KR20020059685A - 필터요소, 에어클리너, 및 그 제조 방법 - Google Patents

필터요소, 에어클리너, 및 그 제조 방법 Download PDF

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스티븐 에스. 기세크
윌리엄 엠. 쥬리아
에드워드 에이. 스타인브루엑크
웨인 알. 더블유. 비숍
패트릭 골든
웨인 씨. 무셀만
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노만 씨. 린넬
도날드슨 캄파니 인코포레이티드
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Abstract

본원 발명은 필터요소, 이 필터요소에 고정된 프레임 구조와, 필터요소에 고정된 핸들부재로 이루어지는 필터장치를 개시한다. 바람직한 실시예에서, 핸들부재는 프레임 구조에 고정된다. 바람직하게는, 필터요소는 중앙 코어부재를 구비하며, 홈 필터 매체가 중앙 코어부재 둘레에 권취된다. 바람직하게는, 중앙 코어부재는 복수 개의 파형부를 구비하며, 이 파형부는 적어도 일부의 홈에 맞물린다. 바람직하게는, 핸들부재는 중앙 코어부재와 일체되며, 필터요소의 프레임 구조에 연결되는 체결부재를 포함한다. 에어클리너의 공기 정화 및 보수 방법은 본원에 개시한 구조를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

필터요소, 에어클리너, 및 그 제조 방법{FILTER ELEMENT, AIR CLEANER, AND METHODS}
직렬 통과 흐름 필터요소(straight through flow filter element)는 이를 통과하는 유체를 정화하는 장치에 사용되고 있다. 직렬 통과 흐름 필터요소는 통상적으로 입구면과 대향 배열된 출구면으로 구성되어 있다. 이 방법에서, 유체가 입구면에서 필터요소로 유입시 특정의 일 방향으로 흐르고 출구면을 유출시 동일 방향의 흐름을 갖는다. 통상적으로, 직렬 통과 흐름 필터요소는 다양한 형태의 덕트나 하우징에 설치된다. 사용 기간 만료 후, 필터요소는 청소 또는 완전 교환 같은 보수가 필요하다. 필터요소를 보수하는 것이 어렵거나 불편한 경우, 사용자가 적절한 보수를 지연하여 시스템 여과에 손상을 유발할 수 있다.
직렬 통과 흐름 필터요소에 대해 개선이 바람직하다.
본 발명은 기체 또는 액체와 같은 유체를 여과하는 필터요소 구조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 센터피스(centerpiece)를 갖는 필터요소, 에어클리너 보수 방법, 및 센터피스를 갖는 필터요소 제조방법에 관해 개시한다.
도 1은 본원에 개시된 원리에 따라 구성된 에어클리너와 흡기장치를 갖는 엔진 시스템의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본원의 원리에 따라 구성되고, 에어클리너 하우징과 내부에 동작가능하게 설치된 필터요소를 포함하는 에어클리너의 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 에어클리너의 개략적인 확대 측단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시한 필터요소에 사용가능한 필터 매체 일부의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시한 공기 필터요소의 실시예를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 6은, 도 5에 도시한 공기 필터요소의 일 실시예를 대향 단부에서 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시한 필터요소의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 확대 측단면도이다.
도 8은 도 2, 도 3, 및 도 5 내지 도 7에 도시한 필터요소에 사용가능한 중앙 보드의 일 실시예의 평면도이다.
도 9는 도 8의 중앙 보드를, 도 8의 9-9선을 따라 절취한 확대 단면도이다.
본원 발명은, 필터요소와, 이 필터요소에 고정된 프레임 구조와, 필터요소에고정된 핸들부재로 이루어지는 필터장치를 개시한다. 바람직한 실시예에 있어서, 복수 개의 홈을 구비하는 필터요소로서, 상기 홈 각각은 상기 필터요소 제1 단부에 인접한 제1 단부와, 상기 필터요소 제2 단부에 인접한 제2 단부를 갖는다. 상기 홈 중 선택된 일방은 상기 제1 단부가 개방되고 상기 제2 단부가 밀폐되는 반면, 상기 홈 중 선택된 다른 일방은 상기 제1 단부가 밀폐되고 상기 제2 단부가 개방된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 핸들부재는 상기 프레임 구조에 고정된다.
특정의 바람직한 실시예에 있어서, 필터요소는 중앙 코어부재를 구비하며, 복수 개의 홈이 이 중앙 코어부재 둘레에 권취되어 있다. 바람직하게는, 핸들부재는 중앙 코어부재에 고정된다. 바람직한 실시예에서, 중앙 코어부재는 복수 개의 파형부(波形部)를 구비하며, 이 파형부는 적어도 일부의 홈에 맞물린다.
본원은 또한 필터요소에 사용하기 위한 중앙 보드를 개시한다. 바람직한 중앙 보드는 제1 및 제2 대향 단부를 갖는 연장부와, 제1 및 제2 단부 사이 연장부에 위치하는 파형부로 이루어진다. 이 파형부는 필터요소의 홈 매체에 맞물리도록 구성 및 배열된다.
바람직하게는, 중앙 보드는 제1 단부를 형성하는 핸들부재와, 제2 단부를 형성하는 체결부재를 포함한다. 이 체결부재는 필터요소의 프레임 구조에 연결되도록 구성 및 배열되는 것이 바람직하다.
본원은 또한 하우징과, 이 하우징에 분리가능하게 위치된 필터요소를 포함하는 에어클리너를 개시한다. 하우징은 본체부재와 커버를 포함한다. 커버는 본체부재의 내부를 향한 방향으로 연장하는 돌출부를 포함한다. 필터요소는 이 필터요소로 적어도 부분적으로 연장하는 중앙 보드를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 중앙 보드는 필터요소의 흐름면에서 축방향으로 연장하는 제1 부분을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 커버의 돌출부는, 필터요소가 내부에 동작가능하게 설치될 때, 커버가 본체부재의 개방단부 위에 동작가능하게 지향될 때, 중앙 보드의 제1 부분에 맞물린다.
본원은 또한 에어클리너 보수 방법을 개시한다. 이 방법은 하우징에 설치된 필터요소를 제공하는 단계를 포함한다. 필터요소는 이에 고정된 프레임 구조를 포함한다. 이 방법은 프레임 구조에 고정된 핸들을 파지하는 단계와, 하우징에서 필터요소를 제거하기 위해 핸들을 당기는 단계를 포함한다. 바람직한 방법은 본원에 특징된 필터요소 구조를 이용한다.
공기 필터요소를 구성하는 방법이 또한 개시된다. 바람직한 방법에 있어서, 제1 및 제2 대향 단부를 갖는 중앙 보드와 제1 및 제2 대향 단부 사이에 부분적으로 위치된 파형부를 제공하는 단계를 포함한다. 홈 필터매체의 선택된 홈은 파형부에 정렬된다. 홈 필터 매체가 중앙 보드 둘레에 권취된다.
A.도 1, 사용 장치
본원에 개시한 에어클리너 배열 및 구조는 다양한 장치에 이용가능하다. 도 1은 참조번호(20)으로 개략적으로 도시하는 일 특정 장치를 도시한다. 도 1에서, 일부 정격 요구 공기량이, 예컨대 500-700 CFM로 정의된 엔진(24) 장착 차량과 같은 설비(22)가 개략적으로 도시되어 있다. 이 설비(22)에는 버스, 도로트럭, 오프로드(offroad) 차량, 트랙터, 또는 동력보트와 같은 선박장치가 포함될 수 있다. 엔진(24)은 공기와 연료 혼합물을 통해, 설비(22)에 동력을 공급한다.
도 1은, 흡기장치(26)를 통해 엔진(24)으로 흡입되는 기류를 도시한다. 흡기장치(26)는 에어클리너(28)를 포함하며, 공기는 화살표(30)로 에어클리너(28)로 흡입된다.
공기로부터 입자와 오염물질을 제거하기 위해 엔진(24)의 상류에 일차 필터요소(32)가 도시되어 있다. 일차 필터요소(32)의 하류는 선택의 안전요소(34)가 놓일 수 있다. 일차 요소(32)에 의해 제거되지 않은 입자와 오염물질을 제거하기 위해 엔진(24)의 상류에 안전요소(34)가 또한 놓일 수 있다.
공기가 에어클리너(28)에서 정화된 후, 화살표(36)로 흡기장치(26) 하류로 유입된다. 여기서, 공기는 엔진(24)으로 유입하여 설비(22)에 동력을 공급한다. 선택의 터보(38)가 동력을 증대하기 위해 사용될 수도 있다.
B.에어클리너의 개요
장치(20)에 이용가능한 에어클리너(28)의 일 실시예가 도 2의 단면도에서 참조번호(50)로 도시되어 있다. 일반적으로, 에어클리너(50)는 그 내부(54)에 분리가능한 교체형 필터요소(52)를 지지한다. 에어클리너(50)는 입구(56)와 출구(58)를 구비한다. 정화된 공기가 입구(56), 필터요소(52)를 통해 에어클리너(50)로 지향된 다음, 출구(58)를 통해 유출된다. 공기는 일반적으로 엔진(24)용 흡기(28)와 같은 흡기장치로 지향된다. 필터요소(52)가, 하우징(51) 내에 동작가능하게 설치될 때, 통과하도록 지향된 공기 또는 기류로부터 입자 물질의 대부분을 제거한다.
계속해서 도 2를 참조하면, 필터요소(52)는 직렬 통과 흐름으로 구성된다."직렬 통과 흐름" 이라 함은, 유체가 직접 필터요소(52)를 통해 흐르고, 입구면(60)으로 유입하여 대향 배치된 출구면(62)으로 유출하며, 입구면(60)으로 유입하는 유체 흐름의 방향은 출구면(62)을 유출하는 유체 흐름과 동일 방향이다. 예컨대, 필터요소(52)는 제1 단부(64)와, 대향 제2 단부(66)를 갖고 있다. 도 2에 도시된 장치에 있어서, 제1 단부(64)는 상류 단부 입구면(60)에 대응하는 반면, 제2 단부(66)는 하류 단부 출구면(62)에 대응한다. 다른 장치는 출구면에 대응하는 제1 단부(64)를 포함할 수 있는 반면, 제2 단부(66)는 입구면에 대응한다. 직렬 통과 흐름은, 제1 단부(64)로 유입하는 공기 흐름의 방향이 제2 단부(66)에서 유출하는 공기 흐름 방향과 동일하도록, 기체를 제1 단부(64)로 유입하고 제2 단부(66)로 유출하도록 한다. 직렬 통과 흐름 형태는 기체 흐름의 난류의 양을 감소시킬 수 있다.
계속해서 도 2에는, 필터요소(52)에 고정되어, 에어클리너(50) 보수를 보조하는 핸들부재(70)가 도시되어 있다. 특히, 이 핸들부재(70)는 에어클리너(50)를 보수하기 위해, 필터요소(52)의 편리한 제거를 보조한다. 핸들부재(70)는 이하 추가로 상세히 설명한다. 도 2는 또한 필터요소(52)에 고정된 프레임 구조(72)를 도시한다. 이후 상세히 설명한 바와 같이, 프레임 구조(72)는, 바람직한 실시예에서, 시일, 바람직하게는 필터요소(52)와 하우징(51) 사이에 레이디얼 시일(radial seal, 76)을 형성하기 위해 시일부재(74)를 지지한다. 프레임 구조(72)는, 또한 바람직한 실시예에서, 핸들부재(70)에 맞물린다. 이는 이하에 추가로 설명한다.
C.하우징
도 2 및 도 3을 주목하라. 하우징(51)은 두 부재, 즉 본체부재(80)와 분리형 커버(82)를 포함하는 것이 바람직하다. 본체부재(80)는 개방 내부(54)(도 2 참조) 및 개방 단부(84)를 형성한다. 개방 단부(84)는 관통하는 필터요소(52)를 수용한다. 내부(54)로 접근하기 위해서, 커버(82)는 본체부재(80)의 개방 단부(84)로부터 선택적으로 이동가능하다. 예컨대, 에어클리너(50) 보수동안, 필터요소(52)에 접근하기 위해 커버(82)가 분리될 수 있다.
커버(82)는, 커버(82)를 본체부재(80)에 고정하기 위한 볼트(86)(도 3 참조)와 같은 패스너를 포함한다.
일반적으로, 에어클리너(50)는 본체부재(80)에 필터요소(82)를 적절하게 지향하도록 유지하는 스테이부재(87)를 포함한다. 이 스테이부재(87)는 또한 사용자가 본체부재(80)에 필터요소(52)를 초기에 적절하게 설치되지 않을 경우 사용자와 의사 소통하는 지시기로서 기능한다. "적절하게 설치됨(properly installed)" 이라 함은, 필터요소(82)가 내부(54) 내에 지향 및 안착되며, 레이디얼 시일(76)이 적소에 놓이는 것을 의미한다.
스테이부재(87)에 대한 다양한 실시예가 고려되며, 도시된 특정의 실시예에서, 커버(82)가 본체부재(80)의 개방 단부(84)에 대해 동작가능하게 지향될 때, 스테이부재(87)는 내부(54)를 향한 방향으로 커버(82)에서 연장하는 돌출부(88)를 구비한다. 돌출부(88)는, 작동 동안 필터요소(52)를 본체부재(80) 내 적소에 유지하는 것을 돕는다. 진동과 다른 요인들이 작용 동안 하우징(51) 내 헐렁한 필터요소(52)를 타격할 우려가 있을 수 있다. 돌출부(88)는 필터요소(52)를 적절하게 안착 및 설치되도록 돕는다.
도 3에 도시한 실시예에 있어서, 돌출부(88)는 커버(82)와 일체로 연장하는 길다란 연장부(90)를 포함한다. 특히, 연장부(90)는 커버(82)의 중앙(92)(도 2 참조)을 중심으로 놓여진다. 연장부(90)는 커버(82)의 내측면(94)에 대해, 약 80-100。 사이, 바람직하게는 약 90。 로 경사지는 것이 바람직하다. 연장부(90)는 일반적으로 평탄한 요소 맞물림 단부(96)를 포함한다. 이와 같이, 연장부(90)는 커버(82)의 고정단과 요소 맞물림 단부(96)의 자유단을 갖는 외팔보(97)를 구비한다. 바람직하게는, 연장부(90)는 핸들부재(70)에 형성된 공간(100)(도 2 참조)보다 작은 폭(98)(도 2 참조)을 갖는다.
다시 도 2를 참조하면, 본체부재(80)는 그 내부(54a)에 제1 환형부(102)와 제2 환형부(104)를 갖고 있다. 제2 환형부(104)는 제1 환형부(102)에 대해 보다 작고 축소되어 있다. 이는 이들 부분 사이 이행부에 쇼울더(106)를 형성한다. 제2 환형부(104)에서 종료하는 단부 벽(108)이 또한 존재한다. 제2 환형부(104)는 단부 벽(108)과 함께, 시일부재(74)가 마련된 프레임 구조(72)를 수용하는 시트(110)를 형성한다. 제2 환형부(104)에 대해 레이디얼 시일(76)을 형성하기 위해 제2 환형부(104)에 대해 시일부재(74)를 가압할 때, 필터요소(52)는 하우징(51)에 적절하게 지향된다. 단부 벽(108)은 필터요소(52)를 지향하며, 제2 환형부(104)를 지나 하류로 가압되지 않도록 돕는다.
레이디얼 시일(76)은 의도하지 않은 기체 흐름이 필터요소(52) 둘레를 흐르고 필터요소(52)의 필터링 효과를 회피하는 것을 방지한다는 것이 이해될 것이다. 즉, 레이디얼 시일(76)은 입구(56)를 통해 유입하는 기체 흐름이 출구(58)에 도달하기 위해서, 필터요소(52)로 이동하도록 한다.
본체부재(80)는 또한 출구(58)를 향해 단부 벽(108)에서 연장하는 경사진 벽 부분(112)을 포함한다. 이 경사진 벽 부분(112)은 출구면(62)에서 출구(58)를 통해 여과되거나 정화된 기체가 지향되는 것을 돕는다.
D.필터요소
필터요소(52)는 이하 상세히 설명한다. 도 4에 주목하라. 도 4는 본원의 필터 구조에 이용가능한 특정의 바람직한 매체의 작동 원리를 설명하는 개략적인 사시도이다. 도 4에서, 홈 구조는 일반적으로 참조번호(122)로 지시된다. 바람직하게는, 홈 구조(122)는 복수 개의 홈(124)과 대면 시이트(132)의 파형 층(123)을 포함한다. 도 4의 실시예는 132A(파형 층(123)의 상방을 도시함)과 132B(파형 층(123)의 하방을 도시함)의 대면 시이트의 두 단면을 도시한다. 통상적으로, 바람직한 홈 구조(122)는 하방 대면 시이트(132B)에 고정된 파형 층(123)을 포함한다. 이 홈 구조(122)를 롤 구조로 이용시, 통상적으로 그 둘레에 권취되어, 하방 대면 시이트(132B)가 파형 층(123)의 상부를 덮는다. 파형 층(123)의 상부를 덮는 대면 시이트(132)는 132B로 지시한다. 대면 시이트(132A)(132B)가 동일 시이트 (132)임을 이해할 것이다.
이런 형태의 홈 구조(122)를 이용시, 홈 챔버(124)는 교호하는 피크(126)와골(128)을 형성하는 것이 바람직하다. 골(128)과 피크(126)는 홈을 상부 열과 하부 열로 분할한다. 도 4에 도시한 특정 구성에 있어서, 상부 홈은 하류단이 폐쇄된 홈 챔버(136)를 형성하지만, 폐쇄된 상류단을 갖는 홈 챔버(134)는 홈의 하부 열을 형성한다. 홈 챔버(134)는 홈 시이트(130)와 제2 대면 시이트(132B) 사이의 홈의 상류단 일부를 채우는 제1 단부 비드(138)로 폐쇄된다. 동일하게, 제2 단부 비드(140)는 교호하는 홈(136)의 하류단을 폐쇄한다. 일부 장치에서, 제1 단부 비드(138) 및 제2 단부 비드(140)는 직선 경로에서 일탈하지 않고, 홈 구조(122)의 모든 부분을 따라 직선형이다.
홈 구조(122) 형태로 구성된 매체 사용시, 여과시, 공기와 같은 미여과 유체가 음영 화살표(144)로 지시된 바와 같이 홈 챔버(136)로 유입된다. 홈 챔버(136)는 개방된 상류단(146)을 갖는다. 홈 챔버(136)의 하류단(148)이 제2 단부 비드(140)에 의해 폐쇄되기 때문에 미여과 유체 흐름은 홈 챔버(136)의 하류단(148)을 통과하지 않는다. 따라서, 유체가 홈 시이트(30) 또는 대면 시이트(132)를 강제로 통과한다. 미여과 유체가 홈 시이트(130) 또는 대면 시이트(132)를 통해 진행하여, 유체가 정화되거나 여과된다. 정화된 유체가 비음영 화살표(150)로 지시된다. 상류단(151)이 폐쇄된 홈 챔버(134)를 자유롭게 통과할 수 있고, 여과 매체 하류단을 통해 홈 구조(120)에서 유출한다. 도시된 구조에 의해, 미여과 유체가 홈 시이트(130), 상방 대면 시이트(132A), 또는 하방 대면 시이트(132B)를 통해 홈 챔버(134) 내로 유입되어 여과될 수 있다.
홈 구조(122)는 도 5에 도시한 바와 같은 롤형 또는 코일형으로 통상적으로권취된다. 홈 구조(122)를 감거나 권취하는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 필터요소(52) 구성시, 통상적인 홈 구조(122)가 코일 또는 나선형으로 핸들부재(70) 둘레에 권취된다. 이에 관해서는 이하에 상세히 설명한다. 다시 도 5를 참조하면, 필터요소(52)의 단면 형상은 비원형임을 주의하라, 필터요소(52)가 내부에 설치되는 체적의 기하에 의해 단면은 원형이 될 수 있지만, 이따금 비원형 단면을 갖는 것이 편리하다. 이 단면은 비교적 큰 양의 매체가 경제적으로 소형 체적을 점유하도록 한다. 일부 바람직한 구조에 있어서, 필터요소(52)의 단면 구성은 장타원형(ob-round)이다. 도 5에 도시한 특정 실시예에서, 필터요소(52)는 경주용 트랙 형상의 단면을 형성한다. "경주용 트랙 형상(racetrack shaped)" 이라 함은, 필터요소(52)가 절곡된(일부 실시예에서, 반원) 단부(160)와 대향(일부 실시예에서, 반원) 절곡 단부(162)를 형성함을 의미한다. 절곡 단부(160)(162)는 한 쌍의 직선 세그먼트(164)(166)에 의해 연결된다.
필터요소(52)와 같은 롤 구조 사용시, 시스템 설계자는 홈 매체 구조(122)가 풀리는 것을 방지하기 위해 필터요소(52)의 외주가 폐쇄하거나 적소에 고착되기를 원할 것이다. 이를 수행하기 위한 다양한 방법이 존재한다. 일부 적용에 있어서, 외주(168)는 원주 층(170)으로 감싸진다. 원주 층(170)은 일 면에 접착제가 마련된 플라스틱과 같은 비다공성 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 원주 층(170)은 마분지 또는 마일라(mylar) 등과 같은 완고한 내구성 물질로 이루어질 수도 있다. 계속해서 다른 실시예에 있어서, 외층(170)은 투과성 매체로 이루어질 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 하우징(52)에 설치된 필터요소(52)가 도시되어 있다. 도시된 장치에서, 입구(56)를 통과해, 필터요소(52)를 통해 하우징(51)으로 공기가 유입되고, 출구(58)에서 하우징(51)으로부터 유출한다. 우회하지 않고, 필터요소(52)를 통해 공기가 흐르도록 시일부재(74)가 요구된다.
E.프레임 구조 및 시일링 장치
프레임 구조(72)는 하우징(51)의 본체부재(80)에 대해 레이디얼 시일(76)을 형성하기 위해 시일부재(74)가 압축될 수 있는 지지구조 또는 뒷받침을 제공한다.
도 5 내지 도 7에 주목한다. 프레임 구조(72)는 프레임(180)을 포함한다. 이 프레임(180)은 다양한 형상을 이룰 수 있다. 도 5 내지 도 7에 도시한 특정 실시예에 있어서, 프레임(180)의 형상은 일반적으로 장타원형 또는 경주용 트랙 형상이다. 프레임(180)은 필터요소(52)의 출구면(62)에 부착되도록 배열 및 구성되는 것이 편리하다.
도시된 바람직한 프레임(180)은 밴드, 스커트, 또는 필터요소(52)의 제2 단부(66)와 맞물려 수용되도록 규격화된 일반적인 종속 립(182)을 포함한다. 이 종속 립(182)이 필터요소(52) 위에 내측으로 일정 거리 연장하도록 종속 립(182)은 출구면(62) 둘레에 반경방향으로 연장하는 것이 바람직하다. 바람직한 장치에 있어서, 프레임(180)은 립(182)과, 립(182)이 원주 층(170)을 따라 연장하는 내측 영역 사이의 경계면에서 필터요소(52)에 고정된다.
프레임(180)은 또한 립(182)에서 연장하는 환형 실링 지지부(184)(도 2 참조)를 포함한다. 실링 지지부(184)와 립(182) 사이에, 프레임(180)은 스텝(186)을 포함한다. 이 스텝(186)은 큰 치수의 립(182)과 축소된 치수의 실링 지지부(814) 사이의 이행 면적을 제공한다.
본원에 개시된 원리에 따라 구성시, 실링 지지부(814)는 시일부재(74)에 대한 견고한 지지면을 제공한다. 시일부재(74)는 프레임(180)의 실링 지지부(814)와 본체부재(80)의 제2 환형부(104) 사이에 압착 또는 압축되도록 충분히 압축으로 구성 및 배열되는 것이 바람직하다. 지지면(184)과 제2 환형부(104) 사이에 압축시, 레이디얼 시일(76)이 필터요소(52)와 하우징(51)의 본체부재(80) 사이에 형성된다.
실링 지지부(184)에 시일부재(74)를 고정하는 다양한 방법이 가능하다. 특히 편리하고 바람직한 일 방법은 단부 팁(192)을 포함해서, 내측부(188)와 실링 지지부(184)의 외부(190) 모두에 맞물리고, 덮거나, 또는 겹치도록 시일부재(74)를 모울딩하는 것이다. 시일부재(74)는, 내부(188), 단부 팁(192), 및 외부(190) 둘레를 감싸서, 실링 지지부(184)를 완전히 덮는다.
실링 지지부(184)는 압축성 시일부재(74)로 형성될 수 있는 레이디얼 시일(76) 사이에 대한 지지 구조로 기능한다. 압축성 시일부재(74)의 압축은 80 lbs 이하, 통상적으로 50 lbs 이하, 예컨대 약 20-30 lbs의 삽입 압력하에서 레이디얼 시일(76)을 형성하도록 충분하고, 손으로 편리하고 용이하게 교환할 수 있는 가벼운 것이 바람직하다. 바람직하게는, 시일부재(74)의 압축의 양은 적어도 15%, 바람직하게는 40% 이하, 그리고 통상적으로 20과 33% 사이이다. "압축의 양" 이라 함은, 정지, 비교란 상태(undisturbed state) 및 하우징(51) 내에 설치되지 않거나다른 힘을 받지 않을 때 시일부재(74)의 최외측부의 백분율로서, 실링 지지부(184)를 향해 레이디얼 방향으로 시일부재(74)의 최외측부의 물리적 변위를 의미한다.
도 7에 주목하라. 바람직하게는, 시일부재(74)는 바람직한 실링을 달성하기 위해 제1 단부(194)에서 제2 단부(196)까지 감소하는 최외측 치수의 계단형 단면 구성을 갖는다. 바람직하게는, 시일부재(74)는 제2 환형부(104)(도 2 참조)와 공유하고 유체 기밀을 제공하기 위해 규정된 복수 개의 점진적으로 확대되는 계단을 갖는 폴리우레탄 발포 물질로 이루어진다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 시일부재(74)는 제2 단부(196)와 제1 단부(194) 사이에 치수가 증가하는 세 계단(197, 198, 및 199)을 형성한다. 가장 작은 치수의 계단(197)은 본체부재(80)로 용이하게 삽입하도록 한다. 가장 큰 치수의 계단(199)은 조밀한 레이디얼 시일(76)을 확실하게 한다.
일반적으로, 적절하게 기능하는 레이디얼 실링 구조에 대해, 요소(52)를 하우징(51)에 장착시(도 2) 압축성 시일부재(74)가 압축되는 것이 필요하다. 다수의 바람직한 구조에 있어서, 시일부재(74)는 그 두께의 약 15%와 40% 사이(흔히, 약 20-33%)로 압축되어 강한 확고한 시일을 제공하지만, 80 lbs 이하, 바람직하게는 50 lbs 이하, 일반적으로 약 20-30 lbs 의 힘으로 요소(52)를 손으로 설치할 수 있다.
도 6에 주목한다. 바람직한 프레임(180)은 지지 시스템(205)을 포함한다. 도시된 필터요소(52)를 사용하는 동안, 프레임(180)의 외주 둘레에 내향력이 작용된다. 절곡 단부(206, 208)에 대해 작용한 내향력은 직선 세그먼트(210, 212)가구부러지거나 절곡되도록 할 수 있다. 이 지지 시스템(205)은 직선 세그먼트(210, 212)가 구부러지지 않도록 프레임(180)의 일부로 제공된다. 또, 지지 시스템(205)은 핸들부재(70)와의 맞물림 연결을 제공한다.
다양한 구조가 본원에 고려되지만, 도 6에 도시한 특정 실시예에서, 지지 시스템(205)은 직선 세그먼트(210, 212)에 구조적 강건성을 제공하는 복수 개의 교차 버팀대(214)를 포함한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 교차 버팀대(214)는 대향하는 직선 세그먼트(210, 212) 사이에 트러스 시스템(216)을 형성한다. 이 트러스 시스템(216)은, 프레임(180)의 나머지 부분과 단일 부재로 모울드되는 것이 바람직한 복수 개의 견고한 부재 또는 받침대(218)를 포함한다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 지지 시스템(205)은 핸들부재(70)에 접속되는 맞물림 표면 또는 부재를 제공한다. 이에 관해서는 이하에 설명한다.
F.핸들부재
핸들부재(70)는 이하 상세히 설명한다. 바람직하게는, 핸들부재(70)는 필터요소(52)에 고정되며, 사람 손의 일부에 의해 인가되는 파지력을 수용하도록 구성 및 배열된다. 이는 특히 보수 또는 교체시, 필터요소(52)의 편리한 조작과 취급을 허용한다.
바람직한 시스템에 있어서, 핸들부재(70)는 필터요소(52)에 고정되어, 핸들부재(70)에 인가된 인가력이 필터요소(52)에 인가된 인가력으로 전달된다. 가장 바람직한 시스템에 있어서, 핸들부재(70)는 중앙 코어부재(230)(도 2)에 고정되어,홈 구조(122)의 일부가 핸들부재(70)를 수용하도록 이루어지는 다른 연결 또는 방해물을 갖을 필요가 없다.
핸들부재(70)는 코어부재(230)와 일체로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 도 2에 도시한 바람직한 실시예에서, 핸들부재(70)는 코어(230)와 단일 부재로 모울드된다. 이 단일부재 모울딩은 편리하고, 간편한 제조 및 조립을 허용한다.
바람직한 실시예에 있어서, 핸들부재(70)는 필터요소(52)에 사용하기 위한 중앙 보드(232)(도 8)를 구비한다. 도 8에 주목하라. 일 바람직한 중앙 보드(232)의 평면도가 도시되어 있다. 도시된 중앙 보드(232)는 제1 단부(236)와, 대향 제2 단부(238)를 갖는 연장부(234)를 구비한다. 핸들부재(70)는 도시한 바람직한 실시예에서 제1 단부(236)를 형성한다. 체결부재(240)는 제2 단부(238)를 형성한다. 이전에 간단히 검토한 바와 같이, 체결부재(240)는 프레임(180)에 연결되도록 구성 및 배열된다.
프레임(180)에 맞물리고 고정되는 체결부재(240)를 가짐으로써, 요소(52)의 필터 매체를 "절첩식(telescoped)" 으로 형성하는 감겨진 홈 구조(122)를 형성하지 않고도, 핸들부재(70)를 파지함으로써, 필터요소(52)가 하우징(51)으로부터 분리될 수 있다. 즉, 핸들부재(70)를 프레임(180), 특히 지지 시스템(205)에 고정함으로써, 인가력이 핸들부재(70)에 사용될 때, 필터요소(52)가 절첩 방식으로 당겨지지 않도록 한다. 즉, 체결부재(240)와 지지 시스템(205) 사이의 맞물림 때문에, 각각의 입구면(60) 및 출구면(62)은 비교적 평탄한 평면을 유지한다. 트러스 시스템(226)에서 체결부재(240)와 버팀대(218) 사이의 맞물림은 필터요소(52)의 전체 단면에 걸쳐 핸들부재(70)에 작용하는 인가력이 분포하도록 돕는다. 필터요소(52) 제1 단부(64) 상의 인가력은 필터요소(52) 대향 제2 단부(66)로, 필터요소(52)의 제2 단부(66)를 횡단하여 축방향으로 단면에 전달된다.
계속해서 도 8을 참조하면, 중앙 보드(232)는 제1 및 제2 단부(236, 238) 사이를 연장하는 제1 및 제2 측면 엣지(242, 244)를 포함하는 것이 바람직하다.
체결부재(210)의 다양한 실시예가 본원에서 가능하고 고려되지만, 도 8에 도시한 특정의 실시예에서, 체결부재(240)는 훅 구조(250)를 포함한다. 훅 구조(250)는 지지 시스템(250)의 버팀대(214)의 부분을 포착한다. 도 8에 도시한 실시예에서, 훅 구조(250)는 연장부(234)에서 제1 측면 엣지(242)를 따라 외팔보로 지지된 제1 훅(252)과, 연장부(234)에서 제2 측면 엣지(244)를 따라 외팔보로 지지된 제2 훅(254)을 포함한다.
제1 훅은 시트와, 코너 쇼울더(258)를 형성하는 오목부(256)를 포함한다. 표면(260)은 단부 지점(262)에 도달하기 위해 쇼울더(258)에서 경사져 있다. 컷아웃(266)을 형성하기 위해 내부로 연장하는 엣지(264)가 단부 지점(262)에서 연장하는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 컷아웃(266)은 U자 형상이다. 컷아웃 (266)은 제1 훅(260)이 제2 측면 엣지(244)을 향한 방향으로 편향되도록 한다. 경사진 표면(260)은 버팀대(214)를 따라 미끄럼 이동하여, 버팀대(214)가 오목부 (256) 내에 맞물릴 때까지 제1 훅(252)이 편향되도록 한다.
컷아웃(266)에 의해 허용된 편향은 중앙 보드(232)와 프레임(180) 사이에 편리하고, 신속한 맞물림과 연결을 허용한다는 것이 이해될 것이다. 특히, 제1훅(252)은 제2 측면 엣지(244)를 향한 방향으로 편향하고, 하나의 버팀대(214)가 오목부(256) 내에 안착되고 코너 쇼울더(258)에 의해 포획되도록 한다. 바람직하게는, 편향은 적어도 1mm, 약 20mm 이하, 통상적으로 약 1.5-5 mm 이다.
제2 훅(254)은 제1 훅(254)과 유사하게 구성된다. 이와 같이, 제2 훅(254)은 버팀대(214)를 유지하는 시트로서 오목부(276)를 포함한다. 제2 훅(254)은 코너 쇼울더(278), 경사면(280), 단부 지점(282), 및 U자형 컷아웃(286)을 포함한다.
도 7은 체결부재(240)가 프레임(180)의 지지 시스템(205)과 적소에 스냅 결합 또는 훅 결합되기 이전의 요소(72)를 도시한다. 필터요소(52)는 프레임(180)으로 하강하며, 훅(252, 254)의 오목부(256, 257)가 버팀대(214)에 스냅 결합되거나 맞물릴 때까지 제1 및 제2 훅(252, 254)은 서로를 향해 내측으로 편향된다.
다시 도 8을 참조하면서, 핸들부재(70)를 이하에 상세히 설명한다. 핸들부재(70)는 필터요소(52)의 제1 단부(64)에서 축방향으로 연장하는 적어도 하나의 돌출부(290)를 포함하는 것이 바람직하다(도 2). 도 2에 주목하라, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 돌출부(290)가 제2 측면 엣지(244)보다 제1 측면 엣지(242)에 근접하도록 지향된다. 도시한 바람직한 실시예에서, 제1 돌출부(290)는 제1 측면 엣지(242)와 동일 평면이다. 제1 돌출부(290)는 사람 손의 일부, 일부 손가락을 수용하도록 관통 연장하는 개구(292)를 갖는 것이 바람직하다.
필터요소(52)의 제1 단부(64)에서 축방향으로 연장하는 제2 돌출부(294)가 존재하는 것이 또한 바람직하다. 제2 돌출부(294)는 하우징(51)의 커버(82)에서 연장부(90)를 수용하기 위해서 돌출부(290)에서 거리(100)(도 2)로 일정 간격 이격되는 것이 바람직하다. 돌출부(294)는 사람 손의 일부 손가락을 수용하도록 규격되어 관통 연장하는 개구(296)를 포함하는 것이 바람직하다. 제2 돌출부(294)는 제2 측면 엣지(242)보다 제2 측면 엣지(244)에 근접함을 볼 수 있다. 도시한 바람직한 실시예에서, 제2 돌출부(294)는 제2 측면 엣지(244)와 동일 평면이다.
중앙 보드(232)는 제1 돌출부(290)와 제2 돌출부(294) 사이를 연장하는 오목부(298)(도 8)를 형성한다. 제2 돌출부(294)는 제1 돌출부(290)와 제2 측면 엣지(244) 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 유사하게, 제1 돌출부(290)는 제2 돌출부(294)와 제1 측면 엣지(234) 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예는 제1 돌출부(290)와 제2 돌출부(294) 사이를 연장하는 오목부(298)를 포함한다.
바람직하게는, 오목부(298)는 제1 및 제2 돌출부(290, 294) 사이를 연장 및 연결하는 견고한 직선 엣지(300)를 갖는다. 엣지(300)는 커버(82)에서의 돌출부(88)와 맞물려 수납하는데 사용된다(도 2). 통상 사용시, 돌출부(88)와 엣지(300) 사이에 아무런 맞물림이 없다. 맞물림이 존재하면, 요소(52)가 하우징 (51)에 적절하게 설치되지 않은 것을 사용자에게 지시할 수도 있다. 연장부(90)와 엣지(300) 사이의 맞물림은 커버(82)를 본체부재(80)에 고정하는 것을 방지한다. 사용 동안, 요소(52)가 본체부재(80)에서 진동하는 경우에, 약간의 맞물림이 존재할 수 있다. 이들 경우에서, 연장부(90)는 요소(52)를 적소에 설치된 위치에 유지하는 것을 돕는다(레이디얼 시일(76)을 적소에). 연장부(90)는 오목부(298)에 의해 생성된 공극(100)에 적절하게 지향될 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 홈 시이트(130)를 적소에 유지하고, 조립 동안, 미끄럼과 외향 절곡 방지를 돕기 위한 시스템(305)이 바람직하다. 도시한 실시예에서, 이 시스템(305)은 중앙 보드(232)와 일체형이다. 특히, 중앙 보드(232)는 제1 및 제2 단부(236)(238) 사이의 연장부(234)에 위치된 파형부(310)를 포함한다. 이 파형부(310)는 필터요소(52)의 제조 및 조립 동안, 홈 시이트(130)의 홈(124)과 맞물리도록 구성 및 배열되는 것이 바람직하다. 처음에 필터요소(52) 조립시, 홈 시이트(130)가 중앙 보드(232) 둘레에 권취된다. 일부 장치에 있어서, 홈 시이트(130)는 메모리 빌트 인(memory built in)을 가지며, 본래 중앙 보드(232)에서 외향으로 외부, 반경방향으로 경사지기를 원한다. 이것이 발생할 때 안전하고, 조밀한 시일을 형성하는 것이 어렵게 된다. 이를 보정하기 위해서, 홈 시이트(130)가 평면보다 중앙 보드(232)에 맞물려 결합할 수 있기 때문에, 파형부(310)는 중앙 보드(232)에 놓인다.
이제 도 9를 참조하면, 파형부(310)는 복수 개의 파형(312)을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 복수 개의 파형은 복수 개의 골(324)과 교호하는 복수 개의 피크(322)를 포함한다. 도 8에 도시한 실시예에서, 파형(312)은 제1 엣지(242)와 제2 엣지(244) 사이를 연속적으로 연장한다. 바람직한 실시예에서, 적어도 5개의 피크(322)와 5개의 골(324), 약 100 이하의 피크(322)와 약 100 이하의 골(324), 10-50개의 피크(322)와 10-50개의 골(324)이 바람직하다. 파형(312)은 권취하는 동안, 중앙 보드(232)에 대한 홈 시이트(130)의 미끄럼을 방지하는 것을 또한 돕는다. 즉, 파형부(310)는 권취와 제조 동안 중앙 보드(232)에 홈 시이트(130)를 고정 유지하는 것을 돕는 지지면을 제공한다.
도 8의 실시예에서, 파형부(310)는 연장부(234)의 길이 방향을 따라 부분적으로만 연장함에 주목하라. 바람직하게는, 파형부(310)의 길이는 엣지(300)에서 적어도 1인치 하방으로 연장한다. 다른 실시예에서, 파형부(310)는 엣지(300)와 대향 엣지(314) 사이 제2 단부(238)에서 전체 길이로 연장할 수 있다. 홈 시이트(130)와 중앙 보드(232)를 고정하는 접착제가 중앙 보드(232)를 따라 일부 길이만 연장하기 때문에 파형부(310)의 최소 길이가 바람직하다. 그러나, 파형(312)이 중앙 보드(232) 둘레에 홈 시이트(130)를 권취하는 지지면을 제공하기 때문에, 파형부(310)는 또한 엣지(300)와 엣지(314) 사이 전체 길이를 연장할 수 있다.
필터요소(52) 제조 동안, 중앙 보드(232)가 컷아웃(316)에 유지되어 스핀들에 놓여질 수 있다. 접착제가 파형부(310)를 따라 놓여지며, 홈 시이트(130)가 접착제 위에 놓여진다. 홈(124)은 중앙 보드(232)의 별개 파형(312)에 맞물린다. 중앙 보드(232)가 중앙 축을 중심으로 선회하면서, 홈 구조(122)가 중앙 보드(232) 둘레에 형성된다.
별개 파형(312)은 다양한 크기가 될 수 있다. 바람직한 파형(312)은 홈 시이트(130)에서 별개 홈과 맞물리도록 규격화 될 수 있다. 크기는, 약 5-7 mm, 예컨대 약 6.5 mm의 피크 대 피크 폭(326), 약 1-4 mm, 예컨대 약 2.5 mm의 골 대 피크 높이(328), 약 0.5-2 mm, 예컨대 약 1 mm의 각 피크의 반경(322), 약 1-3 mm, 예컨대 약 1.3 mm의 각 골의 반경(324), 약 6-10 mm, 예컨대 약 7.9 mm의 피크 대피크 깊이(330), 및 약 5-8 mm, 예컨대 약 6 mm의 골 대 골 폭(332)을 갖는다.
다른 크기는, 약 6-10 mm, 예컨대 약 8.4 mm의 피크 대 피크 폭(326), 약 2-6 mm, 예컨대 약 4.3 mm의 골 대 피크 높이(328), 약 6-10 mm, 예컨대 약 8.4 mm의 골 대 골 폭(332)을 갖는다.
또 다른 크기는, 적어도 5 mm, 9mm 이하의 예컨대 약 7.6 mm의 피크 대 피크 폭(326), 적어도 2mm, 5 mm 이하, 예컨대 약 3.3 mm의 골 대 피크 높이(328), 약 1 mm, 6 mm 이하, 예컨대 약 3.3 mm의 피크 대 피크 깊이(330), 및 적어도 4 mm, 10 mm 이하, 예컨대 약 7.6 mm의 골 대 골 폭(332)을 갖는다.
도 8을 다시 참조하면, 바람직한 중앙 보드(232)는 복수 개의 개구 또는 홀(320)을 포함한다. 이 홀(320)은 경량의 중앙 보드(232)를 생성하는 것을 돕는다. 홀(320)은 임의 형태가 될 수 있다.
G.동작, 보수, 및 조립 방법
동작시, 설비(22)로 흡입된 기류와 같은 정화 기체가 처음에 에어클리너(50)에 흡입되고 입구(56)를 통해 지향된다. 공기가 필터요소(52)의 입구면(60)을 통해 유입된다. 공기가 상류단(64)에서 개방된 홈 챔버(136)로 유입된다. 공기가 홈 시이트(130) 또는 면 시이트(132) 중 하나를 통해 강제로 흐르게 되어, 이로부터 입자가 제거된다. 정화된 공기가 출구면(162)에서 유출된다. 즉, 정화된 공기가 제2 단부(66)에서 개방된 홈(134)을 통해 유출된다. 정화된 공기가 출구(58)를 통해, 엔진(24)과 같은 하류 요소로 지향된다. 필터요소(52)와 하우징(80) 사이레이디얼 시일(76)에 의해 정화된 공기가 필터요소(52)를 우회하는 것을 방지한다.
일정 주기의 동작 후, 에어클리너(50)는 보수할 필요가 있다. 필터요소(52)는 폐색되어 교환이 필요하다. 통상적으로, 제한이 적어도 25 인치의 물에 도달할 때 필터요소(52)는 분리 교환되어야 한다. 에어클리너(50)를 보수하기 위해서, 커버(82)가 본체부재(80)로부터 분리된다. 개구부(84)를 개방하기 위해 볼트(86)를 제거한 다음 커버를 본체부재(80)에서 제거하여 행해진다. 본체부재(80) 내부(54)로의 접근을 제공한다. 커버(82)가 본체부재(80)에서 분리될 때, 연장부(90)의 요소 맞물림 단부(96)가 핸들부재(70)의 오목부(298)의 공극(100)에서 제거된다.
다음에, 사용자가 필터요소(52)를 파지한다. 바람직하게는, 핸들부재(70)를 붙잡아 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 한 손의 적어도 하나의 손가락을 개구(292)에 삽입하고, 다른 손의 다른 손가락을 개구(296)에 삽입하여 이루어진다. 이는 연장부(234)에, 최종적으로 프레임 구조(72)에 인가력을 전달한다. 즉, 인가력이 체결부재(240)를 통해 지지 시스템(205)으로 전달된다. 이 인가력은 축방향으로 필터요소(52)를 제거하므로, 시일부재(74)는 제2 환형부(104)에서 제1 환형부(102)까지 이동한다. 이는 레이디얼 시일(76)을 파손한다.
필터요소(52)는 에어클리너(50)의 외측 개구부(84)를 통해 분리된다. 구형 필터요소(52)가 처리될 수도 있다. 이는 중앙 보드(232)를 포함하는, 전체 필터요소(52)를 소각함으로써 달성될 수도 있다. 선택적으로, 중앙 보드(232)를 재사용할 수 있도록, 홈 매체 구조(122)는 중앙 보드(232)로부터 분리될 수 있다. 또는, 선택적으로, 홈 구조(122)가 중앙 보드(232)에서 분리된 후, 각각이 별개의 재활용프로그램으로 처리될 수 있다.
제2의, 새로운, 필터요소가 공급된다. 새로운 필터요소(52)는 본체부재(80)의 개구(84)를 통해 삽입된다. 사용자가 그 돌출부(290)(294)를 통해, 핸들부재 (70)를 파지함으로써 필터요소(52)를 조작할 수 있다. 레이디얼 시일(76)을 형성할 때까지 하우징(51)에 필터요소(52)가 삽입된다. 도시된 실시예에서, 시일부재 (74)의 단부(196)가 제2 환형부(104)의 단부 벽(108)에 인접하거나 맞물릴 때까지, 필터요소(52)를 본체부재(80)에 가압함으로써 이루어진다.
커버(82)가 개방 단부(84) 위로 지향된다. 이것이 행해진 후, 연장부(90)가 내부(54)로 하향한다. 필터요소(52)가 환형부(104)의 시트 내에 적절하게 안착되지 않으면, 연장부(90)는 핸들부재(70)의 엣지(300)와 맞물리고 커버(82)가 본체부재(80)에 적절하게 안착되는 것을 방해한다. 필터요소(52)가 환형부(104)의 시트 내에 적절하게 안착되면(레이디얼 시일(76)이 적소에 위치되면), 커버(82)가 적절하게 본체부재(80)에 고정되도록 한다. 연장부(90)는 공극(100)에 위치한다. 볼트(86)를 체결함으로써, 커버(82)가 본체부재(80)에 고정된다. 에어클리너(50)가 다시 동작할 준비를 한다.
본원에 개시한 바람직한 필터요소(52)를 구성하기 위해서, 먼저, 중앙 보드(232)가 제공된다. 중앙 보드(232)는 사출 성형과 같은 종래 기술을 이용하여 제조될 수 있다.
다음에, 접착제가 파형부(310)에 인가된다. 도 8의 바람직한 실시예에서, 접착제가 파형부(310) 중 일부에만 인가된다. 특히, 접착제가 엣지(242)와 엣지(244)사이, 파형부(310)의 상부 약 1/3에만 인가된다. "상부" 라 함은, 체결부재 (240)보다 핸들부재(70)에 근접한 부분을 의미한다. 다른 실시예에서, 접착제가 파형부(310)의 전체 길이를 따라, 또는 상부 1/3, 예컨대 상부 10-25% 이하로 이루어질 수 있다. 접착제가 중앙 보드(232)의 파형부(310)의 상하부 측면에 인가되는 것에 주목할 것이다.
홈 시이트(130)가 중앙 보드(232) 위에 놓여진다. 홈 시이트(130) 각각의 홈이 파형부(310)의 각각의 파형(312)와 맞물려 결합한다. 접착제는 홈 시이트 (130)를 연장부(234)에 접합한다. 홈 시이트(130)는 중앙 보드(232) 둘레를 완전히 감싼다. 즉, 홈 시이트(130)의 제1 층은 중앙 보드(232)의 상하부 측면을 완전히 에워싼다. 파형부(310)는 중앙 보드(232)에 대해 홈 시이트(130)를 단단하게 유지하는 것을 돕는다. 파형부(310)는 또한 홈 구조(122) 둘레의 권취를 돕는 지지면을 제공한다.
바람직하게는, 중앙 보드(232)는 머시인의 스핀들에 의해 노치(316)에 유지된다. 머시인 스핀들은, 중앙 보드(232) 둘레 홈 시이트(130)와 면 시이트(132)를 권취하기 위해, 중앙 종방향 축을 중심으로 중앙 보드(232)를 선회한다.
홈 구조(122)가 중앙 보드(232) 둘레에 권취된 후, 중앙 보드(232)가 프레임 구조(72)에 고정된다. 본원에 개시한 바람직한 실시예에 있어서, 체결부재(240)는 지지 시스템(205)의 버팀대(214)에 접속되거나 고정된다. 이는 프레임(180)에 고정되는 매체 구조(122)와 함께 중앙 보드(232)를 하강함으로써 이루어진다. 경사면(260)(280)은 버팀대(214)에 대해 캠 구동되거나 가압된다. 컷아웃(266)(286)은훅(252)(254)을 서로를 향해 내향으로 편향되도록 한다. 코너 쇼울더(258)(278)는 버팀대(214) 위에 스냅 결합한다. 이는 버팀대(214)를 오목부(256)(276)에 포획한다. 통상적으로, 중앙 보드(232)가 프레임(180)에 연결되기 이전에, 프레임(180)의 립(182)에 외층(170)을 고정하기 위해, 접착제가 립(182)의 내면을 따라 인가된다. 필터요소(52)가 에어클리너 하우징(51)에 설치될 수도 있다.
H.실시예 재료 및 치수
이하에는 특정 실시예의 사용가능한 재료 및 치수를 포함한다. 물론, 다양한 재료와 치수가 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 하우징(51)은 플라스틱, 예컨대 글래스 충진 나일론으로 제조된다. 연장부(90)는 적어도 약 50 mm 이하, 약 500 mm 이하, 통상적으로 약 10-40 mm의 길이를 갖는다. 거리(100)의 비율로서, 연장부(90)의 폭(98)은 거리(100)의 적어도 약 10% 내지 95% 이하, 통상적으로 약 25-75% 이다.
필터요소(52)는 적어도 약 100 mm 내지 약 500 mm 이하, 통상적으로 약 200-300 mm의 입구면(60)과 출구면(62) 사이를 연장하는 전체 길이를 갖는다. 적어도 약 100 mm 내지 약 400 mm 이하, 통상적으로 약 200-300 mm 의 큰 치수 폭을 갖는다. 적어도 약 25 mm 내지 약 250 mm 이하, 통상적으로 약 50-150 mm 의 작은 치수 폭을 갖는다.
필터요소(52)는 셀룰로스로 구성될 수 있다. 이용가능한 셀룰로스 매체의 일 실시예는, 약 45-55 lbs./3000 ft2(84.7 g/m2), 예컨대 48-54 lbs./3000 ft2의기본 무게, 약 0.005-0.015 in, 예컨대 약 0.010 in(0.25 mm)의 두께, 약 20-25 ft/min, 예컨대, 약 22 ft/min(6.7 m/min)의 프레이지어 투과도(frazier permeability), 약 55-65 미크론, 예컨대 약 62 미크론의 공극 크기, 적어도 약 7 lbs/in, 예컨대 8.5 lbs/in의 습윤인장강도(wet tensile strength), 약 15-25 psi, 예컨대 약 23 psi(159 kPa)의 기계의 습윤파열강도이다. 셀룰로오스 매체가 미세 섬유, 예컨대 5 미크론 이하, 일부 실시예에서 1 미크론 이하의 크기(직경)를 갖는 섬유로 취급될 수 있다. 미세 섬유를 매체에 응용하는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일부 이런 접근법이, 예컨대 미국 특허 제5,423,892호, 32 컬럼, 48-60 열에 특징하고 있다. 보다 구체적으로, 이런 방법은 본원에 참고로 인용되는 미국 특허 제3,878,014호, 제3,676,242호, 제3,841,953호, 및 제3,849,241호에 개시되어 있다. 변형예가, 등록상표명 ULTRA-WEBR으로 도날드슨 컴퍼니에 의한 영업 비밀로 행해지는 종래 매체에 대해 위치된 미세 중합 섬유 웹을 구비한 영업 비밀 접근법이다. 필터요소의 구성에 관해서, 미세 섬유가 제조되는 방법, 미세 섬유를 적용하기 위해 특정 방법이 사용되는 것에 특별한 선택은 없다. 생성된 매체 구조가 이하의 특성을 갖을 때까지 충분한 미세 섬유가 적용될 수 있다. SAE 미세 먼지를 이용하여, SAE J726C 에 따라 테스트되고, 90% 이하의 별개 테스트 없이, 99.5% 평균의 초기 효율과, SAE J726C 에 따라 99.98% 평균의 전체 효율을 갖는다.
중앙 보드(232)는 적어도 약 100 mm 내지 약 800 mm 이하, 통상적으로 약 200-500 mm의 전체 길이를 갖는다. 적어도 약 50 mm 내지 500 mm 이하, 통상적으로 약 100-200 mm의 측면 엣지(242)와 측면 엣지(244) 사이의 전체 폭을 갖는다.각각의 돌출부(290)(294)는 적어도 약 20 mm 내지 200 mm 이하, 통상적으로 약 40-100 mm의 거리로 제1 단부(64) 위를 연장한다. 돌출부(290)(294)의 내측 엣지 사이의 거리(100)는 적어도 약 25 mm 내지 300 mm 이하, 통상적으로 약 50-150 mm 이다. 각각의 개구(292)는 적어도 약 10 mm 내지 150 mm 이하, 통상적으로 약 20-70 mm의 최외측 치수(바람직하게는, 직경)을 갖는다.
파형부(310)의 길이는 적어도 약 20 mm 내지 200 mm 이하, 통상적으로 약 10-30 mm가 바람직하다. 적어도 약 5 내지 100 이하, 통상적으로 약 10-30의 별개 파형(312)이 보다 바람직하다.
훅(252)(254)의 각각의 경사면(260)(280)은 적어도 약 30。 내지 약 60。 이하, 통상적으로 약 40-50。의 중앙 보드(232)의 중앙 종방향 축에 대한 각도로 연장한다. 각각의 오목부(256)(276)는 적어도 약 4 mm 내지 약 25 mm 이하, 통상적으로 약 5-15 mm 의 폭을 갖는다. 각각의 컷아웃(266)(268)은 적어도 약 10 mm 내지 약 80 mm 이하, 통상적으로 약 20-50 mm 로 연장한다.
중앙 보드(232)는 적어도 약 1 mm 내지 약 20 mm 이하, 통상적으로 약 2-10 mm 의 전체 두께를 갖는다. 중앙 보드(232)는 적어도 약 2 oz. 내지 약 10 oz. 이하, 통상적으로 약 4-6 oz 의 총중량을 갖는다. 적어도 1 개의 구멍(320), 약 100의 구멍(320), 통상적으로 약 25-35의 구멍(320)이 존재한다. 바람직하게, 중앙 보드(232)는 글래스 충진 나일론, 바람직하게는 13% 글래스 충진 나일론과 같은 플라스틱으로 구성된다.
바람직하게는, 프레임(180)은 33% 글래스 충진 나일론과 같은 플라스틱으로구성된다. 시일부재(74)는 약 11-22 lbs/ft3의 형밀도(molded density)를 갖는 발포 폴리우레탄으로 구성될 수 있다. 일 이용가능한 발포 폴리우레탄은 본원에 참고로 인용되는 미국 특허 제5,669,949호에 개시되어 있다.
상기 상세한 설명, 실시예 및 데이터는 본 발명의 제조 및 사용의 완전한 설명을 제공한다. 또한 본 발명의 다양한 실시예가 가능하다.

Claims (30)

  1. (a) 대향하는 제1 및 제2 단부를 갖고, 복수 개의 홈을 구비하는 필터요소로서,
    (i) 상기 각각의 홈은 상기 필터요소 제1 단부에 인접한 제1 단부와, 상기 필터요소 제2 단부에 인접한 제2 단부를 갖고,
    (A) 상기 홈 중 선택된 일방은 상기 제1 단부가 개방되고 상기 제2 단부가 밀폐되는 반면, 상기 홈 중 선택된 다른 일방은 상기 제1 단부가 밀폐되고 상기 제2 단부가 개방되는 필터요소와,
    (b) 상기 제1 단부에 인접한 상기 필터요소에 고정된 핸들부재와, 그리고
    (c) 상기 제2 단부에 인접한 상기 필터요소에 고정된 프레임 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  2. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 핸들부재는 상기 프레임 구조에 고정되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    (a) 상기 프레임 구조는 상기 필터요소의 상기 제1 및 제2 단부 중 일방에 대해 적어도 부분적으로 연장하는 복수 개의 지지 버팀대를 포함하며,
    (b) 상기 핸들부재는 상기 지지 버팀대에 맞물리는 한 쌍의 훅(hook)을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    (a) 상기 프레임 구조는 상기 제1 및 제2 단부 중 일방에서 축방향으로 돌출하는 연장부를 포함하고,
    (i) 상기 프레임 구조의 상기 연장부는 시일부재를 지지하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    (a) 상기 연장부는 내부, 외부, 및 단부 팁을 포함하고,
    (b) 상기 시일부재는 11-22 lbs/ft3의 형밀도(molded density)를 갖는 폴리우레탄으로 이루어지고,
    (i) 상기 시일부재는 상기 연장부의 상기 외부, 상기 내부, 및 상기 단부 팁의 적어도 일 부분을 덮는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    (a) 상기 시일부재는 계단형의 단면 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 필터요소는 중앙 코어부재를 추가로 포함하고, 상기 복수 개의 홈이 상기 중앙 코어부재 둘레에 권취되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    (a) 상기 핸들부재는 상기 중앙 코어부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    (a) 상기 핸들부재와 상기 중앙 코어부재는 단일 모울드 구조인 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 중앙 코어부재는 복수 개의 파형을 포함하고, 상기 파형은 상기 홈의 적어도 일부에 맞물리는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 핸들부재는 상기 중앙 코어부재로 형성된 적어도 하나의 단일 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    (a) 상기 중앙 코어부재는 제1 및 제2 대향 단부를 포함하며,
    (i) 상기 핸들부재는 상기 중앙 코어부재의 상기 제1 단부의 일부이고, 상기 필터요소의 상기 제1 단부에서 돌출하며,
    (ii) 훅 구조는 상기 중앙 코어부재의 상기 제2 단부의 일부이고,
    (A) 상기 훅 구조는 상기 프레임 구조에 맞물리는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    (a) 상기 필터요소로 적어도 부분적으로 연장하는 보드를 추가로 구비하며, 상기 보드는,
    (i) 제1 및 제2 대향 단부와,
    (ⅱ) 상기 보드 제1 및 제2 대향 단부 사이를 연장하는 제1 및 제2 대향 측면 엣지와,
    (ⅲ) 상기 필터요소의 상기 제1 단부에서 축방향으로 연장하는 제1 돌출부로서,
    (A) 상기 제2 측면 엣지보다 상기 제1 측면 엣지에 근접 지향되는 제1 돌출부와, 그리고
    (ⅳ) 상기 제1 돌출부에 인접한 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    (a) 상기 보드는 상기 필터요소의 상기 제1 단부에서 축방향으로 연장하는 제2 돌출부를 추가로 포함하고,
    (ⅰ) 상기 제2 돌출부는 상기 제1 돌출부와 상기 제2 측면 엣지 사이에 위치되며,
    (ⅱ) 상기 오목부는 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 사이를 연장하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    (a) 상기 오목부는 상기 보드 제1 단부를 따라 상기 보드의 직선 세그먼트를 구비하고,
    (b) 상기 제1 돌출부는 상기 제1 측면 엣지에 바로 인접하며,
    (c) 상기 제2 돌출부는 상기 제2 측면 엣지에 바로 인접하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  16. 필터요소에 사용하기 위한 중앙 보드로서, 이 중앙 보드는,
    (a) 제1 및 제2 대향 단부를 갖는 연장부와,
    (b) 상기 제1 및 제2 단부 사이의 상기 연장부에 위치되는 파형부를 구비하며,
    (i) 상기 파형부는 복수 개의 골(troughs)과 교호하는 복수 개의 피크(peaks)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 보드.
  17. 제16항에 있어서,
    (a) 각각의 피크는 적어도 5 mm의 거리로 다음 인접한 피크와 이격되고, 각각의 골은 적어도 5 mm의 거리로 다음 인접한 골과 이격되며,
    (b) 상기 파형부는 적어도 5개의 피크와 적어도 5개의 골을 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 보드.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    (a) 상기 제1 단부를 형성하는 핸들부재와,
    (b) 상기 제2 단부를 형성하는 체결부재를 구비하며,
    (i) 상기 체결부재는 필터요소의 프레임 구조에 연결되도록 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 중앙 보드.
  19. 제18항에 있어서,
    (a) 상기 핸들부재는 상기 연장부를 관통하는 적어도 하나의 단일 개구를 구비하며,
    (b) 상기 체결부재는 훅 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 보드.
  20. 제19항에 있어서,
    (a) 상기 연장부는 상기 제1 및 제2 단부 사이를 연장하는 제1 측면 엣지와, 상기 제1 및 제2 단부 사이를 연장하는 제2 대향 측면 엣지를 포함하며,
    (b) 상기 훅 구조는,
    (i) 상기 제1 측면 엣지를 따라, 상기 연장부에서 외팔보로 연장하는 제1 훅과,
    (ⅱ) 상기 제2 측면 엣지를 따라, 상기 연장부에서 외팔보로 연장하는 제2 훅을 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 보드.
  21. 제20항에 있어서,
    (a) 상기 연장부는 적어도 1mm로 편향하도록 구성 및 배열되는 상기 제1 훅에 인접한 제1 컷아웃(cut-out)을 형성하며,
    (b) 상기 연장부는 적어도 1mm로 편향하도록 구성 및 배열되는 상기 제2 훅에 인접한 제2 컷아웃을 형성하는 것을 특징으로 하는 중앙 보드.
  22. (a) 내부와 개방 단부를 형성하는 본체부재와, 커버를 가지는 하우징으로서,
    (i) 상기 커버는 상기 내부에 접근하기 위해 본체부재의 개방 단부에서 선택적으로 이동가능한 하우징과,
    (b) 상기 내부에 분리가능하게 위치되고, 제1 및 제2 대향 흐름면을 갖는 상기 필터요소와,
    (c) 상기 필터요소로 적어도 부분적으로 연장하고, 상기 제1 흐름면에서 축방향으로 연장하는 제1 부분을 포함하고, 상기 제1 부분에 인접한 오목부를 포함하는 중앙 보드와,
    (d) 상기 필터요소가 상기 내부에 동작가능하게 설치되고 상기 커버가 본체부재의 개방 단부 위에 동작가능하게 지향될 때, 상기 오목부에 지향되는 스테이부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 에어클리너.
  23. 제22항에 있어서,
    (a) 상기 스테이부재는 상기 커버에서 연장하는 돌출부를 구비하고,
    (b) 상기 제1 부분은 상기 제1 흐름면에서 축방향으로 연장하는 제1 핸들부재를 구비하고,
    (c) 상기 중앙 보드는 상기 제1 흐름면에서 축방향으로 연장하는 제2 핸들부재를 추가로 포함하고,
    (i) 상기 오목부는 상기 제1 및 제2 핸들부재 사이를 연장하는 것을 특징으로 하는 에어클리너.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    (a) 상기 하우징과 상기 프레임 구조 사이에 서로에 대해 레이디얼 시일을 형성하도록 구성 및 배열되는 시일부재를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 에어클리너.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 필터요소는 홈 필터 매체를 구비하며,
    (b) 상기 중앙 보드는 파형부를 포함하고,
    (i) 상기 파형부는 상기 홈 필터 매체의 부분에 맞물리는 것을 특징으로 하는 에어클리너.
  26. 에어클리너 보수 방법에 있어서, 이 방법은,
    (a) 대향 상류단과 하류단을 갖고, 상류단에 인접한 제1 단부와, 필터요소 하류단에 인접한 제2 단부를 갖는 복수 개의 각각의 홈을 갖는 필터요소로서, 홈 중 선택된 일방은 제1 단부가 개방하고 제2 단부가 밀폐되는 반면, 홈 중 선택된 다른 일방은 제1 단부가 밀폐되고 제2 단부가 개방되며, 필터요소에 고정되는 프레임 구조를 추가로 포함하는 하우징에 설치되는 필터요소를 준비하는 단계,
    (b) 상류단과 하류단 중 어느 일방에서 돌출하고, 프레임 구조에 고정되는 핸들을 파지하는 단계와,
    (c) 하우징에서 필터요소를 분리하기 위해 핸들을 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어클리너 보수 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    (a) 하우징에서 필터요소를 분리하기 위해 핸들을 가압하는 상기 단계 이후에, 이로부터 연장하는 축방향 돌출부와 이 축방향 돌출부에 인접한 오목부를 가지는 제2 필터요소를 제공하는 단계와,
    (b) 하우징에 제2 필터요소를 지향하는 단계와,
    (c) 오목부에 스테이부재를 지향하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어클리너 보수 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    (a) 하우징은 본체부재와 커버를 포함하며,
    (b) 스테이부재를 지향하는 상기 단계는 본체부재 위에 커버를 놓고, 스테이는 커버에서 연장하는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어클리너 보수 방법.
  29. 에어 필터요소 구성 방법으로서, 상기 방법은,
    (a) 제1 및 제2 대향 단부를 가지는 중앙보드와, 파형부가 제1 및 제2 단부 사이에 적어도 부분적으로 위치되는 파형부를 제공하는 단계와,
    (b) 파형부가 마련된 홈 필터 매체 중 선택된 홈을 정렬하는 단계와,
    (c) 중앙 보드 둘레에 홈 필터 매체를 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 필터요소 구성 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    (a) 정렬 단계 이전에, 파형부에 접착제를 도포하는 단계와,
    (b) 상기 권취 단계 이후에, 중앙 보드를 프레임 구조에 고정하는 단계를 추가로 포함하며,
    (c) 상기 고정 단계는 프레임 구조의 지지 버팀대에 중앙 보드의 훅과 맞물리는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 필터요소 구성 방법.
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