KR20080015089A - 필터 시스템용 스풀 밸브 매니폴드 상호 연결구 - Google Patents

필터 시스템용 스풀 밸브 매니폴드 상호 연결구 Download PDF

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KR20080015089A
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브라이언 제이. 터비
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체는 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드를 포함한다. 필터 카트리지는 필터 요소 및 필터 요소와 유체 연통하는 입구/출구 부분을 포함한다. 입구/출구 부분은 카트리지 입구 포트 및 카트리지 출구 포트를 갖는다. 스풀 밸브 매니폴드는 하우징 및 몸체를 포함한다. 하우징은 유체 공급 시스템과의 유체 연통하도록 된 하우징 입구 포트 및 하우징 출구 포트를 갖는다. 몸체는 하우징 내에 위치되어, 하우징에 대해 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 필터 카트리지의 입구/출구 부분은 입구/출구 부분을 제1 축에 대해 직각인 방향으로 몸체 내로 삽입하는 것에 의해 몸체에 유동 가능하게 결합된다.
필터 카트리지, 스풀 밸브, 매니폴드, 유체 공급, 유체 연통

Description

필터 시스템용 스풀 밸브 매니폴드 상호 연결구{SPOOL VALVE MANIFOLD INTERCONNECT FOR A FILTER SYSTEM}
관련 출원
본 출원은 본 발명과 불일치하지 않을 정도로 그 개시 내용이 본 명세서 내에 참고로 포함된, 발명의 명칭이 "필터 시스템용 스풀 밸브 연결구" 인 터비(Tubby)의 2005년 5월 16일자로 출원되어 통상적으로 소유된 미국 가특허 출원 제60/681,649호의 일부 연속 출원이다.
본 발명은 일반적으로 필터 매체를 포함하는 교체식 유체 필터 카트리지 및 매니폴드 조립체를 포함하는 유체 공급 시스템에 작동가능하게 위치되며, 매니폴드 조립체가 유체 공급 시스템에서 제1 교체식 유체 필터 카트리지의 제거를 용이하게 하는 능력 및 그 다음 다른 교체식 유체 필터 카트리지의 내부 설치를 용이하게 하는 능력을 갖는 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 매니폴드 조립체로부터의 그리고 그 내부로의 교체식 유체 필터의 신속하고 쉬운 제거 및 설치를 용이하게 하는 스풀 밸브 매니폴드 조립체에 관한 것이다.
산업용, 상업용, 및 소비자용 유체 공급 시스템에서 제1 교체식 유체 필터 카트리지의 제거를 용이하게 하는 능력 및 그 다음 다른 교체식 유체 필터 카트리지의 설치를 용이하게 하는 능력을 갖는 매니폴드 조립체가 산업 전반에 걸쳐 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 음료수를 제공하며 얼음을 생성하는 대부분의 현대식 냉장고와, 커피 메이커 및 소다수 분배기와 같은 음료 분배 기계는 물과 같은 유체로부터 소정 오염물을 여과하기 위한 교체식 유체 필터 카트리지를 갖는 내부 유체 여과 시스템을 사용한다.
소형의 교체식 유체 필터 카트리지 내에 포함된 비교적 소량의 필터 매체의 사용이 주어지면, 유체 여과 시스템 내에서의 교체식 유체 필터 카트리지의 빈번한 교체가 요구된다. 그러므로, 이러한 여과 시스템은 전형적으로 여과 시스템으로부터 분리되어 교체될 수 있는 교체식 필터 카트리지를 갖추고 있다.
불행하게도, 그러한 유체 여과 시스템은 사용자가 기사용 유체 필터 카트리지를 제거하고 새로운 것을 설치하기 위해 가장 접근 가능한 위치에 또는 가장 바람직한 배향으로 항상 위치될 수 있는 것은 아니다. 유체 공급 시스템으로부터 기사용 유체 필터 카트리지를 제거하는 문제점을 더욱 심화시키는 것은 시스템으로부터의 유체의 유동이 교체식 유체 필터 카트리지의 제거 이전에 차단되어야 하는 것이다.
캡슐화된 필터의 교체를 제공하는 종래 기술의 필터 및 밸브 장치의 일례가 무지크(Muzik) 등의 미국 특허 제6,579,455에 개시되어 있다. 무지크는 필터를 수납하기 위한 리셉터클 디스크가 유체 공급 입구 및 출구 포트를 갖는 상부 플레이트에 회전 가능하게 결합된 게이트형 밸브를 개시하다. 리셉터클 디스크는 필터의 입구 및 출구 포트를 수납하기 위한 관통 통로를 포함한다. 이러한 통로 내로 삽입된 필터가 없을 때, 통로는 상부 플레이트의 유체 공급 입구 및 출구 포트와 정렬되지 않는다. 리셉터클 디스크 내로의 필터의 삽입 후에, 필터와 리셉터클 디스크는 필터의 입구 및 출구 포트를 유체 공급부의 입구 및 출구 포트와 정렬시키도록, 필터의 종축을 중심으로 회전될 수 있다.
브레다(Breda)의 미국 특허 제4,979,530호 및 위치만(Wichmann)의 미국 특허 제6,457,698호는 스풀 밸브를 개시한다.
종래 기술의 한 가지 단점은 밸브가 시간이 지남에 따라 압축 고착되는 밀봉 O-링으로 인해 작동이 어려워질 수 있는 것이다. 이러한 압축 고착 때문에, 밸브를 초기에 움직이기 위해 높은 파단력이 요구된다.
따라서, 유체 여과 시스템 내에서 필터 카트리지의 신속하고 쉬운 교체를 제공할 수 있는 저렴하고 신뢰할 수 있는 장치에 대한 필요성이 있다. 필터 카트리지의 교체를 밸브의 개방 및 폐쇄와 통합할 수 있으며 최소의 힘으로 작동될 수 있는 장치에 대한 추가의 필요성이 있다.
본 발명의 하나의 대표적인 실시예는 카트리지 입구 포트 및 카트리지 출구 포트를 포함하는 입구/출구 부분을 갖는 유체 필터 카트리지와 함께 사용하기 위한 스풀 밸브 매니폴드를 포함한다. 스풀 밸브 매니폴드는 하우징 입구 포트 및 하우징 출구 포트를 갖는 밸브 하우징과, 밸브 하우징 내에 위치되어 밸브 하우징에 대해 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 밸브 몸체를 포함한다. 밸브 몸체는 입구/출구 부분을 제1 축에 대해 직각인 방향으로 밸브 몸체 내로 삽입하는 것에 의해 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 수납하도록 구성된다. 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제1 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트는 제1 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트는 제2 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통한다. 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트는 유체 연통하지 않고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트는 유체 연통하지 않는다.
본 발명의 다른 대표적인 실시예는 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드를 갖는 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체를 포함한다. 필터 카트리지는 필터 매체 요소 및 필터 요소와 유체 연통하는 입구/출구 부분을 포함한다. 입구/출구 부분은 카트리지 입구 포트 및 카트리지 출구 포트를 갖는다. 스풀 밸브 매니폴드는 하우징 및 몸체를 포함한다. 하우징은 유체 공급 시스템과의 유체 연통하도록 된 하우징 입구 포트 및 하우징 출구 포트를 갖는다. 몸체는 하우징 내에 위치되어, 하우징에 대해 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 필터 카트리지의 입구/출구 부분은 입구/출구 부분을 제1 축에 대해 직각인 방향으로 몸체 내로 삽입하는 것에 의해 몸체에 유동 가능하게(fluidly) 결합된다.
본 발명의 일 태양에서, 하우징 입구 포트와 하우징 출구 포트는 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 제3 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통한다.
본 발명의 다른 태양에서, 하우징 입구 포트와 하우징 출구 포트는 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 유체 연통하지 않는다.
또 다른 태양에서, 밸브 하우징은 필터 카트리지 상의 상보적인 삽입 캠 구성요소와 상호작용하도록 구성된 삽입 캠 구성요소를 더 포함할 수 있다.
추가의 태양에서, 밸브 하우징은 필터 카트리지 상의 상보적인 배출 캠 구성요소와 상호작용하도록 구성된 배출 캠 구성요소를 더 포함할 수 있다.
또 다른 태양에서, 스풀 밸브 매니폴드는 밸브 몸체와 밸브 하우징 사이에 위치되어 제1 유체 유동 경로로부터의 유체 누출을 방지하도록 구성된 제1 시일(seal)과, 밸브 몸체와 밸브 하우징 사이에 위치되어 제2 유체 유동 경로로부터의 유체 누출을 방지하도록 구성된 제2 시일을 더 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 스풀 밸브 매니폴드는 밸브 몸체와 밸브 하우징 사이에 위치되어, 제3 유체 유동 경로로부터의 유체 누출을 방지하도록 구성된 제3 시일을 또한 포함할 수 있다.
일 태양에서, 제1 회전 위치와 제2 회전 위치 사이의 각도는 90도 미만일 수 있다.
추가의 태양에서, 필터 카트리지는 입구/출구 부분과 대향한 필터 카트리지의 일 단부에서 손잡이를 포함한다.
일 태양에서, 브라켓이 밸브 하우징에 결합되어, 스풀 밸브 매니폴드를 기기(appliance)에 장착하도록 구성된다.
또 다른 태양에서, 브라켓이 스풀 밸브에 인접하여 회전 가능하게 장착되어, 몸체가 제1 회전 위치로부터 제2 회전 위치로 회전할 때 필터 카트리지를 활주 가능하게 유지하도록 구성된다.
본 발명의 기타 목적 및 이점은 다음의 설명, 첨부된 도면, 및 첨부된 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 대표적인 실시예에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 사시도로서, 조립체가 제1 회전 위치에서 도시된 사시도.
도 2는 도 1의 대표적인 실시예에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 측면도.
도 3은 도 1의 대표적인 실시예에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 정면도.
도 4는 도 1의 대표적인 실시예에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 분해 사시도.
도 5는 도 1의 대표적인 실시예에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 사시도로서, 조립체가 제2 회전 위치에서 도시된 사시도.
도 6은 도 5의 태양에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 측면도.
도 7은 도 5의 태양에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 정면도.
도 8은 도 5의 태양에 따른 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 측면도로서, 유체 필터 카트리지가 조립체로부터 제거된 상태로 도시된 측면도.
도 9는 본 발명의 하나의 대표적인 실시예에 따른 유체 필터 카트리지의 일 부분의 측단면도.
도 10은 본 발명의 대표적인 실시예에 따른 스풀 밸브 매니폴드 조립체 내로 삽입된 유체 필터 카트리지의 일부분의 부분 측단면도로서, 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제1 회전 위치에 있는 부분 측단면도.
도 11은 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 일부분의 사시도로서, 밸브 하우징이 부분적으로 투명하게 도시되어 있고 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제1 회전 위치에서 도시되어 있는 사시도.
도 12는 본 발명의 대표적인 실시예에 따른 스풀 밸브 매니폴드 조립체 내로 삽입된 유체 필터 카트리지의 일부분의 부분 측단면도로서, 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제2 회전 위치에 있는 부분 측단면도.
도 13은 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 일부분의 사시도로서, 밸브 하우징이 부분적으로 투명하게 도시되어 있고 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제2 회전 위치에 있는 사시도.
도 14는 삽입 및 배출 캠 구성요소의 일 태양을 도시하는, 도 1의 대표적인 실시예의 개략 측단면도로서, 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제1 회전 위치에 있는 개략 측단면도.
도 15는 삽입 및 배출 캠 구성요소의 일 태양을 도시하는, 도 1의 대표적인 실시예의 개략 측단면도로서, 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제2 회전 위치에 있는 개략 측단면도.
도 16은 선택적인 장착 수납체(enclosure)와 함께 도시된 유체 필터 카트리 지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 사시도.
도 17은 대표적인 키이 결합 시스템과 함께 도시된 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 사시도이다.
도 18은 스풀 밸브 매니폴드 내로 삽입되려고 하는 대표적인 키이 결합 시스템을 갖는 필터 카트리지를 도시하는, 도 17에 도시된 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 사시도.
도 19는 설치/작동 위치에서의 대표적인 키이 결합 시스템을 갖는 대표적인 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 부분 사시도.
도 20은 작동 위치에 설치되거나 작동 위치로부터 취출되기 전의, 제1 회전 위치에서의 대표적인 키이 결합 시스템을 갖는 대표적인 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 부분 사시도.
도 21은 설치/작동 위치에서의 대표적인 키이 결합 시스템을 갖는 다른 대표적인 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 부분 사시도.
도 22는 설치되기 전의 제2 회전 위치에서의 대표적인 선택적 입구 밸브를 갖는 대표적인 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 부분 사시도.
도 23은 설치된 후의 제1 회전 위치에서의 대표적인 선택적 입구 밸브를 갖는 대표적인 유체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 부분 사시도.
도 24는 선택적인 입구 밸브의 일 태양을 도시하는, 도 23의 대표적인 실시예의 개략 측단면도로서, 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제1 회전 위치 또는 설치 위치에 있는 개략 측단면도.
도 25는 선택적인 입구 밸브의 일 태양을 도시하는, 도 23의 대표적인 실시예의 개략 측단면도로서, 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제2 회전 위치 또는 제거 위치에 있는 개략 측단면도.
도 26은 고압 상태를 도시하는, 도 23의 대표적인 실시예의 개략 측단면도로서, 유체 필터 카트리지 및 밸브 몸체가 제1 회전 위치에 있고 포핏 밸브가 폐쇄 상태에 있는 개략 측단면도.
본 발명의 상기 및 기타 특징은 대표적인 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 더욱 쉽게 명백해질 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 종래 기술의 유체 필터 시스템과 관련된 여러 단점을 극복한다. 본 명세서에서 개시되는, 필터 매체를 포함하는 대표적인 교체식 유체 필터 카트리지 및 대표적인 매니폴드 조립체를 포함하는 유체 필터 시스템의 이점 및 기타 특징은 본 발명의 몇몇 대표적인 실시예를 설명하는 도면과 관련하여 취해지는 대표적인 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 더욱 쉽게 명백해질 것이다.
이제, 동일한 도면 부호가 본 발명의 유사한 구조적 요소 및/또는 특징부를 표시하는 도면을 참조하면, 본 발명의 예시적이며 대표적인 실시예에 따라 구성되고 도면 부호 10에 의해 전체적으로 지시된 대표적인 유체 필터 카트리지 및 대표적인 스풀 밸브 매니폴드 조립체가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10)는 유체 필터 카트리지(20) 및 스풀 밸브 매 니폴드(30)를 포함한다. 후술될 바와 같이, 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10)는 도 1 내지 도 3에서 제1 회전 위치에서 도시되어 있다.
도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 필터 카트리지(20)는 일반적으로 대표적인 섬프(sump, 22)와, 대표적인 필터 커버 또는 입구/출구 부분(24)을 포함한다. 기술 분야에 공지된 바와 같이, 필터 요소(23)(도 9 참조)는 섬프(22) 내에 위치된다. 대표적인 필터 카트리지(20)는 손잡이(28)를 또한 포함할 수 있다.
스풀 밸브 매니폴드(30)는 대표적인 밸브 하우징(32)과, 대표적인 대표적인 밸브 몸체(34)를 포함한다. 밸브 몸체(34)는 밸브 하우징(32)에 대해 축(a-a)을 중심으로 회전한다. 스풀 밸브 매니폴드(30)는 브라켓(31) 내에 장착된 것으로 도시되어 있고, 이러한 스풀 밸브 매니폴드/브라켓 부조립체(subassembly)는 장착된 스풀 밸브 매니폴드(33)로 지칭될 것이다. 스풀 밸브 매니폴드(30)의 밸브 하우징(32)은 브라켓(31)에 스냅 장착될 수 있지만, 당업자에게 공지된 바와 같은 다른 조립 방법이 사용될 수 있다. 브라켓(31)은 스풀 밸브 매니폴드(30)를 (도시되지 않은) 유체 공급 시스템의 입구 및 출구 포트에 인접하여 (도시되지 않은) 기기의 벽에 장착하도록 사용될 수 있다. 밸브 하우징(32) 및 브라켓(31)은 전형적으로 고정 유지된다.
도시된 대표적인 조립된 구성에서, 대표적인 시일(25, 26)이 입구/출구 부분(24)과 밸브 몸체(34) 사이에 위치되고, 대표적인 시일(40, 42, 44)이 밸브 하우징(32)과 밸브 몸체(34) 사이에 위치된다. 당해 기술 분야에 공지된 바와 같은 튜브 커넥터(50, 52)가 스풀 밸브 매니폴드(30)를 유체 공급 시스템에 연결하기 위해 사용된다. 본 발명과 불일치하지 않을 정도로 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,857,670 B2호에 개시된 용접식 튜브 부착 방법과 같은, 튜브를 밸브 하우징에 연결하는 다른 수단이 사용될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10)를 제2 회전 위치에서 도시한다. 도 2를 도 6과 비교함으로써 가장 잘 예시되는 바와 같이, 필터 카트리지(20)는 도 2에 도시된 바와 같은 제1 회전 위치로부터 도 6에 도시된 바와 같은 제2 회전 위치로 이동할 때, (도 4의 축(a-a)을 중심으로) 화살표(A)의 방향으로 브라켓(31)에 대해 회전한다. 도 1 내지 도 7에 도시된 대표적인 실시예에서, 화살표(A)의 방향으로의 필터 카트리지(20)의 이동은 손잡이(28)를 화살표(B)의 방향으로 당김으로써 달성될 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 7에 도시된 대표적인 실시예에서, 화살표(A)의 방향으로의 필터 카트리지(20)의 이동은 필터 카트리지(20)가 화살표(C)의 방향으로 이동하게 한다. 화살표(C)의 방향으로의 이동은 축(a-a)의 방향에 대해 직각이다. 이는 (도 4에 가장 잘 도시된) 필터 카트리지(20)와 캠(36) 사이의 캐밍 작용(camming action)에 의한다.
후술될 바와 같이, 필터 카트리지(20)는 밸브 몸체(34)에 작동식으로 결합된다. 따라서, 필터 카트리지(20)가 회전할 때, 밸브 몸체(34)도 회전한다. 필터 카트리지(20)가 제1 회전 위치로부터 제2 회전 위치로 회전될 때, 캠(36)은 필터 카트리지(20)가 밸브 몸체(34)로부터 그리고 대응하여 장착된 스풀 밸브 매니폴드(33)로부터 배출되게 하고, 이에 의해 필터 카트리지(20)를 스풀 밸브 매니폴드(30)로부터 분리한다. 도 8은 장착된 스풀 밸브 매니폴드(33)로부터 제거된 필 터 카트리지(20)를 도시한다.
도 1 내지 도 8에 도시된 대표적인 실시예에서, 필터 카트리지(20)가 브라켓(31)에 대해 회전하는 각도는 대략 45도 이다. 이러한 각도는 45도보다 더 크거나 더 작을 수 있고, 90도 미만의 각도가 대부분의 응용에 대해 적합하다고 예상되지만, 90도 초과의 각도가 본 발명의 범주 내에 속한다.
도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 하나의 대표적인 필터 카트리지(20)는 필터 카트리지(20)의 내부 챔버 및 필터 요소(23) 내로의 유체의 유입 및 유출을 위해, 그의 상단부에서 입구/출구 부분(24)을 갖는다. 필터 요소(23)는 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 임의의 적합한 필터 매체를 포함할 수 있다. 입구/출구 부분(24)은 여과된 유체가 필터 카트리지(20)를 빠져나갈 수 있게 하는 중심 관통 보어를 갖는 대표적인 카트리지 출구 포트(27)를 포함한다. 카트리지 출구 포트(27)는 필터 카트리지(20)의 중심 축과 대체로 정렬될 수 있다. 미여과 유체가 필터 카트리지(20)로 진입할 수 있는 아치형 관통 보어로서 형성된 대표적인 카트리지 입구 포트(29)가 카트리지 출구 포트(27)를 원주 방향으로 둘러싼다. 입구/출구 부분(24)은 스풀 밸브 매니폴드(30)와 정합하기 위한 신속 연결/분리 피팅(fitting)으로서 구성된다. 당업자는 다른 입구 및 출구 구성이 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 이해할 것이다.
입구/출구 부분(24)의 카트리지 입구 포트(29)는 도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 유입되는 미여과 유체를 필터 요소(23)의 외측 원주방향 표면으로 전달한다. 그리고 나서, 미여과 유체는 필터 매체를 통해 반경방향 내측으로 이동하여 처리 시에 여과된다. 여과된 유체는 카트리지 출구 포트(27)를 통해 필터 요소(23)를 빠져나간다.
입구/출구 부분(24)과, 섬프(22)와 같은 필터 카트리지(20)의 다른 부분은 예를 들어 성형된 20% 활석-충진 프롤리프로필렌 단일중합체 또는 아이소플라스트(isoplast)를 포함하지만 이로 한정되지 않는, 당업자에게 공지된 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 전형적으로, 적합한 재료는 표준 국립 표준 협회(National Standard Foundation: NSF) 승인 재료이다.
(도 4 및 도 9에 가장 잘 도시된 바와 같은) 대표적인 O-링 또는 다른 시일(25, 26)이 카트리지 입구 포트(29) 및 카트리지 출구 포트(27)의 외측 원주 둘레에 위치될 수 있다. 도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 필터 카트리지(20)가 스풀 밸브 매니폴드(30) 내에 설치될 때, 시일(25, 26)은 입구/출구 부분(24)과 스풀 밸브 매니폴드 몸체(34)의 상보적인 필터 카트리지 장착 표면(38) 사이에 위치된다. 시일(25, 26)은 미여과 유체 유동 경로(60)와 여과된 유체 유동 경로(62) 사이를 격리시키고, 그들 사이의 누출을 방지한다. 시일(25, 26)은 니트릴 고무(NBR) 또는 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM) 탄성중합체, 또는 당업자에게 공지된 다른 적합한 재료로부터 형성될 수 있다.
도 10은 스풀 밸브 매니폴드(30)의 밸브 몸체(34) 내로 삽입된 필터 카트리지(20)를 제1 회전 위치에서 도시한다. 밸브 하우징(32)의 벽 내의 개구(35)가 필터 카트리지(20)의 밸브 몸체(34) 내로의 삽입을 수용한다. 개구(35)는 필터 카트리지(20)의 제1 회전 위치로부터 제2 회전 위치로의 이동을 수용하는 크기이다. 제1 회전 위치에서, 카트리지 입구 포트(29)는 하우징 입구 포트(39)와 유체 연통하고, 카트리지 출구 포트(27)는 하우징 출구 포트(37)와 유체 연통한다. (도시되지 않은) 유체 공급 시스템으로부터의 미여과 유체는 하우징 입구 포트(39) 내로 그리고 미여과 유체 유동 경로(60) 및 카트리지 입구 포트(29)를 거쳐 필터 카트리지(20) 내로 유동한다. 여과된 유체는 필터 카트리지(20)로부터, 카트리지 출구 포트(27) 및 여과된 유체 유동 경로(62)를 거쳐 하우징 출구 포트(37)를 통해 외부로 (도시되지 않은) 유체 공급 시스템으로 유동한다.
도 4 및 도 10에 도시된 바와 같이, 플러그(54)가 성형 제조 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 밸브 몸체(34)의 제조를 단순화하고 미여과 유체 유동 경로(60)를 대기로부터 폐쇄하기 위해 제공될 수 있다.
도 4 및 도 10에 도시되고, 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이, 시일(40, 42)이 미여과 유체 유동 경로(60)를 여과된 유체 유동 경로(62)로부터 격리시킨다. 구체적으로, 시일(40)은 밸브 하우징(32)과 밸브 몸체(34) 사이에 위치되어, 이러한 연결부에서 미여과 유체 유동 경로(60)를 둘러싼다. 시일(42)은 밸브 하우징(32)과 밸브 몸체(34) 사이에 위치되어, 이러한 연결부에서 여과된 유체 유동 경로(62)를 둘러싼다. 시일(40, 42)은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 홈 내에 위치될 수 있다.
도 12는 스풀 밸브 매니폴드(30) 내로 삽입된 필터 카트리지(20)의 입구/출구 부분(24)을 제2 회전 위치에서 도시한다. 이러한 제2 회전 위치에서, 하우징 입구 포트(39)는 필터 카트리지(20)와의 유체 연통이 없이, 하우징 출구 포트(37) 와 유체 연통한다. (도시되지 않은) 유체 공급 시스템으로부터의 미여과 유체는 하우징 입구 포트(39) 내로 그리고 (도 11에 도시된) 바이패스 유체 유동 경로(64)를 거쳐 하우징 출구 포트(37)를 통해 외부로 유동한다. 따라서, (도시되지 않은) 유체 공급 시스템으로부터의 미여과 유체는 필터 카트리지(20)에 도달하지 않는다. 오히려, 제2 회전 위치에서, 필터 카트리지(20)는 유체 공급 시스템으로부터 격리된다. 바이패스 유체 유동 경로(64)는 미여과 유체가 하우징 출구 포트(37)로 직접 유동하도록 허용한다. 이는 필터 카트리지(20)가 유체 공급을 여과하지 않더라도, 유체가 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10) 하류의 사용자에게 공급되도록 허용한다. 따라서, 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10) 하류의 유체의 유동은 결코 중단될 필요가 없다.
도 4 및 도 10에 도시되고, 도 11 및 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 시일(44)은 바이패스 유체 유동 경로(64)가 대기로 누출되는 것을 방지한다. 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 시일(40, 42) 또한 바이패스 유체 유동 경로(64)로부터의 유체가 미여과 유체 유동 경로(60) 및 여과된 유체 유동 경로(62)로 진입하는 것을 방지한다. 본 발명의 이러한 특정한 대표적인 실시예에서, 시일(44)은 또한 시일(40, 42)들 중 하나가 고장 났을 때, 대기로의 누출을 방지하는 미여과 유체 유동 경로(60) 및 여과된 유체 유동 경로(62)에 대한 2차 시일을 제공한다. 구체적으로, 시일(44)은 밸브 하우징(32)과 밸브 몸체(34) 사이에 위치되어, 바이패스 유체 유동 경로(64)를 둘러싼다. 시일(44)은 또한 미여과 유체 유동 경로(60) 및 여과된 유체 유동 경로(62) 둘레에서 연장된다. 시일(44)은 당해 기술 분야에 공 지된 바와 같이 홈 내에 위치되어 도시되어 있다. 시일(25, 26)에서와 같이, 시일(40, 42, 44)은 NBR 또는 EPDM 탄성중합체, 또는 당업자에게 공지된 다른 적합한 재료로부터 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15는 스풀 밸브 매니폴드(30) 내로 삽입된 대표적인 필터 카트리지(20)를 제1 회전 위치 및 제2 회전 위치에서 각각 도시한다. 필터 카트리지(20)의 입구/출구 부분(24)은 러그(lug, 21)를 포함한다. 밸브 하우징(32)은 삽입 캠(48)을 포함한다. 러그(21) 및 삽입 캠(48)은 삽입 캠 구성요소로 지칭될 수 있다. 러그(21)는 필터 카트리지가 삽입된 밸브 몸체(34)가 (도 15에 도시된 바와 같은) 제2 회전 위치로부터 (도 14에 도시된 바와 같은) 제1 회전 위치로 회전될 때, 삽입 캠(48)과 상호작용한다. 필터 카트리지(20)가 제2 회전 위치로부터 제1 회전 위치로 회전될 때, 러그(21)는 삽입 캠(48) 상에 얹혀서, 카트리지(20)가 밸브 몸체(34) 내로 전진되어 그와 밀봉식으로 정합되게 한다. 삽입 캠 구성요소들의 상호작용은 필터 카트리지(20)가 화살표(C; 도 8 참조)의 방향과 반대로 이동되게 한다. 따라서, 도 14는 완전히 밸브 몸체(34) 내에 안착된 필터 카트리지(20)를 도시하고, 도 15는 밸브 몸체(34) 내로 삽입되었지만 아직 밸브 몸체(34)와 밀봉식으로 맞물리지 않은 필터 카트리지(20)를 도시한다. 도시된 대표적인 실시예에서, 입구/출구 부분(24)의 각각의 측면 상에 하나씩, 2개의 러그(21)가 제공된다. 대응하여, 2개의 삽입 캠(48)이 밸브 하우징(32) 상에 상보적으로 위치된다. 당업자는 러그 또는 다른 표면 부분이 밸브 하우징(32) 상에 제공될 수 있으며 대응하는 캠 부분이 필터 카트리지(20) 상에 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 14 및 도 15는 또한 배출 캠(36)과 필터 카트리지(20)의 견부 표면(shoulder surface, 46) 사이의 상호작용을 도시한다. 배출 캠(36)은 밸브 하우징(32) 상에 제공된다. 배출 캠(36) 및 견부 표면(46)은 배출 캠 구성요소로서 지칭될 수 있다. 필터 카트리지(20)가 제1 회전 위치(도 14)로부터 제2 회전 위치(도 15)로 회전될 때, 배출 캠(36)과 견부 표면(46) 사이의 상호작용은 필터 카트리지(20)를 밸브 몸체(34)로부터 화살표(C; 도 8 참조)의 방향으로 활주식으로 배출한다. 이러한 상호작용은 입구/출구 부분(24)과 밸브 몸체(34) 사이의 밀봉을 파괴한다. 삽입 캠에서와 같이, 당업자는 러그 또는 표면 부분이 밸브 하우징(32) 상에 제공될 수 있으며 대응하는 캠 부분이 필터 카트리지(20) 상에 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
밸브 하우징(32), 밸브 몸체(34), 및 브라켓(31)은 아이소플라스트 또는 성형 폴리프로필렌을 포함하지만 이로 한정되지 않는, 당업자에게 공지된 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 브라켓(31)은 또한 추가의 강도를 위해 유리-충전 프롤리프로필렌 또는 다른 강화 플라스틱으로부터 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 8을 다시 참조하면, 필터 카트리지(20)의 입구/출구 부분(24)에 대향한 단부에서 필터 카트리지(20) 상에 제공된 대표적인 선택적 손잡이(28)가 도시되어 있다. 손잡이(28)는 필터 카트리지(20)를 제1 회전 위치로부터 제2 회전 위치로 그리고 그 반대로 회전시키는 것을 보조하기 위해, 아울러 장착된 스풀 밸브 매니폴드 조립체(33)로부터 분리된 필터 카트리지를 활주식으로 제거하기 위해, 사용자에 의해 파지될 수 있다. 손잡이(28)는 필터 카트리지(20)의 먼 단부에서의 그의 위치 때문에, 필터 카트리지(20)와 밸브 몸체(34) 사이의 밀봉식 맞물림을 파괴하기 위해 요구되는 힘을 감소시킨다. 당업자는 손잡이 또는 필터 카트리지(20)를 파지하는 다른 수단이 필터 카트리지(20)의 길이를 따른 다른 위치에 위치되어, 여전히 시일의 압축 고착을 극복하기 위한 기계적 이점을 제공할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예를 들어, 도 16을 참조하면, 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10)를 위한 수납체(70)가 도시되어 있다. 수납체(70)는 기기 또는 다른 장치의 벽 또는 도어에 장착될 수 있다. 수납체(70)는 장착된 스풀 밸브 매니폴드 조립체(33) 주변에서 박스(74)에 회전식으로 장착된 도어(72)를 포함한다. 손잡이(76)가 도어(72)의 일 측면 상에 제공되고, 하나 이상의 브라켓(78)이 도어(72)의 타 측면 상에 제공된다. 브라켓(78)은 필터 카트리지(20)를 활주 가능하게 수용하는 크기이다.
필터 카트리지(20)를 장착된 스풀 밸브 매니폴드 조립체(33) 내로 삽입하기 위해, 사용자는 도 16에 도시된 바와 같이 도어(72)를 개방하고, 필터 카트리지(20)의 러그(21)가 밸브 하우징(32) 내에 위치되고 입구/출구 부분(24)이 밸브 몸체에 위치되도록, 필터 카트리지(20)를 브라켓(78) 내로 활주식으로 삽입한다. 이러한 회전 위치(즉, 제2 회전 위치)에서, 하우징 입구 포트(39)는 바이패스 유체 유동 경로(64)를 거쳐 하우징 출구 포트(37)와 유체 연통한다. 도어(72)를 회전시켜서 폐쇄할 때, 필터 카트리지(20)는 필터 카트리지(20)가 제1 회전 위치로 회전됨에 따라 러그(21)의 삽입 캠(48)과의 상호작용에 의해 활주식으로 구동되어, 밸 브 몸체(34)와 밀봉식으로 맞물린다. 이러한 제1 회전 위치에서, 전술한 바와 같이, 하우징 입구 포트(39)는 유체 유동 경로(60)를 거쳐 카트리지 입구 포트(29)와 유체 연통하고, 하우징 출구 포트(37)는 유체 유동 경로(62)를 거쳐 카트리지 출구 포트(27)와 유체 연통하고, 이에 의해 유체 공급 시스템으로부터의 유체가 필터 카트리지(20)를 통해 여과되도록 허용한다. 장착된 스풀 밸브 매니폴드 조립체(33)로부터 필터 카트리지(20)를 제거하기 위해, 도어(72)가 회전 개방되고, 이에 의해 필터 카트리지(20)를 밸브 몸체(34)로부터 멀리 활주식으로 구동하고, 견부 표면(46) 및 배출 캠(36)의 상호작용에 의해 필터 카트리지(20)의 밸브 몸체(34)와의 밀봉식 맞물림을 파괴한다.
장착된 스풀 밸브 매니폴드 조립체(33) 내로 필터 카트리지(20)를 설치하는 단순한 작용에 의해, 장착된 스풀 밸브 매니폴드 조립체(33)는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 기기 또는 다른 적절한 장치 내에서 또는 그 위에서 임의의 배향 및 위치로 쉽게 장착될 수 있다. 이는 필터 시스템에 대한 고비용의 변경을 필요로 함이 없이, 예를 들어 기기 제조와 같은 제조에 그의 용도에 가장 적합한 복수의 구성을 제공한다.
상보적인 삽입 캠(48)과 더불어 상이한 러그(21) 크기, 형상 및 위치와 이들의 조합을 가짐으로써 카트리지가 스풀 밸브 매니폴드 내로 삽입되는 것을 방지하는 것이 가능하게 되어 시스템 내에서의 미승인 카트리지의 사용의 그러한 방지를 달성하는 것으로 보일 수 있지만, 카트리지 러그 특징들이 현재 카트리지에 대한 최적의 삽입 및 제거력을 제공하도록 형성된 것이라고 믿어지기 때문에 그러한 모 든 변형이 최적이지는 않으며 다른 문제로 이어질 수 있을 것이다. 미승인 카트리지가 매니폴드 내로 설치되는 것을 방지하기에 충분한 유의한 변경을 만듦으로써, 삽입력이 현저하게 증가되도록 카트리지 러그 형상이 변경되어야 할 것으로 현재 믿어지며, 현재 믿어지는 결과는 밸브를 활성화하기 위한 사용자에 의한 작동에 대한 어려움의 증가일 것이다. 또한, 카트리지를 제거하기 위한 힘이 또한 증가될 것이고, 따라서 시스템은 평균적인 사용자에 의해 사용하기가 훨씬 더 어려워질 것으로 현재 믿어진다.
또한, 카트리지 러그의 제한된 기하학적 특성으로 인해, 매우 제한된 개수의 적당한 조합이 있게 되어서, 복수의 조합에 대한 설계의 유효성을 최소화시킬 것이다.
필터 카트리지(20) 및 스풀 밸브 매니폴드 접속부는 각각 상보적인 키이(key) 구조물을 포함한다. 그러한 상보적인 키이 구조물은 그러한 용도에 대해 이용 가능한 복수의 가능한 키이 상보 구조물 패턴(들) 중에서 하나의 특정한 상보적인 키이 구조물 패턴을 갖는 특정 유형의 필터 카트리지만이 정합되는 특정한 상보적인 키이 구조물을 갖는 스풀 밸브 매니폴드 접속부(들) 내에 설치될 수 있도록, 특별히 설계된다.
하나의 대표적인 시스템은 도 17 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 기계식 시스템에 의해 달성되는 키이 결합 시스템을 포함하고, 필터 카트리지의 다양한 키이 결합 특징부는 스풀 밸브 매니폴드 상에 위치된 스풀 밸브 매니폴드 접속부 상의 다양한 키이 결합 특징부와 바르게 정렬되어 정합되어야 하고, 키이 결합 특징부는 당업자에게 공지된 바와 같이, 필터 카트리지(20) 및 스풀 밸브 매니폴드(30) 상에 형성된 돌출부 및 만입부에 대한 복수의 크기, 형상 및 위치와 이들의 조합 중 임의의 작동 가능한 조합으로부터 선택된다. 본 출원의 양수인에 의해 소유된, 발명의 명칭이 '키이 결합식 필터 조립체'인 미국 특허 제6,458,269호 및 제6,949,189 B2호에 개시된 것과 같은 기계식 키이 결합 시스템은 본 발명의 가능한 특정 실시예와 유사하며 그에 적용될 수 있는 예시적인 접근을 보여주며, 본 발명과 불일치하지 않을 정도로 본 명세서에 참고로 포함된다.
하나의 대표적인 기계식 키이 결합 시스템(80)이 도 17 내지 도 21에 도시되어 있다. 이러한 도면은 개념의 기본적인 원리를 도시하고, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 카트리지의 접속 구성요소 및 스풀 밸브 매니폴드의 대응하는 수납 구성요소 내에 형성될 수 있는 복수의 다양한 돌출부 및 만입부의 모든 가능한 조합과 다른 작동 가능한 조합을 개시하도록 의도되지 않는다.
도 17, 도 18, 및 도 20은 각각 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드의 적절한 구성요소 상에 형성된 키이 결합 구조물(82, 84)의 개념 및 정렬을 도시한다. 구체적으로, 도시된 바와 같이, 비교적 큰 돌출부(86)가 필터 카트리지 목부(neck)(88)의 일 측면 상에 형성되고, 비교적 작은 돌출부(90)가 필터 카트리지 목부(88)의 타 측면 상에 형성되고, 상보적인 크기의 만입부 또는 절결부(91, 92)가 스풀 밸브 매니폴드의 대응하는 부분(도 19 및 도 20) 상에 형성되어, 러그(21)가 삽입 캠(48) 내로 삽입될 때, 필터 카트리지는 도 19 및 도 21에 가장 잘 도시된 바와 같이, 스풀 밸브 매니폴드 내로 작동식으로 삽입된다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 상보적인 돌출부/만입부의 크기, 형상, 및 개수는 거의 무한하게 변경될 수 있는데, 이때의 제한 사항은 임의의 하나의 필터 또는 카트리지/스풀 밸브 매니폴드 조합 상에서 너무 많은 상보적인 부재를 갖는다는 실제적인 결과이다.
선택적인 접속 기능을 수행하는 키이 결합 시스템은 또한 RFID 태그, 자석 판독기 및 바코드 판독기 및 기술 분야에 공지된 다른 작동 시스템과 같지만 이로 한정되지 않는 다른 비기계식 기술의 사용을 통해 얻어질 수 있다. 이러한 비기계식 키이에서, 전자 장치가 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명과 불일치하지 않을 정도로 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 2006년 3월 23일자로 공개된 발명의 명칭이 '유체 처리 카트리지의 성능을 모니터링하기 위한 시스템'인 미국 특허 출원 공개 제2006/0060512 A1호에 포함된 개시 내용에 의해 명확한 바와 같이, 필터 카트리지로부터 최종 기기 또는 분배기로의 물의 유동을 제어하도록 사용되는 솔레노이드 밸브의 활성화를 제어하도록 사용된다.
본 발명의 매니폴드 조립체 내로 통합될 수 있는 하나의 가능한 선택적인 입구 구성요소는 필터 카트리지가 스풀 밸브 매니폴드 내에 설치되지 않았을 때, 시스템을 "차단"형 시스템으로 전환하기 위한 메커니즘을 제공한다. 이러한 선택적인 구성요소(변형된 입구)는 스풀 밸브 매니폴드 상의 캠 표면에 의해 제어되는 포핏 밸브를 이용한다. 스풀 밸브 매니폴드가 필터 카트리지 제거 위치로 회전된 때, 포핏 밸브는 폐쇄되어, 스풀 밸브 매니폴드를 통한 유체의 유동을 정지시킬 것이다. 스풀 밸브 매니폴드가 필터 모드 위치(필터 설치 위치)로 회전된 때, 포핏 밸브는 개방되어 유체가 스풀 밸브 매니폴드를 통해 필터 카트리지 내로 유동하도록 허용할 것이다.
도 22 내지 도 26에 도시된 바와 같이, 변형된 입구 조립체(100)는 "부유식"조립체로서 구성된다. 부유식 조립체는 필터 카트리지 및 스풀 밸브 조립체 내의 내부 압력이 증가함에 따라, 입구 부조립체가 스풀 밸브 매니폴드로부터 멀리 밀려나기 시작하여 포핏 밸브가 폐쇄되기 시작하도록, 스프링 부하를 받는다. 소정의 압력이 입구에 도달되면, 입구 부조립체는 포핏 밸브가 안착(폐쇄)되어 스풀 밸브 조립체 및 그 후의 필터 카트리지 내로의 유체 유동을 차단하기에 충분한 거리로 스풀 밸브 매니폴드로부터 멀리 밀려날 것이다.
본 발명에 따른 액체 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10)의 스풀 밸브 매니폴드(30) 구성요소는 현재 바람직하게는 3개의 섹션, 즉 입구 조립체(100), 필터 상호 연결 구조물(102), 및 출구 조립체(104)를 포함한다. 이러한 3개의 하위 구성요소들의 상호 관계는 유체, 현재 바람직하게는 물의 필터 카트리지(20) 내외로의 유동을 제어한다. 도시된 대표적인 실시예에서, 입구 조립체(100)는 스프링-장착식 요소(sprung element)이다. "스프링-장착식 요소"라는 용어는 필터 카트리지(20)가 매니폴드 조립체(30) 내로 설치되고 그로부터 제거될 때, 입구 조립체(100)가 필터 카트리지 목부 또는 스템(88)의 이동에 의해 상하로 횡단하는 것을 의미한다.
도시된 바와 같이, 스풀 밸브 매니폴드 입구 조립체(30)는 대표적인 출구 조립체(102), 대표적인 입구 조립체(100), 대표적인 입구 복귀 스프링(106), 및 대표 적인 입구 복귀 스톱(108)을 포함한다.
도 22 내지 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입구 조립체(100)의 하나의 현재 바람직한 실시예는 대표적인 입구(110), 대표적인 입구 커넥터(112), 대표적인 포핏 밸브(114), 대표적인 포핏 밸브 스프링(116), 대표적인 콜릿(collet, 118), 대표적인 콜릿 리테이너(collet retainer, 120), 및 대표적인 밀봉 구조물 또는 o-링(122)을 포함한다.
입구 조립체(100)는 필터 상호 연결 구조물(124; 헤드)과 접속하기 위한 헤드 접속 섹션(123)을 포함하고, 예를 들어 내부에 작동식으로 위치된 o-링(125)과 같은 밀봉 구조물을 수납하기 위한 입구 커넥터(112)와, 액체 여과 시스템 내에 위치된 필터 카트리지가 스풀 밸브 매니폴드 조립체(10) 내에 작동식으로 위치될 때, 포핏 밸브(114)를 필터 카트리지(20)를 향해 편의(biasing)시키기 위해 그 위에 작동식으로 위치된 스프링을 갖는 입구 포핏 밸브(114)를 포함한다.
도 25 내지 도 26에 가장 잘 도시된 바와 같이, 입구 복귀 스프링(106)이 제공되어, 상세하게 후술될 바와 같이, 입구 조립체(100)와 작동식으로 접속한다.
입구 조립체(100)가 스프링-장착식 요소이므로, 입구 조립체(100) 또한 카트리지가 매니폴드 조립체(30) 내에 설치될 때, 유체 압력으로 인해 상하로 횡단할 것이다. 구체적으로, 포핏 밸브(114)는 필터 카트리지가 설치될 때 필터 카트리지 포핏 접속부(126)와 항상 맞물리고, 포핏 밸브(114)는 개방 위치로 편의된다. 그러나, (도시되지 않은) 액체 여과 시스템의 유체 압력이 증가됨에 따라, 입구 조립체(100)는 필터 카트리지(20)로부터 위로 멀리 이동하기 시작할 것이다. 액체 압 력 증가가 계속됨에 따라, 입구 조립체(100)는 도 26에 도시된 바와 같이, 포핏 밸브(114)가 폐쇄되어 입구 액체 압력을 차단하기에 충분히 필터 카트리지(20)로부터 멀리 이동할 것이다.
필터가 내외로 이동(클릭 결합/클릭 해제)하도록 허용하는 메커니즘을 구비한 유체 여과 시스템을 갖기 위해, 시스템 내외로의 물 유동을 제어하는 포트(입구 또는 출구 포트)들 중 적어도 하나가 "부유"하도록 허용되어야 한다는 것을 알았다.
정적 상태(즉, 유체 여과 시스템이 유체 또는 물로 충전되었지만, 출구 포트가 폐쇄되어, 물이 유체 여과 시스템을 통해 이동할 수 없는 상태)에서, 물은 (기본적으로 모든 가압된 O-링 사이에서) 물을 담을 수 있는 모든 체적 공동 내에 포획된다.
그러므로, 필터 카트리지를 전방으로 병진 이동시키기 위해, 이러한 체적 공동은 필터와 함께 병진 이동할 수 있을 필요가 있다(이는 기본적으로 물 기둥이 그의 체적을 변화시키지 않고서 이동되는 것을 요구한다).
본 발명의 입구(110)가 이동/병진 이동/부유하도록 허용되지 않으면, 필터 O-링들 사이에 포획된 물 기둥은 병진 이동할 수 없고, 압축되어야 한다. 이러한 물 기둥이 필터 병진 이동을 달성하기 위해 압축되도록 요구되면, 필터 카트리지가 제거 중에 전방으로 밀려나므로, 필터 O-링들 사이에 포획된 물을 압축하기 위한 힘은 물을 압축하기 위해 요구되는 수압으로 인해 극도로 높을 것이다.
그러므로, 선택적인 "부유식" 입구로부터 도출되는 이점이 본 발명의 이러한 특정한 대표적인 실시예의 성공적인 작동에 대해 매우 바람직한 것임을 알았다. 입구가 "부유식" 구성요소로서 설명되었지만, 물을 압축하지 않고서 물이 변위되는 것을 가능케 하는 출구 또는 다른 밸브 부조립체도 "부유식" 구성요소로서 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다.
시스템 내의 유체 압력의 양에 따라 부유하는 입구 조립체(100)의 이러한 현상은 본 발명의 시스템을 자동 액체 차단 시스템으로 전환한다. 도 26에 도시된 바와 같이, 액체 압력은 선택된 소정의 원하는 최대 작동 시스템 압력을 지나 증가하고, 포핏 밸브(114)는 폐쇄되어, 포핏 밸브 입구(130)를 폐쇄하며 입구 조립체(100)의 필터 카트리지(20)로부터의 이동에 의해 필터 카트리지(20)로의 액체 유동을 자동으로 차단할 것이다. 액체 압력이 시스템의 선택된 작동 압력 내의 수준으로 감소하면, 포핏 밸브 입구(130)는 개방되어(도 24 참조), 도 24에 도시된 바와 같이, 유체가 필터 카트리지(20) 내로 그를 통해 유동하여 출구(110)를 거쳐 액체 여과 시스템을 빠져나가도록 허용할 것이다.
본 발명에서 이용되는 (도시되지 않은) 액체 여과 시스템이 작동 압력 한계를 자동으로 제어할 수 있기 때문에, 몇몇 고유한 시스템 안전 특징이 그로부터 직접 생성된다. 예를 들어, 액체 여과 시스템이 물 스파이크(즉, 수격 작용) 또는 고압을 경험하면, 입구 조립체의 하류 구성요소(즉, 헤드, 브라켓, 필터 카트리지, 출구 조립체 등)는 약 0.69 MPa(100 psi)를 초과하는, 이러한 물 스파이크 또는 고압을 받지 않는다. 구체적으로, 도 26에 도시된 바와 같이, 입구 조립체(132)는 도 25와 비교하여, 포핏 밸브(114)로부터 더 먼 거리로 이동하여, 포핏 밸브 시트 를 스풀 밸브 매니폴드(10)와의 접촉으로부터 벗어나도록 이동시키고, 따라서 필터 카트리지 내외로의 액체의 유동을 방지한다.
이러한 고유하고 혁신적인 안전 특징으로 인해, 매니폴드 조립체(30) 및 필터 카트리지(20)의 하류 구성요소들은 그러한 고압의 경우를 견디도록 구성될 필요가 없다. 하류 구성요소들을 그러한 고압을 견디게 구성하도록 요구되지 않는 것은 액체 여과 시스템 제조자가 사용될 필요가 있는 재료의 유형 및 사용되는 그러한 재료의 강도에 있어서 현저한 비용 절감을 실현하는 것을 가능케 한다. 본 발명에 따라 제조되는 유체 필터 시스템은 이제 그러한 시스템 내에서 현재 일반적인 재료 및 벽 두께에 비해, 저가의 상품 재료 및 상대적으로 얇은 벽 섹션을 구비하여 형성될 수 있다. 저가의 상품 재료 및 상대적으로 얇은 벽 섹션의 이용은 재료 비용 및 제조 비용 관점으로부터 각각의 구성요소의 비용을 극적으로 감소시킨다.
따라서, 전체 유체 필터 시스템이 제어되어야 하는 것으로 제조시 요구되는 어떠한 압력 제한으로도 맞춰질 수 있는, 전술한 바와 같은, 본 발명에 따른 복수의 대표적인 유체 필터 시스템을 제작하는 것이 가능하다. 이해되어야 하는 바와 같이, 차단 압력은 입구 복귀/압축 스프링(106)에 의해 그리고 이러한 입구 복귀/압축 스프링(106)의 특징을 변화시킴으로써 제어되고, 개방 압력 및 차단 압력은 공지된 원리에 따라 변경될 수 있다.
입구 조립체(100)의 포핏 밸브(114)는 고압에서 유동을 차단하고, 압력 수준이 다시 소정의 최대 한계 아래로 떨어지면, 복원되거나 정상 유동 작동으로 복귀되는 능력을 갖는다. 이러한 소정의 최대 한계는 당업자에게 공지된 바와 같이, 단순히 입구 복귀 스프링의 강도를 조정함으로써 변형될 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예에 대해 설명되고 예시되었지만, 이하의 청구의 범위에서 한정되는 바와 같은 현재 개시된, 필터 매체를 포함하는 교체식 유체 필터 카트리지 및 유체 여과 조립체를 포함하고, 유체 여과 조립체가 유체 공급 시스템에서 제1 교체식 유체 필터 카트리지의 제거를 용이하게 하는 능력 및 그 다음 다른 교체식 유체 필터 카트리지의 내부 설치를 용이하게 하는 능력을 갖는 유체 여과 시스템과; 특히 유체 여과 조립체로부터의 그리고 그 내부로의 교체식 유체 필터 카트리지의 신속하고 쉬운 제거 및 설치를 용이하게 하는 스풀 밸브 매니폴드 조립체의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 예시적인 실시예에 대해 수정 및 변경이 이루어질 수 있음은 명백하다.

Claims (20)

  1. 카트리지 입구 포트 및 카트리지 출구 포트를 포함하는 입구/출구 부분을 갖는 필터 카트리지와 함께 사용하기 위한 스풀 밸브 매니폴드로서,
    하우징 입구 포트 및 하우징 출구 포트를 갖는 밸브 하우징과;
    밸브 하우징 내에 작동식으로 위치되어, 밸브 하우징에 대해 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 밸브 몸체를 포함하고,
    밸브 몸체는 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제1 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트가 제1 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트가 제2 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트가 유체 연통하지 않고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트가 유체 연통하지 않도록, 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 제1 축에 대해 대체로 직각인 방향으로 밸브 몸체 내로 삽입하는 것에 의해 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 수납하도록 구성된 스풀 밸브 매니폴드.
  2. 제1항에 있어서, 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 하우징 출구 포트가 제3 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하는 스풀 밸브 매니폴드.
  3. 제1항에 있어서, 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 하우징 출구 포트가 유체 연통하지 않는 스풀 밸브 매니폴드.
  4. 제1항에 있어서, 밸브 하우징은,
    필터 카트리지 상의 상보적인 삽입 캠 구성요소와 상호작용하도록 구성된 삽입 캠 구성요소를 추가로 포함하는 스풀 밸브 매니폴드.
  5. 제1항에 있어서, 밸브 하우징은,
    필터 카트리지 상의 상보적인 배출 캠 구성요소와 상호작용하도록 구성된 배출 캠 구성요소를 추가로 포함하는 스풀 밸브 매니폴드.
  6. 제2항에 있어서,
    밸브 몸체와 밸브 하우징 사이에 위치되어, 제1 유체 유동 경로로부터의 유체 누출을 방지하도록 구성된 제1 시일과;
    밸브 몸체와 밸브 하우징 사이에 위치되어, 제2 유체 유동 경로로부터의 유체 누출을 방지하도록 구성된 제2 시일과;
    밸브 몸체와 밸브 하우징 사이에 위치되어, 제3 유체 유동 경로로부터의 유체 누출을 방지하도록 구성된 제3 시일을 추가로 포함하는 스풀 밸브 매니폴드.
  7. 카트리지 입구 포트 및 카트리지 출구 포트를 포함하는 입구/출구 부분을 갖 는 필터 카트리지와 함께 사용하기 위한 스풀 밸브 매니폴드로서,
    하우징 입구 포트 및 하우징 출구 포트를 갖는 밸브 하우징과;
    밸브 하우징 내에 작동식으로 위치되어, 밸브 하우징에 대해 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 밸브 몸체를 포함하고,
    밸브 몸체는 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제1 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트가 제1 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트가 제2 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트가 유체 연통하지 않고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트가 유체 연통하지 않도록, 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 제1 축에 대해 대체로 직각인 방향으로 밸브 몸체 내로 삽입하는 것에 의해 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 수납하도록 구성되며,
    필터 카트리지는,
    카트리지가 매니폴드 조립체 내에 설치된 때, 유체 압력 변동으로 인해 상하로 횡단하기 위한 입구 조립체를 추가로 포함하고,
    입구 조립체는 포핏 밸브를 포함하며, 포핏 밸브는 필터 카트리지가 설치되고 포핏 밸브가 개방 위치로 편의된 때, 필터 카트리지 포핏 접속부와 항상 맞물리고, 유체 압력이 충분히 증가됨에 따라 입구 조립체는 포핏 밸브가 폐쇄되어 입구 액체 압력을 차단하도록 필터 카트리지로부터 충분히 멀리 이동하는 스풀 밸브 매니폴드.
  8. 카트리지 입구 포트 및 카트리지 출구 포트를 포함하는 입구/출구 부분을 갖는 유체 필터 카트리지와 함께 사용하기 위한 스풀 밸브 매니폴드로서,
    하우징 입구 포트 및 하우징 출구 포트를 갖는 밸브 하우징과;
    밸브 하우징 내에 위치되어, 밸브 하우징에 대해 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 밸브 몸체와;
    스풀 밸브 매니폴드 및 유체 필터 카트리지 상에 작동식으로 위치된 키이 결합 구조물을 포함하고,
    밸브 몸체는 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제1 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트가 제1 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트가 제2 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 밸브 몸체가 밸브 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트가 유체 연통하지 않고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트가 유체 연통하지 않도록, 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 수납하도록 구성되고;
    키이 결합 구조물은 스풀 밸브 매니폴드 및 유체 필터 카트리지 상의 키이 결합 구조물이 상보적이면, 밸브 매니폴드의 작동식 상호 연결을 용이하게 하는 데 효과적이고, 스풀 밸브 매니폴드 및 유체 필터 카트리지 상의 키이 결합 구조물이 상보적이지 않으면, 밸브 매니폴드 및 유체 필터 카트리지의 작동식 상호 연결을 방지하는 데 효과적인 스풀 밸브 매니폴드.
  9. 제8항에 있어서, 밸브 몸체는 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 제1 축에 대해 대체로 직각인 방향으로 밸브 몸체 내로 삽입하는 것에 의해 필터 카트리지의 입구/출구 부분을 수납하도록 구성된 스풀 밸브 매니폴드.
  10. 제8항에 있어서, 밸브 하우징은,
    필터 카트리지 상의 상보적인 삽입 캠 구성요소와 상호작용하도록 구성된 삽입 캠 구성요소를 추가로 포함하는 스풀 밸브 매니폴드.
  11. 제8항에 있어서, 밸브 하우징은,
    필터 카트리지 상의 상보적인 배출 캠 구성요소와 상호작용하도록 구성된 배출 캠 구성요소를 추가로 포함하는 스풀 밸브 매니폴드.
  12. 필터 카트리지 및 스풀 밸브 매니폴드 조립체로서,
    필터 요소 및 필터 요소와 유체 연통하는 입구/출구 부분을 포함하는 필터 카트리지와,
    하우징 및 몸체를 포함하는 스풀 밸브 매니폴드를 포함하고,
    입구/출구 부분은 카트리지 입구 포트 및 카트리지 출구 포트를 갖고,
    하우징은 유체 공급 시스템과 유체 연통하도록 된 하우징 입구 포트 및 하우징 출구 포트를 갖고, 몸체는 하우징 내에 위치되어 하우징에 대해 제1 축을 중심 으로 회전하도록 구성되어, 필터 카트리지의 입구/출구 부분이 입구/출구 부분을 제1 축에 대해 대체로 직교하는 방향으로 몸체 내로 삽입하는 것에 의해 몸체에 유동 가능하게 결합되는 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 몸체가 하우징에 대한 제1 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트는 제1 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트는 제2 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하고, 몸체가 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 카트리지 입구 포트는 유체 연통하지 않고, 하우징 출구 포트와 카트리지 출구 포트는 유체 연통하지 않는 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 몸체가 하우징에 대한 제2 회전 위치에 있을 때, 하우징 입구 포트와 하우징 출구 포트는 제3 유체 유동 경로를 거쳐 유체 연통하는 조립체.
  15. 제12항에 있어서, 스풀 밸브 매니폴드 및 필터 카트리지 중 적어도 하나가 삽입 캠을 포함하는 조립체.
  16. 제12항에 있어서, 스풀 밸브 매니폴드 및 필터 카트리지 중 적어도 하나가 배출 캠을 포함하는 조립체.
  17. 제13항에 있어서, 몸체가 제1 회전 위치로부터 제2 회전 위치로 회전할 때, 필터 카트리지는 몸체로부터 배출되는 조립체.
  18. 제13항에 있어서, 몸체가 제2 회전 위치로부터 제1 회전 위치로 회전할 때, 필터 카트리지는 몸체 내로 이동되는 조립체.
  19. 제13항에 있어서, 회전 중에, 필터 카트리지가 브라켓에 대해 회전하는 각도는 약 90도 미만인 조립체.
  20. 제12항에 있어서,
    스풀 밸브 매니폴드에 인접하여 회전 가능하게 장착되어, 몸체가 제1 회전 위치로부터 제2 회전 위치로 회전할 때 필터 카트리지를 활주 가능하게 유지하도록 구성된 브라켓을 추가로 포함하는 조립체.
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