KR20120033996A - 여과 시스템 및 디자인 방법 - Google Patents

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media
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스티브 데이비드 하이너
폴 리차드슨
폴 브라이언트
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알테어 필터 테크놀로지 리미티드
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Abstract

여과 시스템은,
하나 이상의 여과기 부재; 및
서로 상이하고, 여과 시스템을 통한 유체 유동이 제 1 매체를 통해 유동하는 제 1 유체 유동부 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 유체 유동부를 포함하도록 서로 병렬 관계로 배열된 적어도 제 1 및 제 2 여과기 매체를 포함한다.

Description

여과 시스템 및 디자인 방법{FILTRATION SYSTEM AND METHOD OF DESIGN}
본 발명은 여과 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다양한 조건하에서 주입구 공기 중 오염물을 제거하도록 주입구 공기를 여과하기 위해 가스 터빈에서 사용하기에 적합한 시스템에 관한 것이다.
가스 터빈 주입구 공기를 위한 여과 시스템이 공지되어 있다. 발전 설비, 예를 들어 가스 터빈 엔진에는 연소를 가능하게 하도록 다량의 흡입 공기가 공급된다. 터빈의 적합한 성능 및 신뢰도를 유지하게 위해서 흡입 공기를 여과하여 원치않는 분진, 습기 및 기타 오염물을 제거한다. 여과기에서는 일반적으로 시간 경과에 따라 여과기 상에 및 여과기 내에 미립자가 축적되어, 이는 여과기를 통한 유동에 대한 저항을 불리하게 증가시킨다. 종종, 간헐적으로 여과기를 세정하기 위해서 공기의 백-펄싱(back-pulsing)이 사용된다.
다양한 여과기 매체는 주입구 공기를 여과하는 것으로 공지되어 있고 이는 특정 오염물의 여과를 최적화하고 지리적 또는 환경적 조건을 고려하도록 일반적으로 고안된다. 가스 터빈은 예를 들어 사막에서부터 해양 구조물(offshore platform)의 매우 다양한 환경에서 사용된다.
여과 시스템의 디자인은, 습기 또는 습한 조건에서의 성능과 같은 성능들도 관여하지만, 종종 성능 인자들간, 일반적으로 압력 손실, 여과기 수명 및 효율 간의 상쇄를 요구한다. 이러한 인자들은 일반적으로 서로 경쟁한다. 즉, 여과 효율이 높을수록, 일반적으로 매체를 통한 높은 압력 손실을 요구하고, 이는 유도된 공기의 작용으로서 생산가능한 에너지를 감소시킨다. 고심해야 하는 복잡한 여과 성능 요구사항에 대한 공지된 접근법은, 복수의 여과단(filtration stage) 및/또는 다중층의 여과기 매체를 사용하는 것을 포함한다. 각각의 여과단에 대한 압력 손실이 부가된다.
따라서, 개선된 여과 시스템 및 이를 디자인하는 방법이 요구된다.
본 발명은, 하나 이상의 여과기 부재; 및 서로 상이하고, 여과 시스템을 통한 유체 유동이 제 1 매체를 통해 유동하는 제 1 유체 유동부 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 유체 유동부를 포함하도록 서로 병렬-배열된 적어도 제 1 및 제 2 여과기 매체를 포함하는 여과 시스템을 제공한다.
추가로, 본 발명은, 하나 이상의 여과기 부재를 제공하는 단계; 및 서로 상이한, 적어도 제 1 및 제 2 여과기 매체를 제공하되, 여과 시스템을 통한 유체 유동이 제 1 매체를 통해 유동하는 제 1 유체 유동부 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 유체 유동부를 포함하도록 서로 병렬로 배열하는 단계를 포함하는, 여과 시스템의 성능을 최적화하는 방법을 제공한다.
추가로, 본 발명은, 공기를 수용하기 위한 주입구 및 이를 통해 상기 공기를 여과하는 여과 시스템을 갖는 가스 터빈으로서, 상기 시스템이 하나 이상의 여과기 부재; 및 서로 상이하고, 여과 시스템을 통한 유체 유동이 제 1 매체를 통해 유동하는 제 1 유체 유동부 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 유체 유동부를 포함하도록 서로 병렬-배열된 적어도 제 1 및 제 2 여과기 매체를 포함하는, 가스 터빈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상이한 매체를 통해 독립적인 유동 경로를 제공함으로써, 이러한 시스템은 하나의 매체의 성능으로만 한정되지 않을 뿐만 아니라, 공지된 성능 기여도를 갖는 현존하는 매체를, 구체적인 설치의 성능 요구사항 및 작동 조건에 따라 여과 시스템의 성능을 원하는 대로 바꿀 수 있기 때문에, 본 발명은 비용 및 시간 소모적인 새로운 매체 개발에 대한 요구를 배제시킬 수 있다.
하기의 도면을 참고하여, 예시함으로써 본 발명의 실시양태에 대한 상세한 설명이 뒤따를 것이다.
도 1은 본 발명의 실시양태의 단면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시양태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시양태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시양태의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시양태의 개략도이다.
도 6a, 6b 및 6c는 본 발명의 추가 실시양태를 도시한다.
도 7은 도 1에서 도시한 실시양태의 여과기 수명 성능을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1에서 도시한 실시양태의 습기 조건에서의 여과 성능을 나타낸 그래프이다.
여과 효율은, 입자 크기 분포의 함수로서 여과기에 의해 유체의 유동으로부터 제거된 오염물 입자의 백분율로서 정의된다. 미립자가 여과기 상에 및 여과기 내에 축적됨에 따라, 효율은 사용 중에 증가될 수 있지만, 압력 손실이 상응하게 증가한다. 여과기의 수명은, 여과기를 통한 소정의 압력 손실이 발생하기에 충분한, 오염물의 양이 여과기에 담지되는데 걸리는 시간으로서 정의된다. 하나의 예로서, 최대 허용가능한 압력 손실은, 3인치의 수위(water gauge)(623 Pa)이다. 여과기 수명은, 여과기를 통한 압력 강하의 뚜렷한 증가의 발생에 의해 추가로 특징화될 수 있다.
도 1에 도시된 실시양태에서, 제 1 여과기(15)는 제 1 매체를 갖고, 제 2 여과기(25)는 제 2 매체를 갖는다. 제 1 여과기는 원뿔형이고, 제 2 여과기(25)는 원통형이다. 화살표(4)는 유입되는 기류(airflow)의 방향을 나타낸다. 원뿔형 여과기 부재(15)는 튜브시트(3)에 연결되어 적소에 여과기를 고정하고, 원통형 여과기(25)는 원뿔형 여과기의 전방부 말단에 배치된다. 실제로, 여러개의 여과기 부재가, 직접적으로 또는 중간 구조물을 통해, 무리로(in array) 튜브시트(3)에 연결될 수 있다.
유체 유동(4)은 제 1 여과기 매체를 통해 유동하는 제 1 부(4a) 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 부(4b)를 포함한다. 제 1 및 제 2 매체는 병렬 배열되고, 이로써 유동부(4a 및 4b)에 대한 개별적인 유동 경로를 한정한다. 제 1 부(4a)는 제 2 매체를 통과하지 않고, 제 2 부(4b)는 제 1 매체를 통과하지 않는다.
여과 시스템은, 하우징(도시하지 않음), 및 튜브시트(3) 및 하우징을 지지하도록 사용되는 프레임(도시하지 않음)을 포함한다. 튜브시트(3)는 유체가 유동하는 적어도 개구부(16)를 포함한다. 여과기(15)는 튜브시트(3)의 상류 측에서 개별적인 개구부(16)에 인접하도록 장착된다.
유체, 전형적으로 대기 공기는 여과 시스템에 의해 획득되어 여과기(15, 25)에 의해 세정된다. 세정된 공기는 화살표(17)로 표시한 바와 같이 튜브시트(3)에서의 개구부(16)로부터 하류로 하류의 사용 컴포넌트, 예를 들어 발전을 위한 가스 터빈까지 유동한다. 기술된 여과 부재(15 및 25) 각각은 하나 이상의 여과기 매체를 포함하여, 여과기의 하류에 위치한 컴포넌트에 의해 사용되기 전에 공기를 세정한다.
다양한 여과기 부재, 예를 들어 원뿔, 원통, 차단막, 주머니, 백 및 스크린이, 주입구 공기를 여과하기 위해 사용될 수 있고, 본 발명은 어떠한 유형의 여과 부재에도 적용가능하다.
유리하게, 본 발명에 따른 여과 시스템의 실시양태는 상이한 유형의 매체 간의 상승효과를 제공할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제 2 매체에 비해, 제 1 매체는, 예를 들어 미립자의 축적 및 팽윤에 의해, 더러워진 경우에도, 높은 효율, 긴 수명 및 불량한 압력 손실 성능을 갖는다. 여과기는, 사용 중이지만 여과기 매체 상에 및/또는 여과기 매체 내에 오염물이 약간 축적된 수준을 경험하는 경우, 더럽다고 판단될 수 있다. 제 1 매체에 비해, 제 2 매체는, 낮은 효율 및 짧은 수명을 갖지만, 습한 조건 및 더러운 경우에도 양호한 압력 손실 성능을 갖는다. 하나의 실시양태에서, 제 1 매체는 원뿔형 여과기 부재에 배치하고, 제 2 매체는 다른 유형의 여과기 부재, 예를 들어 원통형 여과기에 배치할 수 있다. 이러한 실시양태에 따른 여과 시스템의 전체 수명은, 상이한 매체의 평균보다 길고, 유리하게는 제 1 매체의 수명에 인접한 반면, 습한 조건 및 더러운 경우의 압력 손실은 제 2 매체에 상응하다. 따라서, 본 발명을 구현하는 여과 시스템은, 매체의 분리한 특성들을 현저하게 배제하면서, 상이한 유형의 매체의 장점들을 조합할 수 있다.
본 발명의 실시양태는, 추가로 단일 여과단으로 상이한 여과기 매체를 조합함을 사용하는, 간단하고 낮은 위험의 해결책의 장점을 제공한다. 완전히 신규한 매체를 개발하고자 하는 종래 분야의 접근법은, 신규한 매체가 목적하는 특성을 충족시키지 못할 것이라는 본질적인 상업적인 위험을 보유하지만, 본 발명에 따라 병렬로매체를 조합하면 이러한 개발 위험을 배제할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 제 1 여과기 매체는, 미립자 제거와 관련하여 높은 효율 및 긴 수명을 제공하도록 하는 나노 매체 기법을 포함하지만, 더러워진 경우의 습기에 대한 반응은 불량하다. 예를 들어, 일부 분진이 여과기 상에 축적된 후, 매우 고도의 습도 및/또는 안개에 노출되는 경우, 제 1 매체는 여과기를 통한 매우 높은 압력 강하가 발달된다. 이러한 매체의 예는 스펀본딩 폴리에스터 기판의 표면에 부착된 용액-방사 나일론계 섬유이다. 이러한 매체는 주로 표면-담지 여과기, 즉 매체 내부보다는 표면 상에 주로 축적된 오염물질에 대한 여과기로서 작용한다. 상기 매체는 당업계에 공지된 몇가지의 처리법에 적용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 매체는 소수성 처리에 적용되어 왔다. 나노 섬유는, 1㎛ 미만의 직경을 갖는 섬유로서 정의된다.
제 2 여과기 매체는 제 1 여과기 매체와는 상이한 매체 기법을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 제 2 매체는, 더러워진 경우, 습한 조건에서 우수한 성능을 제공하지만, 나노 매체를 보유하지 않고, 따라서 낮은 수명 및 입자 여과의 측면에서 낮은 효율을 갖는다. 제 2 매체의 예는, 중합체 및 유리 합성 섬유를 포함하는 습윤 적층 부직물이다. 제 2 매체는 주로 깊이-담지(depth-loading) 여과기로서 작용한다. 즉, 매체 깊이를 통해 오염물을 포획한다.
본 발명은 여러개의 상이한 배열의 여과기 부재들에 적용가능하다. 예를 들어, 제 1 부재(15, 25)는 서로에게 장착되지 않지만, 튜브시트(3)에 개별적으로 연결될 수 있다. 종종, 여러개의 여과기가, 일련의 여과기에 제공되어, 대량의 기류를 여과하는 여과기 하우스(filter house)를 형성한다. 도 2a는 그 예를 도시하는데, 여기서 원통형 여과기 부재(25)는 튜브시트(3)에 장착되어 일련의 원통들(2)을 형성한다. 도 2b는 또다른 예로서, 여기서 여러개의 원통형 여과기 부재(15)가 튜브시트(3)에 장착된다. 본 발명의 목적을 위해, 매체는 여과기 부재의 선택과는 독립적으로 선택된다.
각각의 유형의 여과기 부재의 개수 및 여과기에 제공된 여과기 매체의 상대적인 양 및 유형은, 각각의 구체적인 적용례에 적합하도록, 당업계의 숙련자들에 의해 선택될 수 있다. 동일한 분포의 매체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 100개의 여과기 부재를 보유하는 여과기 뱅크에서, 제 1 여과기 매체를 사용하는 50개의 여과기 부재(예를 들어, 원뿔형) 및 제 2 매체를 사용하는 50개의 여과기 부재(예를 들어, 원통형)을 갖는 것이 가능하다. 다르게는, 매체를 동일하지 않은 분포로 사용할 수 있다. 습기의 흡입이 그렇게 중요하지 않는 건조한 지역에서, 여과 시스템이 높은 미립자 효율을 갖는 보다 다량의 제 1 매체를 포함하도록 매체들을 불균일하게 분포하는 여과기 시스템(예를 들어, 제 1 매체를 갖는 70개의 여과기 부재 및 제 2 매체를 갖는 30개의 여과기 부재)을 제공하는 것도 가능하다.
도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 개별적인 여과기 부재에서 상이한 매체를 병렬로 제공할 뿐만 아니라, 단일 여과기 부재에서 여러개의 여과기 매체를 병렬로 제공하는 것도 가능하다. 그 예는 도 3에 도시되어 있는데, 여기서 원통형 여과기(25)는 상이한 매체(5 및 6)인 2개의 개별적인 영역을 포함한다. 도시된 예에서, 상기 영역은, 예를 들어 서로 잇거나 적층함으로써 서로 연결될 수 있는, 상부 영역(5) 및 하부 영역(6)을 정의한다. 다른 배열이 도 4에 도시되어 있는데, 여기서는 원통형 여과기의 2개의 개별적인 영역들이, 각각 전방 영역 및 후방 영역에서, 상이한 여과기 매체(7 및 8)를 갖는다. 다르게는, 상기 매체는 튜브시트(3)에 수직인 방향에서 관찰시 우측 영역 및 좌측 영역으로 한정될 수 있다. 다른 실시양태에서와 같이, 유체 유동(4)의 제 1 부(4a) 및 제 2 부(4b)는 각각 제 1 매체(5 및 7) 및 제 2 매체(6 및 8)를 통과한다.
도 5는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 또다른 유형의 여과기를 도시한다. 이러한 여과기는 백형 또는 주머니형이고, 여러개의 백 또는 주머니들(52)을 연결하는 프레임(51)을 포함한다. 프레임(51)은, 유입 공기가 백/포켓(52)에 도입되도록 하는 여러개의 도입 통로(53)를 한정한다. 다른 실시양태와 유사하게, 백 또는 포켓(52)은 복수개의 여과기 매체를 포함하고, 특정 매체의 온전한 백 또는 주머니, 또는 단일 백 또는 포켓내의 상이한 매체의 일부를 갖는 것이 가능하다. 백 또는 주머니(52)는 100% 폴리프로필렌 섬유 물질의 단일 층인 여과기 매체를 포함할 수 있다. 다른 적합한 물질, 예를 들어 폴리프로필렌과 폴리에스터 섬유의 혼합물, 및 열적으로 결합된 폴리프로필렌 또는 폴리에스터 이-성분 섬유( 및 그의 혼합물) 뿐만 아니라 다른 합성 섬유, 예를 들어 유리 섬유 또는 심지어 천연 섬유, 예를 들어 면이 사용될 수 있다. 상기 매체는, 이로서 한정하는 것은 아니지만; 부직, 공기 적층, 카딩 또는 니들 펀칭 공정을 비롯한 임의의 적합한 수단을 사용하여 제조될 수 있다. 매체는 예상되는 구체적인 작동 조건에 적합한 임의의 두께일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 매체의 평균 두께가 약 4 mm(0.157 인치) 내지 18 mm(0.709 인치)이다. 매체는 전반적으로 균일한 밀도를 가질 수 있거나, 여과기 수명을 개선시키기 위해 구배된 밀도를 가질 수 있다. 섬유 물질은 본태적으로 소수성 또는 친수성일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 매체에 소수성을 제공하기 위해서 섬유를 처리한다.
도 6a는 프레임(61)에 연결된 여러개의 패널들(62)을 갖는 프레임(61)을 포함하는 미니플리트(minipleat) 여과기를 도시한다. 패널(62)은 도 6b 및 도 6c에서 보다 상세하게 도시되어 있다. 도 6b에서 도시한 바와 같이, 각각의 패널(62)이 프레임(61)에 대해 비스듬히 장착되어, 일련의 일반적으로 삼각형인 영역(63)을 한정한다. 추가로, 도 6c는 각각 패널(62)의 구조, 즉 여과기 매체의 플리트 시트를 도시한다.
종래 기술에 비해, 도 1의 실시양태의 성능은 도 7 및 8의 그래프에 도시되어 있다. 도 7은 분진 시험 및 규칙적인 역진동 세정(reverse pulse cleaning) 하에서 시간에 따른 여과기를 통한 압력 강하의 그래프를 도시한다. 곡선(9)(종래의 기술)은, 짧은 수명을 갖고 습한 조건하에서 낮은 압력 손실을 유지하는 제 2 매체만을 사용하는 개별적인 여과기의 거동을 도시한다. 곡선(10)(종래의 기술)은, 비교적 긴 수명, 높은 미립자 효율 및 습한 조건에서의 불량한 압력 손실 성능을 갖는, 제 1 매체만을 사용하는 개별적인 여과기의 거동을 도시한다. 곡선(11)은, 본 발명에 따른 제 1 실시양태에 따라 병렬-배열되도록 조합되는 경우 2개의 상이한 매체의 거동을 나타낸다. 곡선(11)은, 병렬-조합된 필터들의 수명이 유리하게는 곡선(10)에 인접한 것을 나타낸다. 이는, 여과기들의 조합이 긴 수명, 높은 효율의 제 1 매체에 근접한 여과기 수명 성능을 갖는다는 것을 나타낸다.
도 7의 시험이 수행되는 구체적인 조건은 하기와 같다. 여과기는 활성인 자가-세정 펄스 시스템을 사용하고 매 7분 마다 펄스를 발생시킨다. 4개의 세트의 여과기를 풍동(wind tunnel)에 배치하고, 기류를 적용을 위한 공칭 유속에서 수행되도록 설정하고, 여기서 최소 상대 습도는 40% RH이다. 이러한 경우, 유속은 카트리지 쌍(원통형 및 원뿔형) 당 1750입방피트/분(50㎥/분)이다. 사용된 시험 분진은 하기 표에서 도시한 입자 크기 분포의 90% 실리카 및 0 내지 5 ㎛ 크기(2㎛ 평균 직경)의 10% NaCl의 혼합물이다:
Figure pat00001
이 시험 분진은, 시험되는(challenge) 기류의 ㎥ 당 0.57g의 농도로 연속적으로 공급한다. 여과기 시스템의 압력 손실은 시간에 대해 기록하고, 그래프를 그렸다. 상기 시험은 50시간 동안 수행되고, 50시간 동안 압력 손실이 3wg(747Pa) 미만을 유지하면, 통과한 것으로 여겼다. 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 여과기 시스템은 이 여과기 수명 시험을 통과하였다.
도 8은 습기 또는 박무(mist) 시험 하에서 시간에 대한 여과기를 통한 압력 강하의 그래프를 도시한다. 곡선(12)(종래의 기술)은 단독으로 사용되는 제 2 매체의 성능을 나타내는데, 상기 매체는 습한 경우조차 낮은 압력 손실을 갖는다. 곡선(13)(종래의 기술)은 단독으로 사용된 제 1 매체의 성능을 나타내는데, 상기 매체는 습한 경우 불량한 압력 손실을 갖는다. 곡선(14)는 본 발명의 실시양태에 따른 병렬 복합 여과기 시스템의 성능을 나타낸다. 도 8의 곡선(12)와 곡선(14) 간의 압력 강하의 차이는 대체로 안정적으로 유지되는데, 이는 습한 시험 조건하에서의 본 발명의 제 1 실시양태의 성능이 제 2 매체의 것에 근접함을 나타낸다.
도 8의 시험이 수행되는 구체적인 조건은 하기와 같다. 사용된(즉, 더러운) 여과기 세트를 밀폐된 루프 풍동에 배치하고, 기류는, 적용을 위한 공칭 유속으로 진행하도록 설정하였다. 이러한 경우, 유속은, 카트리지(원통형 및 원뿔형) 쌍 당 1750ft3/분(CFM)(50m3/분)이었다. 여과기는 무-진동 모드(non-pulsing mode)의 작동이다. 0.7 내지 3.5㎛의 액정 직경 크기 분포를 갖고 1㎛에서 절정을 이루고, 1리터/분의 속도로 공급되는, 시험되는 신선한 물의 에어졸을 연속적으로 여과기 상류의 풍동에 분사하고, 여과기를 통한 압력 손실을 시간의 함수로 기록하였다. 공기의 상대습도는 시험 동안 빠르게 100%에 근접하였는데, 이는 풍동이 밀폐된 시스템이기 때문이다. 습한 조건하에서 잘 수행된 여과기를 통한 압력 손실은, 예를 들어 건조 상태로부터 안개와 같이 습윤 상태로 조건이 진행함에 따라, 소량 유발되거나, 또는 심지어 전혀 유발되지 않았다.
본 발명의 추가의 실시양태는 상이한 경쟁적인 성능 요구사항을 고심하고/하거나 특정 작동 환경에 적합한 시스템을 디자인할 수 있는 종사자들의 능력을 개선시킬 수 있다.
하나의 실시양태에서, 본 발명의 여과 시스템은 압력 손실 성능 대 입자 제거 효율을 최적화할 수 있다.
이러한 실시양태에서, 시스템은 2개의 상이한 효율 수준을 갖는(즉, 하나는 낮고, 하나는 지극히 높은) 여과기들을 포함하여, 2개의 여과기 유형 사이의 압력 손실 수준에서 중간 내지 높은 수준의 효율을 제공하는 여과기 시스템을 형성한다. 이는, 요구되는 여과 성능이 한가지 유형의 매체 기술의 최고와 또다른 기술의 최저 사이에 놓인다. 헤파(Hepa) H10 또는 H11 등급의 여과기가 달성되면서, 이러한 상황은 존재한다. 나노-섬유계 매체는 F9 여과를 달성할 수 있지만, 전형적으로 H10 여과 효율을 달성할 수 없고/없거나 H10 여과 효율을 달성하기 위해서 높은 압력 손실이 요구된다. 대조적으로, 팽창된 테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 막을 사용하는 매체는 H12 이상의 높은 헤파 등급을 용이하게 달성할 수 있지만, 보다 낮은 압력 손실과 H10 또는 H11의 여과 등급을 제공하기에 충분한, 막 개구부에서의 공극 크기를 만드는 것도 매우 어렵다. 본 발명을 구현하는 해결책은, 합리적인 압력 손실과 함께 H10 또는 H11를 달성하도록, 서로 병렬로 F9 평가된 매체(예를 들어, 나노 섬유계 매질) 및 H12 평가된 매체(예를 들어, ePTFE 막계 매체)를 사용하는 것이다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 본 발명의 여과 시스템은, 시간 경과에 따라 분진 담지량이 증가함에 따라, 시스템의 여과 효율을 비슷하게 한다. 산업적인 적용례, 예를 들어 가스 터빈으로의 공기 흡입을 위한 최적 여과기 시스템을 고안하는 경우, 이것이 새 것이고 깨끗한 경우와 그의 수명 동안 오염물이 담지된 경우의 여과기 시스템의 성능을 고려할 필요가 있다. 여과기가 새로운 경우와 그의 수명 동안 어떻게 작동되는지의 균형은, 사용된 매체 기술과는 상이하다. 전형적으로, 여과기 매체 상에 분진이 담지됨에 따라, 분진 케이크 그 자체는 여과기의 여과 효율에 기인할 수 있다. 이는 모든 여과기의 경우 사실이지만, 이러한 변화가 발생하는 속도는 여과기 매체 뿐만 아니라 작동 조건에 좌우된다. 예를 들어, 중합체 합성 기재 물질 상에 배치된 나노 섬유를 갖는 매체는, 새 것이고 깨끗한 경우에는 높은 초기 효율을 갖지만, 여과기가 담지됨에 따라, 이 매체의 효율은 최대 효율의 도달까지 비교적 긴 시간이 걸린다. 대조적으로, 유리/셀룰로스 혼합 매체는 낮은 초기 효율을 갖지만, 그의 효율은, 분진 등의 담지까지 보다 신속하게 증가하여 그의 수명, 즉 최대 효율에 도달할 때까지의 시간이 짧다. 이러한 2종의 유형의 매체를 본 발명에 따라 병렬 배열로 조합함으로써, 시스템의 수명에 걸쳐 보다 균등한 여과 효율이 달성될 수 있다.
또다른 실시양태에서, 본 발명의 여과 시스템은 넓은 스펙트럼의 입자 크기를 통해 최적화된 여과 효율을 제공한다. 전술한 바와 유사하게, 나노 섬유/합성 기재 매체는 혼합된 유리/셀룰로스 매체보다 작은(2㎛ 미만) 입자 크기에서 보다 높은 입자 제거 효율을 가질 수 있지만, 혼합된 유리/셀룰로스 매체는 일반적으로 2 내지 5㎛의 입자 크기에서 보다 높은 입자 제거 효율을 갖는다. 본 발명에 따른 병렬 배열로 조합하는 경우, 넓은 입자 크기 영역을 통해 보다 높은 여과 효율을 달성할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 본 발명의 여과 시스템은 정적(static) 여과 및 펄스 여과 부재를 둘다 포함한다. 이는 펄스 여과 및 정적 여과 시스템 둘다의 장점의 영향을 가능하게 한다. 많은 경우, 여과기의 얼음화방지능(anti-icing capability)을 제공하도록 단독으로 설치된다. 이전에는, 전체 여과기 시스템은 이를 달성하기 위해서 펄스 여과기 시스템으로서 제공될 수 있다. 이러한 배열의 단점은, 펄스 카트리지가 종종 여과 특성을 고려하는 경우 최적의 선택이 아니라, 이는 단지 얼음화방지를 위한 선택이었을 뿐이며, 여과 측면에서의 이의 단점을 감수해야만 한다는 점이다. 펄스화 및 정적 여과기를 동일한 여과단으로 조합하면(즉, 본 발명에 따라 병렬로 조합하면), 유리하게 이러한 문제점을 극복할 수 있으며, 이는 단지 일정 비율의 여과기가 얼음화방지되고 나머지는 막힌 경우 조차, 가스 터빈과 같은 설비가 계속 가동되기 때문이다. 본 발명의 이러한 실시양태에서, 정적 여과기는 보다 최적화된 여과 해결책을 제공하면서, 펄스 여과기는 얼음화에 대한 여유분의 안정성을 제공한다.
본 발명의 실시양태는, 입자 및 습기에 대한 우수하고 장기간 성능을 제공할 뿐만 아니라 전술한 다른 인자들을 다룬다. 상이한 매체를 통해 독립적인 유동 경로를 제공함으로써, 매체는 유리하게 병렬로 작용하고, 이로서 상기 시스템은 하나의 매체의 성능으로 한정되지 않는다. 추가로, 공지된 성능 기여도를 갖는 현존하는 매체는, 구체적인 설치의 성능 요구사항 및 작동 조건에 여과 시스템의 성능을 원하는 대로 바꿀 수 있기 때문에, 본 발명은 비용 및 시간 소모적인 새로운 매체 개발에 대한 요구를 배제시킨다. 본 발명은 개별적인 매체의 장점들을 조합하면서, 각각의 매체의 여러개의 단점을 배제시킨다.
제 1 및 제 2 매체는 서로 상이하고, 2개 초과의 상이한 매체가 병렬로 도입되는 것이 가능하며, 이로써 시스템의 전체 특성이 우수한 개별적인 매체 특성의 유리한 조합이 된다. 여러개의 매체의 병렬 배열은, 종래의 직렬 매체 배열과는 상이하게, 하나의 매체를 통과한 유체가 다른 매체를 통과하지 않도록, 유체가 각각의 매체를 통해 동시에 여과되도록 함을 의미한다.
하나 이상의 본 발명의 양태에 대한 상기 기술로부터, 당업계의 숙련자는 개선, 변형 및 개조를 감지할 것이다. 당분야의 숙련자들에게 이러한 개선, 변형 및 개조는 첨부된 청구범위에 포함되는 것으로 고려할 것이다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 여과기 부재; 및
    서로 상이하고, 여과 시스템을 통한 유체 유동이 제 1 매체를 통해 유동하는 제 1 유체 유동부 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 유체 유동부를 포함하도록 서로 병렬 관계로 배열된 적어도 제 1 및 제 2 여과기 매체
    를 포함하는 여과 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 여과기 매체가 개별적인 여과기 부재에 배치되어 있는, 여과 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 여과기 부재가 제 1 및 제 2 여과기 매체 둘다를 포함하는, 여과 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 매체에 비해, 제 1 매체가 제 1 성능 특성에 대해 우수한 성능을 갖고, 제 1 매체에 비해, 제 2 매체가 제 2 성능 특성에 대해 우수한 성능을 갖는, 여과 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 매체가 제 2 매체에 비해 긴 수명을 갖고, 제 2 매체가 제 1 매체에 비해 습기 노출 후 낮은 압력 손실을 갖는, 여과 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 매체가 여과기 수명 시험을 통과하고, 제 2 매체가 여과기 수명 시험을 통과하지 않고, 여과 시스템이 여과기 수명 시험을 통과하는, 여과 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 매체가 제 2 매체에 비해 높은 미립자 제거 효율을 갖고, 제 2 매체가 제 1 매체에 비해 여과기 매체를 통해 낮은 압력 손실을 갖는, 여과 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 매체가 그의 최대 입자 여과 효율로의 축적까지 제 2 매체에 비해 긴 시간이 걸리고, 제 2 매체가 그의 최대 입자 여과 효율로의 축적까지 제 1 매체에 비해 짧은 시간이 걸리는, 여과 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 매체가 나노 섬유 중합체계 매체이고, 제 2 매체가 유리/셀룰로스 혼합된 매체인, 여과 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 매체가 작동 중 백-펄싱(back-pulsing)되고 제 2 매체가 작동 중 정적(static)인, 여과 시스템.
  11. 하나 이상의 여과기 부재를 제공하는 단계; 및
    서로 상이한, 적어도 제 1 및 제 2 여과기 매체를 제공하되, 여과 시스템을 통한 유체 유동이 제 1 매체를 통해 유동하는 제 1 유체 유동부 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 유체 유동부를 포함하도록 제 1 및 제 2 여과기 매체를 병렬로 배열하는 단계
    를 포함하는, 여과 시스템의 성능을 최적화하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 2 매체에 비해, 제 1 매체가 제 1 성능 특성에 대해 우수한 성능을 갖고, 제 1 매체에 비해, 제 2 매체가 제 2 성능 특성에 대해 우수한 성능을 갖는, 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    제 1 매체가 제 2 매체에 비해 긴 수명을 갖고, 제 2 매체가 제 1 매체에 비해 습기 노출 후 낮은 압력 손실을 갖는, 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제 1 매체가 여과기 수명 시험을 통과하고, 제 2 매체가 여과기 수명 시험을 통과하지 않고, 여과 시스템이 여과기 수명 시험을 통과하는, 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    제 1 매체가 제 2 매체에 비해 높은 미립자 제거 효율을 갖고, 제 2 매체가 제 1 매체에 비해 여과기 매체를 통해 낮은 압력 손실을 갖는, 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    제 1 매체가 그의 최대 입자 여과 효율로의 축적까지 제 2 매체에 비해 긴 시간이 걸리고, 제 2 매체가 그의 최대 입자 여과 효율로의 축적까지 제 1 매체에 비해 짧은 시간이 걸리는, 방법.
  17. 공기를 수용하기 위한 주입구 및
    이를 통과한 공기를 여과하는 여과 시스템
    을 갖는 가스 터빈으로서,
    상기 시스템이,
    하나 이상의 여과기 부재; 및
    서로 상이하고, 여과 시스템을 통한 유체 유동이 제 1 매체를 통해 유동하는 제 1 유체 유동부 및 제 2 매체를 통해 유동하는 제 2 유체 유동부를 포함하도록 서로 병렬 관계로 배열된 적어도 제 1 및 제 2 여과기 매체
    를 포함하는, 가스 터빈.
  18. 첨부된 도면을 참고하여 본원에서 실질적으로 기술된 여과 시스템.
  19. 첨부된 도면을 참고하여 본원에서 실질적으로 기술된 여과 시스템의 성능의 최적화 방법.
  20. 첨부된 도면을 참고하여 본원에서 실질적으로 기술된 가스 터빈.
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