KR102547166B1 - 단일 조립 배향 및 통합된 평형화를 갖는 회전식 분리기 - Google Patents

단일 조립 배향 및 통합된 평형화를 갖는 회전식 분리기 Download PDF

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Abstract

회전식 분리기는 종축을 따라 축방향으로 연장되고 제1 단부판과 제2 단부판을 포함하는 필터 요소, 및 분리 요소를 포함한다. 제1 단부판은 중심 튜브를 포함한다. 제2 단부판은 제1 단부판에 결합되고, 주연부를 갖고 중심 튜브를 수용하는 중심 개구를 포함한다. 필터 요소는 또한 제1 단부판과 제2 단부판 중 하나 상에 위치되고 서로 맞물리도록 구성된 축방향 연장 슬롯 및 축방향 연장 돌출부를 포함한다. 제1 및 제2 단부판들은 함께 결합된 때 내부 공동을 형성한다. 회전식 분리기는 내부 공동 내에 위치되는 필터 구조물을 포함한다.

Description

단일 조립 배향 및 통합된 평형화를 갖는 회전식 분리기
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 10월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/744,240호에 대한 우선권 및 그의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 내연 기관 시스템에서 유체를 여과하기 위한 회전식 분리기(rotating separator)에 관한 것이다.
내연 기관의 작동 동안, 블로바이 가스(blowby gas)로 불리는 연소 가스의 일부가 연소 실린더 밖으로 그리고 내연 기관의 크랭크케이스 내로 유동할 수 있다. 블로바이 가스는 에어로졸, 오일, 및 공기의 혼합물을 포함할 수 있다. 블로바이 가스는 전형적으로 크랭크케이스 환기 시스템을 통해 크랭크케이스 밖으로 보내진다. 크랭크케이스 환기 시스템은 블로바이 가스를 회전식 분리기를 통해 통과시켜, 블로바이 가스 내에 포함된 에어로졸 및 오일 대부분을 제거할 수 있다. 이어서, 여과된 블로바이 가스는 (개방식 크랭크케이스 환기 시스템에서) 주변으로 배기되거나, (밀폐식 크랭크케이스 환기 시스템에서) 추가의 연소를 위해 내연 기관을 위한 공기 흡입구로 다시 보내진다. 회전식 분리기에서, 오염물질(예컨대, 블로바이 가스에 의해 현탁되고 운반되는 오일 소적(droplet))은 적어도 부분적으로 원심 분리 기술에 의해 분리된다.
회전식 분리기는 필터 매체, 분리 원추체들의 스택(stack), 분리 디스크들의 스택, 또는 이들의 조합과 같은 필터 구조물을 포함할 수 있는 분리 요소를 포함한다. 종래의 회전식 분리기 단부판(endplate)은 다수의 배향으로 조립될 수 있다. 이들 상이한 배향은 종래의 회전식 분리기에 대한 불균형 조건들에서 상당한 변동량을 야기할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예는 종축을 따라 축방향으로 연장되고 제1 단부판과 제2 단부판을 갖는 필터 요소, 및 분리 요소를 포함하는 회전식 분리기에 관한 것이다. 제1 단부판은 중심 튜브를 포함한다. 제2 단부판은 제1 단부판에 결합되고, 주연부를 갖고 중심 튜브를 수용하는 중심 개구를 포함한다. 필터 요소는 또한 제1 단부판과 제2 단부판 중 하나 상에 위치된 축방향 연장 슬롯 및 축방향 연장 돌출부를 포함한다. 축방향 연장 돌출부는 축방향 연장 슬롯과 맞물리도록 구성된다. 제1 및 제2 단부판은 함께 결합된 때 내부 공동을 형성한다. 회전식 분리기는 내부 공동 내에 위치되는 필터 구조물을 포함한다.
다른 예시적인 실시예는 종축을 따라 축방향으로 연장되고 제1 단부판 및 제2 단부판을 갖는 필터 요소에 관한 것이다. 제1 단부판은 중심 튜브를 포함한다. 제2 단부판은 제1 단부판에 결합되고, 주연부를 갖고 중심 튜브를 수용하는 중심 개구를 포함한다. 필터 요소는 또한 제1 단부판과 제2 단부판 중 하나 상에 위치된 축방향 연장 슬롯 및 축방향 연장 돌출부를 포함한다. 축방향 연장 돌출부는 축방향 연장 슬롯과 맞물리도록 구성된다.
다른 예시적인 실시예는 종축을 따라 축방향으로 연장되고 제1 단부판과 제2 단부판을 갖는 필터 요소, 및 필터 구조물을 포함하는 회전식 분리기에 관한 것이다. 회전식 분리기는 또한 중심 허브를 포함한다. 제1 단부판은 제1 중심 개구를 포함한다. 제2 단부판은 제1 단부판에 결합되어 필터 요소 내에 내부 공동을 형성하고 제2 중심 개구를 포함한다. 중심 허브는 축방향으로 제1 단부판과 제2 단부판 사이에 위치되어 이들에 결합된다. 중심 허브는 종축을 따라 연장되는 중심 튜브를 포함한다. 필터 요소는 제1 축방향 연장 슬롯 및 제2 축방향 연장 슬롯을 더 포함한다. 필터 요소는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 더 포함한다. 제1 및 제2 돌출부들 및 제1 및 제2 슬롯들은 제1 단부판, 제2 단부판, 및 중심 튜브 중 하나 상에 이들의 일부 조합으로 위치된다. 제1 및 제2 돌출부들은 각각 제1 및 제2 축방향 연장 슬롯들과 맞물리도록 구성된다. 필터 구조물이 내부 공동 내에 위치되고, 유체로부터의 오염물질을 여과하도록 구성된다.
본 명세서에 논의된 다양한 실시예에서, 부품간 변동의 영향은 회전식 분리기의 조립을 단일 배향으로 제한함으로써 최소화될 수 있다. 이는 불균형 질량체의 위치 및 양에 있어서 보다 큰 일관성이 얻어지게 하여, 요소 균형화를 수행할 필요성이 대폭 감소되거나 심지어 제거될 수 있도록 한다.
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 1은 예시적인 실시예에 따른 회전식 분리기의 단면도.
도 2는 최종 조립 전의 도 1의 회전식 분리기의 단면도.
도 3은 도 1의 회전식 분리기의 분해도.
도 4는 도 1의 회전식 분리기의 저부 단부판의 단면도.
도 5는 도 1의 회전식 분리기의 저부 단부판의 상부 사시도.
도 6은 도 1의 회전식 분리기의 저부 단부판의 저부 사시도.
도 7은 도 1의 회전식 분리기의 상부 단부판의 단면도.
도 8은 도 1의 회전식 분리기의 상부 단부판의 저면도.
도 9는 도 1의 회전식 분리기의 상부 단부판의 저부 사시도.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 회전식 분리기의 단면 사시도.
도 11은 최종 조립 전의 도 10의 회전식 분리기의 단면도.
도 12는 도 10의 회전식 분리기의 중심 허브의 단면도.
도 13은 도 10의 회전식 분리기의 중심 허브의 단면도.
전반적으로 도면을 참조하면, 크랭크케이스를 빠져나가는 유체를 여과하도록 구성된 회전식 분리기가 도시되어 있다. 회전식 분리기는 함께 작동식으로 결합된 제1 및 제2 단부판들에 의해 형성되는 필터 요소를 포함한다. 제1 및 제2 단부판들은 제1 및 제2 단부판들이 단일 배향으로 함께 결합될 수 있게 함께 정합하도록 구성된 슬롯(또는 개구) 및 돌출부(또는 키이(key)) 설비를 포함한다. 키이 또는 슬롯과 평형을 이루게 하기 위해 단부판들 중 각각의 단부판 상에서 추가의 재료가 포함되거나 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전식 분리기는 중심 허브, 제1 단부판, 및 제2 단부판을 포함하는데, 이때 2개의 키이가 중심 허브 상에 형성되고 각각의 단부판은 각각의 키이와 정합하도록 구성된 슬롯을 갖는다. 키이 또는 슬롯과 평형을 이루게 하기 위해 중심 허브 또는 단부판들 상에서 추가의 재료가 포함되거나 제거될 수 있다. 필터 요소에 들어가는 유체는 그 내부에 수용된 필터 구조물(예컨대, 섬유상 또는 비-섬유상 매체, 축방향으로 감싸여진 매체, 분리 원추체들의 스택, 분리 디스크들의 스택 등)에 의해 여과된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 회전식 분리기(100)가 도시되어 있다. 회전식 분리기(100)는 종축(150)을 갖는 필터 요소(101)를 포함한다. 필터 요소(101)는 함께 결합된 제1 단부판(102) 및 제2 단부판(104)을 포함하는데, 이때 제1 단부판(102)과 제2 단부판(104) 사이에 내부 공동(107)이 한정된다. 회전식 분리기(100)는 통과하여 유동하는 유체로부터 오염물질을 여과하도록 구성된 분리 요소이다.
회전식 분리기(100)는 필터 요소(101) 내에 배치되고 제1 축방향 단부(103)와 제2 축방향 단부(105) 사이에서 종축(150)을 따라 연장되는 필터 구조물(111)을 포함한다. 필터 구조물(111)은 내부 표면(116)이 중공 내부(112)를 한정하고 외부 표면(118)이 외부 채널(108)을 한정하는 상태로 원통형 방식으로 배열된다(예컨대, 외부 채널은 필터 구조물(111)의 외부 표면(118)과 필터 요소(101)의 내부 표면(106) 사이에 한정됨). 필터 구조물(111)은 반경방향 억지 끼워맞춤으로 제1 단부판(102)과 제2 단부판(104) 사이에 위치된다. 다른 실시예에서, 필터 구조물(111)은 하나의 축방향 단부에서 제1 단부판(102)에 의해 포팅되거나(potted) 매립되고 반대편의 축방향 단부에서 제2 단부판(104)에 의해 포팅되거나 매립된다. 다른 실시예에서, 필터 구조물(111)은 다른 기술을 사용하여 제1 단부판(102)과 제2 단부판(104) 사이에 위치 및 유지된다. 필터 구조물(111)은 축방향으로 감겨진 매체, 섬유상 및 비-섬유상 매체, 분리 원추체들의 스택, 분리 디스크들의 스택, 및 이들의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 유형의 구조물을 포함할 수 있다.
회전식 분리기(100)에 들어가는 유체는 중공 내부(112)로부터 반경방향 외향으로, 필터 구조물(111)을 통해, 외부 채널(108) 내로 내향으로 유동한다. 회전식 분리기(100)를 통해 유동하는 블로바이 가스의 경우에, 원심력은 오일을 내부 표면(116)으로부터 외부 표면(118)으로 반경방향 외향으로 몰아댄다. 이어서, 분리된 오일은 내연 기관의 크랭크케이스 내로 다시 배출될 수 있다.
제1 단부판(102)은 필터 요소(101)의 제1 축방향 단부(103)로부터 필터 요소(101)의 제2 축방향 단부(105)까지 종축(150)을 따라 연장되는 측벽(114)을 포함한다. 측벽(114)은 형상이 원통형이고, 필터 요소(101)의 제2 축방향 단부(105)에서 제2 단부판(104)에 결합되도록 구성된다. 제1 단부판(102)은 또한 필터 요소(101)의 제1 축방향 단부(103)로부터 제2 축방향 단부(105)까지 종축(150)을 따라 연장되는 중심 튜브(130)를 포함한다. 회전식 분리기(100)는 내연 기관의 구성요소, 예컨대 내연 기관의 기어 또는 구동 풀리에 연결된 축방향 연장 샤프트에의 (예컨대, 중심 튜브(130)를 통한, 중심 튜브(130) 내의 삽입체(insert)를 통한) 기계식 커플링에 의해 회전 및 구동될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전식 분리기(100)는 전기 모터 또는 유압 구동식 터빈에 의해 구동되는 샤프트에 기계적으로 결합될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 축방향 연장 슬롯 또는 개구(124)가 제1 단부판(102)의 중심 튜브(130) 상에 형성된다. 슬롯(124)은, 제1 단부판(102)과 제2 단부판(104)이 본 명세서에 추가로 기술된 바와 같이 함께 결합될 때, 제2 단부판(104) 상에 형성된 축방향 연장 돌출부 또는 키이(120)와 정합한다(예컨대, 이를 수용함). 다른 실시예에서, 개구(124)의 축방향 연장 슬롯은 중심 튜브(130) 상이 아닌 제1 단부판(102) 상에 형성된다. 다른 실시예에서, 축방향 연장 슬롯 또는 개구(124)는 제2 단부판(104) 상에 형성된다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 제2 단부판(104)은 제2 단부판 내부면(132) 및 제2 단부판 외부면(134)을 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 필터 요소(101)를 형성하도록 제1 단부판(102)과 조립될 때, 제2 단부판 내부면(132)은 필터 요소 내에 형성된 내부 공동(107)에 대면하고, 제2 단부판 외부면(134)은 필터 요소(101)의 외부에 대면한다. 제2 단부판(104)은 또한 제2 단부판을 통해 연장되고 주연부(135)를 갖는 중심 개구(136)를 포함한다. 중심 개구(136)는 제1 및 제2 단부판(102, 104)들이 함께 조립될 때(도 1에 도시됨) 제1 단부판(102)의 중심 튜브(130)를 수용한다.
제2 단부판(104)은 중심 개구(136)의 주연부(135)에 근접하여(예컨대, 인접하여) 제2 단부판 내부면(132) 상에 형성된 돌출부 또는 키이(120)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 키이(120)는 필터 요소(101)의 제2 축방향 단부(105)로부터 제1 축방향 단부(103)까지 거리(122)만큼 연장된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 조립 동안, 필터 구조물(111)이 제1 단부판(102)에 사전 조립되면, 키이(120)가 연장되는 거리(122)는 제2 단부판(104)의 키이(120)가 제1 단부판(102)의 슬롯(124)과 맞물릴 때까지 필터 구조물(111)이 제2 단부판(104)과 맞물리는 것을 방지한다. 이러한 구성은 조작자가 정확한 정렬을 찾기 위한 노력으로 단부판(102, 104)들을 용이하게 회전시키게 하고 키이(120)를 슬롯(124)과 맞물리게 하여 제1 및 제2 단부판(102, 104)들을 정렬시킨다. 다른 실시예에서, 돌출부 또는 키이(120)는 제2 단부판(104) 상에 그러나 중심 개구(136)의 주연부(135)에 근접하지 않게 형성된다. 다른 실시예에서, 돌출부 또는 키이(120)는 제1 단부판(102) 상에 형성된다.
여전히 도 4 내지 도 6을 참조하면, 제2 단부판(104)은 또한 중심 개구(136)에 근접하여 제2 단부판 외부면(134) 상에 형성된 평형화 질량체(140)를 포함한다. 평형화 질량체(140)는 키이(120)로부터 종축(150)의 반대측(예컨대, 중심 개구(136)의 주연부(135)를 따라 키이(120)의 위치설정으로부터/까지 180도)에 위치된다. 평형화 질량체(140)는 회전식 분리기(100)의 회전 동안 키이(120)의 질량의 영향을 상쇄시키는 방식으로 위치된다. 따라서, 평형화 질량체(140)는 키이(120)와 실질적으로 동일한 질량이어서 회전 동안 키이(120)와 균형을 이룰 수 있다. 다른 실시예에서, 평형화 질량체(140)는 제1 단부판(102) 또는 제2 단부판(104) 상에 달리 형성될 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 제1 단부판(102)은 제1 단부판 내부면(142) 및 제1 단부판 외부면(144)을 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 필터 요소(101)를 형성하도록 제2 단부판(104)과 조립될 때, 제1 단부판 내부면(142)은 필터 요소 내에 형성된 내부 공동(107)에 대면하고, 제1 단부판 외부면(144)은 필터 요소(101)의 외부에 대면한다. 제1 단부판(102)은 또한 중심 튜브(130) 상에 형성된 평탄 링(160)(예컨대, 플랜지)을 포함한다. 평탄 링(160)은 제1 및 제2 단부판(102, 104)들이 함께 조립된 때(도 1에 도시됨) 제2 단부판 내부면(132)에 맞닿는다.
제1 단부판(102)은 또한 종축(150)에 근접하여 중심 튜브(130)의 평탄 링(160) 상에 형성된 슬롯(124)을 포함한다. 슬롯(124)은 제1 및 제2 단부판(102, 104)들이 함께 조립된 때(도 1에 도시됨) 제2 단부판(104)의 키이(120)를 수용하고 이와 정합하도록 구성된다. 제1 및 제2 단부판(102, 104)들을 조립할 때, 키이(120)가 슬롯(124) 내로 활주할 때까지 단부판(102, 104)들을 종축(150)을 중심으로 회전시키는 동안 평탄 링(160)의 표면은 키이(120)가 평탄 링(160)을 가로질러 용이하게 활주하게 한다. 다른 실시예에서, 슬롯(124)은 중심 튜브(130)의 평탄 링(160) 상이 아닌 제1 단부판(102) 상에 형성된다. 다른 실시예에서, 슬롯(124)은 제2 단부판(104) 상에 형성된다.
여전히 도 7 내지 도 9를 참조하면, 제1 단부판(102)은 또한 중심 튜브(130)에 근접하여 제1 단부판 내부면(142) 상에 형성된 평형화 질량체(126)를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 평형화 질량체(126)는 (예컨대, 종축(150)을 중심으로 동일한 각도를 따라) 슬롯(124)과 일렬로 축방향으로 위치된다. 평형화 질량체(126)는 회전식 분리기(100)의 회전 동안 슬롯(124)의 효과(예컨대, 평탄 링(160) 둘레에서의 손실 질량)를 상쇄하는 방식으로 위치된다. 평형화 질량체(126)의 추가 질량은 평탄 링(160)(예컨대, 슬롯(124)이 위치되는 곳)으로부터의 손실된 질량을 대체하도록 작용한다. 따라서, 평형화 질량체(140)는 회전 동안 회전식 분리기(100)가 균형을 이루게 하기 위해 슬롯(124)으로 인한 평탄 링(160)의 손실 부분과 실질적으로 동일한 질량일 수 있다. 다른 실시예에서, 평형화 질량체(126)는 제1 단부판(102) 또는 제2 단부판(104) 상에 달리 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 단부판(102) 및 제2 단부판(104)은 함께 초음파 용접된다. 일부 실시예에서, 제1 단부판(102) 및 제2 단부판(104)은 나사 등과 같은 체결구를 사용하여 함께 체결된다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 따른 회전식 분리기(200)가 도시되어 있다. 회전식 분리기(200)는 종축(250)을 갖는 필터 요소(201)를 포함한다. 필터 요소(201)는 제1 단부판(202), 제2 단부판(204), 및 함께 결합된 중심 허브(230), 및 필터 요소 내에 형성된 내부 공동(207)을 포함한다.
회전식 분리기(100)는 필터 요소(201) 내에 배치되고 제1 축방향 단부(203)와 제2 축방향 단부(205) 사이에서 종축(250)을 따라 연장되는 필터 구조물(111)을 포함한다. 필터 구조물(211)은 내부 표면(216)이 중공 내부(212)를 한정하고 외부 표면(218)이 외부 채널(208)을 한정하는 상태로 원통형 방식으로 배열된다(예컨대, 외부 채널은 필터 구조물(211)의 외부 표면(218)과 필터 요소(201)의 내부 표면(206) 사이에 한정됨). 필터 구조물(211)은 반경방향 억지 끼워맞춤으로 제1 단부판(202)과 제2 단부판(204) 사이에 위치된다. 다른 실시예에서, 필터 구조물(211)은 하나의 축방향 단부에서 제1 단부판(202)에 의해 포팅되거나 매립되고 반대편의 축방향 단부에서 제2 단부판(204)에 의해 포팅되거나 매립된다. 다른 실시예에서, 필터 구조물(211)은 다른 기술을 사용하여 제1 단부판(202)과 제2 단부판(204) 사이에 위치 및 유지된다. 필터 구조물(211)은 다양한 유형의 여과 매체를 포함할 수 있다. 따라서, 다른 실시예에서, 필터 구조물(211)은 또한 분리 원추체들의 스택, 분리 디스크들의 스택, 이들의 조합 등을 포함할 수 있다.
회전식 분리기(200)에 들어가는 유체는 중공 내부(212)로부터 반경방향 외향으로, 필터 구조물(211)을 통해, 외부 채널(208) 내로 내향으로 유동한다. 회전식 분리기(200)를 통해 유동하는 블로바이 가스의 경우에, 원심력은 오일을 내부 표면(216)으로부터 외부 표면(218)으로 반경방향 외향으로 몰아댄다. 이어서, 분리된 오일은 내연 기관의 크랭크케이스 내로 다시 배출될 수 있다.
제1 단부판(202)은 필터 요소(201)의 제1 축방향 단부(203)로부터 필터 요소(201)의 제2 축방향 단부(205)까지 종축(250)을 따라 연장되는 측벽(214)을 포함한다. 측벽(214)은 형상이 원통형이고, 필터 요소(201)의 제2 축방향 단부(205)에서 제2 단부판(204)에 결합되도록 구성된다. 제1 단부판(202)은 제1 단부판 내부면(242) 및 제1 단부판 외부면(244)을 포함한다. 제2 단부판(204) 및 중심 허브(230)와 조립될 때, 제1 단부판 내부면(242)은 필터 요소 내에 형성된 내부 공동(207)에 대면하고, 제1 단부판 외부면(244)은 필터 요소(201)의 외부에 대면한다. 제1 단부판(202)은 또한 제1 단부판을 통해 연장되고 제1 주연부(245)를 갖는 제1 중심 개구(246)를 포함한다. 제1 중심 개구(246)는 제1 단부판(202), 중심 허브(230), 및 제2 단부판(204)이 함께 조립될 때 중심 허브(230)의 중심 튜브(231)를 수용한다.
제1 단부판(202)은 또한 제1 중심 개구(246)에 근접하여(예컨대, 인접하여) 제1 단부판 내부면(242) 상에 형성된 제1 축방향 연장 슬롯(224)을 포함한다. 제1 슬롯(224)은 제1 단부판 내부면(242)으로부터 필터 요소(201)의 제1 축방향 단부(203)를 향해 종방향으로 연장된다. 제1 슬롯(224)은, 제1 단부판(202), 중심 허브(230), 및 제2 단부판(204)이 본 명세서에 추가로 기술된 바와 같이 함께 결합될 때, 중심 허브(230)의 제1 키이(221)를 수용하고 이와 정합하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제1 축방향 연장 슬롯(224)은 제1 단부판(202) 상에 그러나 제1 중심 개구(246)에 근접하지 않게 형성된다. 다른 실시예에서, 제1 축방향 연장 슬롯(224)은 제2 단부판(204) 상에 형성된다. 다른 실시예에서, 제1 축방향 연장 슬롯(224)은 중심 허브(230) 상에 형성된다.
제2 단부판(204)은 제2 단부판 내부면(232) 및 제2 단부판 외부면(234)을 포함한다. 필터 요소(201)를 형성하도록 제1 단부판(202) 및 중심 허브(230)와 조립될 때, 제2 단부판 내부면(232)은 필터 요소 내에 형성된 내부 공동(207)에 대면하고, 제2 단부판 외부면(234)은 필터 요소(201)의 외부에 대면한다. 제2 단부판(204)은 또한 제2 단부판을 통해 연장되고 제2 주연부(235)를 갖는 제2 중심 개구(236)를 포함한다. 제2 중심 개구(236)는 제1 단부판(202), 중심 허브(230), 및 제2 단부판(204)이 함께 조립될 때 중심 허브(230)의 중심 튜브(231)를 수용한다.
제2 단부판(204)은 또한 제2 중심 개구(236)에 근접하여(예컨대, 인접하여) 제2 단부판 내부면(232) 상에 형성된 제2 축방향 연장 슬롯(226)을 포함한다. 제2 슬롯(226)은 제2 단부판 내부면(232)으로부터 필터 요소(201)의 제2 축방향 단부(205)를 향해 종방향으로 연장된다. 제2 슬롯(226)은, 제1 단부판(202), 중심 허브(230), 및 제2 단부판(204)이 함께 결합될 때, 중심 허브(230)의 제2 키이(220)를 수용하고 이와 정합하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제2 슬롯(226)은 제2 단부판(204) 상에 그러나 제2 중심 개구(236)에 근접하지 않게 형성된다. 다른 실시예에서, 제2 슬롯(226)은 제1 단부판(202) 상에 형성된다. 또 다른 실시예에서, 제2 슬롯(226)은 중심 허브(230) 상에 형성된다.
중심 허브(230)는 축방향으로 제1 단부판(202)과 제2 단부판(204) 사이에 위치된다. 제1 단부판(202), 제2 단부판(204), 및 중심 허브(230)는 도 10에 도시된 바와 같이 체결구(215)들을 사용하여 함께 체결될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 단부판(202), 제2 단부판(204), 및 중심 허브(230)는 함께 초음파 용접될 수 있다. 중심 허브(230)는 필터 요소(201)의 종축(250)을 따라 연장되는 중심 튜브(231)를 포함한다. 중심 허브(230)는 중심 허브(230)의 각각의 축방향 측에서 중심 튜브(231)를 따라 형성된 제1 돌출부 또는 키이(221) 및 제2 돌출부 또는 키이(220)를 포함한다(예컨대, 제1 키이(221)는 제1 단부판(202)에 대면하고, 제2 키이(220)는 제2 단부판(204)에 대면함). 제1 키이(221)는 제1 단부판(202) 상에 형성된 제1 슬롯(224)과 정합하고 이에 의해 수용되도록 구성된다. 제2 키이(220)는 제2 단부판(204) 상에 형성된 제2 슬롯(226)과 정합하고 이에 의해 수용되도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제1 키이(221)및 제2 키이(220)는 중심 튜브(231) 상이 아닌 중심 허브(230) 상에 형성된다. 다른 실시예에서, 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)는 제1 단부판(202) 상에 형성된다. 또 다른 실시예에서, 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)는 제2 단부판(204) 상에 형성된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)는 중심 튜브(231)를 따라 거리(222)만큼 연장되어, 조립 동안, 필터 구조물(211)이 제1 단부판(202)에 사전 조립되면, 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)가 연장되는 거리(222)는 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)가 각각 제1 단부판(202) 및 제2 단부판(204)의 제1 슬롯(224) 및 제2 슬롯(226)과 맞물릴 때까지 필터 구조물(211)이 제2 단부판(204)과 맞물리는 것을 방지하게 한다. 이러한 구성은 조작자가 정확한 정렬을 찾기 위한 노력으로 제1 단부판(202) 및 제2 단부판(204)을 용이하게 회전시키게 하고 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)를 각각 제1 슬롯(224) 및 제2 슬롯(226)과 맞물리게 하여 제1 단부판(202) 및 제2 단부판(204)을 정렬시킨다.
도 10 내지 도 13에 도시된 회전식 분리기(200)는 또한 중심 허브(230) 또는 제1 단부판(202) 및 제2 단부판(204) 상에서 평형화 질량체를 포함한다. 평형화 질량체는 회전식 분리기(200)의 회전 동안 슬롯 및 키이의 효과(예컨대, 슬롯으로 인한 손실 질량, 키이의 질량)를 상쇄하는 방식으로 위치된다. 평형화 질량체의 추가 질량은, 슬롯의 포함으로 인한 질량 손실을 대체하거나 키이의 포함으로 인한 질량을 상쇄하도록 작용한다. 따라서, 각각의 평형화 질량체는 슬롯으로 인한 질량의 손실 부분과 실질적으로 동일한 질량일 수 있고 슬롯과 일렬로 위치될 수 있거나, 키이와 실질적으로 동일한 질량일 수 있고 키이로부터 종축(250)의 반대편에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 평형화 질량체는 회전 동안 회전식 분리기(200)가 균형을 이루도록 작용한다.
다른 실시예에서, 평형화 질량체를 포함하는 대신에, 제1 슬롯(224) 및 제1 키이(221)는 제2 슬롯(226) 및 제2 키이(220)로부터 180도에 위치된다. 이러한 방식으로, 제1 단부판(202) 및 제2 단부판(204)은 평형화 상태를 생성하도록 서로 반대편에(예컨대, 180도) 배향된다. 다른 실시예에서, 각각 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)를 중심 허브(230) 상에 그리고 제1 슬롯(224) 및 제2 슬롯(226)을 제1 단부판(202) 및 제2 단부판(204) 상에 통합하는 대신에, 제1 키이(221) 및 제2 키이(220)는 각각 제1 단부판(202) 및 제2 단부판(204) 상에 위치될 수 있고, 제1 슬롯(224) 및 제2 슬롯(226)은 중심 허브(230) 상에 위치될 수 있다.
요소의 위치(예컨대, "상부", "하부", "위", "아래" 등)에 대한 본 명세서에서의 언급은 단지 도면에서의 다양한 요소의 배향을 설명하기 위해 사용된다. 다양한 요소의 배향이 다른 예시적인 실시예에 따라 상이할 수 있고, 그러한 변형이 본 발명에 의해 포함되도록 의도된다는 것에 유의하여야 한다. 또한, 하나 이상의 표면에 의한 통로의 형성은 매우 다양한 통로 단면 형상을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 통로는 원형, 직사각형, 난형 등의 단면 형상을 갖는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로" 및 유사한 용어는 본 발명의 요지가 속하는 기술 분야의 당업자에 의한 통상적이고 용인된 사용과 조화되어 넓은 의미를 갖는 것으로 의도된다. 본 발명을 검토하는 당업자는 이들 용어가, 설명되고 청구되는 소정 특징부의 범주를 제공된 정확한 수치 범위로 제한함이 없이 이들 특징부의 설명을 허용하도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 이들 용어는 설명되고 청구되는 요지의 (예컨대, 주어진 각도 또는 다른 값의 ±5 퍼센트 내의) 비실질적인 또는 중요하지 않은 수정 또는 변경이 첨부된 청구범위에 언급된 바와 같은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주됨을 나타내는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "결합된" 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 유동 구조물에 대한 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.

Claims (21)

  1. 회전식 분리기(rotating separator)로서,
    종축을 따라 축방향으로 연장되는 필터 요소; 및
    필터 구조물
    을 포함하고,
    필터 요소는,
    중심 튜브를 포함하는 제1 단부판(endplate),
    제1 단부판에 결합되는 제2 단부판으로서, 제1 단부판 및 제2 단부판은 제1 단부판과 제2 단부판 사이에서 내부 공동(cavity)을 형성하고, 제2 단부판은, 주연부를 갖는 중심 개구, 내부 공동에 대면하는 제2 단부판 내부면, 필터 조립체에 대면하는 제2 단부판 외부면, 및 제2 단부판 외부면 상에 형성된 제1 평형화 질량체(counterbalance mass)를 포함하는, 제2 단부판,
    제1 단부판 및 제2 단부판 중 하나 상에 형성된 축방향 연장 슬롯, 및
    제1 단부판 및 제2 단부판 중 하나 상에 형성되고 축방향 연장 슬롯과 맞물리도록 구성된 축방향 연장 돌출부
    를 포함하며,
    필터 구조물은 내부 공동 내에 위치되고 유체로부터의 오염물질을 여과하도록 구성되는, 회전식 분리기.
  2. 제1항에 있어서, 제1 단부판 상에 형성되고 종축에 대해 축방향 연장 슬롯과 일렬로 위치된 제2 평형화 질량체를 더 포함하는, 회전식 분리기.
  3. 제2항에 있어서, 제1 평형화 질량체는 축방향 연장 돌출부로부터 종축의 반대편에 위치되는, 회전식 분리기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중심 개구는 제1 단부판의 중심 튜브를 수용하고, 축방향 연장 돌출부는 중심 개구의 주연부에 근접하여 제2 단부판 내부면 상에 형성되는, 회전식 분리기.
  5. 제4항에 있어서, 제2 단부판은 중심 개구의 주연부에 근접하여 형성된 제1 평형화 질량체를 더 포함하는, 회전식 분리기.
  6. 제5항에 있어서, 제1 평형화 질량체는 축방향 연장 돌출부로부터 종축의 반대편에 위치되는, 회전식 분리기.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향 연장 슬롯은 제1 단부판의 중심 튜브 상에 형성되고, 축방향 연장 돌출부는 제2 단부판 상에 형성되는, 회전식 분리기.
  8. 제4항에 있어서, 제1 단부판은,
    내부 공동에 대면하는 제1 단부판 내부면,
    필터 요소의 외부에 대면하는 제1 단부판 외부면,
    조립된 위치에서 제2 단부판 내부면에 맞닿는 평탄 링
    을 포함하고,
    축방향 연장 슬롯은 평탄 링 상에 형성되고 제2 단부판의 축방향 연장 돌출부와 정합하는, 회전식 분리기.
  9. 종축을 갖는 필터 요소로서,
    중심 튜브를 포함하는 제1 단부판; 및
    제2 단부판으로서, 주연부를 갖는 중심 개구, 제2 단부판 내부면, 제2 단부판 외부면, 및 제2 단부판 외부면 상에 형성된 제1 평형화 질량체를 포함하는, 제2 단부판;
    제1 단부판 및 제2 단부판 중 하나 상에 형성된 축방향 연장 슬롯; 및
    제1 단부판 및 제2 단부판 중 하나 상에 형성되고 축방향 연장 슬롯과 맞물리도록 구성된 축방향 연장 돌출부
    를 포함하는, 필터 요소.
  10. 제9항에 있어서, 제1 단부판 상에 형성되고 종축에 대해 축방향 연장 슬롯과 일렬로 위치된 제2 평형화 질량체를 더 포함하는, 필터 요소.
  11. 제10항에 있어서, 제1 평형화 질량체는 축방향 연장 돌출부로부터 종축의 반대편에 위치되는, 필터 요소.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 중심 개구는 제1 단부판의 중심 튜브를 수용하며, 축방향 연장 돌출부는 중심 개구의 주연부에 근접하여 제2 단부판 내부면 상에 형성되는, 필터 요소.
  13. 제12항에 있어서, 제2 단부판은 중심 개구의 주연부에 근접하여 형성된 제1 평형화 질량체를 더 포함하는, 필터 요소.
  14. 제13항에 있어서, 제1 평형화 질량체는 축방향 연장 돌출부로부터 종축의 반대편에 위치되는, 필터 요소.
  15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향 연장 슬롯은 제1 단부판의 중심 튜브 상에 형성되고, 축방향 연장 돌출부는 제2 단부판 상에 형성되는, 필터 요소.
  16. 제12항에 있어서, 제1 단부판은,
    제1 단부판 내부면,
    제1 단부판 외부면, 및
    조립된 위치에서 제2 단부판 내부면에 맞닿는 평탄 링
    을 포함하고,
    축방향 연장 슬롯은 평탄 링 상에 형성되고 제2 단부판의 축방향 연장 돌출부와 정합하는, 필터 요소.
  17. 회전식 분리기로서,
    종축을 따라 축방향으로 연장되는 필터 요소; 및
    필터 구조물
    을 포함하고,
    필터 요소는,
    제1 중심 개구를 포함하는 제1 단부판,
    제1 단부판에 결합되어 필터 요소 내에 내부 공동을 형성하고 제2 중심 개구를 포함하는 제2 단부판,
    축방향으로 제1 단부판과 제2 단부판 사이에 위치되고 이들에 결합되는 중심 허브(hub) - 중심 허브는 종축을 따라 연장되는 중심 튜브를 포함함 -,
    제1 단부판, 제2 단부판, 및 중심 튜브 중 하나 상에 형성된 제1 축방향 연장 슬롯,
    제1 단부판, 제2 단부판, 및 중심 튜브 중 하나 상에 형성된 제2 축방향 연장 슬롯,
    제1 단부판, 제2 단부판, 및 중심 튜브 중 하나 상에 위치되어 이를 따라 연장되며 제1 축방향 연장 슬롯과 맞물리도록 구성된 제1 돌출부,
    제1 단부판, 제2 단부판, 및 중심 튜브 중 하나 상에 위치되어 이를 따라 연장되며 제2 축방향 연장 슬롯과 맞물리도록 구성된 제2 돌출부
    를 포함하며,
    필터 구조물은 내부 공동 내에 위치되고 유체로부터의 오염물질을 여과하도록 구성되고,
    필터 구조물은 중심 허브에 의해 중심 튜브로부터 분리되는, 회전식 분리기.
  18. 제17 항에 있어서, 제1 돌출부는 중심 튜브 상에 위치되고 제1 거리만큼 연장되며, 제2 돌출부는 중심 튜브 상에 위치되고 제2 거리만큼 연장되며,
    필터 구조물은 제1 단부판에 사전 조립되고, 제1 거리 및 제2 거리는 제1 돌출부가 제1 축방향 연장 슬롯과 맞물리고 제2 돌출부가 제2 축방향 연장 슬롯과 맞물릴 때까지 필터 구조물이 제2 단부판과 맞물리는 것을 방지하는, 회전식 분리기.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 제1 축방향 연장 슬롯은 제1 단부판 상에 형성되고, 제2 축방향 연장 슬롯은 제2 단부판 상에 형성되며, 제1 돌출부 및 제2 돌출부는 중심 튜브 상에 위치되고, 제1 축방향 연장 슬롯과 제1 돌출부는 제2 축방향 연장 슬롯과 제2 돌출부로부터 종축의 반대편에 위치되는, 회전식 분리기.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 제1 축방향 연장 슬롯은 제1 단부판 상에 형성되고, 제2 축방향 연장 슬롯은 제2 단부판 상에 형성되며, 제1 돌출부 및 제2 돌출부는 중심 튜브 상에 위치되는, 회전식 분리기.
  21. 제20항에 있어서, 제1 평형화 질량체가 중심 허브 상에 그리고 제2 돌출부로부터 종축의 반대편에 위치되고, 제2 평형화 질량체가 중심 허브 상에 그리고 제1 돌출부로부터 종축의 반대편에 위치되는, 회전식 분리기.
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