KR20120066649A - 필터 장치 및 필터 장치용 주 필터 요소 - Google Patents

필터 장치 및 필터 장치용 주 필터 요소 Download PDF

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외르크 멘쎈
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만 운트 훔멜 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 정화될 가스 유동으로부터 액체 및/또는 고체 입자를 분리시키기 위한 특히 2단 필터 장치(100)로서, 바람직하게는 가스 유동을 회전시킴으로써 제1 단에서 가스 유동으로부터 입자를 분리시키는, 전처리-필터로서 설계되는 예비 사이클론 사전분리기(10) 및 입자를 적어도 하나의 필터 매체(24)를 통해 안내함으로써 제2 단에서 가스 유동으로부터 입자를 분리시키는, 가스 유동 방향으로 하류에 배치되는 주 필터 요소(20)를 포함하며, 여기에서 주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30) 내에 수용되고, 여기에서 필터 하우징(30)은 정화될 가스 유동을 위한, 예비 사이클론 사전분리기(10)에 연결되는 미여과측 입구(32) 및 여과측 출구(34)를 포함한다. 주 필터 요소(20)가 움직일 수 없는 방식으로 필터 하우징(30) 내에 배치되도록 특히 2단 필터 장치를 개발하기 위해, 주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30) 내에서의 그 위치를 안정시키기 위해 적어도 하나의 유지 요소(22)를 포함하고, 상기 유지 요소는 주 필터 요소(20)의 원주방향 측면으로부터 필터 하우징(30)을 향하는 방향으로 연장되어, 주 필터 요소(20)를 필터 하우징(30)으로부터 규정된 거리를 두고 배치한다.

Description

필터 장치 및 필터 장치용 주 필터 요소{FILTER DEVICE AND MAIN FILTER ELEMENT FOR A FILTER DEVICE}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른, 정화될 가스 스트림 밖으로 액체 및/또는 고체 입자를 분리시키기 위해 특히 2단(two-stage) 구성을 갖는 필터 장치, 특히 내연 기관용 2단 공기 필터에 관한 것이다.
특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 필터 장치가 공보 DE 10 2008 011 186 A1에 개시된다. 또한, 내연 기관을 위한 전술된 유형의 공기 필터가 공보 DE 298 19 335 U1에 개시된다. 공지된 필터 요소에서, 주 필터 요소는 유극을 갖고서 필터 하우징 내에 수용된다.
본 발명은 주 필터 요소가 필터 하우징 내에 움직이지 않도록 배치되고 특히 필터 요소가 머리 위에(overhead) 장착된 때 필터 장치 밖으로 떨어져 나가는 것이 방지되도록 전술된 유형의 필터 요소를 더욱 발전시키는 목적을 갖는다.
이 목적은 특허청구범위 제1항에 개시되는 특징을 갖는 필터 장치에 의해 해소된다. 본 발명의 유리한 실시 형태 및 편리한 다른 개발이 특허청구범위 종속항에 정의된다.
따라서, 본 발명은 필터 하우징 내에서의 주 필터 요소의 위치를 안정시키는 적어도 하나의 유지 요소를 구비하는 주 필터 요소 또는 일차 요소에 기초한다. 이 유지 요소는 주 필터 요소의 원주방향 측면에서 시작하여 필터 하우징을 향하는 방향으로 연장되고, 주 필터 요소를 필터 하우징에 대해 규정된 간격을 두고 위치시키도록 구성된다. 따라서, 유지 요소는 주 필터 요소가 필터 하우징 내에서 움직이는 것을 방지한다.
바람직하게는, 주 필터 요소는 각각의 원주방향 측면 상에 배치되는 4개의 유지 요소를 구비하며, 여기에서 이들 유지 요소 중 2개는 각각 실질적으로 서로 대향되게 위치되거나 서로 비스듬히 대향되게 위치된다.
필터 하우징 내에서의 주 필터 요소의 안정에 더하여, 유지 요소는 또한 예를 들어 필터 하우징을 개방할 때, 주 필터 요소가 바람직하지 않게 필터 하우징 밖으로 떨어져 나가는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 필터 하우징은 필터 하우징의 원주방향 측면에서 시작하여 주 필터 하우징을 향하는 방향으로 연장되는, 그리고 유지 요소를 지지하고 주 필터 요소가 저절로 필터 하우징 밖으로 떨어져 나가는 것을 방지하는 적어도 하나의 돌출부를 구비한다.
주 필터 요소가 간단한 방식으로 필터 하우징 내로 삽입가능하거나 그것으로부터 제거가능하게 하기 위해, 유지 요소는 바람직하게는 탄성 재료, 예를 들어 폴리우레탄으로 제조된다. 따라서, 유지 요소는 필터 하우징의 돌출부를 가로질러, 예를 들어 약간의 증가된 힘을 소모하며 이동될 수 있다.
일 실시 형태에서, 필터 하우징은 유입측에서 전방 부착물을 구비하며, 여기에서 전방 부착물은 사이클론(cyclone) 사전분리기, 보호 스크린, 흡입관, 또는 미여과(raw) 공기 도관이다.
유리한 실시 형태에서, 사이클론 사전분리기는 수 개의 개별 사이클론을 포함한다. 가스 스트림을 사전정화시키기 위해 가스 스트림이 회전하게 하는 복수의 안내 베인을 구비하는 이러한 다중-셀 사이클론 또는 다중-사이클론이 예를 들어 공보 DE 10 2008 011 186 A1에 개시된다. 이와 관련하여, 공보 DE 103 30 296 A1에 개시된 바와 같은 사이클론 사전분리기는 2단(two-stage) 사전분리기로서 구현될 수 있다.
필터 하우징 내에 수용되는 주 필터 요소 또는 일차 요소로서, 예를 들어, 입구측 및 출구측 단부 표면의 영역에서 교대로 밀폐되는, 그리고 평평한 층 및 파형 층을 서로 적층배치함으로써 형성되는 복수의 통로를 갖춘 소형 공기 필터가 가능하며, 여기에서 가스 스트림은 필터 통로를 통해 선형으로 안내된다. 대안적으로, 환형으로 폐쇄된 지그재그-접철 필터 벨로우즈를 갖춘 단일 또는 다중-벨로우즈 필터, 바람직하게는 보다 큰 환형 필터 요소가 보다 작은 환형 필터 요소 주위에 배치되는 이중 벨로우즈 필터, 또는 지그재그-접철 평탄 필터 요소가 사용될 수 있다.
필터 매체는 바람직하게는 실질적으로 환형이거나 난형이다. 예를 들어, 공보 DE 10 2008 011 186 A1에 기술된 바와 같이, 다중-벨로우즈 필터의 경우, 각각의 필터 벨로우즈는 별 형상으로 배치되는, 그리고 유입측에서 및/또는 유출측에서 함께 결합되는 필터 접철부를 갖춘 별형상 필터(star filter)로서 구현될 수 있다. 필터 접철부의 단부면 에지가 예를 들어 이른바 단부면 접합(end face bonding)에 의해 유입측에서 및/또는 유출측에서 함께 결합될 때 특히 유리하다.
본 발명에 의하면, 주 필터 요소가 필터 하우징 내에 움직이지 않도록 배치되고 특히 필터 요소가 머리 위에 장착된 때 필터 장치 밖으로 떨어져 나가는 것이 방지되는 필터 요소가 제공된다.
위에서 이미 설명된 바와 같이, 본 발명의 교시를 유리한 방식으로 설계하고 더욱 발전시킬 다양한 가능성이 존재한다. 이와 관련하여, 한편으로는 특허청구범위 제1항의 종속항들이 참조되어야 하며; 다른 한편으로는 본 발명의 다른 구성, 특징 및 이점이 특히 도 1 내지 도 8에 예시된 실시 형태의 도움으로 하기에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 2단 필터 장치를 위한 일 실시 형태를 사시도로 도시한다.
도 2는 도 1의 필터 장치를 분해도로 도시하며, 여기에서 필터 하우징, 필터 하우징의 커버 및 주 필터 요소가 개별적으로 예시된다.
도 3은 필터 하우징 내에 수용된, 도 1에 따른 필터 장치의 주 필터 요소의 입구측을 도시한다.
도 4는 도 3의 입구측의 상세도이며, 여기에서 특히 주 필터 요소의 유지 요소와 필터 하우징의 돌출부가 예시된다.
도 5는 주 필터 요소의 제거시 도 1의 필터 장치를 사시도로 도시한다.
도 6은 도 5의 필터 장치의 상세도이며, 여기에서 특히 필터 하우징의 돌출부 상에 놓인 유지 요소가 예시된다.
도 7은 필터 하우징의 돌출부 상에 놓인 도 6의 유지 요소 중 하나의 상세도이다.
도 8은 주 필터 요소의 제거시 도 1의 필터 장치의 측면도이다.
도 1 내지 도 8에서 동일하거나 유사한 구성, 요소 또는 특징부에는 동일한 도면 부호가 부여된다.
도 1에 예시된 2단 필터 장치 또는 2단 분리기(100)는 내연 기관용 공기 필터이다. 이 공기 필터(100)는 내부에 이른바 일차 요소인 주 필터 요소(20)가 수용되는 필터 하우징(30); 사이클론 사전분리기(10); 및 하류 이차 요소(50)로 구성된다. 공기(100)를 통과하는 가스 스트림은 제1 필터 단에서 사이클론 사전분리기(10) 내에서 그리고 제2 필터 단에서 주 필터 요소(20) 내에서 정화된다. 이차 요소(50)는 주 필터 요소(20)를 교체할 때 먼지가 내연 기관 내로 유입될 수 있는 것을 방지한다.
필터 하우징(30)은 그 원주방향 측면에서, 폐쇄 요소(62)에 의해 탈착가능하고 로킹가능하게 배치되는 커버(60)에 의해 덮이는 개구(36)를 구비한다. 필터 하우징(30)의 벽 표면 내의 이 개구(36)에 의해, 주 필터 요소(20) 및 편리하게는 또한 이차 요소(50)가 반경방향으로 또는 필터 장치(100)의 축방향을 가로질러 필터 하우징(30) 내의 수용 공간 내로 삽입되거나 그것으로부터 제거될 수 있다. 필터 하우징(30)은 정화될 가스 스트림을 위한 미여과측(raw-side) 입구(32) 및 여과측(clean-side) 출구(34)를 구비한다.
사이클론 사전분리기(10)는 필터 하우징(30)의 입구(32)의 영역에 배치된다. 사이클론 사전분리기(10) 내에서, 축방향으로 공급된 공기의 먼지 입자는 회전하는 공기 스트림 내에서 원심력에 의해 하향으로 운반되어 분리된다. 하향 방향으로 배향될 수 있는 입자 출구(12)에 의해, 사이클론 사전분리기(10) 내에서 분리된 먼지 입자는 제거될 수 있다. 사이클론 사전분리기(10)는 필터 하우징(30)과 연결되는 별개의 구성요소로서 구현된다. 사이클론 사전분리기(10) 내에서 사전여과된 유체는 축방향으로 필터 요소의 단부면에 있는 유입측으로 축방향으로 공급된다. 사이클론 사전분리기(10), 주 필터 요소(20) 및 이차 요소(50)는 축방향으로 연이어 위치될 수 있고, 특히 정화될 연소 공기의 편향 없이 유체가 축방향으로 통과할 수 있다. 편향 없는 통과는 예를 들어 주 유동 방향으로 교대로 폐쇄된 통로를 구비하는 소형 공기 필터 요소가 채용될 때 달성될 수 있다.
도 2는 커버(60) 및 주 필터 요소(20)가 제거된 도 1의 필터 장치(100)를 도시한다. 주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30)의 미여과측 입구(32)를 향하는 그 측에서, 서로 내에 배치되는 주 필터 요소(20)의 두 환형 지그재그-접철 필터 벨로우즈 사이의 기밀 연결을 생성하기 위해 구현되는 유입측 밀봉 요소(40)를 구비한다. 이 유입측 밀봉 요소(40)는 바람직하게는 탄성 재료, 예를 들어 폴리우레탄으로 제조되고, 그 원주방향 측면에서, 필터 하우징(30) 내에 장착된 주 필터 요소(20)를 필터 하우징(30)에 대해 규정된 간격을 두고 고정시키는 유지 요소, 즉 폴리우레탄 노브 또는 스페이서 노브(22)를 구비한다(도 3 및 도 4 비교, 여기에서 도 4는 도 3의 파선으로 둘러싸여진 영역의 상세도를 도시함). 또한, 폴리우레탄 노브(22)는 필터 하우징(30)의 커버(60) 개방시 주 필터 요소(22)가 떨어져 나가는 것을 노브에 의해 막는 보호물의 역할을 한다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이(도 7은 도 5의 파선으로 둘러싸여진 영역의 상세도를 도시함), 폴리우레탄 노브(22)는 커버(60) 개방 상태에서, 필터 하우징(30)의 돌출부(38)와 상호작용하고, 주 필터 요소(20)를 필터 하우징(30) 내에 고정시킨다. 측방향 폴리우레탄 노브(22)가 필터 하우징(30)의 돌출부(38) 상에 놓이기 때문에, 그것들은 주 필터 요소(20)가 저절로 떨어져 나가는 것을 방지한다. 폴리우레탄 노브(22)의 탄성으로 인해, 주 필터 요소(20)는 여전히 필터 하우징(30)으로부터 증가된 힘을 소모하며 꺼내어질 수 있다. 이와 관련하여, 폴리우레탄 노브(22)는 압축되고 돌출부(38)를 가로질러 활주된다.
도 3 및 도 4에서, 폴리우레탄 노브(22)는 필터 하우징(30)의 돌출부(38)에 대해 간격을 두고 배치된다. 이는 도 3 및 도 4가 필터 하우징 내에 장착된 주 필터 요소를 도시하기 때문에 그러하다. 커버(60)가 개방된 때, 주 필터 요소(20)는 개구(36)의 방향으로 활주되고, 스페이서 노브(22)는 주 필터 요소(20)를 필터 하우징(30) 내에 고정시킨다(도 5 내지 도 8 비교).
도 8은 일차 필터(20)를 제거할 때 필터 장치(100)의 측면도를 도시한다. 출구측에 있는 밀봉 요소(42)가 미여과측이 여과측으로부터 분리되도록 필터 하우징(30)의 여과측 출구(34)의 밀봉 시트(seat)(70) 내에 위치된다. 필터 요소(20)는 필터 하우징(30)의 돌출부(38) 상에 포획되는 유입측 밀봉 요소(40) 및 밀봉 시트(70)에 맞대어져 놓이는 유출측 밀봉 요소(42)에 배치되는 두 폴리우레탄 노브(22)에 의해 필터 하우징(30) 밖으로 떨어져 나가는 것이 방지된다. 따라서, 필터 하우징(30) 내에서 주 필터 요소(20)를 안정시키는 역할을 하는 폴리우레탄 노브(22)는 부가적으로 떨어져 나가는 것을 막는 보호물의 역할을 하고, 주 필터 요소(20)를 필터 하우징(30) 밖으로의 우발적인 활주로부터 안전하게 한다.
10: 사이클론 사전분리기 20: 주 필터 요소
22: 유지 요소 24: 필터 매체
30: 필터 하우징 32: 미여과측 입구
34: 여과측 출구 36: 개구
38: 돌출부 40: 밀봉 요소
100: 필터 장치

Claims (12)

  1. 특히 내연 기관의 흡입 공기를 위한, 정화될 가스 스트림으로부터 액체 및/또는 고체 입자를 분리시키기 위한 필터 장치(100)로서,
    - 유입측 전방 부착물(10); 및
    - 가스 스트림의 유동 방향으로 뒤따르고 입자를 적어도 하나의 필터 매체(24)를 통해 안내하여 가스 스트림으로부터 입자를 분리시키는 주 필터 요소(20)로서, 주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30) 내에 수용되고, 필터 하우징(30)은 정화될 가스 스트림을 위한, 유입측 전방 부착물(10)에 연결되는 미여과측 입구(32) 및 여과측 출구(34)를 포함하는, 주 필터 요소(20)
    를 포함하는 필터 장치(100)에 있어서,
    주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30) 내에서의 그 위치를 안정시키기 위해, 주 필터 요소(20)의 원주방향 측면에서 시작하여 필터 하우징(30)을 향하는 방향으로 연장되는, 그리고 주 필터 요소(20)를 필터 하우징(30)에 대해 규정된 간격을 두고 위치시키는 적어도 하나의 유지 요소(22)를 구비하며,
    - 필터 하우징(30)은 그 원주방향 측면에서 필터 하우징(30)으로부터의 주 필터 요소(20)의 제거를 위해 또는 필터 하우징(30) 내로의 주 필터 요소(20)의 삽입을 위해 구성되는 폐쇄가능한 개구(36)를 구비하고,
    - 필터 하우징(30)은 필터 하우징(30)의 원주방향 측면에서 시작하여 주 필터 요소(20)를 향하는 방향으로 연장되는 적어도 하나의 돌출부(38)를 구비하고, 돌출부(38)는 개구(36) 개방 상태에서 유지 요소(22)를 지지하고 주 필터 요소(20)가 저절로 필터 하우징(30) 밖으로 떨어져 나가는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    - 필터 하우징(30)은 실질적으로 서로 대향되게 위치되거나 서로 비스듬히 대향되게 위치되는 적어도 2개의 돌출부(38)를 구비하고, 및/또는
    - 주 필터 요소(20)는 실질적으로 서로 대향되게 위치되거나 서로 비스듬히 대향되게 위치되는 적어도 2개의 유지 요소(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    유지 요소(22)는 탄성 재료, 예를 들어 폴리우레탄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30)의 미여과측 입구(32)를 향하는 그 측면 상에 주 필터 요소(20)를 둘러싸는 밀봉 요소(40)를 구비하고,
    - 유지 요소(22)는 밀봉 요소(40)의 원주방향 측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    밀봉 요소(40)는 탄성 재료, 예를 들어 폴리우레탄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터 매체(24)는 적어도 하나의 환형 별-형상 접철 필터 매체(24)인 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    주 필터 요소(20)는 입구측 및 출구측 단부 표면의 영역에서 교대로 폐쇄되는 복수의 필터 통로를 갖춘 적어도 하나의 소형 공기 필터인 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    주 필터 요소(20)는 적어도 하나의 다중-벨로우즈 필터, 예를 들어 이중 벨로우즈 공기 필터인 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    전방 부착물은 사이클론 사전분리기, 보호 스크린, 흡입관, 또는 미여과 공기 도관으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    전방 부착물은 가스 스트림이 회전하게 하여 제1 단에서 가스 스트림으로부터 입자를 분리시키는 사이클론 사전분리기(10)로서 구현되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    사이클론 사전분리기(10)는 가스 스트림의 사전정화를 위해 가스 스트림이 회전하게 하는 복수의 안내 베인을 포함하는 다중-셀 사이클론인 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  12. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 필터 장치(100) 내에 설치되는 주 필터 요소(20)로서,
    - 필터 매체, 특히 입구측 및 출구측 단부 표면의 영역에서 교대로 폐쇄되는, 그리고 평평한 층 및 파형 층의 교대 배치에 의해 형성되는 복수의 통로를 갖춘 소형 공기 필터 매체, 또는 환형으로 폐쇄된 지그재그-접철 필터 벨로우즈를 갖춘 단일 또는 다중-벨로우즈 필터 매체, 특히 보다 큰 환형 필터 요소가 보다 작은 환형 필터 요소 주위에 배치되는 이중 벨로우즈 공기 필터
    를 포함하는 주 필터 요소(20)에 있어서,
    주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30) 내에서의 그 위치의 안정을 위해, 필터 하우징(30)의 원주방향 측면으로부터 주 필터 요소(20)를 향하는 방향으로 연장되는 필터 하우징(30)의 돌출부(38) 상에 지지가능한 적어도 하나의 유지 요소(22)를 포함하고, 상기 유지 요소는 주 필터 요소(20)의 원주방향 측면에서 시작하여 주 필터 요소로부터 멀어지게 배향되고 특히 장착 상태에서 필터 하우징(30)을 향하는 방향으로 연장되며, 주 필터 요소(20)는 필터 하우징(30) 내에 설치시 주 필터 요소(20)가 돌출부(38) 상에 지지가능하고 주 필터 요소(20)가 저절로 필터 하우징(30) 밖으로 떨어져 나가는 것이 방지되도록 필터 하우징(30)에 대해 규정된 간격을 두고 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 주 필터 요소.
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