기를 사전에 필터링할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.

두 개의 프리 필터는 압축 공기가 이동하는 경로 상에 설치되며, 압축 공기 공급 시를 기준으로 건조제(140)의 상류 상에 설치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1 프리 필터(150)는 유입구 주변에 설치되고, 제2 프리 필터(170)는 카트리지 용기와 제1 프리 필터(150) 사이에 설치될 수 있다.

제1 프리 필터(150) 및 제2 프리 필터(170)는 카트리지 용기 상에 장착되는데, 도 2에서와 같이 카트리지 용기는 각각의 필터를 고정하기 위한 고정부재들이 형성될 수 있다. 이러한 고정부재들은 카트리지 용기의 외부에 형성되는 판상의 구조물들의 조합된 형태일 수 있으며, 바람직하게는, 고리형의 프리 필터가 고정될 수 있는 원통형 구조체일 수 있다.

예를 들어, 앞서 설명한 랩핑 방식으로 유흡착지를 카트리지 용기 상에 와인딩하여 프리 필터를 형성할 수 있도록 구성할 수 있으며, 이 경우 고정부재는 유흡착지가 와인딩 가능한 원통형 구조물일 수 있다.

한편, 유흡착지가 와인딩된 프리 필터 조립체를 미리 준비하고, 준비된 프리 필터 조립체를 고정부재 상에 조립하는 형태로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 고정부재는 프리 필터 조립체에서 필터요소를 지지하는 플레이트를 고정할 수 있는 형태가 될 수도 있다.

도 2의 예에서는 카트리지 용기 상에 2 개의 고정부재가 형성된 예를 도시하고 있는 것으로, 도 2에서는 제1 고정부재(160)에 의해 제1 프리 필터(150)가 고정되고, 제2 고정부재(180)에 의해 제2 프리 필터(170)가 고정되는 예를 도시하고 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 제1 프리 필터(150)와 제2 프리 필터(170)는 설치 위치, 평균 공극 크기, 단면의 배향 형태의 관점에서 차이가 있다.

압축 공기의 공급 시를 기준으로, 제1 프리 필터(150)는 제2 프리 필터(170)에 비해 상류 측에 위치하는 필터이며, 따라서 1차적으로 이물질을 필터링하는 기능을 담당하게 된다. 따라서, 제1 프리 필터(150)는 제2 프리 필터(170) 보다 유입 포트에 인접하게 위치하게 된다.

또한, 제1 프리 필터(150)는 제2 프리 필터(170)에 비하여 평균 공극이 더 큰 필터 부재로 이루어질 수 있다. 이는 통상적으로 이물질의 제거능이 필요한 경우는 압축 공기의 공급 시이므로, 공급 시를 기준으로 필터링 성능이 극대화될 수 있도록 프리 필터들을 배치하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 본 발명에서는 제1 프리 필터(150)의 평균 공극 크기를 제2 프리 필터(170)의 평균 공극 크기에 비해 더 크게 설정함으로써, 압축 공기 공급 시의 공기 흐름에 맞춰 제1 프리 필터(150)를 통해 입경이 큰 이물질들이 먼저 걸러진 다음, 제2 프리 필터(170)를 통해 입경이 상대적으로 작은 이물질들이 걸러질 수 있도록 구성하게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 제1 프리 필터(150)는 단면 상의 수평 방향 폭이 수직 방향 높이 보다 더 큰 값을 갖는 수평 배향 단면 구조를 가지고, 제2 프리 필터(170)는 단면 상의 수직 방향 높이가 수평 방향 폭 보다 더 큰 값을 갖는 수직 배향 단면 구조를 가질 수 있다.

이와 관련, 제1 프리 필터(150)는 공기 건조기 카트리지의 유입 포트에 인접하도록 위치하는 필터이며, 압축 공기의 공급 시, 내부 공극 크기에 따라 먼지와 같이 입경이 큰 이물질들을 먼저 걸러주는 필터이다. 한편, 도 3에서와 같이, 압축 공기의 재생 시에는 그 반대 방향의 공기 흐름을 형성하게 되므로, 깨끗하게 정화된 건조 공기가 내부 저장소로부터 공기 건조기 카트리지 측으로 인입된다.

이러한 건조 공기는 건조제 내부 수분을 흡수하여 외부로 배출되는데, 이 과정에서 제1 프리 필터(150) 상에 포집된 먼지 등을 외부로 함께 배출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 제1 프리 필터(150)는 수평 방향으로 배향된 단면 구조를 갖는 필터이며, 따라서 압축 공기 공급 시, 상대적으로 넓은 영역에서 먼지 등의 이물질이 포집되고, 필터 내부 공기의 이동 경로가 상대적으로 짧기 때문에 내부 이물질들이 축적되지 않게 된다.

반면, 재생 모드에서는, 깨끗한 건조 공기가 이동하면서 제1 프리 필터(150) 내부 이물질들을 쉽게 떨어낼 수 있으며, 이물질들을 외부로 쉽게 배출할 수 있는 구조를 갖느다. 즉, 제1 프리 필터(150)는 수평 배향된 단면 구조를 가지므로, 이물질의 이동 경로가 상대적으로 짧으며, 따라서 포집된 이물질들이 건조 공기에 의해 빠르고 쉽게 배출될 수 있다. 또한, 제1 프리 필터(150)는 카트리지 내부에서 유출 포트 부근에서 건조제가 삽입될 수 없는 공간 상에 배치될 수 있으므로, 필터로 인해 건조 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 제1 프리 필터(150)와 제2 프리 필터(170) 사이에는 단일한 필터링용 유로로 연결된다. 따라서, 압축 공기 공급 시에는 제1 프리 필터(150)를 통과한 압축 공기가 필터링용 유로를 통해 제2 프리 필터(170)로 이동하고, 압축 공기 재생 시에는 제2 프리 필터(170)를 통과한 압축 공기가 필터링용 유로를 통해 제1 프리 필터(150)로 이동하도록 구성될 수 있다.

제2 프리 필터(170)는 수직하게 배향되는 단면구조를 가지며, 따라서 건조제가 차지할 수 있는 카트리지 용기 내부 영역의 유출 포트 측 반경을 최대한 넓게 구성할 수 있으므로, 카트리지 용기 내부에서의 건조제의 건조 성능이 떨어지는 무효영역(즉, 유출포트 인근의 카트리지 용기 바깥 영역)의 체적을 줄일 수 있어 건조 성능 확보에 유리하다.

따라서, 압축 공기 공급 시를 기준으로, 제1 프리 필터(150)를 통해 1차로 필터링된 공기는 수직 방향으로 배향된 제2 프리 필터(170)를 통과하면서 상대적으로 작은 입경의 이물질들을 걸러낼 수 있다.

한편, 카트리지 용기(120)는 원통형 하우징(110)과 동심의 원통형 구조로 이루어질 수 있으며, 따라서 원통형 하우징과의 사이에서 갭(145)을 형성할 수 있다. 이러한 갭은 제1 및 제2 프리 필터를 통과한 압축 공기가 카트리지 용기 내의 건조제 측으로 이동하기 위한 통로로 기능한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기용 카트리지를 포함하는 압축 공기 처리 시스템에 있어서, 공급 모드와 재생 모드에서의 공기 흐름을 개념적으로 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 압축기를 통해 공급된 압축 공기는 공기 건조기 카트리지의 유입 포트 측에 연결된 밸브 하우징 블럭을 통해 공기 건조기 카트리지로 유입된다.

이후, 제1 프리 필터와 제2 프리 필터 및 건조제를 통과한 다음, 유출 포트를 통해 밸브 하우징 블럭 측으로 전달되고, 시스템 내 압축 공기 저장소 내에 저장될 수 있다.

위와 같은 과정을 통해 정화 처리된 건조 공기는 압축 공기 저장소 내에 충진되며, 주 브레이크 시스템 등 상용차량에서 압축 공기가 필요한 소비 장치 측으로 전달될 수 있다.

반면, 압축 공기 재생 모드에서는, 압축 공기 저장소 내에 충진된 건조 공기가 반대 방향으로 이동하면서 외부로 배출된다. 구체적으로, 압축 공기 저장소 내의 건조 공기는 건조제와 제2 프리 필터 및 제1 프리 필터를 순차적으로 통과한 후, 유입 포트를 통해 밸브 하우징 블럭으로 이동하게 되며, 배출 밸브를 통해 외기로 배출될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기 카트리지에서는, 제2 프리 필터를 바이패스 가능하도록 구성하고, 이를 위한 바이패스 챔버 및 이동가능한 제1 프리 필터를 구성하는 것에 특징이 있다.

이와 관련, 도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따른 공기 건조기용 카트리지의 단면을 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 실시예에 따른 공기 건조기 카트리지의 제1 프리 필터 주변 단면을 도시한 것이다.

또한, 도 6a 및 도 6b에서는 도 4의 실시예에 따른 공기 건조기 카트리지의 동작 상태에 따른 예를 도시하고 있는 것으로, 도 6a에서는 도 5의 프리 필터가 바이패스 유로를 개방하고 있는 상태를 나타내는 것이고, 도 6b는 도 5의 프리 필터가 바이패스 유로를 패쇄하고 있는 상태를 도시하고 있는 것이다.

도 4 및 도 5에 따른 공기 건조기 카트리지는 도 5에 표시된 제1 프리 필터 및 이를 고정하기 위해 카트리지 용기 상에 형성되는 바이패스 챔버 등을 제외하고는 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 공기 건조기 카트리지를 구성하는 기본 구조들은 모두 도 4에 도시되어 있으며, 관련된 설명들은 모두 도 2의 예에서 설명하였으므로, 본 실시예에서는 도 5에 표시된 구성들을 제외한 나머지 구성들에 대한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 공기 건조기 카트리지에 있어서, 카트리지 용기와 하우징 사이에는 압축 공기가 통과할 수 있도록 갭이 형성되고, 카트리지 용기는 제1 프리 필터를 고정하기 위한 제1 고정부재와 제2 프리 필터를 고정하기 위한 제2 고정부재를 포함하여 이루어지는 것은 앞서 도 2의 예에서와 동일하다.

한편, 도 5의 실시예에 따르면, 제1 고정부재(320)는 제1 프리 필터(312)를 내부에 수용하기 위한 바이패스 챔버(C)를 형성하고, 바이패스 챔버(C) 내에는 제1 프리 필터(312)가 상하 이동이 가능하도록 위치하는 것에 특징이 있다. 이러한 바이패스 챔버(C)는 제2 프리 필터(330)를 우회하기 위한 새로운 경로 형성을 위해 제공되는 것이며, 이를 위해 하우징 및 카트리지 용기 간의 갭과 바이패스 챔버(C)를 연결하는 바이패스 유로가 형성될 수 있다.

특히, 바이패스 챔버(C)는 제1 프리 필터(312)가 내부에 수납되는 챔버를 의미할 수 있다. 따라서 바이패스 챔버(C)는 수평 배향되는 제1 프리 필터(312)를 고정할 수 있는 내부 공간을 의미할 수 있으며, 상부에는 공기가 이동할 수 있는 복수의 홀이 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 바이패스 챔버(C)는 내부 공간 내에서 제1 프리 필터(312)가 상하 이동이 가능하도록 구성되어야 하는 바, 제1 프리 필터(312)의 체적 보다 더 큰 내부 체적을 갖도록 형성되어야 한다. 바람직하게는 도 5에서와 같이, 바이패스 챔버(C)의 폭은 제1 프리 필터(312)의 수평 방향 폭에 정확하게 부합하도록 형성되는 반면, 바이패스 챔버(C)의 높이는 제1 프리 필터(312)의 수직 방향 높이에 비해 더 높게 형성되어야 한다. 이러한 바이패스 챔버(C)의 구성을 통해 제1 프리 필터(312)는 상하로 이동 가능하게 된다.

이와 관련, 도 7은 제1 프리 필터 조립체(310)의 바람직한 실시예를 나타내고 있는 구성도이다.

도 7을 참조하면, 제1 프리 필터(312)는 중공 구조를 갖는 모자형 플레이트(311) 상에 고정되어 제1 프리 필터 조립체(310)를 형성하고, 모자형 플레이트(311)는 중공형 실린더부와 중공형 실린더부로부터 연장되는 플레이트부로 이루어질 수 있다. 이러한 모자형 플레이트(311)는 제1 프리 필터(312)가 고정될 수 있는 지지체로 기능하고, 특히 유흡착지를 랩핑하는 형태로 제1 프리 필터를 제작하는 경우, 와인딩을 위한 권취부가 된다.

또한, 도 7에서와 같이 중공형 실린더부 내측에는 제1 프리 필터 조립체(310)의 승강을 가이드하기 위해 수직방향으로 배향되어 설치되는 가이드 핀(314)이 형성될 수 있으며, 제1 고정 부재의 내측벽에는 가이드 핀(314)에 대응되는 가이드 홈이 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 경우, 카트리지 용기부 상에는 일측이 개방된 제1 고정부재용 몸체(321)가 일체로 형성되고, 도 7과 같은 제1 프리 필터 조립체(310)가 인입된 다음, 제1 고정부재용 커버(322)에 의해 닫혀짐에 따라 바이패스 챔버(C)를 갖는 제1 고정부재(320)가 형성될 수 있다.

또한, 제1 프리 필터(312)의 외측 방향에는 바이패스 유로를 단속할 수 있는 바이패스용 실링 부재(313)가 형성될 수 있다. 이러한 실링 부재(313)는 러버 등으로 이루어질 수 있으며, 제1 프리 필터(312)에 코팅되거나 별물로 제작된 바이패스용 실링 부재(313)가 부착되는 방식으로 적용될 수 있다.

바이패스용 실링 부재(313)에 의해 단속되는 바이패스 유로의 구성은 도 5를 참조하여 설명한다.

바이패스 유로는 제1 고정부재(320)에 형성된 제1 개방부(323)와 제2 고정부재(340)에 형성되며 제1 개방부(323)와 연통된 제2 개방부(341)에 의해 형성되는 유로일 수 있다. 제1 개방부(323)와 제2 개방부(341)는 압축 공기가 이동할 수 있는 유로로 기능할 수 있는 것이면 족하고, 그 형태 및 배치는 특별히 제한되지 않는다. 다만, 제1 개방부(323)와 제2 개방부(341)는, 도 5에서와 같이, 정상적인 압축 공기 경로와는 단절된 새로운 경로를 형성하여야 하는 것이므로, 바람직하게는 카트리지 용기의 반경 방향을 기준으로 제2 프리 필터(330)의 최외곽의 위치 보다 더 바깥에 위치할 수 있다. 따라서, 공기 건조기 카트리지의 중심축을 기준으로, 상기 제1 개방부(323)와 상기 제2 개방부(341)의 위치는 필터 카트리지의 최외곽 위치에 비하여 더 바깥에 위치하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제2 개방부(341)는 제2 프리 필터(330)의 최외곽 보다 바깥에 위치하는 것으로 제2 고정부재(340) 상에 형성되는 개방된 슬릿 또는 개구일 수 있다. 또한, 제1 개방부(323)는 상기 제2 개방부(341)에 대응되는 위치에 형성되는 개방된 슬릿 또는 개구일 수 있으며, 대응되는 위치의 제2 개방부(341)와 함께 바이패스 유로를 형성하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 바이패스용 실링 부재(313)은 제1 개방부(323)로의 압축 공기 유동을 충분히 막을 수 있도록 형성되어야 하고, 이를 위해 제1 프리 필터의 상승 시 제1 개방부 내로 인입될 수 있는 돌기가 형성될 수 있다. 이러한 돌기는 변형 가능한 탄성 부재로 이루어질 수 있으며, 압축 공기에 의해 전달되는 가압력에 의해 제1 개방부(323)의 입구 측 전 영역을 폐쇄하도록 변형 가능한 탄성 부재일 수 있다.

도 5는 압축 공기의 유동이 없는 상태에서의 바이패스 챔버(C) 내 제1 프리 필터(312)의 위치를 도시하고 있는 것으로, 도 5에서와 같이, 압축 공기의 유동이 없는 상태에서는 제1 프리 필터(312)의 자중에 의해 중력방향으로 하강한 상태로 제1 프리 필터(312)의 위치가 유지된다.

압축 공기의 공급 모드와 재생 모드에서의 바이패스 챔버(C) 내 제1 프리 필터(312)의 거동은 도 6a 및 도 6b에 각각 도시되어 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 압축 공기 공급 시, 유입 포트를 통해 유입된 고압의 압축 공기는 제1 프리 필터(312)를 상승시키기 위한 가압력을 제1 프리 필터(312) 측에 인가하게 된다. 이로 인해, 제1 프리 필터(312)가 바이패스 챔버(C)의 상부로 이동하게 되는데, 이러한 제1 프리 필터(312)의 움직임에 의해 바이패스용 실링 부재(313)가 바이패스 유로를 형성하는 제1 개방부(323)를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축 공기는 정상적인 유로를 통해 제2 프리 필터(330)를 통과하여 건조제 측으로 이동하게 된다.

한편, 도 6b에서와 같이, 압축 공기 재생 시, 유입 포트를 통한 압축 공기의 유입이 중단되면, 자중에 의해 제1 프리 필터(312)가 원래의 위치로 복귀하게 된다. 이 때, 재생되는 건조 공기는 제1 프리 필터(312)의 하강을 유도할 수 있다.

따라서, 제1 프리 필터(312)가 바이패스 챔버(C)의 하부로 이동함에 따라 실링 부재(313)에 의해 폐쇄되었던 제1 개방부(323)가 다시 개방될 수 있다. 따라서, 제1 개방부(323)와 제2 개방부(341)에 의하여 형성되는 바이패스 유로가 실질적으로 개방되며, 따라서 제2 프리 필터(330)를 우회하여 제1 프리 필터(312) 측으로 직접 인가되는 압축 공기가 생성된다.

이러한 재생 모드에서는 이미 정화된 건조 공기가 건조제를 통과한 다음 배출되는 것으로, 이와 같은 구조를 통해 빠르게 재생 모드가 종료될 수 있으므로, 재생 효율이 개선될 수 있다. 또한, 바이패스 유로를 통해 제1 프리 필터(312)의 반경 방향 바깥쪽에 포집된 이물질들도 효과적으로 배출할 수 있으므로, 제1 프리 필터의 필터링 성능 또한 재생 시 마다 주기적으로 개선될 수 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100: 공기 건조기 카트리지 110: 하우징
120: 카트리지 용기 130: 베이스부
131: 보강판 132: 시밍캡
133: 가스켓 140: 건조제
143: 유입 포트 144: 유출 포트
145: 갭 146: 배출구
150: 제1 프리 필터 160: 제1 고정부재
170: 제2 프리 필터 180: 제2 고정부재
310: 제1 프리 필터 조립체 311: 모자형 플레이트
312: 제1 프리 필터 313: 바이패스용 실링 부재
314: 가이드 핀 320: 제1 고정부재
330: 제2 프리 필터 340: 제2 고정부재

Claims (7)

1. 상용차의 압축 공기 처리 시스템용 공기 건조기 카트리지로서,
   내부 공간에 건조제가 수납되는 카트리지 용기;
   상기 카트리지 용기를 수용하기 위한 하우징;
   상기 하우징의 개방면을 폐쇄하도록 구성되며, 상기 하우징 내로 공기가 이동할 수 있도록 유입 포트와 유출 포트가 형성된 베이스부;
   압축 공기 내 이물질을 필터링하기 위한 제1 프리 필터; 및 제2 프리 필터;를 포함하고,
   상기 제1 프리 필터 및 상기 제2 프리 필터는 상기 카트리지 용기 상에 장착되고,
   상기 제1 프리 필터는 단면 상의 수평 방향 폭이 수직 방향 높이보다 더 큰 값을 갖는 수평 배향 단면 구조를 가지고,
   상기 제2 프리 필터는 단면 상의 수직 방향 높이가 수평 방향 폭보다 더 큰 값을 갖는 수직 배향 단면 구조를 가지고,
   상기 제1 프리 필터는 상기 제2 프리 필터보다 유입 포트에 인접하게 위치하고,
   상기 제1 프리 필터는 상기 제2 프리 필터에 비하여 평균 공극이 더 큰 필터 부재로 이루어지며,
   상기 카트리지 용기와 상기 하우징 사이에는 압축 공기가 통과할 수 있도록 갭이 형성되고,
   상기 카트리지 용기는 상기 제1 프리 필터를 고정하기 위한 제1 고정부재와 상기 제2 프리 필터를 고정하기 위한 제2 고정부재를 포함하여 이루어지고,
   상기 제1 고정부재는 상기 제1 프리 필터를 내부에 수용하기 위한 바이패스 챔버를 형성하고, 상기 바이패스 챔버 내에는 상기 제1 프리 필터가 상하 이동이 가능하도록 위치하고,
   상기 바이패스 챔버와 상기 갭을 연결하는 바이패스 유로가 형성되며,
   상기 바이패스 유로는 상기 제1 고정부재에 형성된 제1 개방부와 상기 제2 고정부재에 형성되며 상기 제1 개방부와 연통된 제2 개방부에 의해 형성되는 유로인 것을 특징으로 하는 공기 건조기 카트리지.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 프리 필터는 상기 바이패스 유로를 단속할 수 있도록 상기 제1 개방부를 개폐할 수 있는 실링 부재를 포함하고,
   압축 공기 공급 시, 상기 유입 포트를 통해 유입된 압축 공기에 의해 상기 제1 프리 필터가 상기 바이패스 챔버의 상부로 이동함에 따라 상기 실링 부재에 의해 상기 제1 개방부를 폐쇄하도록 구성되고,
   압축 공기 재생 시, 상기 유입 포트를 통한 압축 공기의 유입이 중단되면, 상기 제1 프리 필터가 상기 바이패스 챔버의 하부로 이동함에 따라 상기 실링 부재에 의해 폐쇄되었던 제1 개방부가 개방됨에 따라 상기 바이패스 유로가 개방되는 것을 특징으로 하는 공기 건조기 카트리지.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 프리 필터는 중공 구조를 갖는 모자형 플레이트 상에 고정되어 제1 프리 필터 조립체를 형성하고,
   상기 모자형 플레이트는 중공형 실린더부와 상기 중공형 실린더부로부터 연장되는 플레이트부로 이루어지고,
   상기 중공형 실린더부 내측에는 제1 프리 필터 조립체의 승강을 가이드하기 위해 수직방향으로 배향되어 설치되는 가이드 핀이 형성되고,
   상기 제1 고정 부재의 내측벽에는 상기 가이드 핀에 대응되는 가이드 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 건조기 카트리지.
   
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