KR20120047228A - 멤브레인 프리 필터 및/또는 필터용 인티그럴 프레이밍 - Google Patents

멤브레인 프리 필터 및/또는 필터용 인티그럴 프레이밍 Download PDF

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KR20120047228A
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라몬테 에이. 크랩트리
마이크 해리먼
마이크 레이더
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클라르코르 에어 필트레이션 프로덕츠, 인크.
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Abstract

통신기지국의 전자 냉각 유닛용 필터가 제공된다. 상기 전자 냉각 유닛은 외부의 환경과 소통하는 개구부를 통해서 냉각 유닛의 하우징 내로 새로운 공기를 받아들일 수 있도록 적용된다. 상기 필터는 상기 하우징에 장착되는 구조적인 지지부, 상기 하우징에 결합되고 구조적인 지지부와 기밀하게 결합되는 개스킷 및 상기 구조적인 지지부에 의해 지지되는 필터미디어를 포함한다. 상기 필터 미디어는 멤브레인 형태의 층이 없고 GR-487-CORE에 합치되고 ASTM B 117에 따라 솔트 포그 테스트를 통과하는데 충분한 물의 침입을 방지하는 선택된 섬유 조직망을 포함한다.

Description

멤브레인 프리 필터 및/또는 필터용 인티그럴 프레이밍{MEMBRANE-FREE FILTER AND/OR INTEGRAL FRAMING FOR FILTER}
본 발명은 2009년 6월 12일에 출원된 미국 특허출원 61/186,621에 기초한 것이다.
본 발명은 여과 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 민감한 전자부품 하우징 및 그러한 공기 필터를 갖는 통신 여과/전자부품 시스템 내로 먼지, 물 및/또는 다른 오염물질의 유입을 방지할 수 있도록 외부 공기를 여과하기 위한 에어 필터 시스템에 관한 것이다.
응용기기 또는 작동 환경의 한 예시로써, 이동 전화 기지국 및 라디오 타워의 운용에 사용되는 고감도 및 고가의 통신 장비가 실외 하우징에 제공된다. 이러한 하우징들은 크기나 건축물이 상당히 다양할 것이다. 몇몇은 출입문을 갖추어 지면상에 건설되고, 상기 장비를 점검하는 작업자들이 수리 및 유지보수를 제공할 수 있도록 충분히 크다. 다른 하우징들은 더 작고 지면에서 떨어져 위치되고 라디오 타워에 탑재되는 금속 케이싱과 같이 라디오 타워에 직접 탑재된다. 따라서, 다른 형태의 통신 전자 하우징을 갖는 통신기지국을 위하여 다른 방법들이 존재한다. 이러한 통신기지국은 도처에 위치되어 있고, 아주 먼 거리의 위치에 상당수가 위치되어 있다.
이러한 하우징들에 수용되는 전자 장비는 통상적으로 작동하는 동안 고레벨의 전류가 사용되기 때문에, 상기 하우징 내에서 상당한 양의 열이 발생된다. 이러한 매우 민감하고 고가인 장비의 연속적인 작동이 과도한 열적 증강에 영향을 받지 않도록 하기 위해, 상기 하우징은 수용가능한 범위 내에서 하우징 내의 온도를 유지할 수 있도록 몇 가지 형태의 냉각 시스템을 포함한다. 그러한 냉각 시스템은 하우징 내부의 따뜻한 공기를 배출시키는 동안 하우징의 외부로부터 차가운 공기를 안으로 끌어들일 수 있도록 고안된 하나 또는 그 이상의 팬을 포함할 수 있다. 대안으로, 일부 하우징들은 하우징내에 제공된 전자 장비를 냉각시키기 위하여 하우징을 통해서 외부로부터 차가운 공기를 위한 흐름경로를 간단하게 제공할 수 있다.
앞서 언급한대로 이러한 하우징들에 수용되는 전자 장비의 민감성 때문에 장비에 해를 가할 수 있는 물, 먼지, 티끌과 같은 외부 요소들이 하우징의 내부로 들어오는 것을 예방하는 것은 중요하고 바람직하다. 몇몇 시스템에서 멤브레인 필터는 상기 장비가 물, 먼지 및 티끌입자로부터 적절하게 보호될 수 있도록 하기 위하여 사용된다. 이러한 시스템은 일반적으로 하우징을 밀봉하고, 멤브레인 필터를 위한 개구부 및 내부공기의 배출을 위한 유출구가 제공된다. 다른 시스템들은 완벽하게 밀봉되고 열교환 시스템으로 잘 알려져 있다.
이러한 시스템들은 주어진 통신기지국(telecommunication base station) 및 라디오 타워(radio tower)가 위치되는 곳에 따라 광범위한 다른 기후 및 환경에서 작동한다. 예를 들면, 이러한 많은 수의 통신기지국은 바다 근처에 제공될 수 있고, 이에 따라 엷은 안개나 소금기가 포함된 안개(종종 소금 안개(salt fog)로써 언급될 것이다)에 노출될 수 있다. 따라서, 그러한 통신기지국의 작업자는 통상적으로 상기 기지국 내에 포함된 그들의 전자 장비를 보호할 필요성을 가질 것이다. 실은 한가지 통상적인 테스트가 "소금 안개 테스트(salt fog test)"로서 잘 알려져 있는데, 이는 전체 캐비넷(달리 말하면, 그것 안에 탑재된 필터를 갖는 하우징)이 환경적인 테스트 챔버내에 놓여지고, GR-487-CORE에 합치되고 ASTM B 117에 따라 30일동안 소금 안개 물보라(salt fog spray)에 노출되어야 한다. 이러한 테스트를 하는 동안, 상기 팬은 소금 안개를 포함한 공기 흐름을 필터 요소로 끌어들이기 위하여 작동된다. 소금 안개에 작은 크기의 습기 입자와 물의 유동적 속성(액상으로 존재하는 물은 고체 상태이고 고정된 크기를 갖는 전형적인 먼지 입자와는 달리 꾸준하게 변형될 수 있고 사이즈에서 쉽게 팽창하거나 수축될 수 있다.) 및 소금과 관련된 문제하에서, 상기 하우징 안으로 팬이 공기를 끌어들이면서 필터 미디어를 통하여 습기의 통과를 방지하는 것은 아주 어렵다는 것을 알 수 있다. 먼지/안개 또는 다른 물, 먼지 및 입자 없이 하우징 내부의 냉각을 위해 하우징 내로 공기를 이동하는 것이 필요할 때 특히 어렵게 된다. 따라서, 지나치게 제한적인 필터는 바람직하지 않다. 더 나아가, 온도 변화 및 온도 변동은 더 많은 어려움을 야기시킬 것이다.
하나의 배경적인 예시가 위에서 일부 상세하게 논의되었지만, 통신 산업의 범위를 넘어서 수많은 다른 응용기기들이 먼지, 습기 및/또는 소금기를 하우징 안으로 옮기는 것 없이 먼지, 습기 및/또는 소금기를 옮기는 외부 공기와 함께 하우징을 통풍시키도록 고안되어 있다. 예를 들면, 제조설비, 청정실, 금속 저장창고 및 수많은 다른 전자 하우징들이 또한 여과된 외부 공기와 함께 통풍된다. 따라서, 다양한 다른 벤팅(venting) 배열 및 환경이 알려져 있다.
통신기지국 및 다른 응용기기들을 위한 멤브레인 필터 요소를 제공하는 종래기술이, Reeck 등의 미국특허 6,885,554(W.L.Gore & Associates GMBH에 일부 양도된), W.L. Gore & Associates GMBH(이하 "Gore")의 유럽특허 1,750,493에 개시되고 있고, 본 발명과 일치하지 않지만 참고자료로 사용될 것이다. 또한, Kobayashi의 미국 특허 6,885,554; Kenji의 JP 04-0338794; Tsutsumi의 JP H06-031130; George의 미국특허 5,507,847; Fuglister의 미국특허 5,901,034; 및 Ichiyasu의 유럽특허 0,395331과 같은 다른 이전의 특허들이 전자부품을 내재하는 방수 하우징과 같은 것을 위한 멤브레인 필터 요소를 개시하고 있다.
그러나 그러한 이전의 시도는 단지 "멤브레인" 타입 필터를 사용하는 것을 개시하고 또한 그에 제한적이었으며, Gore의 특허 내용에 따르면(예를 들면 US 6,218,000), 펠릿으로부터 PTFE(aka "Teflon®)의 얇은 사각 테입 필름을 추출하고 필름 내의 공극 구조를 생성하기 위해 필름을 쭉 펴는 공정을 포함한다. 상업적으로 사용할 수 있는 Gore의 멤브레인 타입 필터가 현재까지 소금 안개 테스트 표준을 만족한다고 믿어지고 있지만, 상기 특허의 이러한 필터들은 특별한 멤브레인 재료를 요구하게 되고, 이는 치밀한 필름 구조에 의해 제한적이고 또한 멤브레인 표면 로딩(loading) 성질에 의해 매우 빨리 장착되어야 하며, 그에 의해 수명이 단축되고 증가된 제한에 의해 공기흐름을 급하게 감소시키게 된다. 다른 환경은 다른 입자 크기의 다른 분포의 변화를 포함하는 먼지 입자의 다른 타입을 경험하게 한다. 이러한 타입의 필터는 지구상에 존재하는 많은 다른 기후 및 운전 환경에서 최적화되지 않을 수 있다. Kobayashi의 미국 특허 6,885,554에 방수성을 갖는 비 멤브레인 소재에 관한 논의가 있고, 이는 다공성 멤브레인 또는 Teflon, 또한 다양한 종류의 방수성 섬유 소재를 언급하고 있다.
'554 특허에 언급된 것과 같은 냉각 방수성 포장에 관한 종래기술은 전자기기 하우징 내로 새로운 외부 공기를 유입하는 방식과 달리 내부 공기를 냉각하기 위해 열교환기를 사용하는 밀봉된 열교환기 시스템이다. 그러나 이러한 타입의 시스템은 새로운 공기가 하우징 내부에 유입되지 않기 때문에 필터를 사용하지 않는다. 대신에, 분리된 외부 및 내부 팬이 열교환기를 통해 공기를 순환시킨다. 그러므로 이러한 시스템은 통상적으로 보다 비싸고 이에 더하여 열 교환기 유닛 내의 열교환 효율에 의존하게 된다.
다양한 산업 테스트 표준이 통신기기 하우징 또는 냉각 시스템을 포함하는 다른 종류의 포장을 위해 개발되어 왔으며, 또한 이는 멤브레인 타입 여과 유닛과 함께 열 교환 유닛에도 모두 적용된다. 이러한 것들은 예를 들어 윈드 드리븐 레인 인투르젼 테스트(wind driven rain intrusion test), 레인 인투르전 테스트(rain intrusion test, 바람 없고 강한 비), 잔디 스프링쿨러 테스트, 날씨 견고성 및 먼지 침투 테스트, 바람 저항 테스트, 충격 저항 테스트, 내화 테스트(예를들면, 브러시 화재에 의한), 부식저항 또는 소금 안개 테스트를 포함할 수 있다. 필터에 소금 안개가 30일간 지나가도록 하는 것이 필요하기 때문에 소금 안개 테스트가 가장 어렵다. 예를 들어 하나의 테스트에 따라, 모든 캐비넷이 환경 테스트 챔버에 위치해야 하고 GR-487-CORE에 합치되고 ASTM B 117에 따라 소금 안개 스프레이에 30일간 노출되어야 한다. 팬(다시말하면, 열 교환기 팬)이 외부 공기를 순환시키기 위해 사용되고, 이러한 노출동안 운전상태에 있게 된다. 습기가 필터 요소를 통과하여 들어가고 또한 캐비넷으로 들어가는 것을 방지할 수 있는 필터 만이 이러한 테스트를 통과할 수 있다. 심각하게 어려운 필터를 위한 다른 테스트는 가상 강우 테스트이다.
본 발명은 이미 개발된 것에 대한 개량된 것에 속한다.
본 발명은 개별적으로 또는 조합되어 요구되고 특허받을 만한 몇 가지 특징들을 갖지만, 하기의 것에 제한되지는 않는다.
본 발명의 많은 특징들이 많은 산업에서 요구되는 엄격한 테스팅 기준 및 프로토콜에 따라서 더스트 부하(dust load) 및 습기 침범을 방지할 수 있는 통신 산업을 위한 멤브레인 프리 필터에 대해서 제시하고 있다. 촘촘한 섬유가 모세관활동 및 표면장력 특성을 제공하기 위하여 얽혀있다. 다른 특징으로 발포 우레탄(foamed urethane), 플라스티솔(plastisol)이나 그와 같은 고분자 물질로 이루어져 일체로 밀봉을 제공하는 일체로 형성된 프레임에 관한 것이다. 이러한 특징은 또한 전자 하우징을 위한 멤브레인 미디어로 사용될 수 있다.
본 발명의 한 특징으로, 장치는 통신 전자 부품(telecommunications electronic components), 상기 통신 전자 부품을 에워싸는 하우징을 포함하는 냉각 유닛을 갖는 통신 기지국(telecommunication station)을 포함한다. 상기 하우징은 외부의 공기 환경으로부터 공기를 받아들이는 공기 유입구를 갖는다. 상기 장치는 상기 공기 유입구를 통하여 들어오는 공기를 여과할 수 있도록 배열되는 필터 요소를 추가적으로 포함한다. 상기 필터 요소는 멤브레인 층이 없다. 상기 필터 요소는 상기 통신 전자 부품의 오염을 방지할 수 있도록 공기에 포함된 습기 및 먼지의 출입을 방지하는 섬유조직망(fiber entanglement)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징으로, 필터는 물과 판넬 필터를 제공할 수 있도록 적용되는 내식성의 다각 프레임과 상기 다각 프레임과 기밀하게 결합되는 다각 개스킷 및 상기 다각 프레임 내로 기밀하게 탑재되는 필터 미디어를 포함한다. 상기 필터 미디어는 적어도 0.50인치의 주름 깊이(pleat depth)를 갖고 멤브레인 층이 없는 복합 미디어이다. 상기 필터 미디어는 캐리어 기질층(carrier substrate layer) 및 그것에 적층된 효율 섬유조직망(efficiency fiber entanglement)을 추가적으로 포함한다. 상기 효율 섬유조직망은 MERV 14 rating 보다는 더 큰 복합 미디어를 제공할 수 있도록 소수성 섬유를 추가적으로 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징으로, 통신 장비를 보호하는 방법은 (a)공기 유입구를 갖는 하우징에 전자 통신 장비를 수용하는 단계; 및 (b)상기 하우징에 대해서 밀봉할 수 있도록 밀봉부재를 갖는 필터를 상기 공기 유입구에 배치하는 단계;를 포함한다. 상기 배치된 필터는 투과성의 캐리어 미디어 층(carrier media layer)과 결합되어 물이 접근하지 못하도록 된 깊이-적재 미디어 층(depth-loading media layer)을 포함한다. 이러한 결합은 멤브레인 층이 없고, 구멍의 50% 이상이 직경 5 내지 8 미크론(micron)이고, 구멍의 20%이상이 직경 8 내지 11 미크론이며, 구멍의 15%이상이 직경 6미크론보다는 적은 공극분포를 갖는 적어도 MERV 16 rating의 복합 필터 미디어이다.
본 발명의 또 다른 특징으로, 장치는 통신 전자 부품을 감싸는 하우징을 포함하는 냉각 유닛을 포함한다. 상기 하우징은 외부의 공기 환경으로부터 공기를 받아들이는 공기 유입구를 갖고, 필터 요소는 상기 공기 유입구를 통하여 들어오는 공기를 여과할 수 있도록 배열된다. 상기 필터 요소는 통신 전자 부품의 오염을 막을 수 있도록 공기 중에 포함된 습기 및 먼지의 침입을 방지한다. 상기 필터 요소는 필터 미디어 및 상기 필터 미디어 주변부에 연장되어 고분자 물질로 몰드된 테두리 프레임을 포함한다. 또한, 상기 테두리 프레임은 필터 요소와 냉각 유닛 사이의 밀봉을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징으로, 필터는 통신 전자 장치를 감싸는 통신 하우징에서 사용되고, 상기 하우징은 외부 환경에 노출되어 있다. 상기 필터는 다각 프레임과 상기 프레임과 하우징 사이에 밀봉을 제공하는 씰(seal) 및 플리티드 필터를 제공하기 위하여 프레임을 가로질러 연장하는 플리티드 필터 미디어를 포함한다. 상기 플리티드 필터 미디어는 미스트(mist) 및 먼지로부터 통신 전자장치를 보호하기 위하여 외부환경에서 존재하는 공기로부터 미스트(mist) 및 먼지(dust)를 여과하는 적어도 하나의 층을 갖는 선택된 깊이-적재 필터 미디어를 포함한다.
본 발명의 다른 특징들, 본 발명의 목적 및 장점은 도면을 참고하여 아래의 상세한 설명을 통해 더욱 명확하게 될 것이다.
명세서와 함께 그 일부로 첨부된 도면은 본 발명의 다양한 측면을 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 요소의 사시도.
도 2는 도 1의 종단면도.
도 2a는 도 2와 유사한 다른 실시예에 따른 필터 요소의 종단면도이지만, 필터요소는 부가적인 스크림 물질(scrim material)이나 금속 혹은 표면 여과 프리필터를 제공하기 위하여 상부 측을 따라 함께 주름진 플라스틱 메쉬를 포함한다.
도 2b는 도 2와 유사한 다른 실시예에 따른 필터 요소의 종단면도이지만, 필터요소는 평평한 스크림 물질이나 금속 혹은 표면 여과 프리필터를 제공하기 위하여 상부 쪽 주름 끝에 측에 본드된 플라스틱 메쉬를 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 필터 요소가 각각 통합된 인클로저(enclosure) 및 타워 캐비넷을 포함하는 다른 형태의 하우징을 포함하는 통신기지국의 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 필터요소를 통합하는 팬 냉각 캐비넷의 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 우레탄 프레임 및 씰을 갖는 필터 요소의 종단면도.
도 6은 도 1a의 필터 요소 프레임/씰에서 사용가능한 보강링의 일부를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 필터 요소 프레임/씰을 위한 몰드의 종단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 필터 요소 프레임/씰을 위한 몰드의 다른 섹션의 종단면도.
도 9는 도 1d의 몰드 및 필터 요소 프레임/씰의 종단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 미디어의 종단면을 도시한 개략도.
도 10a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 필터 미디어의 종단면을 도시한 개략도.
도 11은 Example 2에 사용된 복합 필터 미디어의 종단면도를 보여주는 85배 확대 사진으로, 깊이-적재 미디어 및 기판 혹은 캐리어 미디어를 포함한다.
도 12는 Example 2에 사용된 깊이-적재 필터 미디어의 종단면도를 보여주는 800배 확대 사진.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 미디어를 위한 먼지 적재의 다양한 단계에서 제거효율 대 입자 크기의 관계를 보여주는 그래프.
도 14는 도 13의 그래프에서 나타난 다수개의 곡선에 기초한 최소 효율 곡선을 나타낸 그래프.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필터 요소의 공극분포를 나타내는 그래프.
도 16은 본 발명에 따른 복합 필터 미디어의 누적 여과율 대 평균 공극 직경의 관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 임의의 바람직한 실시예에 대하여 설명될 것이지만, 이러한 실시예들이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 반대로, 다른 모든 대체물, 수정, 등가물이 본 발명의 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 권리범위 내에 포함될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 요소(100)를 도시하고 있다. 상기 필터 요소(100)는 판넬 필터를 제공하기 위하여 일반적인 직사각형 프레임(104)으로 도시된 구조적인 지지부에 부착되는 복합 필터 미디어(102)를 포함한다. 프레임(104)의 형태로 도시된 상기 구조적인 지지부는 부식, 물에 의한 손상, 열적 수축 및 팽창이나 다른 환경적인 영향에 견딜 수 있는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 발포 우레탄, 플라스틱 또는 다른 적절한 재료로 이루어질 수 있으며, 여기서 상기 필터 요소(100)는 바다 근처의 해변 지역에서 발생하는 염분을 포함하여 다룬다. 판넬 필터가 통신 여과 응용기기를 위한 형태로 도시되고 언급되었지만, 상기 구조적인 지지부는 판넬 필터에서 축방향의 선형적인 흐름 대신에 반경방향 내측 또는 반경방향 외측의 흐름을 제공하는 원통형 또는 계란형의 필터 미디어를 지지하는 중공형의 지지부재와 같은 다른 형태를 취할 수 있다.
상기 필터 요소(100)는 상기 프레임(104)과 기밀하게 결합되고 바람직하게는 하우징에 대한 맞물림 및 씰링(sealing)을 위해 거기에 장착되고 옮겨지는 직사각형의 씰(seal, 106)을 포함한다. 상기 씰(106)은 상기 필터 요소(100)가 장착되는 하우징과 프레임(104) 사이에서 밀폐된 밀봉을 수행할 수 있도록 우레탄이나 고무와 같은 재질 또는 적절한 탄성 밀봉재와 같은 통상적인 탄성재질이다. 개스킷 재료는 축방향 압축 밀봉을 제공하기 위하여 하우징(302)(도 3참고)에 장착될 때 축방향(일례로 판넬 필터의 면과 수직)으로 압축할 것이다. 또한, 반경방향의 씰, 와이퍼 씰, 굴절 씰 및 핀치 개스킷을 포함하는 다른 씰들이 고려될 것이다.
상기 필터의 밀봉이 하우징 또는 씰 지지부의 표면과 맞물리는 개별적인 씰 부재에 의해 제공되는 것도 가능하지만, 씰 부재는 필터의 교환 주기로 교환될 수 없고, 이는 궁극적인 씰 피로도 또는 밀봉의 온전함 및 신뢰성과 관련된 다른 문제 때문에 바람직하지 못하다. 위에서 논의된 이러한 모든 사례에서(개별적으로 형성되지만 영구히 부착된 개스킷, 교체주기 및 일체로 형성된 개스킷, 프레임으로부터 분리가능하고 하우징에 장착되는 개별적인 개스킷을 포함한다), 상기 개스킷은 그들 사이에서 밀봉을 제공하기 위하여 프레임과 기밀하게 맞물리고 하우징(302)과 씰 사이의 누설을 방지한다.
몇몇 실시예에서, 상기 복합 필터 미디어(102)는 평평한 시트일 수도 있지만, 도시된 실시예에서 상기 복합 필터 미디어(102)는 주름진 형태가 가장 바람직하고, 거기에 주어진 부피 또는 할당된 공간을 위한 프레임(104) 내에 복합 필터 미디어(102)의 표면 영역을 증가하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 복합 필터 미디어(102)의 둘레는 프레임(104)의 내부표면에 통상적으로 접착제를 사용하여 기밀하게 부착되고, 이는 필터 미디어(102)와 프레임(104) 사이의 내부 둘레 밀봉을 제공한다. 이것은 프레임(104)과 필터 미디어(102) 사이에서 여과되지 않은 공기의 순환을 방지한다. 고 흐름율 환경에서 작동하도록 되어 있는 필터 요소를 위해 플라스틱 핑커 스페이서 또는 규칙적인 간격으로 이격된 핫멜트형 접착제와 같은 스페이서는 구조적인 강성을 높이고 미디어의 변형을 방지할 수 있도록 주름진 필터 미디어를 따라 규칙적인 간격으로 배치된다. 주름진 것에 더하여, 상기 복합 필터 미디어(102)는 구조적인 강성을 높이고 표면영역을 증가시키며 판넬 필터를 위한 부피로 조정될 수 있는 미디어의 총량을 증가시킬 수 있도록 엠보싱 되어 있다. 필터 미디어를 엠보싱 하는 방법은 미국특허 6,685,833, 미국특허 5,290,447, 미국특허 5,804,014에 개시되어 있고, 또한 일부 실시예로 본 발명의 복합 필터 미디어에 적용될 수 있는 독일특허 19755466에서도 개시하고 있다. 이러한 특허들 각각은 이러한 혹은 다른 플리팅 및 엠보싱 기술이 사용되는 것과 같이 전체로서 참고된다.
통신 냉각 필터 응용기기를 위한 본 발명의 각각의 실시예에서 주름깊이(pleat depth)는 통상적으로 적어도 약 0.50인치이고, 2인치, 4인치, 6인치 혹은 12인치일 수 있다.(여기서, "약"은 깊이가 프레임의 유효 깊이, 제공되는 유효 깊이보다도 다소 적은 몇 가지 변화에 의해 측정되는 것을 고려한다.) 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 필터 미디어(202)는 주름진 팁(206)을 갖는 복수 개의 주름(204)을 포함할 수 있도록 주름져 있고, 상기 주름 팁(206)은 대체로 수직하게 연장되고 중력에 의해 주름들(204) 사이로 습기가 배출될 수 있도록 수평으로 이격되어 있다. 유사하게, 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(302)(박스 형태의 캐비넷)에서 필터 위치는 상부 판넬 혹은 바닥 판넬에 형성되지 않고, 판넬 필터의 경우 필터(200)의 수직 방향성을 향상시키기 위해 상부와 하부 사이에 뻗어있는 4개의 측면 판넬 중 어느 하나에 형성될 수 있다.(예를 들어, 판넬 필터의 평면이 대체로 수직한 상태-이것은 대각방향에서 중력에 의한 배출이 가능하다할지라도 도시된 바와 같이 수직적으로 배치되거나 충분한 수직적인 요소를 포함하는 것을 의미한다.)바람직하게는, 장착되었을 때 상기 주름(204)들은 주름 팁(206) 사이에서 수직적인 배수채널을 형성할 수 있도록 대체로 수직방향으로 있지만, 일부 환경에서는 주름들이 수평하게 배치되도록 필터요소가 설치되는 것이 고려될 수 있다. 몇몇 바람직한 실시예에서 설정된 장착 방향을 확실히 하기 위하여, 하우징(302) 및 필터(200) 사이에서 비정사각형 배열 및/또는 특별한 장착 면 방향이 생각될 수 있고(정사각형 배열이 사용될 수 있다), 이는 배수를 더 좋게 하기 위하여 상당히 수직적인 방식으로 주름들(204)이 상,하로 작용하는 것을 보장하게 된다.
상기 필터 미디어(202)는 접착제(211)를 사용하여 프레임(208)에 부착된다. 상기 프레임은 알루미늄과 같은 비부식성 금속이나 플라스틱으로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 상기 프레임(208)은 3개의 면을 갖는 제1 C형 채널(213)을 갖고, 상기 주름진 필터 미디어(202)를 수용할 수 있는 크기를 갖는다. 접착제(210)은 필터 미디어(202)가 프레임(208)에 견고하게 고정되도록 필터 미디어(202)가 안착되는 상기 제1 C형 채널(213)의 세 면 중 적어도 2개의 면에 배열된다. 상기 프레임(208)은 개스킷 씰(216)을 유지하는 제2 C형 채널(214)을 갖는다.
또한, 통신 냉각 필터 응용기기를 위한 본 발명의 각각의 실시예에서 판넬 필터들은 최소 6인치의 폭과 최소 6인치의 길이를 가질 수 있다.(폭과 길이는 정사각형구조에서 동일하다) 그러나 통상적으로 2 내지 6 피트의 폭과 2 내지 6 피트의 길이를 가질 것이다.
도 3을 참고하면, 복합 필터 미디어(303)를 갖는 필터 요소(301)는 전자 장비(320)의 작동에 영향을 줄 수 있는 미립자 및 습기를 공기로부터 제거하기 위한 것이다. 필터 요소(301)의 상류 측 화살표 310은 필터 요소(301)를 포함하는 공기 유입구(306)를 통해서 하우징(302)으로 들어오는 미립자가 가득한 공기를 나타낸다. 두번째 화살표 312는 미립자가 없는 공기로써 공기가 필터 요소(301)의 하류측을 통과하는 것을 나타낸다. 효율성, 침투성, 공극분포, 기준 무게, 두께 등과 같은 복합 필터 미디어(303)의 물리적인 특성은 아래에서 논의될 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 통합된 필터요소가 전형적으로 사용되는 환경을 도시하고 있다. 상기 필터 요소(301)는 옥외의 하우징(302)에 설치된다. 예를 들면, 라디오 타워(304)의 기부에서 통신기지국(300)에 사용될 수 있다. 공기 유입구(306) 및 공기 유출구(308)를 포함하는 옥외 하우징(302)는 통상적으로 고가이고 환경에 민감한 전자 통신 장비(320)를 수용하고, 이는 유입구(306) 및 유출구(308) 사이에서 공기의 흐름을 따라 개략적으로 정렬된 것으로 도시되어 있다. 내부의 온도를 규제하기 위하여 이러한 하우징(302)에 사용되는 냉각 시스템은 장비(320)를 냉각시키기 위하여 외부 환경에서 하우징(302) 내로 차가운 공기를 끌어들이는 하나 또는 그 이상의 팬(314)을 포함한다. "팬"은 센트리퓨갈 휠(centrifugal wheel), 블로어(blower), 팬(fan), 블레이드(blade) 또는 필터를 통과하여 공기를 이동시키는 공기 이송 장치를 포함함을 의미한다.
차가운 공기가 상기 공기 유입구(306)로 들어옴과 동시에 하우징(302)의 내부에 따뜻한 공기는 공기 유출구(308)를 통해 외부의 환경으로 배출된다. 상기 공기 유입구(308)는 또한 필터 요소(301)(비록 훨씬 작을 지라도)와 유사한 필터 또는 비가동시나 압력 분포 때문에 여과되지 않은 공기의 역류를 방지하는 체크밸브를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 활용되는 몇몇 하우징은 하우징을 통해 외부로부터 차가운 공기를 이동시키기 위하여 팬을 사용하지 않는 냉각 시스템을 가질 수도 있다. 예를 들면, 어떤 하우징은 단순히 공기 유입구(306)와 같은 개구부를 통해 통풍될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 하우징(322)(가상선으로 도시된)은 라디오 타워(304)에 장착된 전자 장비(324)를 내장하고, 이는 라디오 타워(304)의 상부에 있는 트랜스미터(325)에 연결될 수 있다. 라디오 타워(304)의 구조적인 부재(327)에 고정된 하우징(322)은 창고형 하우징(302)보다 상당히 작아서 전자 장비(324)는 하우징의 외부로부터 제공된다. 상기 하우징은 유입구(326) 및 유출구(328)를 갖는다. 유입구(326) 및 유출구(328)는 창(louvers)이 닫힐 때 유입구로의 또한 유출구로부터의 공기의 흐름을 차단할 수 있도록 설정된 미늘 모양 같은 창살의 개구부를 갖는다. 상기 창은 필터 요소(330)의 필터 미디어에 입수되는 물과 먼지를 보관한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 유출구(328)는 또한 필터 요소(미도시)를 갖는다. 팬(330)은 냉각용 공기를 유입구(326)로부터 하우징(332)을 통과하여 유출구(328)를 통하도록 이동시킨다.
창고형 하우징(302)에 배치되거나 타워에 장착된 하우징(322)에 배치되든지 간에, 필터 요소(301,330)의 필터 미디어에서 주름은 수직하게 장착되어 주름의 깊이에 의해 갇힌 물이 필터요소 프레임의 바닥으로부터 배출될 수 있도록 한다. 그러나, 상기 필터 요소(301,330)는 주름이 수평하게 되도록 장착될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 필터 요소(401)가 통합된 팬 냉각 유닛(400)이 도 4에 도시되어 있다. 상기 팬 냉각 유닛(400)은 온도, 습도, 먼지, 염분 등에 민감한 전자 부품(403)을 수용하도록 구성된다. 일 실시예로, 상기 팬 냉각 유닛(400)은 그것에 공기 유입구(404) 및 공기 유출구(406)를 갖는 방수 캐비넷(402)을 포함한다. 상기 캐비넷(402)은 바람직하게는 물의 침범을 방지할 수 있도록 언급된 다양한 테스트를 통과할 수 있는 것이 되고 필터 요소(100)와 함께 방수 구조를 형성한다. 팬(408)은 전자 요소(403)를 냉각시키기 위하여 공기 유입구(404)를 통하여 공기를 인입시키고 공기 유출구(406)를 통하여 따뜻한 공기를 배출시킨다. 본 발명의 다른 실시예로, 상기 팬 냉각 유닛(400)은 복수 개의 팬들을 포함한다. 상기 필터 요소(401)는 들어오는 공기로부터 습기 및 미립자를 제거하기 위하여 공기 유입구(404)에 배치된다. 또한, 제2 필터 요소(미도시)는 습기 및 미립자가 공기 유출구(406)를 통하여 팬 냉각 유닛(400)으로 들어오지 못하도록 공기 유출구(406)에 배치될 수 있다. 팬 냉각 유닛(400)은 사용 수명을 증가시키기 위하여 필터 요소(401)를 위한 루버 판넬(louvered panel)(409)과 같은 몇 가지 형태의 보호 커버링(covering)을 포함할 수 있다. 상기 루버 판넬(409)은 필터 요소(401)와 접촉되는 습기를 제한하기 위하여 필터 요소(401)로부터 하우징(402)의 외부를 따라서 빗물을 배출하고 편향시킨다.
하기에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 팬 냉각 유닛(400)의 필터 요소(100) 및 통신 기지국(300)의 하우징(302)에 사용되는 복합 필터 미디어(102)는 본 발명에 따라, 멤브레인 재료가 없다. 본 발명에 따른 실시예는 그대신 고 효율 멜트 블로운 미디어(melt blown medias) 및/또는 여기서 논의된 것과 같은 섬유 조직망을 포함하는 미디어와 같은 섬유 조직망을 활용한다. 여기서 논의된 미디어들은 더 낮은 제한 및 더 큰 먼지 함유 능력을 포함하여 상당한 이득을 제공할 수 있다.
전체 깊이에서 더 랜덤하고 더 개방된 구조를 갖는 섬유 조직망을 얻기 위하여, 모세관 활동 및/또는 물의 표면 장력은 이러한 섬유 조직망을 통하여 습기가 흐르는 것을 방지할 수 있는 중요한 특징이 실현되었다. 모세관 활동은 필터 미디어의 섬유 구조를 통해 발생되는 것과 같이 작은 구멍 안으로 인출되거나 좁은 관에서 상승하는 물의 경향이다. 스폰지 혹은 종이 타월은 모세관 활동의 한 예이다. 물 분자 사이에서 존재하는 상호간의 인력은 응집력으로 잘 알려져 있고 물을 작은방울로 유지한다. 응집력은 물체가 가라앉지 않고 물의 표면상에 지지될 수 있도록 물보다는 밀도와 관련된 표면 장력을 창출한다. 재료와 다른 물의 인력이 존재할 때, 이것은 종종 접착력으로 언급된다. 따라서, 미디어에서 공극의 크기뿐만 아니라 선택된 섬유의 종류 사이에서도 상호작용이 존재한다. 충분히 작은 구멍은 모세관 활동(예를 들면, 충분히 작은 관은 물의 중력을 극복하여 물을 관 내부에 가두거나 빨아들일 것이다.)에 의해 물의 침입을 방지한다.
예를 들면 멜트 블로운 미디어들(melt blown medias)은 전 깊이에 걸쳐 발달된 다양한 공극 구조와 함께 상당한 깊이를 갖는다. 더욱이, 합리적인 공기 흐름을 가능하게 하기 위하여 상기 미디어는 충분한 냉각이 가능하도록 충분히 개방된다. 그러나, 복수 개의 다른 가상 무한 길이 섬유를 포함하는 섬유 조직망은 변형되고, 신축되며 공극 크기 및/또는 여과 성능을 바꿀 수 있다.
멤브레인 재질의 사용을 피하기 위하여 다양한 여과 특성들이 습기의 침입을 방지하고 특히 솔트 포그 테스팅(salt fog testing)과 같은, 통신 산업에서 요구되는 엄격한 테스팅 기준을 만족하는 것과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 동시에 과도하게 제한적이지 않도록 공기 흐름을 가능하게 하고, 동시에 먼지 적재 용량을 충분히 제공하도록 하는 것 역시 관련이 있다. 그리고 표면 적재 미디어 같은 특징을 갖는 멤브레인과 비교할 때, 미디어의 전 깊이에 걸쳐 보다 큰 용량을 갖는 것으로 여겨지며, 또한 미디어의 표면에서 빠르게 막히게 하는 경향이 있을 수 있다.
발포 우레탄 직사각형 프레임(혹은 씰을 제공하는 플라스틱 재질의 얇은 웹을 갖는 플라스틱 프레임)의 경우에, 상기 씰은 프레임을 만들기 위하여 사용된 우레탄 풀(pool)의 일부로써 프레임과 함께 일체로 형성되고 단일의 요소 파트로써 씰을 형성한다. 본 발명의 실시예는 상대적으로 부드러운 우레탄 발포고무가 더 단단한 우레탄 발포고무와 함께 조합되어 형성되는 이중-경도계 우레탄 발포고무 재질로 이루어진 일체형 프레임/씰 부재를 갖는 필터 요소를 포함한다. 도 5에는 이러한 필터 요소(110)가 도시되어 있다. 상기 프레임(112)은 더 부드러운 우레탄 부분(116)과 함께 조합되어 형성된 상대적으로 딱딱한 내부 우레탄 부분(114)을 갖고, 이는 하우징(302)을 갖는 씰을 형성하게 된다.(도 3 참고) 상기 우레탄 발포고무는 복합 미디어(118)의 단부 근처에 주조되고, 따라서 복합 미디어(118)과 프레임(112) 사이에 강한 결속을 발생시킨다. 다른 실시예로, 필터 요소(110)는 일체이고 단일-경도계 우레탄 발포고무(single-durometer urethane foam) 프레임/씰을 포함한다.
다른 실시예로, 필터 요소(110)는 필요하다면 부가적인 강성을 제공하기 위하여 금속 혹은 플라스틱 재질의 선택적인 직사각형 보강링(119)(점선으로 도시된)이 몰드된 일체의 단일-경도계 우레탄 발포고무 프레임/씰을 포함한다. 통상적으로, 상기 보강링(119)은 천공되어, 상기 우레탄 발포고무가 주형안으로 부어질 때 우레탄은 구멍을 통해 흐르게 되고, 이에 의해 프레임에 보강링(119)을 결속시킨다. 상기 우레탄 재료는 프레임에 파묻히도록 프레임 주위로 또한 프레임을 통해서 흐를 수 있도록 허용할 것이다. 도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 보강링(119)이 도시되어 있다. 상기 직사각형의 보강링(119)은 천공(121) 및 스탠드오프(standoff)(123)를 포함한다. 보강링(119)의 바닥면 상의 스탠드오프(123)는 거푸집의 요부의 바닥 표면 상에 안착되어 보강링(119)의 몸체를 유지하여 상기 우레탄 발포고무가 보강링을 완전히 감싸도록 한다.
도 7에 도시된 본 발명의 실시예는 씰을 갖추어 주조되는 우레탄 프레임이 두 번의 붓기 과정을 통해 어떻게 형성되는지를 보여주고 있다. 필터 요소(120)는 상대적으로 부드러운 우레탄 부분(126)보다 더 높이 올라온 상대적으로 딱딱한 우레탄 부분(124)인 일체형의 우레탄 발포고무 프레임/씰(122)을 포함하고, 복합 미디어(128)의 단부를 감싸는 하우징(302)(미도시)과 함게 씰로써 작용하는 개스킷을 포함한다. 도 6은 프레임/씰(122)의 종단면도이고, 그것이 어떻게 몰드(130)안에서 형성될 수 있는지를 보여준다. 상기 몰드(130)는 개구된 단부를 갖는 자유-상승(free-rise) 몰드이지만, 폐쇄된 몰드 역시 프레임/씰을 형성하기 위하여 사용될 수 있음을 고려할 수 있다. 상대적으로 부드러운 우레탄 재료(126)는 몰드(130)의 바닥에 부어지고, 이는 둥근 개스킷을 갖는다. 복합 미디어(128)의 단부는 몰드(130)의 내부에 배치되고, 부드러운 우레탄 재료(126)는 필터 미디어의 팁 단부와 밀봉되어 맞물리도록 발포형성될 수 있고 이는 외곽 씰(seal)을 제공하게 된다. 그리고 나서, 상대적으로 딱딱한 우레탄 재료(124)는 부드러운 우레탄 재료(126)의 완전한 경화에 앞서 상대적으로 부드러운 우레탄 재료(126)의 상부에 부어지고, 앞서 언급한 복합 미디어(129)의 단부 주위에 부어지며, 이는 외곽 필터 미디어 및 일체형 우레탄 프레임/씰(122) 사이의 밀봉을 확실히 하도록 프레임의 나머지 부분을 형성하게 된다. 딱딱한 우레탄 재료(124)는 부드러운 우레탄 재료(126)가 완전히 굳어지기 전에 부어져서 두 개가 서로 완전하게 결속될 수 있도록 한다. 또한, 동일한 우레탄이 하나가 다른 것보다 더 딱딱하거나 더 부드럽게 되지 않도록 두 번의 붓기 작업에 사용될 수 있다. 플라스티솔(plastisol) 혹은 다른 고분자 물질(polymeric materials)이 또한 사용될 수 있다.
도 8은 복합 필터 미디어(142) 및 도 6에서 주조된 측면에 인접한 복합 필터 미디어(142)의 측면(146)을 주조하기 위한 주형 섹션(144)을 포함한 필터 요소(140)를 도시하고 있다. 복합 필터 미디어(142)의 측면(146)은 도 6과 같이 자유-상승 몰드(144) 내로 떨어지지 않지만, 몰드 다리의 상부에 얹혀진다. 몰드(144)에서 프레임/씰의 형성은 두 단계의 과정이다. 상대적으로 부드러운 우레탄 발포고무는 몰드(144)안으로 부어지고 몰드(144) 상에 얹혀진 주름들의 팁들과 함께 결속된다. 상기 우레탄이 경화된 후에 상대적으로 딱딱한 두 번째 우레탄 발포고무가 몰드(144)의 벽과 복합 필터 미디어(142)의 단부(146) 사이의 공간(148)에 부어진다. 두 번의 과정에서, 부드러운 우레탄 재료 및 딱딱한 우레탄 재료는 반대면을 따라 외곽 씰을 제공할 수 있도록 인접한 주름들 사이의 갭으로 흘러 들어간다.
도 9는 몰드(144) 및 중합 프레임/씰(145)과 필터 미디어(142)를 갖는 필터 요소(140)의 종단면도이다. 일 실시예로, 상기 완전하게 형성된 프레임/씰(145)은 우레탄 발포고무, 플라스틸솔 또는 이와 유사한 재질로 이루어질 수 있고 상대적으로 부드러운 부분(126)과 상대적으로 딱딱한 부분(124)을 갖는 이중-경도계 재료일 수 있다. 밀봉 개스킷(147)을 갖는 부드러운 부분(126)은 몰드(144)에 먼저 부어진다. 만약 주조되는 재료가 우레탄 발포고무라면 그것은 몰드에서 부풀어 오르기 때문에 우레탄 발포고무는 필터 미디어(142)에 의해 흡수되는 경향을 보인다. 우레탄 발포고무가 경화되면, 결속이 필터 미디어(142)와 프레임/씰(145) 사이에서 형성된다. 우레탄 발포고무의 딱딱한 부분(124)은 몰드(144)와 필터 미디어(142)의 단부(146) 사이의 공간(148)에 주입된다. 이러한 방법으로, 딱딱한 부분(124)은 먼저 부어진 부드러운 부분(126)과 함께 결속되고 필터 미디어(142)의 한 부분을 감싸고, 따라서 일체로 형성된 우레탄 프레임/씰(145)에 필터 미디어(142)를 결속시킨다.
바람직하거나 선호되는 특성, 능력 및 여과 미디어에 대한 실시예의 특징
따라서, 다양한 가이드라인 및 파라미터는 적절한 미디어를 위해 고려되어 왔다. 필수불가결하게 요구되는 것들 중 모든 것은 아니지만 팬들이 하우징과 함께 필터 미디어를 통해 공기를 끌어당기도록 작동하는 동안 계속되는 소금 안개 스프레이 박무 노출의 영향을 견딜 수 있도록 표면장력 및 모세관 효과를 사용할 수 있는 미디어를 개발하는 데 있어서 유용한 것으로 고려되고 알려져 있고, 거기에서 필터를 통해 그리고 하우징 안으로 습기에 의한 브레이킹(breaking)을 방지한다. 이와 같이, 본 발명의 실시예들은 하나 또는 그 이상의 특징 및 파리미터들을 아래에서 논의할 것이며, 바람직하게는 훨씬 더 좋은 것을 논의할 것이다.
일부 실시예에서 선호되는 한가지 구조적인 특징은 주름성을 제공하고 모세관 운동으로 인한 습기 관통 저항을 위해 제공되는 고효율 깊이-적재 미디어 층의 조합에서 깊이 적재을 통한 작은 먼지 입자 포집뿐만 아니라 강도함수(만약 상류측을 따라서 위치된다면 선택적이고 부가적인 먼지 깊이 적재 함수)를 지지할 수 있도록 분리된 캐리어(carrier) 또는 기질층(substrate layer)을 제공한다. 캐리어 기질층은 고 효율 깊이 적재 미디어 층의 상류 쪽 또는 하류 쪽 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이 여기서 논의된 실시예들 중 어떤 것에 사용될 수 있고 적용될 수 있는 복합 필터 미디어(102)는 지지 캐리어 기질 지지 층(support carrier substrate support layer)(502) 및 상기 캐리어 기질 지지 층(502)의 표면에 적층되는 멜트 블로운 섬유(melt brown fiber)를 포함하는 섬유 조직망인 하나 또는 그 이상의 디포지션 효율 층(deposition efficiency layer)(504)을 포함할 수 있다. 도 10A의 실시예는 기질층(502)에 적층된 하부층과 그것의 상부에 퇴적된 두 개의 멜트-블로운 퇴적 효율 층(506,508)을 도시하고 있다. 양쪽 효율 층들(506,508)은 동일하거나 또는 유사한 멜트-블로운 섬유 구성 및 특성 중 어느 하나를 가질 수 있고, 변화 깊이-적재나 다른 여과 특징을 위하여 제공되는 다른 섬유 구성 및 특성을 가질 수 있다.
도 11은 예시적인 필터 미디어의 SEM 이미지를 보여주는데, 한 쌍의 관찰이 다양한 실시예들을 위한 미디어의 선택에 관해 만들어질 수 있다. 첫째로, 각각의 섬유들의 평균 섬유 두께는 하나 또는 그 이상의 퇴적층들에서 보다는 캐리어 기질 지지 층에서 훨씬 더 크다. 예를 들면, 상기 기질층에서 각각의 섬유들의 평균 섬유 두께는 5 미크론과 50 미크론 사이일 것이고, 더욱 바람직하게는 10 미크론과 35 미크론 사이이다. 섬유 두께에서 아주 작은 변동성은 기질 지지 층에서 제공되어 지는 것으로 보여진다.(2.5배의 변화보다는 작고 통상적으로 가장 큰 섬유와 가장 작은 섬유(섬유들의 97.5%에서 측정된 통계학적 수차를 제외하고) 사이에서 섬유 두께 변화 차이의 1배보다는 작다) 상당히 두꺼운 섬유를 갖는 기질 지지 층 또는 캐리어 지지 층은 소금 안개(salt fog) 조건하에서 통신 적용기기에 공기 흐름 조건과 관련되는 것과 같은 영향에 대하여 공기의 흐름력을 견디고 효율층의 핑거(finger) 섬유를 지지할 수 있는 구조적인 지지를 제공할 수 있다. 이는 캐리어 지지 층의 섬유들이 효율 층의 섬유들보다 평균 5 내지 20배의 두께를 갖는다는 사실 때문일 수도 있다.
반대로, 도 12에 도시된 바와 같이, 효율 층은 0.5미크론(500나노미터)과 5미크론 사이의 더 작은 평균 직경을 갖을 수 있고, 예로써 약 5미크론에 근접한 섬유 및 약 1미크론에 근접한 섬유를 갖는 섬유 사이즈에서 더 큰 변동 범위를 갖을 수 있고, 심지어 나노미터 단위로 측정된 두께를 갖는 섬유들을 갖는 초미세한 섬유들일 수도 있다. 따라서, 섬유 두께에서의 변동성은 최소 300%이고, 500%보다 더 크고 아마도 1000%까지 일 것이다.(섬유들의 97.5%에서 측정된 통계학적 수차를 제외하고) 섬유 변화는 더 작은 섬유들 또는 잘 부러지는 형태의 재질을 갖는 섬유들이 훨씬 변형될 수 있고 파손될 수 있으며 공극 크기를 변화시킬 수 있다는 점에서 장점을 갖는 것으로 보여진다. 효율 층 내에 혼합된 다른 사이즈의 섬유들을 갖는 미디어를 선택함으로, 더 작은 섬유들이 공극 크기를 줄이고 미디어의 깊이 내에서 과도하게 구속하는 것 없이 모세관 활동을 발생시키는 이익을 제공할 수 있다는 것이 이론으로 제시되었다. 그리고 더 큰 섬유들은 내부의 지지를 제공할 것이다. 섬유 강도를 유지하고 섬유 그물망 내에서 섬유들의 변형이나 이동을 방지하기 위하여 열 본드, 용해 본드를 가열하고, 및/또는 섬유들 사이의 접촉 점에서 개별적인 섬유들을 끈끈하게 결속시키는 것이 바람직하며, 이것은 실시예로서 고려되어진다. 부가적인 과정이나 멜트 블로운에 포함되는 단계 또는 섬유 그물망 준비 과정이 요구된다.
섬유 재료의 관점에서, 다양한 고분자 재료가 선택되어 질 수 있고, 바람직하게는 포획 효율을 높이기 위하여 정전하를 갖는 섬유들이 제공될 수 있다. 통상적으로 비 흡수성 섬유들은 섬유들의 변형을 피하기 위하여 요구될 것이다. 이에 한정하는 것은 아니지만 폴리프로필렌, 폴리에스터, 나일론, 폴리에틸렌, 복합 요소 섬유 및 이와 유사한 것들을 포함하는 합성 섬유들뿐만 아니라 가능한 유리 섬유나 캐리어 기질 층 및/또는 효율 층을 위한 다른 합성 섬유들이 포함될 수 있다.
캐리어 기질 층을 위한 재료는 가열되거나 주름 가공을 위한 기능성을 제공할 수 있도록 양각일 수 있다. 예를 들면, 미국특허 제6,885,833호, 제5,290,447호 및 제5,804,014호와 독일 특허 제19755466호에는 적절한 캐리어 기질 층 및 엠보싱 및 주름가공을 위한 기술이 개시되어 있으며, 이것들은 여기서 참고문헌으로써 포함된다. 주름가공 후에 성능을 유지할 수 있도록 효율층을 선택하고 효율층과 결합되는 것은 상기 효율층이 첫째로 퇴적되고 캐리어 층에 적층될 수 있도록 하고, 그리고 나서 주름가공 작업이 이루어진다. 예를 들면 효율 층에서 주름가공을 하는 동안 주름 팁에서 일부 신축 또는 압축이 일어날 수 있다는 것이 잘 알려져 있다.
도 11에서 SEM 이미지에서 관찰될 수 있는 것처럼, 상당한 개방 공극 구조를 갖는 상기 기질 지지층은 그것 자체에 의해 상당한 공기 투과도를 제공한다. 예를 들면, 그것 자체에 의한 기질 지지층에서 상기 공기 투과도는 통상적으로 318 cfm/square foot보다는 크다. 그리고 바람직하게는 0.5" 수위계에서 Frazier에 의해 측정된 공기 투과도 테스트에서 300cfm/square foot보다는 더 크다. 상기 기질 미디어 테스트 샘플은 1 제곱미터이다. 공기 흐름에서 구속 또는 제한 요인은 깊이-적재 효율층이고, 합성물은 0.5" 수위계에서 Frazier에 의해 측정해 보면 평방 피트 당 적어도 10cfm의 공기 투과도를 갖고, 바람직하게는 15 내지 40cfm사이를 갖는다. 상기 효율층 테스트 샘플은 100 평방 센티미터이다.
아래에 예시로써 도시된 바와 같이, 입자 포획률은 더 작은 입자들을 위해 요구된다. MERV 14 rating보다 더 큰 것을 갖는 필터 미디어가 요구되는 것이 알려져 왔다. 바람직하게는 최소 MERV 16 rating이 요구된다. 따라서, 효율층은 효율층의 전 깊이에서 모세관 활동 및 표면장력을 통한 습기를 위한 여과를 제공하기 위하여 충분히 타이트(tight)하다.
압력 특성과 관련된 공극의 관점에서, 몇몇 바람직한 특징들이 고려되어 왔다. 바람직하게는, 상기 미디어는 0.6psi보다는 큰 평균 유량 공극 압력을 갖고 10미크론보다는 작은 평균 유량 공극 직경을 갖는다. 바람직하게는 평균 흐름 공극압은 0.8psi보다는 크고 평균 유량 공극 직경은 8미크론보다는 작다. 또한, 0.3psi보다는 큰 포점(bubble point)압력이 바람직하다.
아래에 논의된 예시로 도 8 및 도 9에 도시된 데이터와 같이, 몇몇 바람직한 효율 및 공극 사이즈 특성들이 고려되어 진다. 예를 들면 복합 필터 미디어의 효율은 직경 0.30에서 0.40미크론까지의 입자들에서 약 90퍼센트보다 크다. 더욱이, 매우 타이트(tight)한 공극 입도분포가 공기 흐름을 위해 제공된다. 예를 들면, 복합 필터 미디어(효율층에 의해 조정되는)의 공극 입도 분포는 구멍들의 50퍼센트 이상이 직경 4에서 8미크론 사이인 것이 바람직하다. 바람직하게는 공극 사이즈 평균 직경이 5에서 7미크론 사이이고, 구멍들의 20퍼센트 이하가 직경에서 10.5미크론보다는 작은 것이 바람직하다. 다른 측정에 따르면, 복합 필터를 통한 90퍼센트의 누적되는 필터 유량은 충분한 공기 흐름을 제공하기 위하여 4 내지 6 미크론 사이의 평균 공극 직경(average pore diameter)에서 달성되지만, 20미크론보다는 더 큰 직경을 갖는 구멍들을 통하여 누적되는 필터 유량의 20퍼센트보다는 작다. 더욱이, 바람직하게는 복합 필터 미디어에서 가장 작은 공극 사이즈는 직경이 4 미크론보다는 작고, 공극 사이즈의 5퍼센트 이상이 5미크론보다는 작다.
멜트 블로운 중합 섬유 그물망(예를 들어, 두 개의 효율층 506,508이 결합된)은 바람직하게는 최소 약 0.5mm의 두께를 갖고 통상적으로 1mm보다는 작고 0.3mm와 0.5mm 사이이다. 그리고 복합 필터 미디어(기질 및 효율층이 결합된)는 최소 약 1mm의 두께를 포함하고, 바람직하게는 1mm와 3mm 사이의 두께를 갖는다. 상기 미디어는 15와 40 사이의 공기 투과도(cfm@0.5" H2O)를 갖는다. 효율층이 상류일 때 도 13의 효율 그래프에 의하면 더 작은 입자들을 위하여 이용할 수 있는 깊이 여과(depth filtration)의 최소 0.25mm이다.(1미크론 하에서 더 작은 먼지는 깊이 적재의 경향을 가지지만, 잔해 또는 더 큰 입자들은 미디어의 표면에 적재되는 경향을 갖는다) 이러한 깊이는 또한 도 11에서 참고될 수 있고, 이는 다양한 층들을 보여주기 위하여 복합 미디어를 단면한 것이다.
이는 합성 먼지 무게보다 96퍼센트 더 큰 상당한 먼지 보유 능력을 제공한다. 여기서, 복합 필터의 ASHRAE 먼지 보유 능력은 입방 피트 당 0.75그램보다 더 크다. 더욱이 증가 및 분포 깊이 여과(gradient depth filtration)는 더 큰 먼지 입자들이 기질 캐리어 층에 적재되도록 미디어를 뒤집음으로써 달성될 수 있다.
예시들
예시 1
MERV 14 rated 필터는 솔트 포그 테스트(Salt Fog Test)를 하였다. 킴벌리-클락(Kimberly-Clark)에 의해 만들어진 필터 미디어는 다음의 특징들을 가졌다. KC984L은 밀도 구배이고, 두 개의 구성요소를 갖고, 폴리프로필렌으로 이루어진 3층 미디어이다. KC984L의 근량(basis weight)은 평방야드 당 3.25에서 3.40온스(ounce); 공기 투과도는 평방피트 당 59에서 87cfm이다. 충돌 효율은 80%이고, 최소 롤 평균 효율(minimum roll average efficiency)은 분당 85리터에서 0.3미크론 솔트 미립자를 갖는 자동의 필터 테스터인 TSI Model 8130을 사용하여 측정된 69%이다. 타겟 MD Gurley 스티프니스(target MD Gurley stiffness)는 340mg이고, 최소 롤 평균 스티프니스(minimum roll average stiffness)는 280mg이다.
MERV 14 미디어를 이틀간 강화된 솔트 포그 테스팅(Salt Fog testing)에 지배를 받도록 한 후에, 습기는 필터 미디어를 통해 갈라졌고, 따라서 그것은 솔트 포그 테스트를 통과하지 못했다. SEM 이미지는 필터 미디어의 섬유들이 신축되었고 어떤 측면에서는 변형되거나 파괴되었다는 것을 보여준다. 섬유들 사이의 공간은 미디어의 중앙에서 넓어진 것처럼 보인다. 실패의 결과로써 훨씬 더 촘촘하고 타이트한 섬유 그물망 미디어가 철두철미한 솔트 포그 테스팅을 성공시키는데 훨신 좋은 기회를 갖는다는 것이 이론으로 제시되었다. 상황이 그러했으므로, 더 많은 투자 및 연구가 수행되었다.
예시 2
더 촘촘한 효율층이 구해졌고 선택된 기질의 상부 표면에 적층되도록 선택되어졌다. 선택된 기질은 Intrepid 684L HVAC Filtration Media의 상표로 킴벌리-클락에 의해 만들어졌고, 다음의 보고된 속성 및 특징들을 갖는다.
폴리프로필렌/폴리에틸렌
근량 : 3.10~3.40oz./sq.yd.
프레지어(Frazier) 공기 투과도 : 318cfm/ft2.
충돌 효율 : 48%(최소 42% 롤 평균) - 85lpm에서 0.1미크론 입자수 중앙경 NaCl을 이용하여 TSI Model 8130을 사용하여 측정
MD Gurley Stiffness : 325mg(최소 265mg 롤 평균)
두 개의 층을 갖는 더 촘촘한 멜트 블로운 폴리프로필렌 재료는 뉴저지의 Vineland에 위치한 Transweb, LLC에 의해 상부 표면 기질이 되도록 만들어지고 적층되었다. 미디어의 SEM 이미지가 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. Transweb,LLC에 의해 만들어진 복합 필터 미디어는 T-Lam Grade AIRG-002(멜트 블로운 폴리프로필렌은 높은 곳의 기질에 적층된다)라는 상표로 Transweb,LLC에 의해 고안되었고, 물리적인 사양 및 여과사양이 아래의 테이블에 보고되어 있다.
T-LAM AIRG-002 물리적인 사양 및 여과사양
파라미터 단위 OBJ
근량 gms/m2 160.0
두께 mm 1.35
공기 투과도 cfm@0.5"H2O 25.0
저항 5cm/sec DOP mm/H2O 6.5
침투 5cm/sec DOP % 0.015
TSI-8130에서 수행된 여과 테스팅
100cm2 샘플 홀더(비 주름가공 : 평평한 시트 테스팅)
챌린지(Challenge) 에어로졸(Aerosol) DOP(0.3미크론의 평균 입자 사이즈에서 흩어진 오일 입자성 물질)
면 속도 5cm/sec
필터 미디어는 촘촘한 폴리프로플렌 멜트 블로운 섬유로 이루어진 두 개의 층으로 상부 표면을 갖고 직사각형 프레임인 24"×24"×4"의 크기로 주름지고 엠보싱된 판넬로 준비되었다. 상기 미디어는 잠재적인 모세관 활동을 나타내는 여과 한도를 위해 분석되었다. 이러한 미디어는 최소 MERV 16 rating을 사용하여 테스팅하였다. 새로운 미디어는 예시 1의 MERV 14 미디어보다 더 높은 0.6psi 이상인 공극 압력을 갖고 1 미크론 이상인 가장 작은 감지 공극 직경을 가졌다. 모세관 흐름테스트에서 가장 주목할만한 차이는 예시 2의 평균 유량 공극 압력이 예시 1의 MERV 14 미디어의 거의 두 배라는 것이다. 그리고 평균 유량 공극 직경은 예시 1의 MERV 14 미디어보다 약 5 미크론 더 작다.
모세관 흐름테스트는 예시 2의 복합 필터 미디어에 대한 테스트 샘플에서 수행되었다. 테스트 미디어에서 가장 큰 공극 사이즈를 결정하기 위하여 사용된 기포 테스트 압력은 0.327psi였고, 이는 20.2061미크론의 최대 공극 크기로 바뀐다. 평균 유량 공극 압력은 0.978psi였고, 이는 6.7461미크론의 평균 유량 공극 직경으로 바뀐다. 측정된 가장 작은 공극은 3.0048미크론이였고 가장 작은 공극에서의 압력은 2.196psi였다.
24"×24"×4"의 필터 테스트 샘플은 분당 245피트의 면속도를 갖는 공기 유량에서 테스트 되었다. 먼지 적재(dust loading)의 다양한 단계에서 예시 2의 복합 필터 미디어의 효율은 도 13에 도시되어 있고, 이는 먼지 적재이 증대된 후에 입자 크기 대 제거 효율을 나타낸 그래프이다. 상기 그래프는 0.30-0.40미크론에서 7.00-10.00미크론까지의 범위에서 다양한 크기의 입자들에서 제거 효율을 보여주는 5개의 곡선을 포함한다. 상기 5 개의 곡선은 복합 필터 미디어의 초기 효율, 25% 적재 후, 50%적재 후, 75% 적재 후 및 100% 적재 후의 효율을 나타낸다. 작은 입자들에서 복합 필터 미디어는 초기에 가장 낮은 효율이고 100% 적재에서 가장 높은 효율을 갖는 것을 볼 수 있다. 이것은 복합 필터 미디어에서 먼지 입자들이 100% 적재에서 공극의 일부를 막기 때문에 다른 먼지 입자들이 필터 미디어를 통하여 통과하기 어렵게 만들기 때문인 것으로 예상된다. 그러나, 효율을 증가시키는 동안 필터의 적재은 주어진 시간에 필터 미디어를 통하여 통과할 수 있는 공기의 총량이 상당히 줄어들 수 있도록 투과성을 줄이는 바람직하지 않은 특성을 갖는다.
도 14는 도 13의 5 개의 곡선을 결합한 복합 미니멈 효율 곡선(composite minimum efficiency)을 보여주고, 각각의 입자 사이즈에서 5개의 곡선 중 최소의 효율을 갖는 제거 효율을 보여준다. 최소 효율 곡선으로부터 복합 필터 미디어는 직경 0.30-0.40미크론을 갖는 입자일 때 91%보다 더 큰 효율을 갖고, 직경 0.55-0.70미크론을 갖는 입자일 때 94%보다 더 큰 효율을 갖고, 직경 1.00-1.30미크론을 갖는 입자일 때 97%보다 더 큰 효율을 갖으며, 직경 1.30에서 1.60을 갖는 입자일 때 98%보다 더 큰 효율을 갖는다는 것을 볼 수 있다. 테스트 샘플은 직경 0.30-1.00미크론을 갖는 입자일 때 95.02%, 직경 1.00-3.00미크론을 갖는 입자일 때 99.04% 및 직경 3.00-10.00미크론을 갖는 입자일 때 99.31%의 복합 평균 효율을 나타냈다. 동일한 테스트 샘플은 수위계에서 0.47의 초기 저항 및 1.00의 최종 저항을 가졌다. 복합 필터 미디어는 먼지-적재 테스트 후에 50.40그램의 무게 증가(weight gain)를 기록했다. 테스트 샘플을 위한 복합 필터 미디어의 미디어 영영은 61.03 평방 피트였고, 평방 피트 당 0.826그램을 갖는 테스트 샘플에서 복합 필터 미디어의 ASHRAE 먼지-보유 용량을 갖도록 하였다.
ASHRAE 기준 52.2 시험에서 24"×24"×4"의 크기를 갖는 제2 필터 요소 테스트 샘플은 유사한 효율 통계를 나타냈다. 분당 246피트를 갖는 공기 유량에서 테스트된 제2 테스트 샘플은 직경 0.30-1.00 미크론을 갖는 입자에서 95.19%, 직경 1.00-3.00을 갖는 입자에서 98.78%, 직경 3.00-10.00 미크론을 갖는 입자에서 99.40%의 복합 평균 효율을 나타냈다. 상기 제2 테스트 샘플은 수위계에서 0.46의 초기 저항 및 1.00의 최종 저항을 가졌다. 복합 필터 미디어는 먼지-적재 테스트 후에 48.90그램의 무게 증가를 기록했다. 이러한 테스트 샘플을 위한 복합 필터 미디어의 미디어 영역은 61.03 평방 피트였고, 평방 피트 당 0.801그램을 갖는 제2 테스트 샘플에서 복합 필터 미디어의 ASHRAE 먼지-보유 용량을 갖도록 하였다. 기준 52.2하에서 ASHRAE 테스트의 결과를 근거로, 상기 복합 필터 미디어는 MERV 16 필터 미디어의 요구를 충족하였다.
도 15는 예시 2의 복합 필터 미디어에서 공극 분포를 나타내는 그래프이다. 상기 그래프는 적어도 50%의 구멍들이 평균 직경 5에서 8 미크론인 공극 분포를 갖는 기질 층 및 고 효율 깊이-적재 미디어 층의 조합을 나타낸다. 6 미크론의 경계 범위(separation range)를 넘는 공극 분포; 4미크론의 경계 범위를 넘는 적어도 40%의 공극 분포(더욱 바람직하게는 25%); 및/또는 2미크론의 경계 범위를 넘는 적어도 25%의 공극 분포
도 16은 누적 필터 유량 퍼센트 대 평균 공극 직경의 그래프이다. 곡선 1102는 대략 11.3미크론의 평균 공극 직경에서 10%의 누적 필터 유량을 나타내고, 대략 8.9미크론의 평균 공극 직경에서 25%의 누적 필터 유량을 나타내고, 대략 6.1미크론의 평균 공극 직경에서 75%의 누적 필터 유량을 나타내며, 대략 5.2미크론의 평균 공극 직경에서 90%의 누적 필터 유량을 나타낸다.
필터 미디어는 직사각형의 판넬 필터 프레임에 장착되었고, 그리고나서 솔트 포그 테스트(Salt Fog test)가 수행되었다. 상기 필터는 30일 기준 솔트 포그 테스트 및 강화된 5일 솔트 포그 테스트를 통과하였다.
멤브레인 미디어를 갖는 예시 2의 비교 분석
W.L.Gore & GMBH사에 의해 "냉각용 필터(COOLING FILTER)"라는 상표명으로 상업적으로 판매되는 것과 비교했을 때 예시 2의 복합 미디어는 공기 흐름 및 먼지 적재 이익을 상당히 증가시켰다. 테스트 및 분석은 자료 해석(data interpretation)(다른 사이즈의 필터 및/또는 보고된 데이터)에 근거하였다. 이러한 분석은 예시 2의 복합 미디어가 Gore 브랜드 명 "냉각용 필터(COOLING FILTER)"의 약 1/3의 저항을 나타내는 것을 보여준다. 부가적으로, 먼지 적재 용량은 Gore 브랜드 명 "냉각용 필터(COOLING FILTER)"보다 최소 30% 더 높은 것으로 나타났다. 상부면에 기질을 갖는 뒤바뀐 미디어가 먼지 보유 능력에서 훨씬 큰 차이를 제공하는 것으로 이론화되었다.
예시 3
예시 2에서 논의된 것과 같은 동일한 복합 미디어가 촘촘한 폴리프로필렌 멜트 블로운 섬유들로 이루어진 두 개의 층의 상부에 기질 캐리어를 갖도록 뒤집어졌다. 이러한 샘플로 만들어진 필터가 아래에 설명된 바와 같이 물 채움 테스트(water fill test)의 대상이었다. 상기 필터는 정해진 시간 동안 물이 통과하는 것 없이 물 채움 테스트를 통과하였다 이에 근거하여, 30일 솔트 포그 테스트 및 강화된 5일 솔트 포그 테스트를 포함하는 후속의 테스트가 수행되었다. 예시 2와 같이, 예시 3에서 필터 미디어는 직사각형의 판넬 필터 프레임에 장착되었고, 그리고 나서 솔트 포그 테스트가 수행되었다. 상기 필터는 30일 기준 솔트 포그 테스트 및 강화된 5일 솔트 포그 테스트를 통과하였다.
시험 방법론
위에서 예시되고 논의된 것을 위해 깊이-적재 미디어 및 기질 미디어 한도를 평가하기 위하여 유용할 수 있는 방법론들을 테스트하기 위하여 몇 가지 주의가 요구된다. 여기에서 제시되는 효율성은 기준 ASHRAE 52.2 및 특히 아래에 설명된 방법론 및 장비들에 따라 일반적으로 단편적인 효율 시험 방법론을 사용하여 측정될 수 있다. 효율 테스트는 필터 미디어 테스트 샘플의 상부 및 하부에 배치된 S31입자 카운터 및 공급률이 1000 입방 피트(cubic feet)당 2.00그램인 AFTL 먼지 공급기를 사용하여 수행되었다. 4 평방피트(square foot) 테스트 덕트 및 24"×24"×4" vlfxj 미디어 테스트 샘플에 근거하여 테스트 장비의 공기 흐름능력은 분당 984평방피트(cubic feet)였고 면 속도는 분당 246피트였다.
여기에 제시된 테스트 결과를 위해, ASHRAE 52.2 테스트 먼지(Test Dust) 및 "ISO Fine" 테스트 분말을 사용하는 ASHRAE 52.2 방법론이 활용되었고, 이는 미네소타 번스바일(Burnsville, Minnesota)(Part No.ISO1212103-1)의 파우더 테크놀로지 사로부터 구할 수 있다. 상기 테스트 샘플은 알루미늄 프레임이 폭 24인치 높이 24인치 깊이 4인치를 갖는 복합 필터 미디어를 지지하는 필터 요소로 구성되었다. 상기 복합 필터 미디어는 미디어 영역이 61.03 평방 피트인 50개의 주름들을 갖는다. 복합 미디어는 우레탄 밀폐제와 함께 알루미늄 프레임에 접합되어 있다. 테스트 샘플은 ASHRAE 52.2 방법론 당 ASHRAE 52.2 테스트 더스트의 대상이었다.
여과 시험은 100 평방 센티미터의 필터 테스트 미디어 샘플을 사용하여 TSI-8130에서 수행되었다. 침투 및 저항 시험은 증류수에 15%의 농도이고 기준에 대하여 분무되고 초당 5센티미터의 면 속도의 조건하에서 ASHRAE 52.2 STD에 대하여 챌린지 에어로졸(challenge aerosol)을 사용하여 수행되었다.
공극 분포 데이터는 기준 ASTM-F316에 따른 공극 분포 테스트를 사용하여 측정될 수 있다. 최대 공극 크기는 포점 테스트(bubble point test)를 사용하여 결정된다. 필터 미디어 테스트 샘플은 일측이 적셔져 있고 타측에 공기로 압력을 가하도록 되어 있다. 상기 공기 압력은 버블(bubble)의 줄기가 젖은 면 상에 나타날 때까지 점진적으로 증가된다. 버블의 줄기가 나타나는 압력은 최대 공극 크기를 계산하는데 사용될 수 있다. 여기서 수행된 테스트에서, 공극 분포는 다음의 방법론 및 장비에 의해 수행되었다. PMI(Porous Materials, Inc. of Ithaca, NY) 브랜드의 기공측정기(Automated Capillary Flow Porometer) - 모델 넘버 CFP-1100AX-U-081820225-1446. 상기 포로미타(Porometer)는 먼저 건조한 테스트 샘플 필터 미디어를 위한 시험 데이터를 산출하고, 그리고나서 필터 미디어를 적시기 위하여 오퍼레이터를 지시한다. 테스트 샘플을 적시기 위하여 사용되는 웨팅 플루이드(wetting fluid)는 센티미터당 15.9 dyne의 표면 장력을 갖는 Galwick fluid를 사용하였다.
공극 직경은 다음의 공식을 사용하여 계산된다.
직경(Dia) = (0.415 * 표면 장력) / 압력
공극 분포(Pore size distribution) = (FFP - Last FFP) / (Last Dia - Dia)
여기서, 필터 흐름%인 FFP = CFF - Last FFP
누적 필터 흐름%인 CFF = (Wet Flow / Dry Flow) * 100
Max. Pore dia = (C * T) * P 여기서, C는 상수, T는 표면장력이고, P는 차압이다. wet flow가 dry flow의 반이되는 압력은 상기 최대 공극 직경 방정식을 사용하여 평균 흐름공극을 계산하기 위하여 사용된다.
전자 하우징(일례로, 캐비넷 또는 케이싱과 같은)을 위한 통신 산업의 엄격한 시험 방법론은 아래에서 논의된다.(밀봉된 열교환기 시스템의 문맥에서; 그러나 같은 시험은 배출되는 공기 여과 시스템에 적용될 수 있다.) 그러한 테스트를 수행하는 회사는 Environ Labs,9725 Girard Avenue South·Minneapolis, MN 55431, 952-888-7795·FAX 952-888-6345·800-826-3710(www.environlab.com)이다. 통상적으로 필터 요소만큼이나 훨씬 중요한 테스트는 필터 요소를 통하여 공기를 끌어들이는 하우징 내에서 작동하는 팬과 함께 솔트 포그 미스트의 대상이 되는 "솔트 포그 테스트(salt fog test)"이다. 필터요소는 30일간의 테스트 후에 습기가 중단되는 것을 방지함에 의해 테스트를 통과한다. 상기 테스트는 다음의 Telecordia 사양을 포함한다.
Wind - Driven Rain Intrusion CR3 -192 - 이 테스트는 캐비넷이 모의의 바람 구동 비 실험에 노출된 후에 물의 침입을 방지하는 것을 필요로 한다. 이 테스트는 다음의 테스트 한도를 사용하여 MIL-STD-810E, 방법 506.3, 절차 1을 따라서 수행된다. :
● 모든 팬들은 가동중이고 일부 댐퍼(damper)들은 개방된다.
● 강우 강도 - 15cm/hr(5.8 in/hr)
● 풍속 - 31m/sec(70mph)
● 캐비넷 부피는 외부 전체의 규모에 근거한다.
모의된 바람은 살수를 통하여 수평으로 불어지고 캐비넷의 표면에 대하여 가동한다. 상기 캐비넷은 각각의 표면이 30분동안 노출될 수 있도록 회전된다. 그 때, 문들은 하나씩 개방되고 내부가 검사를 받는다.
Rain Intrusion No Wind R3 -193 - 이 테스트는 캐비넷이 호우시 물의 침입에 대항하여 보호될 수 있는지를 확인한다.(예를 들어, 물이 배출되고 캐비넷 안으로 보내지지 않는지를 확인하기 위하여)
회전살수기 O3 -194 - 이 테스트는 모의된 회전살수기에 노출된 후 물의 침입이 방지되는지를 확인한다.
비바람 막음 및 먼지 침입 R3 -195 ( Weathertightness & Dust Intrusion ) - 이 테스트는 먼지 침입이 예방되는 지를 확인한다.
공기 저항 R3 -198( Wind Resistance R3 -198) - 이 테스트는 캐비넷에 장착되는 패드가 가장 큰 수직 표면 영역에 직각인 67m/sec(150mph)의 광풍으로부터 발생하는 전도 모멘트를 견디는 능력을 확인한다.
내충격성 R3 -199 - 이 테스트는 캐비넷이 요구되는 충격 적재에 대해서 견딜 수 있는 지를 확인한다.
내화성 R3 -202 - 이것은 모의된 소규모의 화재 테스트가 일어났을 때 내부의 점화 장비가 작동되지 않도록 캐비넷이 내부 온도를 유지하는 지를 확인한다.
내식 ( Corrosion Resistance ) - 솔트 포그 ( Salt Fog ) R3 -203 - 이 테스트는 필터 및 캐비넷이 필터를 통하여 물이 침투되는 것 없이 솔트 포그에 장기적인 노출을 견딜 수 있는 지를 확인한다. 이 테스트에 따르면, 전체 캐비넷은 환경적인 테스트 챔버에 배치되고 GR-487-CORE에 합치되고 ASTM B 117에 따라 솔트 포그 스프레이(salt fog spray)에 30일 동안 노출된다. 외부 공기를 순환시키기 위하여 사용되는 팬들(즉, 열교환기 팬들)은 이러한 노출 동안 작동된다.
텔코디아 테스트(Telcordia test)들을 넘어서는 부가적인 테스트들이 개발되었다. 예를 들면, 상기의 솔트 포그 테스트가 산업 기준이지만, 평가를 위하여 대체할 가능성이 존재한다. 단축된 솔트-포그 테스트 또는 내식 테스트가 IEC 68-2-52, 제2판, Test Kb, Severity 3에 따라서 수행되었다. 상기 테스트 절차는 22시간의 높은 습도가 뒤따르는 솔트 포그에서 2시간 동안 4개의 사이클로 구성되었고, 그리고 나서 프레임이 점검된 후에 3일 동안의 건조기간이 수반되었다. 또한, 상기 팬들은 테스트가 이루어지는 3일간의 건조기간 동안 작동되었다.
부가적으로, 필터 미디어가 솔트 포그 테스트, 즉 물 채움 테스트(water fill test)를 통과할 수 있는지의 여부를 연상시키는 테스트가 내부적으로 개발되었다. 이러한 테스트는 복합 미디어가 미디어를 통한 물의 통과에 저항하는 것을 검증하고, 이렇게 하여 가망성이 있는지 또는 솔트 포그 테스트를 통과할 수 있는지를 검증한다. 필터 요소는 수평하게 지지되고 물은 직면하는 측이 포화될 때까지 필터 요소에 부어진다. 36시간 후에 필터 요소의 아래 표면은 일부의 물이 필터 미디어를 통해 누설되었는지의 여부를 결정하기 위하여 확인된다. 만약 물이 테스트 샘플을 통해 누설되지 않는다면, 그것은 솔트 포그 테스트를 통과할 가망성이 있다.
부가적으로, 수많은 다른 형태의 먼지 적재 테스트들이 수많은 여과 테스트 만큼 수행될 수 있다.
대안적으로 고려되는 필터 미디어 실시예
또한 표면 여과 수단은 다른 실시예에서 활용될 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도 2A에 도시된 필터 요소(210)는 도 2의 필터 요소와 유사하다. 그러나, 본 실시예에서 메쉬(mesh), 직물 재료, 스크린 또는 스크림(212)들은 주름진 복합 필터 미디어(202)와 결합될 수 있다. 상기 스크림(212)는 복합 필터 미디어(202)의 작동에 손상을 주거나 방해하는 낙엽, 종이 및 이와 유사한 것들과 같이 상대적으로 큰 물체들을 걸러줌에 의해 복합 필터 미디어(202)를 보호하기 위하여 제공한다.
도 2A에 도시된 실시예에서, 스크림(212)은 조립시 스크림(212)이 복합 필터 미디어(202)와 함께 딱 들어맞을 수 있도록 복합 필터 미디어(202)와 동일한 방식으로 주름가공된다. 이러한 메쉬, 직물 재료, 스크린 또는 스크림(212)은 예를 들면 더 큰 먼지 입자들을 위한 예비 필터로써 작용한다. 주름가공이 되든 평평하든 상관없이 상기 스크림은 필터 미디어의 완전성의 손실 없이 고 흐름 속도 환경에서 필터 미디어(202)의 사용을 허용하는 복합 필터 미디어(202)에 구조적인 견고함을 부가한다. 상기 스크림(212)은 필터 미디어(202)가 프레임(208)에 고정되는 것과 같은 방식으로 접착제(211)에 의해 프레임 필터 요소(210)에 고정될 수 있다.
도 2B에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 필터 요소(220)는 필터 미디어(202)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 스크림(222)은 주름진 복합 필터 미디어(202)의 정점(224)들을 가로질러 연장되는 평평하고 금속, 플라스틱 또는 다른 적절한 재료로 짜여진 메쉬이다. 상기 스크림(222)은 필터 미디어(202)의 정점들(224)에 부착되거나 접착제(211)를 매개로 프레임(208)에 부착될 수 있다. 이러한 평판한 스크림(222)은 또한 필터 미디어(202)에 구조적인 견고함을 부가할 수 있다.
기질 층의 표면상이거나 미디어 층에 통합된 나노섬유들(1 미크론보다 작고, 통상적으로 500나노미터보다 작으며, 일부 실시예에서 100나노미터보다 작은 평균 직경(일례로, 두께)를 갖도록 전기방사를 통해 제조되는 초미세 섬유들)을 포함하는 모세관 활동 및/또는 표면장력으로 인한 솔트 포그 미스트 침투를 방지하는 공극 구조 역시 제공할 수 있도록 다른 형태의 미디어들이 고려되어 진다. 예를 들면, 효율을 증가시키고 공극 사이즈(어쩔수 없이 증가하는 제약 없이) 및 초미세 섬유 또는 나노섬유를 사용하는 것을 포함하는 필터 미디어의 능력을 줄이기 위한 방법들이 고려되어 진다. 여기서, 초미세섬유 또는 나노섬유는 100나노미터 미만의 초미세 섬유 및 방법에 대한 여과 미디어라는 명칭의 미국 출원번호 12/271,322; 통합된 나노섬유 미디어라는 명칭의 미국 출원번호 12/428,232; 멜트 블로운 및 전기방사에 의해 제조된 섬유(Electrospun fibers)를 갖는 필터라는 명칭의 미국 출원번호 12/357,499에 개시되어 있고, 전체 개시물이 여기서 참고로써 통합된다. 이러한 실시예들 및 보다 넓게 청구된 특징들은 미스트 여과를 위하여 아주 작은 구멍들을 제공하는 나노-섬유들의 사용에 관한 것이다. 이러한 미세한 섬유들은 다양한 다른 폴리머들로 만들어질 수 있다.
미디어의 견고함이 하나의 특징이고 나노섬유의 사용이 여기서 논의된 선택된 공극 사이즈 한도 범위를 확실하게 제공할 수 있는 반면에, 나노-섬유들(혹은 작은 구멍들을 제공하기 위한 촘촘한 다른 섬유 구조)과 같은 미세한 섬유들의 부가는 여기서 논의된 일부 예시들에 고용되는 것과 같이 적절한 정전하 취급(electrostatic cahrge treatment)을 보충하는 것으로 고려되어 진다. 이러한 정전하 취급을 갖는 미디어의 선택은 물의 침입 방지에 공헌하는 요소로 생각된다. 이는 정전하 취급이 물의 침입 또는 솔트 포그 침입을 방지하기 위하여 표면 장력을 증가시키는 것으로 잘 알려져 있다. 정전하 취급의 예시들은 코로나 노출(corona exposure), 이온 충격 및 플라즈마(plasma)를 함유하는 플루오린(flourine)을 포함하고, 때때로 "일렉트릿(electret)" 형태의 필터 미디어로 언급된다. 일렉트릿은 준 영구적인 전하 또는 이중극자 분극(영구자석과 동등한)을 갖는 유전체 물질이다. 일렉트릿은 내부 및 외부 자기장을 발생시키고 잠재적인 오염물질-여기서는 이극 물질인 물과 함께 상호작용한다. 만약 공극 구조가 충분히 촘촘하다면, 전기적인 영향들은 일렉트릿 필터 물질의 작은 구멍들을 통한 물의 침입을 방지한다는 것에 대한 이론이 제시되어 있다. 따라서, 나노섬유나 다른 섬유들(예를 들면 미세한 멜트 블로운)과 같은 미세한 섬유들이 활용될 때, 바람직하게는 정전하 취급은 부가적으로 일렉트릿 물질을 생산하기 위하여 고용된다. 코로나 방출과 같은 몇 가지 정전하 취급이 유용하지만, 필터 미디어의 플라즈마 취급이라는 명칭으로 오갈(Ogale)의 미국 특허 6,419,871에 개시된 플라즈마를 함유하는 플루오린을 사용하는 것과 같은 영구적인 취급이 고용되는 것이 바람직하다.
필터 미디어들의 특징들
액체 흐름 및 기체 흐름(일예로, 공기 흐름)과 같은 유체 스트림(fluid streams)은 종종 유체 스트림에 동반된 바람직하지 않은 오염물질인 입자성 물질을 운반한다. 필터들은 흔히 유체 스트림으로부터 일부 또는 전부의 입자성 물질을 제거하기 위하여 고용된다. 예를 들면, 공기 여과 시스템은 다양한 응용기기들을 위한 기체 스트림을 여과하기 위하여 사용된다. 이러한 시스템들의 예들은 연소 엔진 공기 흡입 시스템; 차량 공기 흡입 시스템; HVAC(가열, 배기 및 공기 조화) 시스템; 청정 룸 배기 시스템; 필터 백, 배리어 패브릭스(barrier fabrics), 엮어진 물질을 사용하는 다양한 산업 응용기기; 발전 시스템; 가스 터빈 시스템; 몇 가지 흔한 공기 여과 응용기기로 명명되는 연소로 시스템을 포함한다. 유사하게, 액체 여과는 또한 물, 연료, 냉각수, 오일 및 여과되어지는 몇 가지 흔한 액체들로 명명되는 유압유의 여과를 포함하는 다양한 응용기기들을 수반한다.
필터 미디어의 한가지 흔한 특징 파라미터는 필터 미디어의 "효율"이다. 효율은 입자성 물질이 여과되지 않고 미디어를 통해 통과하도록 허용하는 것과는 대조적으로 입자성 물질을 가두는 미디어의 성향이다. 다른 흔한 특징은 미디어 전체에 걸친 압력 강하이고, 이는 종종 미디어의 투과성과 관련되어 있다. 상기 압력 강하는 필터 미디어가 유체의 흐름에 얼마나 제한적인지와 관련되어 있다. 더 큰 공극 사이즈는 통상적으로 더 많은 유체 흐름을 허용하지만 불행하게도 통상적으로 더 많은 입자성 물질을 통과시킨다. 결과로, 종종 효율은 압력 강하와 상충한다. 특히, 많은 양의 부유성 입자를 가두는 것이 바람직하지만, 고 효율을 제공하는 것은 미디어의 제한을 증가시키고 미디어 전체에 걸쳐 압력 강하를 증가시키는 바람직하지 않은 영향을 갖는다.
효율은 종종 초기 효율과 관련이 있는데, 이는 사용에 앞서 입자성 물질이 적재된 필터 미디어 제조의 효율이다. 사용하는 동안, 필터 미디어는 미디어 내 또는 표면 상에 더스트 케이크 층(dust cake layer) 만큼 가두고 그에 의해 체포하고 입자성 물질을 가둔다. 이러한 여과된 입자성 물질은 미디어에서 더 큰 구멍들을 막고 그에 의해 더 작은 입자가 통과하는 것을 방지하고 그에 의해 초기 효율보다 더 큰 효율로 작동하는 시간 동안에 미디어의 효율을 증가시킨다. 그러나 유체 흐름 경로를 막음으로써 여과된 입자성 물질은 또한 유체 통로를 제거하거나 부분적으로 유체통로를 막고 그에 의해 미디어 전체에 걸쳐 압력 강하를 증가시키고 이는 유체 흐름을 더욱 더 제한시킨다.
대개 필터 수명은 필터 전체에 걸친 압력 강하에 의해 결정된다. 점점 더 많은 입자들이 유체 흐름에서 걸려지고 필터 미디어에 의해 갇혀짐에 따라, 필터 미디어는 점점 더 유체 흐름을 제한하게 된다. 결과로, 필터 미디어 전체에 걸친 압력 강하는 더 높아지게 된다. 결국, 미디어는 지나치게 제한적이 되고 주어진 응용기기의 수요에 불충분한 양의 유체 흐름을 초래하게 된다. 필터 교체 주기는 대략적으로 이러한 사건(예로써, 앞서의 불충분한 유체 흐름 상황에 도달하는 것)과 일치하도록 계산되어 진다. 필터 교체 주기는 또한 미디어 전체에 걸쳐 압력 강하 하중을 측정하는 센서들을 통하여 결정될 수도 있다.
필터 산업에서 종종 사용되어지는 필터 미디어를 위한 한가지 유용한 파라미터는 ASHRAE 기준 52.2에 따라서 보고된 MERV(최소 효율 보고 값(Minimum Efficiency Reporting Value))특성이다. 이것은 압력 강하 저항에 대한 측정 효율을 포함한다. 더 높은 MERV 숫자는 더 높은 등급의 필터 미디어임을 나타내고, 이는 통상적으로 훨씬 비싸다. 예를 들면, 다음의 테이블은 MERV 결과 값 요구치를 제시한다.
최소 효율 보고 값(MERV) 한도
표준52.2 최소 효율 보고 값(MERV) ㎛크기 범위에서의
복합 평균 입자 크기 효율(%)
표준52.1방법에 의한 평균 어레스턴스(arrestance)(%)		 최소의 최종 저항
범위 1
0.30-1.0		 범위 2
1.0-3.0		 범위 3
3.0-10.0		 Pa 물의 인치
1 n/a n/a E3<20 Aavg<65 75 0.3
2 n/a n/a E3<20 65≤Aavg<70 75 0.3
3 n/a n/a E3<20 70≤Aavg<75 75 0.3
4 n/a n/a E3<20 75≤Aavg 75 0.3
5 n/a n/a 20≤E3<35 n/a 150 0.6
6 n/a n/a 35≤E3<50 n/a 150 0.6
7 n/a n/a 50≤E3<70 n/a 150 0.6
8 n/a n/a 70≤E3 n/a 150 0.6
9 n/a E2<50 85≤E3 n/a 250 1.0
10 n/a 50≤E2<65 85≤E3 n/a 250 1.0
11 n/a 65≤E2<80 85≤E3 n/a 250 1.0
12 n/a 80≤E2 90≤E3 n/a 250 1.0
13 E1<75 90≤E2 90≤E3 n/a 350 1.4
14 75≤E1<85 90≤E2 90≤E3 n/a 350 1.4
15 85≤E1<95 90≤E2 90≤E3 n/a 350 1.4
16 95≤E1 95≤E2 95≤E3 n/a 350 1.4
표면 적재 여과의 경우에 더스트케이크(dustcake) 형성물이 갖는 한가지 문제점은 더스트케이크가 급속하게 커질 수 있고 필터의 수명을 급격하게 제한한다는 것이다. 결과로, 필터 미디어는 종종 주름가공되거나 세로로 홈이 새겨지거나 필터 미디어를 지지하는 프레임 내에서 이용할 수 있는 필터 미디어 표면 영역의 총량을 증가시키는 방식으로 유사하게 접힌 상태로 구성된다. 따라서, 본 발명의 필터 미디어들은 일반적으로 주름가공되거나 세로로 홈이 새겨지거나 여과 용량을 증가시키기 위한 적절한 필터 요소 구성 방식으로 접혀지게 된다.
주름진 형태의 필터 미디어들의 사용이 표면-적재(surface-loading) 및 깊이 적재(depth-loading) 미디어 모두에게 필터 수명을 증가시킬 수 있지만, 표면 적재 미디어와 관련된 몇 가지 제약이 존재한다. 한가지 제약은 표면 적재 필터 미디어와 관련된 더 낮은 파열강도(burst strength)이다. 이러한 이유로, 표면 적재 미디어는 주로 필터 미디어를 통하여 상대적으로 낮은 흐름 스트림 속도(분당 약 30피트 및 분당 10 또는 20 피트보다 높지 않은)를 수반하는 응용기기에서 사용된다. 예를 들면, 분당 약 1피트의 흐름 속도를 갖는 몇 가지 저 흐름 응용기기들이 있다. 여기서 사용되는 "속도"라는 용어는 미디어를 통한 평균 속도(즉, 미디어 영역 당 흐름 체적)를 나타낸다.
필터 미디어들은 표면 적재 미디어(배리어 여과(barrier filtration)로 잘 알려진) 및 깊이 미디어로 특징지어질 수 있지만, 먼지 입자 사이즈에 어느 정도는 의존하는 특징이다. 예를 들면, 깊이 적재 미디어는 큰 잔해 및/또는 더 큰 입자들을 적재할 수 있다. 그러나, 표면 적재 미디어는 필터 케이크(filter cake)로써 언급되는 매우 얇은 층으로 미디어의 표면상에만 입자를 가둔다. 필터 케이크 층은 필터 미디어 위에 얇은 외피를 형성하고, 이는 상대적으로 가벼운 기계적인 힘으로 벗겨질 수 있다. 역 펄스 응용기기(reverse pulse application)와 같은 몇 가지 응용기기들에서, 상기 필터 케이크는 공기(혹은 다른 응용기기의 기계적인 힘)의 역 펄스 폭발을 통해 필터 미디어 표면에 자동적으로 쏘아 올려지고, 휴지통에 모여진다. 종조 상기 필터는 충분한 필터 케이크가 축적된 후에 간단히 대체된다. 반면에 깊이 미디어는 미디어의 "깊이(depth)" 내에서 내부적으로 입자들을 가두기 위하여 미디어의 두께를 통해서 작용한다. 깊이 미디어는 부피 또는 미디어에 의해 점유된 깊이를 통하여 입자성 물질이 적재된다.
많은 필터 미디어 응용기기들에서, 특히 고 흐름 속도 응용기기들에서, 깊이-적재 미디어가 선택된다. 통상적으로, 깊이-적재 미디어는 섬유 재료로 이루어진 상대적으로 두껍고 헝클어진 수집품이다. 종래의 깊이-적재 미디어 필터는 깊이가 깊고(입구에서 출구까지 측정되고 표면-적재 미디어와 비교할 때) 주로 불변 밀도를 갖는 미디어이다. 특히, 깊이-적재 미디어의 밀도는 미디어의 장착 및 이와 유사한 것으로 인하여 주변부 영역 주위에서 압축 및/또는 신축에 의하여 야기될지도 모르는 밀도에서의 작은 변동이 없다면 그것의 두께를 통하여 주로 일정하게 유지된다. 밀도 구배 깊이-적재 미디어 정렬은 또한 미디어의 밀도가 설계된 경사도에 따라 다양하다는 것이 잘 알려져 있다. 다른 미디어 밀도, 투과성, 효율 및/또는 다른 특징들을 갖는 다른 영역들은 깊이 및 깊이-적재 미디어의 체적 위에 제공될 수 있다.
깊이-적재 미디어는 종종 투과성, 밀도 및 고형질 백분율(solids content percentage) 면에서 특징지어질 수 있다. 예를 들면, 5% 견고 미디어는 전체 체적의 약 5%가 고체(예를 들면, 섬유 물질)로 구성되고 나머지가 공기 및 다른 유체로 채워지는 공간으로 구성된다는 것을 의미한다. 흔히 사용되는 또 다른 깊이 미디어 특징은 섬유 직경이다. 주어진 견고 퍼센티지를 위하여 더 작은 직경을 갖는 섬유들은 필터 미디어를 더 작은 입자들을 가둘 수 있는 능력을 갖추어 더 효율적으로 만들 것이다. 더 작은 섬유들은 전체 견고 퍼센티지를 증가시키는 것 없이 더 큰 수량으로 함께 포장되어 질 수 있고, 이는 더 작은 섬유들이 더 큰 섬유들보다 더 적은 체적을 차지한다는 사실로부터 제공된다.
깊이-적재 미디어가 주로 체적 또는 깊이를 통하여 입자성 물질을 가두기 때문에, 이러한 미디어는 필터의 수명 동안에 표면-적재 미디어와 비교할 때 더 높은 중량 및 체적의 입자성 물질이 적재될 수 있다. 그러나, 깊이-적재 미디어들은 표면-적재 미디어들보다 더 낮은 효율을 갖는 경향이 있다. 이러한 높은 적재 용량을 가능하게 하기 위하여, 저-견고-깊이-적재 미디어가 종종 사용을 위해 선택된다. 이는 큰 평균 공극 사이즈를 초래할 수 있는데, 이는 일부 입자성 물질이 필터를 통해 꾸준하게 통과하도록 허용하는 가능성을 갖는다. 기울기 밀도 시스템(gradient density systems) 및/또는 표면-적재 미디어 층을 부가하는 것은 개선된 효율 특성을 위해 제공할 수 있다. 예를 들면, 표면-적재 미디어 층은 깊이-적재 미디어의 하부 표면에(또는 상부와 하부면 사이에서) 효율을 증가시키기 위하여 합동하여 정렬될 수 있다. 이러한 표면-적재 미디어 층은 때때로 광택층(polish layer)으로 언급된다.
본 발명에서 인용된 공개문헌, 특허출원 및 특허를 비롯한 모든 참조자료는 그 전체 내용이 개별적이고 구체적으로 참조로서 포함되는 것과 마찬가지로 본 발명에서 참조로서 포함된다.
본 발명을 기술하는 문맥(구체적으로는 첨부된 특허청구범위)에 사용된 "하나" 및 "전술한(상기)" 등의 용어는 본원에 달리 기질하거나 문맥상 명백히 모순되지 않는다면 단수 및 복수 형태를 모두 포함하는 것으로 해석해야 한다. "구비", "가짐", "포함" 및 "함유"라는 용어는 달리 언급하지 않는 한 "제한 없는 용어(open ended term)", 즉 (해당 내용을) 포함하지만 그에 한정되지 않는 용어로 해석해야 한다. 본원에서 여러 값들의 범위들을 기질하는 것은 그 범위에 속하는 각각의 값을 개별적으로 참조하는 축약방법일 뿐이며, 각각의 값은 본원에 개별적으로 개재되는 것과 마찬가지로 본원에 포함된다. 본원에 기질한 모든 방법들은 본원에 달리 기질하거나 문맥상 명백히 모순되지 않는다면 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의 또는 모든 예 또는 바람직한 용어(예를 들면 "등" 또는 "~와 같은")의 사용은 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것일 뿐이며 달리 특허청구범위에 정의되지 않는 한 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 어떠한 용어라도, 특허청구범위에 정의되지 않은 것을 본 발명의 실시에 필수적인 요소로 나타내는 것은 없다.
본 발명의 실시를 위해 발명자가 인지하는 최선 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자(당업자)는 전술한 상세한 설명으로부터 바람직한 실시예를 변형할 수 있을 것이다. 발명자는 당업자가 그와 같은 변형물을 적절하게 채용할 것을 예상하며, 본 발명은 본원에 특정된 것과 달리 실행되도록 의도되었다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법이 허용하는 한 첨부한 특허청구범위에 정의된 주제의 모든 수정물과 등가물을 포함한다. 또한, 전술한 요소들의 모든 조합의 가능한 모든 변형물은 본원에 달리 기질하거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한 본 발명에 포함된다.

Claims (35)

  1. 외부 환경과 소통되는 개구부를 통하여 냉각 유닛의 하우징 안으로 새로운 공기를 받아들일 수 있도록 적용되는 냉각 유닛에 있어서,
    상기 하우징에 장착되기 위하여 설정되는 구조적인 지지부;
    상기 하우징에 맞물리어 상기 구조적인 지지부와 기밀하게 맞물리는 개스킷; 및
    멤브레인 형태의 층이 없고 GR-487-CORE에 합치되고 ASTM B 117에 따라 솔트 포그 테스트(salt fog test)를 통과할 수 있도록 충분한 물의 침입을 방지하기 위하여 선택된 섬유 조직망(fiber entanglement)를 포함하여 상기 구조적인 지지부에 의해 지지되는 필터 미디어;를 포함하는 인클로저(enclosure)의 냉각 유닛용 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 멜트-블로운 부직 섬유들(melt-brown non-woven fibers)을 포함하는 적어도 하나의 퇴적물을 구성하는 깊이-적재 미디어인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질 층(carrier substrate layer)의 상부에 배열되고 필터 미디어의 상부 여과 표면을 형성하며, 상기 멜트-블로운 부직 섬유들은 깊이 여과(depth filtration) 및 습기 여과(moisture filtration)의 조합을 제공하고, 상기 캐리어 기질 층은 주름 기능을 제공하고, 상기 필터 미디어는 주름가공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질층의 하부에 배열되고, 상기 캐리어 기질 층은 제1 깊이-적재 여과 능력(depth-loading filtration capacity)을 제공하고, 상기 멜트-블로운 부직 섬유들은 습기 여과(moisture filtration)와 조합된 제1 깊이-적재 여과 능력인 더 높은 효율의 제2 깊이 여과 능력의 조합을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질 층에 멜트-블로운 부직 섬유들로 이루어진 적어도 2개의 퇴적물을 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 0.6psi보다는 더 큰 평균 흐름공극 압력(mean flow pore pressure)을 갖고, 10 미크론(micron)보다는 더 작은 평균 흐름공극 직경(mean flow pore diameter)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 적어도 MERV 16 rating을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 0.3psi보다 큰 포점 압력(bubble point pressure)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 구멍들의 적어도 50%가 4 및 8 미크론 사이의 크기를 갖고 구멍의 크기가 5 및 7 미크론 사이의 평균 직경을 갖는 공극 분포를 갖도록 선택되고, 상기 필터 미디어는 20 미크론보다 더 큰 직경을 갖는 구멍들을 통하여 누적되는 필터 유량의 20퍼센트보다 더 작도록 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 적어도 1/4mm의 두께를 갖는 멜트 블로운 중합 섬유를 포함하고,
    상기 섬유 조직망은 복합 필터 미디어를 제공하는 기질에 적층되고,
    상기 복합 필터 미디어는 1 및 3mm 사이의 두께;
    15 및 40 사이의 공기 투과도(cfm @0.5" H2O);
    100 및 200 grams/m2 사이의 근량(basis weight);
    구멍들의 50 퍼센트 이상이 직경 5에서 8 미크론까지인 공극 분포이고 구멍들의 20퍼센트 이하가 직경 10.5미크론보다 더 큰 복합 필터 미디어의 공극 분포;
    직경 0.30에서 0.40인 입자들을 위하여 90퍼센트보다 더 큰 효율;
    96퍼센트보다 더 큰 평균 합성 먼지 중량 어레스턴스(average synthetic dust weight arrestance) 및 평방 피트 당 0.75그램보다 더 큰 복합 필터의 ASHRAE 먼지 보유 능력;
    4 및 6 미크론 사이의 평균 공극 직경에서 달성되는 복합 필터를 통한 90퍼센트의 누적 필터 유량; 및
    복합 필터 미디어에서 가장 작은 구멍 크기가 직경 4 미크론보다 작고 구멍 크기의 5% 이상이 5 미크론보다 더 작은 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질 층에 의해 지지되는 멜트-블로운 폴리프로필렌 중합체를 포함하고, 상기 캐리어 기질 층은 합성 소수성 미디어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 복수 개의 주름진 팁들을 포함할 수 있도록 주름가공되고, 상기 주름진 팁들은 대체로 수직한 방향으로 연장하고 중력을 통하여 주름들 사이에서 습기를 배출할 수 있도록 수평방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 물 및 판넬 필터를 제공하기 위한 내식성의 사각 프레임;
    상기 사각 프레임과 기밀하게 맞물리는 사각 개스킷; 및
    적어도 0.50인치의 주름 깊이를 갖고, 멤브레인 층(membrane layer)이 없는 복합 미디어이고 캐리어 기질 층(carrier substrate layer) 및 그것에 적층되는 효율 섬유 조직망(efficiency fiber entanglement)을 포함하여 상기 사각 프레임 내에 기밀하게 장착되는 필터 미디어;를 포함하고,
    상기 효율 섬유 조직망은 MERV 14 rating보다 큰 복합 미디어를 제공하는 친수성 섬유들을 포함하고, 상기 필터 미디어는 일렉트릿(electret)을 형성하기 위하여 정전기적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 필터.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 멜트-블로운 부직 섬유들(melt-brown non-woven fibers)을 포함하는 적어도 하나의 퇴적물(deposition)을 구성하는 깊이-적재 미디어(depth-loading media)인 것을 특징으로 하는 필터.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질 층의 상부에 배열되고 필터 미디어의 상부 여과 표면을 형성하며, 상기 멜트-블로운 부직 섬유들은 깊이 여과(depth filtration) 및 습기 여과(moisture filtration)의 조합을 제공하고, 상기 캐리어 기질 층은 주름 기능(pleatability function)을 제공하고, 상기 필터 미디어는 주름가공되는 것을 특징으로 하는 필터.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질층의 하부에 배열되고, 상기 캐리어 기질 층은 제1 깊이-적재 여과 능력을 제공하고, 상기 멜트-블로운 부직 섬유들은 습기 여과(moisture filtration)와 조합된 제1 깊이-적재 여과 능력인 더 높은 효율의 제2 깊이 여과 능력의 조합을 제공하는 것을 특징으로 하는 필터.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질 층에 멜트-블로운 및 부직 섬유들로 이루어진 적어도 2개의 퇴적물을 구성하는 것을 특징으로 하는 필터.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 0.6psi보다는 더 큰 평균 유량 공극 압력(mean flow pore pressure)을 갖고, 10 미크론보다는 더 작은 평균 유량 공극 직경(mean flow pore diameter)을 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 적어도 MERV 16 rating을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 필터.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 0.3psi보다 큰 포점 압력(bubble point pressure)을 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
  21. 제 13항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 공극의 적어도 50%가 4 및 8 미크론 사이의 크기를 갖고 구멍의 크기가 5 및 7 미크론 사이의 평균 직경을 갖는 공극 분포를 갖도록 선택되고, 상기 필터 미디어는 20 미크론보다 더 큰 직경을 갖는 구멍들을 통하여 누적되는 필터 유량의 20퍼센트보다 더 작도록 선택되는 것을 특징으로 하는 필터.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 적어도 1/4mm의 두께를 갖는 멜트 블로운 중합 섬유를 포함하고,
    상기 섬유 조직망은 복합 필터 미디어를 제공하는 기질(substrate)에 적층되고,
    상기 복합 필터 미디어는 1 및 3mm 사이의 두께;
    15 및 40 사이의 공기 투과도(cfm @0.5" H2O);
    100 및 200 grams/m2 사이의 근량(basis weight);
    구멍들의 50 퍼센트 이상이 직경 5에서 8 미크론까지인 공극 분포이고 구멍들의 20퍼센트 이하가 직경 10.5미크론보다 더 큰 복합 필터 미디어의 공극 분포;
    직경 0.30에서 0.40인 입자들을 위하여 90퍼센트보다 더 큰 효율;
    96퍼센트보다 더 큰 평균 합성 먼지 중량 어레스턴스(average synthetic dust weight arrestance) 및 평방 피트 당 0.75그램보다 더 큰 복합 필터의 ASHRAE 먼지 보유 능력;
    4 및 6 미크론 사이의 평균 공극 직경에서 달성되는 복합 필터를 통한 90퍼센트의 누적 필터 유량; 및
    복합 필터 미디어에서 가장 작은 구멍 크기가 직경 4 미크론보다 작고 구멍 크기의 5% 이상이 5 미크론보다 더 작은 것을 특징으로 하는 필터.
  23. 제 13항에 있어서,
    상기 섬유 조직망은 캐리어 기질 층에 의해 지지되는 멜트-블로운 폴리프로필렌 중합체를 포함하고, 상기 캐리어 기질 층은 합성 소수성 미디어를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  24. 제 13항에 있어서,
    상기 필터 미디어는 복수 개의 주름진 팁들을 포함할 수 있도록 주름가공되고, 상기 주름진 팁들은 대체로 수직한 방향으로 연장하고 중력을 통하여 주름들 사이에서 습기를 배출할 수 있도록 수평방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 필터.
  25. 외부 환경과 소통되는 개구부를 통하여 냉각 유닛의 하우징 안으로 새로운 공기를 받아들일 수 있도록 적용되는 냉각 유닛에 있어서,
    필터 요소 및 냉각 유닛 사이의 밀봉을 완전하게 제공하고 상기 필터 미디어의 주변부에 연장되어 중합 물질로 몰드된 테두리 프레임;
    GR-487-CORE에 합치되고 ASTM B 117에 따라 일관된 솔트 포그 테스트(salt fog test)를 통과하는 충분한 물의 침입을 방지하기 위하여 선택되고 상기 구조적인 지지부에 의해 지지되는 필터 미디어;를 포함하는 인클로저(enclosure)의 냉각 유닛용 필터.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 테두리 프레임은 서로 다른 경도를 갖는 제1 재료 및 제2 재료가 함께 접합된 이중-경도계 재료(dual-durometer material)를 포함하고, 더 낮은 경도를 갖는 우레탄 재료는 필터 요소 및 냉각 유닛 사이에서 밀봉을 제공하는 개스킷을 형성하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 필터.
  27. 제 25항에 있어서,
    상기 우레탄 재료는 발포된 우레탄 재료이고, 필터 미디어의 둘레 부분에 몰드되는 것을 특징으로 하는 필터.
  28. 제 25항에 있어서,
    상기 프레임을 형성할 때 중합 물질(polymeirc material)이 몰드되는 보강링을 추가적으로 포함하고, 상기 중합물질은 필터 미디어에 완전하게 접합되는 것을 특징으로 하는 필터.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 보강링은 천공되어 있고, 몰드 캐비티의 하부 표면에 얹혀 있는 것으로부터 보강링의 몸체를 유지할 수 있도록 설정되는 스탠드오프(standoffs)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  30. 제 25항에 있어서,
    상기 미디어는 멤브레인 형태의 층이 없는 것으로 선택되고 기질 미디엄(substrate medium) 상에 섬유 조직망 효율(fiber entanglement efficiency)을 포함하고, 필터 미디어는 일렉트릿(electret)을 형성할 수 있도록 정전기적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 필터.
  31. 통상적인 사각 프레임;
    상기 프레임 및 하우징 사이에서 밀봉을 제공하기 위한 씰(seal); 및
    멤브레인 재료가 없고 미스트 및 먼지로부터 통신 전자기기들을 보호하기 위하여 외부의 환경에서 발생하는 공기로부터 미스트 및 먼지를 여과하기 위하여 적용되는 적어도 하나의 층을 갖는 선택된 깊이-적재 필터 미디엄(depth-loading filter medium)를 포함하여 주름진 필터를 제공할 수 있도록 프레임 내에서 연장되는 주름진 필터 미디어;를 포함하는 외부 환경에 노출되는 하우징에 통신 전자기기가 내장되는 통신 하우징용 필터.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 깊이-적재 필터 미디엄(medium)은 멜트블로운 고분자 섬유들, 적어도 0.25mm의 깊이 및 평방 미터 당 적어도 100그램의 근량을 갖는 것을 포함하도록 선택되어지고, 상기 깊이-적재 필터 미디엄은 직경 0.3에서 0.4 미크론인 입자들의 90퍼센트보다 더 큰 효율, 0.5 및 5 미크론 사이의 평균 섬유 두께 및 적어도 300%의 섬유 두께에서의 변동성을 갖도록 선택되어지고,
    상기 깊이-적재 필터 미디엄의 상부 및 하부면 중 어느 하나를 따라 5 및 50미크론 사이의 평균 섬유 두께를 갖는 캐리어 기질(carrier substrate)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 깊이 필터 미디엄의 상부면 및 하부면 중 어느 하나를 따르는 캐리어 기질(carrier substrate)을 추가적으로 포함하고, 상기 캐리어 기질은 깊이-적재 필터 미디엄의 평균 섬유 두께보다 4배에서 20배 사이의 평균 섬유 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
  34. 제 31항에 있어서,
    상기 필터는 보통의(regular) 솔트 포그 테스트 및 가중된(aggravated) 솔트 포그 테스트 중 적어도 어느 하나를 통과하는 것을 특징으로 하는 필터.
  35. 제 31항에 있어서,
    상기 깊이-적재 필터 미디엄은 구멍들을 갖고 직경 4 내지 8 미크론인 구멍들의 50%이상을 포함하도록 선택되어지고, 상기 필터 미디어는 적어도 MERV 16 rating을 갖도록 선택되어지고, 상기 깊이-적재 필터 미디엄은 0.6psi보다 큰 평균 흐름 공극 압력을 갖고 평균 흐름 구멍 직경이 10미크론보다는 작고 포점 압력이 0.3psi보다는 크도록 선택되어지고, 상기 필터 미디어(filter media)는 평방 피트당 적어도 0.5그램의 먼지 보유 능력을 갖고 분당 적어도 50피트의 공기 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
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