KR19990087294A - 보호 시일드를 갖는 필터 - Google Patents

보호 시일드를 갖는 필터 Download PDF

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KR19990087294A
KR19990087294A KR1019980706700A KR19980706700A KR19990087294A KR 19990087294 A KR19990087294 A KR 19990087294A KR 1019980706700 A KR1019980706700 A KR 1019980706700A KR 19980706700 A KR19980706700 A KR 19980706700A KR 19990087294 A KR19990087294 A KR 19990087294A
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KR1019980706700A
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Inventor
종-김 후
Original Assignee
노르만 시이. 린넬
도널드선 컴퍼니, 인코포레이티드.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2411—Filter cartridges
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

필터 요소(5)가 제공된다. 필터 요소(5)는, 제 1라이너(30)와, 상기 제 1라이너(30)로부터 하부흐름부에 위치되는 영역의 필터 매체(27)와, 상기 필터 요소(5)와 직접 관계되는 상기 필터 매체(27)의 일부분 내로, 및 상기 필터 요소(5)를 통해 상기 제 1라이너(30)의 일부분으로 직접 흐르는 흐름을 차단시키도록 배향되면서 상기 제 1라이너(30)의 하부흐름부 표면(40)의 일부분을 따라 위치되는 스크린 배치부(38)를, 일반적으로 포함한다. 바람직한 요소는, 일반적으로 원통형이며, 확장된 금속 외측 라이너(30) 및 확장된 금속 내측 라이너(27)와 그들 사이에 위치되는 주름진 페이퍼 매체(27)를 구비한다. 바람직한 스크린 배치부(38)는 상기 단부 캡(25)의 일측에 부분적으로 박히는(embedded) 중합체 슬리브를 포함한다. 또한, 본 발명에 따라서, 전반적인 필터 장치 또는 조립체(1)가 제공된다. 상기 조립체(1)는 하우징(4)과 프리클리너(precleaner)(12) 배치 뿐만 아니라 필터 요소(5)를 포함한다.

Description

보호 시일드를 갖는 필터
에어 필터 구조는 다양한 적용들로 사용된다. 예를 들면, 에어 필터 구조는 에어 흡기부로부터 엔진으로 흘러 들어가는 특정의 물질을 제거하는데 전형적으로 사용된다. 상기 적용의 몇 가지 특정의 예는 건설 장비, 고속도로를 달리는 트럭, 버스, 및 승합차를 위한 에어 흡기 시스템이다.
전형적인 에어-흐름 장치는 엔진의 에어 흡기 도관과 에어 흐름 교환하도록 위치되는 에어 필터 요소를 포함한다. 에어 필터 요소는 하우징 구조 내에 전형적으로 포함된다. 많은 경우에, 에어 필터 요소는 에어 필터 시스템의 제거 가능하면서 교체 가능한 부분으로서 설계된다. 즉, 필터 요소는, 여과된 물질로 바람직스럽지 못하게 쌓이거나 마멸될 때, 주기적으로 제거되고 교체되는 방식으로 설치된다.
몇 가지 구조로서, 필터 요소와 하우징은 "프리클리닝(precleaning)" 작업이 발생되도록 설계된다. 예를 들면, 어떤 하우징은 에어 필터 요소의 주위(또는 둘레)에 원형 흐름 또는 나선형 패턴으로 초기에 유도되도록 그 안에 유도되는 에어 흐름을 위해 설계된다. 상기 장치에서, 에어 유동 흐름으로 운반되는 어떤 특정 물질은, 하우징의 내측 벽을 향해 유도될 것이며, 에어 유동 흐름으로부터 하우징의 바닥으로 떨어질 것이다. 또한, 에어 흐름이 느려질 때, 더 무겁거나 더 큰 입자는 떨어지려는 경향을 갖는다. 상기 시스템은, 일반적으로 입자 물질이 주기적으로 배출될 수 있게 되는, 하우징의 바닥측 수집부를 포함한다. 따라서, 상기 구조가 사용될 때, "프리클리닝"의 임의의 양은, 에어 유동 흐름이 필터 요소의 필터 매체를 통해 사실상 들어가거나 통과하기 전, 에어 유동 흐름 내의 특정 물질로부터 발생한다.
상기 많은 종래의 시스템들은, 공지되었으며, 상업적으로 구입 가능하다. 미국 특허 3,078,650; 3,584,439; 및 4,491,460은 상기 "프리클리너(precleaner)" 디자인을 갖는 필터 시스템을 포함한다. 이와 유사한 관련 제품이 상표명 "CYCLOPAC" 으로 미네소타, 미네아 폴리스의 도널드선 사로부터 구입 가능하다. 상기 도널드선 사는 본 발명의 양수인이다.
본 발명은 일반적으로 에어 필터 구조에 관한 것으로, 특히 보다 효과적으로 선택적으로 위치되는 에어 흐름 시일드 배치부(air flow shield arrangement)를 포함하는 에어 필터 구조에 관한 것이다.
도 1은, 일부가 파단된 내부 상세도를 나타내는, 본 발명에 따른 에어 필터 구조를 도시하는 개략적인 부분 측단면도.
도 2는 상기 도 1에 도시된 배치부를 도시하는 확대된 부분 분해 횡단면도.
도 3은 본 발명에 따른 필터 요소에 사용할 수 있는 슬리브 배치를 도시하는 사시도.
도 4는, 점선으로 도시된 사용 가능한 하우징의 일부분과 함께, 전형적인 바람직한 시스템의 필터 요소와 에어 흐름 패턴을 도시하는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 필터 요소의 다른(alternate) 실시예를 도시하는 개략적인 부분 횡단면도.
본 발명에 따라서 필터 요소가 제공된다. 필터 요소는 일반적으로 제 1라이너, 필터 매체의 영역, 및 스크린 배치부(screen arrangement)를 포함한다. 제 1라이너는 일반적으로 에어가 통과하는 개구 영역을 갖는다. 제 1라이너는 일반적으로 상부흐름부 표면과 하부흐름부 표면을 일반적으로 포함한다. 필터 매체의 영역은 제 1라이너의 하부흐름부에 위치된다. 스크린 배치부는, 필터 매체 영역의 일부분 내로 및 직접 그를 통해 제 1라이너의 관련 부분으로 흐르는 에어 흐름을 차단하도록 소정의 위치에, 제 1라이너의 하부흐름부 표면을 따라, 상기 제 1라이너의 구멍이 난 또는 개구된 부분을 따라 일반적으로 위치된다. 즉, 일반적으로 스크린 배치부는 상기 위치의 필터 요소 내로 흐르는 에어의 직접 흐름을 차단하기 위해, 선택된 위치의, 외측 라이너 및 필터 매체의 사이에 위치된다.
바람직한 실시예로, 스크린 배치부는 일반적으로 중합체 필름 또는 쉬트를 포함한다. 필름은, 약 0.1 내지 1.0mm의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 전형적으로는 약 0.5mm 두께이며, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함한다. 전형적인 스크린 배치부는, 관계되는 단부 캡에 약 10mm 깊이로 박혀서(embedded), 시스템의 전체 사이즈에 따라, 50,75,100,150,200 또는 250mm 길이가 된다.
전형적이며 바람직한 시스템에서, 제 1라이너는 확장된 금속의 외부 라이너를 포함한다. 제 1라이너의 하부흐름부에 위치되는 필터 매체의 영역은, 주름진 페이퍼 필터 매체를 포함하며, 바람직하게는 시스템을 따라서 장방향으로 확장되도록 정렬되는 플리트(pleats)를 구비한다.
전형적인 바람직한 장치로, 필름은 주름진 페이퍼 필터 매체의 일부분 및 확장된 메탈 라이너의 일부분에 대해 및 그들 사이에 위치된다.
전형적인 바람직한 시스템은 제 1라이너의 일부분, 필터 매체의 영역, 및 스크린 배치부가 박히는, 제 1단부 캡을 포함한다. 일반적으로, 시스템은 양쪽 단부 캡의 둘다에 박히는, 필터 매체의 영역과, 제 1라이너의 부분과 함께, 전형적으로 원형의 제 1대향 단부 캡 및 제 2대향 단부 캡을 포함한다. 전형적인 시스템은 일반적으로 전체 구성에 있어 일반적으로 원통형이며, 주름진 페이퍼가 사용될 때, 플리트들은 단부 캡들의 사이에 일반적으로 장방향으로 확장된다.
또한, 본 발명에 따라서, 전체의 필터 장치는, 일반적으로 위에 기술된 것처럼 하우징, 제거 가능하며 교체 가능한 필터 요소, 및 접선되는 방식으로 공기를 유도하기 위해 구성되고 배치되는 프리클리너 배치부를 포함하도록 제공되며, 그러므로서, 상기 필터 장치는, 예를 들면, 적어도 초기에, 필터 요소의 주위로 일반적으로 유도되거나 둘러싸는 원형 또는 나선형 흐름 패턴으로 상기 하우징에 삽입된다. 상기 장치에서, 스크린 배치부는, 적어도 어느 정도까지, 원형의 흐름 패턴을 따라서 먼저 유도되어짐이 없이 직접 필터 요소 내로 접선 방향으로 통과되어 들어가는 에어 흐름을 차단하기 위해 위치된다.
Ⅰ. 종래의 시스템과 관계되는 일부 사항
원통형의, 제거 가능하며 교체 가능한, 필터 요소가 여과 처리의 일부로서 원심 분리기 또는 프리클리너를 이용하는 하우징 내에 위치되는 종래의 시스템을 고려하자. 필터 요소는, 하나는 개구되고 다른 하나는 닫혀진, 두 개의 단부 캡들 의 사이에 확장되며, 그 안에 박히는 원통형으로 배치되는 주름진 페이퍼 필터 매체를 일반적으로 포함한다. 원통형 페이퍼 요소의 외측 주변의 둘레에 위치되는 것은 외측 라이너이다. 상기 외측 라이너는 구멍이 난 금속 또는 확장된 금속을 일반적으로 포함한다. 상기 전형적인 필터 요소는, 구멍이 난 금속 또는 확장되는 금속을 또한 일반적으로 포함하는, 내측 라이너를 또한 포함한다.
필터로 들어가는 에어는 필터 요소에 접선 방향이면서 일측의 단부 캡에 인접하는 하우징 내로 일반적으로 유도된다. 에어 흐름은 매체로 들어가기 전에 필터 요소의 외측 표면의 주위로 소용돌이 치거나 감긴다. 때때로, 하우징은 이를 용이하게 하기 위한 내부 구조를 포함한다. 사실상, 에어는 필터 요소 내에 내부 챔버의 외측 라이너, 필터 매체, 및 내측 라이너를 통해 지나간다. 상기 지점의 에어는, 필터 매체에 의해 여과되어지며, 출구부로 유도된다. 프리클리닝은, 소용돌이 운동의 결과로서, 에어 흐름 내에 운반되는 더 무거운 및/또는 더 큰 입자 물질이 필터 매체 보다는 오히려 하우징의 내측 측부를 향해 유도되기 때문에 발생하며, 상기 입자 물질이 천천히 하강할 때 에어 흐름의 밖으로 떨어진다. 상기 입자 물질이, 에어 유동 흐름을 이탈하여, 에어 필터의 바닥으로 떨어진다. 따라서, 상기 입자 물질은 필터 요소 상에 적층되지 않는다. 오히려, 필터링 요소에 의해 행해지는 여과 작용은, 에어 흐름이 일반적으로 원형 또는 나선형 운동을 중단하고, 필터 요소를 통해 내측으로 돌기 때문에, 에어 흐름 속에 운반되는 더 미세한 입자 물질에 대해 일반적으로 관련된다.
상기 종래의 시스템에서, 난류(turbulence)의 실제량은 시스템 내로 들어가는 입구부측 에어 흐름과 상호 관련된다. 상기 난류는, 다소 상기 위치측 페이퍼 매체의 주름부에 압력을 가하거나 흔들리게 할 수 있으며, 상기 위치측 페이퍼 매체를 약하게 하고 때때로 장애를 일으킨다. 몇 가지의 시스템에서, 하우징은, 이를 막기 위한, 내부 구조를 포함한다.
또한, 어느 정도까지, 에어 흐름은, 특히 하우징이 상기 위치에서 차폐(guard) 구조를 포함하지 않는다면, 원형 흐름 시스템 내의 에어 입구부의 부근에 주름진 페이퍼 매체를 향해 유도될 수 있다. 이것은, 더 큰 입자 물질의 탓으로, 상기 위치측 필터 매체의 조기 적층을 일으킨다. 또한, 상기 입자 물질이, 만일 상기 위치측 매체를 향해 유도된다면, 매체에 손상을 줄 수 있다.
하우징의 구조를 대신하는, 어떤 시스템에서, 외측 라이너는 상기 위치측, 즉, 하우징의 에어 입구부에 직접 인접한 위치에 구멍이 나지 않도록 설계된다. 상기 방식으로, 흩어진, 더 무거운, 입자 물질이 상기 위치측 주름진 페이퍼 매체에 손쉽게 도달할 수 없게 된다. 또한 상기 위치측 라이닝의 후측 필터 매체는 압력을 적게 받게 될 것이다.
구멍이 났지만 비-확장되는 금속 물질과 반대로, 필터 요소를 위한 외측 라이너로서 확장되는 금속 물질을 이용하는 경향의 일반적인 움직임이 있어 왔다. 확장되는 금속 물질은, 구멍이 난 비-확장되는 금속 물질 보다 생산하는데 비용이 덜 들기 때문에, 일반적으로 바람직하다. 그러나, "개구(open)" 되지 않은 부분을 갖는 확장되는 금속 물질을 개발한다는 것은 어렵다. 따라서, 외측 라이너로서 확장되는 금속 물질을 사용하는 것이 일반적으로 바람직하지 못했으며, 만일 하우징의 입구부에 직접 인접하는 밀폐 영역을 갖는 것이 바람직하다면, 또는 만일 확장되는 금속이 사용된다면, 필터 요소를 보호하기 위한 내부 하우징의 구조가 사용되어 졌을 것이다.
Ⅱ. 개선된 요소의 일반적인 특징
본 발명에 따라서, 필터 요소는, 외측 라이너와 필터 매체의 사이에 전형적으로, 외측 라이너의 하부흐름부 측부를 따라 시일드(shield) 또는 스크린 배치부를 위치시킴으로서 개선된다. 스크린(screen)은 상기 위치측에 위치되는 일반적으로 불침투성의 필름인 것이 바람직하다. 이러한 관계에 있어서 "불침투성(impervious)"에 의해서, 상기 물질은 에어와 입자가 그를 통해 쉽게 흐르지 못하게 하는 것이 필수적이라는 것을 의미한다. "불침투성"에 의해서, 상기 물질을 통해 가스 확산이 불가능하다는 것을 뜻하는 것은 아니지만, 오히려 상기 물질은 실제적인 풍류(windflow) 또는 에어 흐름에 대한 차단부로서 일반적으로 작동한다. 상기 물질은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 0.1 내지 1.0mm의 중합체 물질인 것이 바람직하다.
외측 라이너의 "하부흐름부 측부를 따라서" 참조 내용에 의해, 스크린 배치부는 외측 라이너에 반드시 인접하거나, 또는 상기 외측 라이너와 직접 접촉되는 것을 뜻하는 것은 아니지만, 오히려 상기 스크린 배치부는 외측 라이너로부터 직접 주름진 페이퍼측으로 흐르는 상기 위치의 에어 흐름을 차단하기 위해 구비된다. 그러나, 전형적인 바람직한 시스템에서, 외측 라이너의 내측 표면과 접촉되는 스크린 배치부의 일부분을 위치시키는 편리할 것이다. 이러한 관계에 있어서 "직접" 이라는 용어에 의해서, 참조 내용은, 외측 라이너에 일반적으로 수직한 경로를 따라서, 즉, 중앙의 장방향 축에 수직한 원통형 요소에 대해, 흐르는 에어 흐름을 뜻한다.
이 같은 이유로, 스크린 배치부는 상기 스크린 배치부의 하부흐름부 측부 상에 필터 매체와 접촉되는 경우가 필수적인 것은 아니다. 중요한 것은, 스크린 배치부가 지정된 위치의 외측 라이너로부터 주름진 페이퍼로 직접 흐르는 에어 흐름을 차단하도록 위치된다는 것이다.
일반적으로, 바람직한 시스템에서, 스크린 배치부는 슬리브 배치가 이루어지는 위치측 외측 라이너와 매체의 둘다에 인접한다는 것이 주지된다. 여기서, "사이 및 기대서(between and against)"라는 용어는, 외측 라이너 및 필터 매체가 상기 관계를 설명하는데 사용된다. 즉, "사이 및 기대서"라는 용어가 이러한 관계에 있어서 사용될 때, 상기 슬리브는 슬리브가 위치되는 필터 요소의 일부분측 외측 라이너 및 필터 매체의 둘다에 인접한다는 것을 뜻한다.
전형적인 바람직한 시스템에서, 스크린 배치부는, 매체와 더불어, 단부 캡 재료에 부분적으로 박힘에 의해 전형적으로 적당한 위치에 고정된다.
상기 바람직한 시스템에 있어서, 외측 라이너는, 상기 "스크린"이 불침투성 부분을 제공하기 때문에, 편리하게 확장되는 금속일 수 있다. 전형적인 장치에서, 스크린 배치부는 약 40 내지 240mm 확장하며, 더 전형적으로는, 단부 캡으로부터 요소의 중심 쪽으로, 필터 요소의 길이를 따라, 즉, 요소의 장방향 확장부를 따라, 전형적으로 단부 캡에 박히는 약 10mm가 추가되어 40 내지 190mm 확장한다. 따라서, 상기 시스템에서, 슬리브는 전형적으로 약 50 내지 250mm의 길이를 갖는다. 몇 가지 바람직한 장치에서, 상기 스크린 배치부는, 필터 요소의 설계에 따라, 필터 요소의 양쪽 단부에 위치된다. 상기 배치부는, 만일 필터 요소가 하우징의 에어 입구부에 인접한 필터 요소 단부 캡들 중의 하나에 끼워지도록 설계된다면, 특히 바람직할 것이다.
본 발명은 본 발명의 실시예가 기술된 도 1 내지 도 4에 대해 아래에 설명으로부터, 및 다른 실시예가 기술된 도 5로부터, 더 이해될 것이다.
Ⅲ. 본 발명의 바람직한 실시예
도 1의 참조 번호 1은 일반적으로 본 발명에 따른 필터 조립체를 나타낸다. 도 1에서, 필터 조립체(1)는 측단면도로 도시되어 있다. 필터 조립체(1)는 하우징(4), 필터 요소(5), 및 에어 출구부(6)를 포함한다. 에지부(8)를 참조로 하면, 하우징(4)이 절개되어 도시되었다. 상기 에지부(8)(미도시됨)를 넘어서는 하우징(4)의 나머지는, 바람직하다면, 종래의 것일 수 있다. 상기 하우징(4)은 도 4에 점선으로 도시된다. 일반적으로, 상기 하우징(4)은 둘러싸인 필터 요소로의 접근이 허용되는 커버 해치(cover hatch)(9)를 포함한다. 또한, 상기 하우징(4)은, 하우징 내에 모아지는 물 및/또는 입자 물질을 위한, 수집·배출기(collection and discharge arrangement)(9A)를 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조로 하면, 하우징(4)은 일반적으로 외측 표면(11)과 내측 표면(12)을 구비하는 외측 벽(10)을 포함한다. 하우징(4)은 입구부(14)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 몇 가지 시스템에서, 하우징 벽(10)의 내측 표면(12), 또는 하우징(10)에 제공되는 다른 구조물은, 에어 흐름이 상기 하우징(4)으로 유입될 때, 필터 요소(5)의 주위에 원형 또는 나선형 패턴으로 에어 흐름을 용이하게 하도록 외형을 이루거나 형성될 수 있다. 하우징(4)은 전형적으로 박판 금속 또는 몰드형성된 플라스틱을 포함한다.
전형적인 필터 조립체(1)에 있어서, 외측 벽(10)은 일반적으로 원형 횡단면부를 갖는다. 입구부(14)는, 접선 방식으로, 즉, 필터 요소(5)의 주위에 원형 또는 나선형 패턴으로 내측 표면(12)을 따라 일반적으로 에어를 유도하도록 배향되거나, 또는 직접적이기 보다는 오히려 필터 요소(5)에 대해 실제적으로 접선하는 방향으로 선택적으로 지정된다. 이것은 도 4에 개략적으로 도시된다(화살표 16 참조). 따라서, 에어 흐름은 내측 챔버(15) 내의 필터 요소(5)의 주위로 초기에 유도되어질 것이다(도 4참조). 원 운동의 결과로, 에어 속에 운반되는 더 무겁고, 더 큰, 입자 물질은, 에어 흐름이 필터 요소의 필터 매체를 통해 유도되기 전에, 에어 흐름으로부터 가라앉거나 분리되려는 경향을 갖는다. 상기 입자 물질은, 일반적으로 필터 조립체의 바닥으로 하강하며, 필터 요소(5)의 표면 상에 모아짐이 없이, 상기 필터 조립체의 바닥에 모아질 수 있다. 상기 타입의 시스템은 일반적으로 "프리클리너"로서 언급되며, 공정은 "프리클리닝"으로서 언급된다. 여러 가지 타입의 필터 시스템 중에서, 예를 들면, 도널드선 사로부터 구입 가능한 "CYCLOPAC" 시스템이 통상적으로 사용된다. 필터 요소의 주위의 영역이지만 벽(10)의 내측부는 프리클리너의 "입자 수집 챔버"로서 일반적으로 언급될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 하우징(4)은 단부 표면(18)을 포함한다. 상응하는 대향 표면(미도시됨)은 하우징의 대향 단부에 전형적으로 위치될 것이다.
필터 요소(5)는 외측 표면(20)과 내측 표면(21)을 포함한다. 상기 도시된 시스템에 대해서, 외측 표면(20)은 일반적으로 필터링되는 에어가 사실상 유도되는 상부흐름부 표면이다. 내측 표면(21)은, 필터링되는 에어가 필터 요소(5)로부터 배출되는, 하부흐름부 표면이다. 도 1에 도시된 배치에 대해, 필터 요소(5)는 일반적으로 원통형의 형태이며, 내측 표면(21)은 내측의 클린 에어 플리넘 또는 챔버(23)를 한정한다.
도시된 특정의 바람직한 실시예로, 필터 요소(5)는 제 1단부 캡(25), 제 2대향 단부 캡(26)(도 4) 및 그들 사이에 확장되는 필터 매체(27)를 포함한다. 상기 매체(27)는, 적당한 위치에 매체(27)를 고정하는, 각각의 단부 캡(25,26)에 박히는 일부분을 포함하는 것이 바람직하다. 도시된 바람직한 실시예에서, 매체(27)는 상기 단부 캡(25,26)들 사이에 확장되는 장방향의 플리트(pleats)를 갖는, 주름진 페이퍼 매체(28)를 포함한다. 널리 다양한 매체가 원가, 이용 가능성, 및 바람직한 효율에 관계해서 선호적으로 사용될 수 있다. 매체 부분은 일반적으로 본 발명의 일반적인 원리에 대해 직접 관계되지 않는다. 유용한 매체(28)는 도널드선의 등록 상표 "UltraWeb" 또는 등록 상표 "UltraTech" 물질, 그 위에 미세한 섬유층을 갖는 셀룰로스 또는 합성 매체이다. 상기 물질은 매우 효율적이다.
도 1 및 도 3을 참조로 하여, 또한 필터 요소(5)는 외측 라이너(30)와 내측 라이너(31)를 포함한다. 상기 각각의 라이너(30,31)는 개구되거나 구멍이 나 있으며, 즉, 에어가 그들을 통해 지날 수 있다. 상기 라이너(30,31)의 영역의 50% 이상이 개구되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 60% 이상이 개구되는 것이 바람직하다. 도시된 바람직한 배치에서, 외측 라이너(30)와 내측 라이너(31)의 각각은 70 내지 75% 와 같이 확장된 금속, 즉, 약 72%의 개구 영역을 갖는 확장된 금속을 포함한다. 상기 각각의 외측 라이너(30)와 내측 라이너(31)는 상기 단부 캡(25)에 대해, 도 2에 32 및 33으로 도시된 바와 같이, 상기 각각의 단부 캡(25,26)에 박히는 일부분을 포함하는 것이 일반적이며 바람직하다.
도시된 배치에 대해서, 단부 캡(25)은, 개구형 단부 캡이며, 즉, 도 2에 중앙 개구부(35)를 갖는다. 도시된 특정의 배치에서, 단부 캡(25)은, 부드러운 우레탄 재질을 포함하며, 에어 출구부(6)와 함께 원형의 방사상 밀봉을 형성하도록 구성되는 일부분(36)을 포함한다. 상기 밀봉은, 여기에 참조 내용으로 병합된, 예를 들면, 미국 특허 번호 B2 4,720,292 에 기술되어 있다.
다양한 물질로서, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 나일론, 폴리테트라플루오러에틸렌(polytetrafluoroethylenes), 폴리비닐이덴 플루오라이드(polyvinylidene fluorides), 폴리아민 디아미드(polyamine diamides), 그의 혼합물 및 심지어 다른 중합체가 본 발명에 따른 필터 장치의 단부 캡을 위한 중합체 물질로 사용될 수 있다. 부드러운 발포성 폴리우레탄은, 방사상의 밀봉이 바람직할 때, 사용되는 것이 바람직하다. 상기 단부 캡을 위한 바람직한 물질은, BASF Corp. in Wyandot, Michigan으로부터 구입 가능한 하이드로플루오러카본(HydroFluoroCarbon; HFC)이 불어 넣어진 BASF I-35453R 수지와 같은, 부드러운 중합체의 우레탄 물질이다. 대략 동일한 밀도를 갖는 BASF 사로부터 구입 가능한 물이 불어 넣어진 수지가 또한 사용될 수 있다는 것이 주지된다.
사용되는 폴리우레탄은, 쇼어 경도 A로, 약 10 내지 40의 경도와 약 14 내지 22의 입방 피트당 파운드(lbs/ft3)로 몰드 형성된 밀도를 갖는 최종 제품으로 처리되는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 폴리우레탄은 BASF 사로부터 또한 구입 가능한 I-35453R 수지와 I-3050U 이소시아네이트(isocyanate)로 이루어지는 물질을 포함한다. 상기 물질은 100파트(parts)의 I-35453 수지 대 36.2파트의 I-3050U 이소시아네이트(중량비로)의 혼합비로 혼합되어야 한다. 전형적으로, 상기 I-35453 수지의 비중은 1.04(8.7lbs./gal.)이며, 상기 이소시아네이트에 대해 상기 I-35453의 비중은 1.20(10lbs/gal)이다. 물질은 전형적으로 높은 동력의 쉬어 믹서(sheer mixer)로 섞인다. 구성 요소의 온도는 전형적으로 약 70 내지 95。F이며, 몰드의 온도는 전형적으로 약 115 내지 135。F이다.
상기 단부 캡을 위한 다양한 바람직한 구성은 하우징과 선택되는 밀봉 배치의 특정한 구성에 일반적으로 영향을 받는다. 상기 선택된 구성은 본 발명의 진보에 따른 슬리브 배치에 관련된 개선의 특성에 대해서 큰 우려를 발생시키거나 일반적으로 큰 우려를 설명하지 못한다.
도 4에 도시된 장치에 대해, 제 2단부 캡(26)은 일반적으로 닫혀있다. 즉, 상기 제 2단부 캡(26)은 중앙 개구부를 포함하지 않는다. 따라서, 내측 챔버(23)에 도달하는 에어는 일반적으로 매체(27)를 통해 지나서 여과되어야 한다.
본 발명에 따른 필터 요소(5)(도 1참조)는 그 안에 스크린 배치부(38) 또는 부재를 포함한다. 스크린 배치부(38)는 외측 라이너(30)의 내측 표면(40) 및 매체(27)의 외측 표면(41)을 따라서 위치되는 부재를 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 필터 조립체(1)에 대해서, 스크린 배치부(38)는 상기 위치에 위치되며 제 1단부 캡(25)에 부분적으로 박히는 중합체 물질의 필름(39)을 포함한다. 상기 필름(39)의 작동 위치는 도 2에 잘 도시되어 있다. 도 3에서, 필름(39)은 조립체(4)로부터 분리되어 사시도로 도시되어 있다.
도 2를 참조로 하여, 필름(39)은 일반적으로 상기 위치에 위치되는 0.1 내지 1.0mm의 중합체 필름 물질을 포함한다(전형적인 것은 약 0.50mm의 두께이다). 상기 필름(39)은 단부 캡(25)에 부분적으로 박혀지는 위치에, 전형적으로 약 10mm의 깊이에 고정된다. 상기 필름(39)은 에어 필터를 통해 실제적으로 에어를 통과시키지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 필름(39)은 스크린 배치부(38)가 위치되는 영역의 외측 라이너(30)로부터 직접 에어를 통과시키는 필터 요소를 효과적으로 "폐쇄"시킨다.
스크린 배치부(38)는, 필터 요소(50)가 그 안에 설치될 때, 에어 입구 경로 또는 에어 입구부(14)의 아래로 충분히 확장하는 필터 요소(5)의 장방향 길이를 따라서 확장되는 것이 바람직하다. 이것은, 41로 끝나는 스크린 배치부로, 도 1에 도시되어 있다. 전형적인 시스템에 대해서, 이것은 필터 요소의 길이를 따라서 적어도 약 40mm 및 전형적으로 적어도 약 100 내지 150mm의 길이가 된다. 그러나, 바람직한 길이는 시스템의 사이즈에 따라서 변경된다는 것이 이해될 것이다. 전형적인 시스템에서, 필터 요소(5)는 약 200 내지 500mm의 길이를 가지며, 에어 입구부(14)는 약 50 내지 200mm의 직경을 갖는다. 따라서, 스크린 배치부(38)는 단부 캡(25)(상기 단부 캡에 10mm로 박힘)으로부터 필터 요소를 따라 적어도 약 40 내지 190mm로 확장한다.
스크린 배치부(38)는 다양한 바람직한 효과를 제공한다. 일반적으로, 상기 스크린 배치부(38)는 에어 입구부(14)의 영역 내에 필터 요소로 직접 흐르는 에어 흐름을 차단한다. 이것은 필터 매체 위에 커다란 입자 물질을 불필요하게 적층함이 없이 프리클리닝 작동을 용이하게 한다. 또한, 하우징의 보다 작은 구조는 바람직한 에어 흐름을 달성하는데 필요할 수 있다. 주름진 페이퍼가 관계될 때, 에어 입구부(14)의 영역 내에 에어 흐름 또는 난류가, 매체의 진동 운동과, 상기 영역 내의 가능한 매체(플리트) 손상을, 일으킬 가능성이 적다. 또한, 스크린 배치부(38)는, 외측 라이닝(30)에 대해 마찰되는 필터 매체의 손상 가능성을 줄이는, 필터 매체(27)와 외측 라이너(40) 사이의 스패이서(spacer)로서 작동하려는 경향이 있다. 어느 정도까지, 틈새(spacing) 효과는 스크린 배치부(38)가 위치되지 않는 필터 요소(5)의 길이 부분을 따라 확장할 수 있다. 이것은 제 2스크린 배치부를 단부 캡(26)에 위치시킴으로서 용이해질 수 있다.
몇 가지 다른 경우로, 상기 틈새 효과는 스크린 배치가 양측 단부 캡의, 배치부(38)와 유사하게 위치되도록 하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 예를 들면, 만일 필터 요소가 양측 단부에 개방된다면, 상기 필터 요소는 하우징 입구부의 가까이에 위치되는 양측의 단부와 함께 설치될 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 필터 장치(1)의 구조는 표준 제작 기술의 다양성을 이용하여 행해질 수 있다는 것이 예견된다. 전형적인 제작에 있어서, 필터 매체는 제각기 내측 및 외측 라이너에 의해 내측부 및 외측부에 정렬되며, 따라서, 상기 필터 매체는 몰딩 공정의 단부 캡 물질에 넣어진다. 스크린 배치부(38)는, 매체가 위치되기 전에, 또는 매체의 외측부를 따라서, 외측 라이너가 주변에 위치되기 전에, 외측 라이너의 내측부를 따라 위치될 수 있다. 스크린 배치부(38)는 단지 원통형으로 특별히 요구되지는 않는다. 상기 스크린 배치부(38)는, 단부 부분, 즉, 예를 들면, 단부 캡에 박히는, 폴드(fold) 또는 림(rim)을 구비할 수 있다. 그러나, 전형적으로, 스크린 배치부(38)는, 상대적으로 매끄럽고 밋밋한(내측 및 외측) 각각의 면을 갖는, 도 3에 도시된 것처럼 얇은, 원통형으로 형성된, 필름 또는 실린더를 포함한다.
Ⅳ. 전형적인 시스템
다음의 일반적인 상세한 설명은 본 발명에 따른 전형적인 배치로서 현재 예견되는 것을 나타내고 있다. 그러나, 디자인은 널리 다양한 시스템과 상기 언급된 것들과 다른 널리 다양한 물질을 이용할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
시스템은 0.5 내지 35m/min 범위 내의 에어 흐름이 기대되는 장치에 특히 바람직하다. 예를 들면, 상기 시스템은 트럭, 버스 또는 건설 장비를 위한 2-단계 에어 클리너를 포함한다.
상기 시스템의 필터 요소는, 일반적으로 약 200 내지 500mm의 길이와, 약 50 내지 230mm의 내부 직경과, 약 90 내지 320mm의 외부 직경을 갖는다. 상기 필터 요소의 필터 매체는, 예를 들면, 외측 원주 또는 주변을 따라서, 인치(25.4mm)당 약 12플리트(pleats)로 구성되는 도널드선의 "PLEATLOCTM" 페이퍼 매체를 사용하는 주름진 페이퍼 매체를 포함한다. 플리트 깊이는 전형적으로 15 내지 50mm를 갖는다.
하우징의 내부 직경은 하우징과 필터 요소의 외측 라이너 사이에 약 25mm의 틈(gap)를 남겨두는, 약 260mm를 갖는다. 필터 요소를 위한 에어 입구부는 약 130mm의 직경을 갖는다. 내측 및 외측 라이너는, 전형적으로 약 0.7mm의 두께를 갖는, 종래의 확장된 쉬트 메탈을 일반적으로 포함한다. 개구 영역은, 일반적으로 약 60% 내지 75%와, 전형적으로 라이너의 영역에 대해 72%를 포함한다.
바람직한 단부 캡 물질은 앞서 기술된 BASF 폴리우레탄 물질이다.
상기 시스템에서, 바람직한 스크린 배치부는 단부 캡에 박히는 약 10mm를 추가하여, 약 50 내지 250mm 긴 필름 또는 실린더를 포함한다. 따라서, 상기 스크린 배치부는 약 40 내지 240mm 거리의 외측 라이너를 따라 확장한다. 필름은, 예를 들면, WARDEL STORERYS, Bantham Works, Essex, England 로부터 구입 가능한 상품의 폴리프로필렌을 포함한다.
기술된 바람직한 배치에서, 필터 요소는 개구된 일단부와 폐쇄된 타단부를 구비한다. 상기 시스템에서, 개구 단부 캡에 부분적으로 박히고, 그에 인접하게 위치되는 오직 하나의 스크린 배치부가 존재하는 것이 바람직하다.
Ⅴ. 다른 실시예
이제 도 5에 관해 살펴보자. 도 5에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 요소(100)가 부분 횡단면도로 도시되어 있다. 도시된 특정의 필터 요소(100)는 축방향 밀봉을 위한 필터 요소(101)이다. 특히, 필터 요소(101)는 하우징(미도시됨)에 대해 밀봉을 위해 밀봉 링(103)과 관련하여 사용을 위해 구성되고 배치되는 단부 캡(102)(전형적으로 금속 또는 하드 플라스틱)을 포함한다. 필터 요소(102)는 외측 라이너(105), 내측 라이너(106), 및 주름진 페이퍼 필터 매체(107)를 포함한다. 스크린 배치부(110)는 단부 캡(102)으로부터 필터 요소를 따라 부분적으로 장방향으로 확장하는, 외측 라이너(105)와 매체(107) 사이의 위치에 도시된다. 다양한 구성 요소들이, 보통, 종래의 방식으로, 단부 캡(102)에 고정되거나 넣어지는 것이 이해될 것이다.
도 5의 다른 실시예의 목적은, 본 발명에 따른 스크린 배치부(110)가 방사상 밀봉을 위해 구성되고 배치되는 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같은 것에 추가로, 축방향 밀봉을 위해 구성되고 배치되는 필터 요소에 사용될 수 있다는 것을 단순히 설명하는 것이다. 예를 들면, 종래의 축방향 밀봉 기술 및 공업 기술이 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 필터 요소에 있어서,
    (a) 에어의 통로에 대해 개구되는 영역을 갖는 제 1라이너로서, 상기 제 1라이너는 상부흐름부 표면 및 하부흐름부 표면을 구비하며,
    (b) 상기 제 1라이너 하부흐름부 표면의 일부분을 따라서 위치되는 스크린 배치부와,
    (c) 상기 필터 요소에 위치되는 필터 매체의 영역으로서,
    (i) 상기 스크린 배치부는 상기 필터 매체의 영역의 일부분 내로 및 상기 필터 매체의 영역의 일부분을 통해 상기 제 1라이너의 상기 일부분으로 직접 흐르는 에어 흐름을 차단시키도록 위치되는 것을, 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  2. 제 1항에 있어서,
    (a) 제 1 및 제 2의, 대향된, 원형 단부 캡과,
    (b) 상기 제 1라이너로서, 상기 제 1 및 제 2단부 캡 사이에 확장되며, 상기 제 1 및 제 2단부 캡에 박히는(embedded), 원통형 구성의 확장된 금속 외측 라이너를 포함하는 제 1라이너와,
    (c) 상기 필터 매체의 영역으로서, 상기 외측 라이너 내에 위치되고, 상기 제 1 및 제 2단부 캡 사이에 확장되며, 상기 제 1 및 제 2단부 캡에 박히는, 원통형 구성을 구비하는 필터 매체의 영역을, 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 스크린 배치부는 상기 외측 라이너와 상기 필터 매체의 영역 사이에 위치되는 중합체 필름 물질의 원통형 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  4. 제 3항에 있어서,
    (a) 상기 중합체 필름의 슬리브는, 일측부 상의 상기 외측 라이너에 대해 위치되고, 타측부 상의 상기 필터 매체의 영역에 대해 위치되는 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 슬리브는 폴리프로필렌을 포함하며,
    (b) 상기 슬리브는 상기 제 1단부 캡에 부분적으로 박히는 것을, 특징으로 하는 필터 요소.
  6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 스크린 배치부는 약 0.1mm 내지 1.0mm 두께의 필름을 포함하며,
    (b) 상기 필름은 상기 제 1단부 캡으로부터 상기 제 2단부 캡으로 상기 외측 라이너를 따라 40mm 이상의 제 1확장 길이로 확장하는 일부분을, 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 하우징과,
    (b) 상기 필터 요소로서, 상기 필터 요소를 통해 통과하는 에어를 필터링하기 위해 상기 하우징 내에 작동될 수 있게 위치되는 제거 가능하고 교체 가능한 원통형 필터 요소를 포함하는 필터 요소와,
    (c) 프리클리너 배치로서,
    (i) 상기 필터 요소의 주위에 원형 패턴으로 상기 하우징 내에 에어 흐름을 유도하기 위해 구성되고 배치되는 접선 방향의 에어 입구부와,
    (ii) 입자 수집 챔버를, 포함하는 프리클리너 배치와,
    (d) 상기 스크린 배치부로서, 상기 필터 요소의 주위에 적어도 부분적으로 원형의 흐름 내로 먼저 통과함이 없이, 상기 필터 요소 내로 에어가 지나는 것을 억제하기 위해 상기 접선 방향의 에어 입구부와 정렬되는 일부분을 포함하는 스크린 배치부를, 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  8. 제 7항에 있어서,
    (a) 상기 필터 요소는 제 1 및 제 2의 대향 단부 캡을 포함하며,
    (b) 상기 제 1라이너는, 상기 제 1 및 제 2단부 캡의 사이로 확장하며, 상기 제 1 및 제 2단부 캡에 박히는, 원통형 구성의 확장된 금속의 외측 라이너를 포함하며,
    (c) 상기 필터 요소의 영역은 상기 제 1 및 제 2단부 캡의 사이에 장방향으로 확장하는 플리트(pleats)를 갖는 원통형 구성으로 배치되는 주름진 페이퍼 매체를 포함하되, 상기 주름진 페이퍼 매체는 상기 단부 캡에 박히는 단부 부분을 포함하며,
    (d) 상기 스크린 배치부는 상기 외측 라이너의 일부분과 상기 주름진 페이퍼 필터 매체의 일부분에 대해, 및 상기 외측 라이너의 일부분과 상기 주름진 페이퍼 필터 매체의 일부분의 사이에 위치되는 필름을 포함하며,
    (e) 상기 프리클리너 배치의 접선 방향 에어 입구부는 상기 제 1단부 캡에 인접한 상기 필터 요소의 일부분의 주위로 에어 흐름을 초기에 유도하도록 구성되고 배치되는, 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  9. 필터 요소를 구성하기 위한 방법으로서, 상기 필터 요소는, 상기 필터 요소를 통해 에어의 통로에 대해 개구되는 영역을 구비하는 제 1라이너와, 상기 제 1라이너로서, 상부흐름부 표면 및 하부 흐름부 표면을 구비하는 제 1라이너와, 상기 제 1라이너 하부흐름부 표면의 일부분을 따라 위치되는 스크린 배치부와, 상기 필터 요소 내에 위치되는 필터 매체의 영역을, 포함하되, 상기 스크린 배치부가 상기 필터 매체의 영역의 일부분 내로 및 상기 필터 매체의 영역의 일부분을 통해 직접 상기 제 1라이너의 상기 일부분으로 흐르는 에어 흐름을 차단하도록 위치되는, 필터 요소를 구성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 상기 제 1라이너의 상기 하부흐름부 표면을 따라 상기 스크린 배치부를 위치시키는 단계와,
    (b) 상기 스크린 배치부를 위치시키는 상기 단계 후에, 상기 스크린 배치부에 반대된 영역에 상기 필터 매체를 위치시키는 단계를, 포함하는 필터 요소를 구성하기 위한 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    (a) 상기 필터 요소는 단부 캡을 포함하며,
    (b) 상기 방법은 상기 단부 캡 내로 상기 스크린 배치부의 일부분을 박는(embedding) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 요소를 구성하기 위한 방법.
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