KR20120096006A

KR20120096006A - 적하-방지 특징부를 구비한 필터 카트리지

Info

Publication number: KR20120096006A
Application number: KR20127015851A
Authority: KR
Inventors: 리차드 에이 키르히너; 네이슨 이 마크스; 제레미 에이 슈몰
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-08-29
Also published as: CN102596356A; EP2501455A2; JP5775091B2; US20120279916A1; WO2011063100A2; JP2013511388A; BR112012011918B1; US9011686B2; BR112012011918A2; WO2011063100A3; EP2501455B1; CN102596356B; KR101746248B1

Abstract

말단부, 연결 단부 및 종축을 포함하는 하우징을 포함하는 필터 카트리지가 개시되며, 연결 단부는 유체 입구 및 유체 출구를 포함한다. 필터 카트리지는, 말단부와 연결 단부 사이에서 하우징 내에 배치되고 유체 입구를 유체 출구에 유동적으로 연결하는 여과 매체를 추가로 포함한다. 유체 입구 또는 유체 출구 중 하나는 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널을 포함하고, 적하-방지 모세관 채널들의 횡단면은 적어도 한 방향으로 길다.

Description

적하-방지 특징부를 구비한 필터 카트리지{FILTER CARTRIDGE WITH ANTI-DRIP FEATURE}

냉장고와 같은 기기는 흔히 소비자에게 얼음 및 냉수를 전달하기 위한 수단을 포함한다. 전달되는 물뿐만 아니라, 얼음을 만드는 데 사용되는 물은 불순물을 제거하고 맛을 개선하기 위해 여과되는 것이 바람직하다. 따라서, 많은 냉장고는 주택용 수돗물을 소비자에게로의 전달 전에 여과하기 위해 내장된 일회용 물 필터 카트리지를 포함한다.

대부분의 주택에서 공간이 중요하기 때문에, 흔히, 물 여과 시스템에 의해 점유되는 전체 공간이 최소화되고 필터 카트리지가 편리한 제거 및 교체를 위해 소비자에 의해 쉽게 접근가능하도록 그러한 냉장고를 설계하는 것이 바람직하다. 이들 기준을 이용하는 설계로 인해, 필터 카트리지는 여러 배향으로 최적하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 필터 카트리지는 가로 배향으로 설치 및 제거될 수 있는데, 즉 옆으로 기울어져 있을 수 있다.

사용된 필터 카트리지가 냉장고로부터 제거될 때, 카트리지는 전형적으로, 바람직하지 못하게 카트리지로부터 적하되거나 유출될 수 있는 잔류 물을 함유한다. 이는 필터 카트리지가 가로로 배향되는 경우에 특히 그러할 수 있는데, 이 경우 잔류 물은 카트리지 상의 입구 또는 출구 포트로부터 흘러 나가기 쉽다. 필터 카트리지가 가로로 설치 및 제거되지 않는 냉장고에서도, 필터 카트리지가 우연하게 가로로 기울어지거나 거꾸로 유지되는 경우 소비자가 잔류 물을 유출시킬 수 있다.

기기로부터 제거될 때 적하 또는 유출을 감소시키거나 방지할 수 있는 필터 카트리지에 대한 지속되는 필요성이 있다. 또한, 필터 카트리지에 걸친 압력 강하가 증가되지 않고서 기기로부터 제거될 때 적하 또는 유출을 감소시키거나 방지할 수 있는 필터 카트리지에 대한 필요성이 있다. 또한, 밸브 또는 다른 이동 부품을 사용하지 않고서 기기로부터 제거될 때 적하 또는 유출을 감소시키거나 방지할 수 있는 필터 카트리지에 대한 필요성이 있다. 또한, 비교적 제조하기에 용이하면서도 기기로부터의 제거될 때 적하 또는 유출을 감소시키거나 방지할 수 있는 필터 카트리지에 대한 필요성이 있다.

본 발명은 일반적으로 일회용 필터 카트리지를 포함하는 물 여과 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 적하-방지(anti-drop) 특징부를 포함하는 필터 카트리지에 관한 것이다. 그러한 시스템은 공지된 필터 카트리지와 비교할 때, 상대적으로 더 큰 비율의, 물이 통과하여 유동하기 위한 개방 면적을 제공하면서 적하를 방지할 수 있다. 물 유동을 위한 상대적으로 더 큰 개방 면적으로 인해, 본 발명에 따른 필터 카트리지는 공지된 필터와 비교할 때 감소된 유동 저항을 갖도록 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 적하-방지 특징부는 공지된 적하-방지 특징부보다 더욱 용이하게 제조될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명은 말단부, 연결 단부 및 종축을 포함하는 하우징을 포함하는 필터 카트리지를 제공한다. 전형적으로, 연결 단부는 유체 입구 및 유체 출구를 포함한다. 여과 매체가 말단부와 연결 단부 사이에서 하우징 내에 배치된다. 여과 매체는 유체 입구를 유체 출구에 유동적으로 연결하고, 유체 입구 또는 유체 출구 중 하나는 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(anti-drip capillary channel)을 포함하며, 적하-방지 모세관 채널들의 횡단면은 적어도 한 방향으로 길다.

일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널의 횡단면은 장측 치수(elongate dimension) 및 단측 치수(minor dimension)를 포함하고, 단측 치수는 약 0.020 인치 (약 0.0508 센티미터) 내지 약 0.060 인치 (약 0.1524 센티미터)의 범위 내에 있으며, 장측 치수는 약 0.080 인치 (약 0.2032 센티미터) 초과이다. 일 실시예에서, 단측 치수는 약 0.025 인치 (약 0.0635 센티미터) 내지 약 0.040 인치 (약 0.1016 센티미터)의 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 단측 치수는 약 0.030 인치 (약 0.0762 센티미터)이다.

일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 장측 치수는 곡선형 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 장측 치수는 실질적인 직선을 포함한다. 일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 장측 치수는 정점(vertex)을 포함한다. 일 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 단측 치수는 장측 치수를 따라 실질적으로 일정하다.

일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들은 종축으로부터 외향으로 방사상으로 연장한다. 일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들은 서로 평행하게 배향된다. 일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들은 종축을 중심으로 원주방향으로 배향된다.

일 실시예에서, 연결 단부는 여과 매체에 대해 밀봉되는 내부 포스트(post) 및 여과 매체의 개방 내부 코어(core)와 유체 연통하는 중앙 도관을 포함한다. 일부 그러한 실시예에서, 슬리브(sleeve)가 하우징의 연결 단부 내에 형성되고 내부 포스트를 반경방향으로 둘러싼다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널은 내부 포스트와 슬리브 사이의 환상(annular) 영역에 걸쳐 있는 플랜지(flange) 상에 배치되고, 적하-방지 모세관 채널들은 여과 매체의 외부 표면과 유체 연통한다.

일 실시예에서, 내부 포스트는 플랜지를 포함한다. 일부 그러한 실시예에서, 플랜지는 슬리브에 부착되지 않는다. 일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상은 플랜지의 반경방향 외부 에지를 단절시킨다.

다른 실시예에서, 슬리브는 플랜지를 포함한다. 일부 그러한 실시예에서, 플랜지는 내부 포스트에 부착되지 않는다. 일부 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상은 플랜지의 반경방향 내부 에지를 단절시킨다.

일부 실시예에서, 중앙 도관은 유체 출구를 형성하고, 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널은 유체 입구를 형성한다.

일 실시예에서, 각각의 적하-방지 모세관 채널은 적어도 하나의 채널 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 채널 측벽의 Ra 표면 거칠기 높이(surface roughness height)는 약 64 마이크로인치 (약 1.626 마이크로미터) 초과이다.

일부 실시예에서, 각각의 적하-방지 모세관 채널은 종축을 따라 측정되는 깊이 치수를 추가로 포함하고, 깊이 치수는 약 0.30 인치 (약 0.762 센티미터) 내지 약 1.0 인치 (약 2.54 센티미터)의 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 깊이 치수는 약 0.40 인치 (약 1.016 센티미터) 내지 약 0.70 인치 (약 1.778 센티미터)의 범위 내에 있다.

본 발명은 또한, 채널 측벽을 갖는 적하-방지 모세관 채널을 형성하도록 주형을 설계하는 단계, 채널 측벽에 64 마이크로인치 (1.626 마이크로미터) 이상의 Ra 표면 거칠기 높이를 부여하도록 주형의 텍스처 형성(texturization)을 지정하는 단계, 및 Ra 표면 거칠기 높이가 64 마이크로인치 (1.626 마이크로미터) 이상인 채널 측벽을 갖는 적하-방지 모세관 채널을 형성하도록 용융된 플라스틱을 텍스처 형성된 주형 내로 사출시키는 단계를 포함하는, 적하-방지 모세관 채널을 형성하는 방법을 제공한다.

본 발명의 이들 및 다른 태양이 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 상기 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 그 요지는 절차의 수행 동안에 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

명세서 전체에 걸쳐, 동일한 도면 부호가 동일한 요소를 지시하는 첨부 도면을 참조한다.
<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 필터 카트리지의 사시도.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른 필터 카트리지의 도 1의 2-2에서 취해진 단면도.
<도 3>
도 3은 본 발명에 따른 필터 카트리지의 분해 사시도.
<도 4>
도 4는 본 발명에 따른 필터 카트리지의 분해 사시도.
<도 5 내지 도 10>
도 5 내지 도 10은 적하-방지 모세관 채널들의 다양한 구성을 도시하는, 본 발명에 따른 필터 카트리지의 도 2의 10-10으로부터 보이는 바와 같은 평면도.
<도 11>
도 11은 내측에 잔류 유체가 있는 상태로 기울어져 있는, 본 발명에 따른 필터 카트리지의 도 1의 2-2에서 취해진 단면도.
<도 12>
도 12는 본 발명에 따른 필터 카트리지의 사시도.
<도 13>
도 13은 본 발명에 따른 예시적인 적하-방지 모세관 채널들의 도 5의 13-13에서 취해진 단면 사시도.
<도 14 내지 도 16>
도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 예시적인 적하-방지 모세관 채널들의 횡단면의 평면도.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 예시적인 필터 카트리지(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 필터 카트리지(100)는 말단부(104)(도 11 또는 도 12), 연결 단부(106) 및 종축(103)을 포함하는 하우징(102)을 포함한다. 전형적으로, 연결 단부(106)는 유체 입구(110) 및 유체 출구(112)를 포함한다. 여과 매체(120)가 말단부(104)와 연결 단부(106) 사이에서 하우징(102) 내에 배치된다. 여과 매체(120)는 유체 입구(110)를 유체 출구(112)에 유동적으로 연결하고, 유체 입구(110) 또는 유체 출구(112) 중 하나는 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)을 포함하며, 적하-방지 모세관 체널들(130)의 횡단면은 적어도 한 방향으로 길다. 도 1 및 도 2는 유체 입구(110)를 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)을 포함하는 것으로서 도시하고 있지만, 도시된 적하-방지 모세관 채널들(130)은 또한 유체 출구(112)를 형성할 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 유체 입구(110) 및 유체 출구(112) 둘 모두가 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)을 포함할 수 있는 것으로 고려된다.

적하-방지 모세관 채널들(130)은 적어도 2가지 방식으로 필터 카트리지(100) 내에 혼입된 잔류 유체의 적하를 감소시키거나 방지할 수 있다.

먼저, 도 11 및 도 13에 도시된 바와 같이, 잔류 물이 모세관 작용에 의해 적하-방지 모세관 채널들(130)로 인입된다. 일단 잔류 물이 적하-방지 모세관 채널들(130) 내로 인입되면, 이는 물과 채널 측벽(132) 사이의 힘 상호작용에 의해 보유된다. 이러한 모세관 작용에 기인한 인력은, 필터 카트리지(100)가 옆으로 기울어진 때에도, 중력 단독으로 전형적으로 잔류 물이 적하-방지 모세관 채널들(130)을 완전하게 통과하여 유동하게 하여 적하 또는 유출을 일으키기에는 불충분할 만큼 강하다.

다음으로, 유체는 적하-방지 모세관 채널들(130) 내에 보유되어 있는 잔류 물에 의해 생성되는 진공에 의해 다른 유체 포트(전형적으로, 항상은 아니지만, 유체 출구(112)에서 중앙 도관(144)까지) 내에 보유된다. 이러한 상황은 엄지손가락이 유체 충전된 음료수 빨대의 일 단부를 막고 있는 경우와 유사한데, 이 경우 반대편 단부를 덮고 있는 엄지손가락에 의해 생성되는 진공 밀봉이 공기 유입을 차단하기 때문에 유체는 빨대의 자유 단부 밖으로 유동하지 않을 것이다. 여기서, 적하-방지 모세관 채널들(130) 내에 보유되어 있는 잔류 물이 빨대 상의 엄지손가락과 유사한 역할을 하여, 진공을 파괴하여 다른 유체 포트로부터 유체를 방출시키는 공기 유입을 차단한다.

유사한 적하-방지 현상은 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 공동 소유된 프리츠(Fritze)의 미국 특허 제6,632,355호("프리츠 '355")에 이미 기술되었다. 그러나, 프리츠 '355는 적하-방지 모세관 채널들의 사용을 개시하지 않으며, 그보다는 소직경 보어(bore)들(즉, 원형 횡단면을 갖는 보어)의 사용을 기술한다. 프리츠 '355에 따르면,

필터 단부 캡 상의 소직경 보어들은 물 필터 조립체가 제거될 때 물의 표면 장력이 소직경 보어들 밖으로의 유출을 방지하도록 크기설정된다. 이는 이어서 물이 필터 단부 캡 상의 관통 보어 밖으로 유출되는 것을 또한 방지하는 진공을 생성한다.

프리츠 '355, 8컬럼, 44 내지 49행(도면 부호는 생략됨).

그러나, 프리츠 '355의 소직경 보어들은 사용 시에 소정의 단점을 가질 수 있다. 예를 들어, 전형적으로 직경이 약 0.050" (약 0.127 ㎝)인 소직경 보어들은 일반적으로 기계가공(즉, 드릴가공)되거나 작은 핀(pin)을 사용하여 성형되어야 한다. 기계가공은 전형적으로 성형 작업보다 더욱 고가이고 시간 소모적이며, 소직경 보어들을 성형하는 데 사용되는 작은 핀은 매우 부서지기 쉽고 손상되기 쉽다. 따라서, 두 제조 방법 모두 불리할 수 있다.

더욱이, 프리츠 '355 유형의 복수의 보어가 단일 부품 내에 형성되는 경우에도, 유체 유동을 위해 생성되는 개방 면적(횡단면 내의 개방 면적)의 상대적인 크기는 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)이 채용될 때 생성될 수 있는 것보다 현저하게 더 작다.

예를 들어, 직경 D를 갖는 프리츠 '355에 따른 소직경 보어들이, 중심들 간에 x의 거리로 이격된 상태에서 길이 L의 경로를 따라 배열되는 것으로 가정하면, 물 유동을 위한 총 개방 면적 A_보어는 아래와 같이 계산될 수 있다:

반대로, 폭 W(즉, 단측 치수(136)) 및 경로 길이 L(즉, 장측 치수(134))을 갖는 적하-방지 모세관 채널(130)의 경우, 물 유동을 위한 총 개방 면적 A_채널은 아래와 같이 계산될 수 있다:

그러면, A_채널 대 A_보어의 비는 아래와 같이 계산되며:

, 이는 아래와 같이 간단해진다:

실제로는, 소직경 보어들의 중심들 간의 거리 x는 D보다 커야 하는데, 이는 x의 임의의 더 작은 값은 인접한 보어들을 서로 간섭되게 할 것이기 때문이라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 실제로 현실적이지는 않지만, 주어진 경로 길이 L 내의 소직경 보어들의 수는 x = D일 때 이론적으로 최대가 된다. 따라서, A_보어가 이론적으로 최대가 될 때의 A_채널 대 A_보어의 비는 수학식 3에서 x를 D로 치환함으로써 아래에 주어진 바와 같이 계산될 수 있다:

따라서, 적하-방지 모세관 채널(130)의 폭 W가 각각의 보어의 직경 D와 동일하도록 선택되는 경우, A_채널 대 A_보어의 비는 항상 아래보다 클 것이다:

따라서, 전술된 바와 같이 배열될 때, 적하-방지 모세관 채널(130)은 항상, 그 직경이 적하-방지 모세관 채널(130)의 폭과 동일한 소직경 보어들의 열보다 물 유동을 위한 27% 이상 더 큰 개방 면적을 생성할 수 있을 것이다. 물론, 실제 응용에서, 이러한 비는 전형적으로 훨씬 더 클 것인데, 이는 소직경 보어들이 훨씬 더 큰 간격으로 이격되어야 할 것이어서, 단위 길이당 더 적은 소직경 보어들이 있게 되기 때문이다. 하나의 실제적인 비교가 이하에 예시된다.

2" (5.08 ㎝)의 경로 길이에 걸쳐 그 중심들이 2개 직경의 거리(0.100" (0.254 ㎝))만큼 이격되어 있는, 0.050" (0.127 ㎝)의 직경을 가진 프리츠 '355에 교시된 바와 같은 소직경 보어들을 가정하면, 물 유동을 위한 총 개방 면적 A_보어는 아래와 같이 계산된다:

이어서, 0.030" (0.0762 ㎝)의 폭 및 2" (5.08 ㎝)의 경로 길이를 가진 적하-방지 모세관 채널(130)을 가정하면, 물 유동을 위한 총 개방 면적 A_채널은 아래와 같이 계산될 수 있다:

따라서, 전술한 예의 경우, A_채널 대 A_보어의 비는 아래와 같다:

따라서, 상기 전형적인 실제 응용에서, 단일 적하-방지 모세관 채널(130)은, 필터 카트리지(100)에 적하-방지 기능을 여전히 제공하면서, 동일한 길이를 따라 배치되는 전형적인 소직경 보어들의 열보다 물 유동을 위한 약 53% 더 큰 개방 면적을 생성할 수 있다. 따라서, 적하-방지 모세관 채널들(130)이 전형적인 소직경 보어들의 열보다 물 유동을 위한 상대적으로 더 큰 개방 면적을 제공할 수 있기 때문에, 그리고 적하-방지 모세관 채널들(130)이 필터 카트리지(100)의 유체 입구(110) 또는 유체 출구(112)를 제공하기 때문에, 본 발명에 따른 필터 카트리지(100)는 상대적으로 더 낮은 전체 압력 강하를 갖도록 설계될 수 있다.

상기 예에서 논의된 바와 같이, 폭 W는 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)의 단측 치수(136)와 같게 될 수 있고, 한편 경로 길이 L은 장측 치수(134)와 같게 될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연결 단부(106)는 다수의 부품으로부터 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 연결 단부(106)는 슬리브(150) 내에서 종축(103)을 따라 배치되는 내부 포스트(140)를 포함한다. 전형적으로, 필수적이지는 않지만, 슬리브(150)는 하우징(102) 상에 일체로 형성된다. 일부 실시예에서, 내부 포스트(140)는 여과 매체(120)의 개방 내부 코어(124)와 유체 연통하는 중앙 도관(144)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 중앙 도관(144)은 유체 출구(112)에서 종결된다. 슬리브(150)는 하우징(102)으로부터의 원통형 돌출부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 환상 영역(170)이 내부 포스트(140)와 슬리브(150) 사이의 공간에 걸쳐 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)은 환상 영역(170)에 걸쳐 있는 플랜지(160) 상에 배치된다.

플랜지(160)는 도 4에 도시된 바와 같이 슬리브(150)로부터 내향으로 방사상으로 연장할 수 있거나, 도 3에 도시된 바와 같이 내부 포스트(140)로부터 외향으로 방사상으로 연장할 수 있다.

적하-방지 모세관 채널(130)의 횡단면은 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같이 폐쇄될 수 있거나, 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)은 각각 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 플랜지(160)의 반경방향 외부 에지(164) 또는 반경방향 내부 에지(168)를 단절시킬 수 있다. 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)이 반경방향 외부 또는 내부 에지(164 또는 168)를 단절시킬 때, 단절된 반경방향 에지는 인접한 표면에 부착될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플랜지(160)는 내부 포스트(140)로부터 외향으로 방사상을 연장하고, 슬리브(150)에 대항하여 밀접하게 끼워지지만 그에 부착되지는 않는다. 그러한 실시예에서, 플랜지(160)와 슬리브(150) 사이에 작은 간극이 존재할 수 있다. 이러한 작은 간극이 유체 우회로를 생성할 수 있지만, 간극이 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)보다 유체에 대해 더 제한적인 한 허용될 수 있다. 그러한 구성은 내부 포스트(140)의 슬리브(150) 내로의 조립을 보다 신속하고 용이하게 하면서도, 필터 카트리지(100)의 적하-방지 기능을 유지할 수 있다.

플랜지(160)가 내부 포스트(140)로부터 외향으로 방사상으로 연장하는 실시예에서, 적하-방지 모세관 채널들(130)을, 이들이 플랜지(160)의 반경방향 외부 에지(164)를 단절시키도록 구성하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 내부 포스트(140)가 사출 성형될 때, 필터 카트리지(100)의 종축(103)에 평행하게 분할되는 주형은 종축(103)에 수직하게 분할되는 주형보다 설계 및 제조하기에 보다 용이하고 덜 고가일 수 있다. 주형이 종축(103)에 평행하게 분할될 때, 주형의 각각의 반부로부터 돌출하는 "핑거(finger)" 또는 "핀"은, 주형 반부들이 떼어질 때 플랜지(160)에 단절된 반경방향 외부 에지(164)를 남기면서, 용융된 플라스틱 내에 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)을 형성할 있다.

일부 실시예에서, 여과 매체(120)는 내부 포스트(140)에 부착된다. 일부 그러한 실시예에서, 중앙 도관(144)은 여과 매체(120)의 개방 내부 코어(124) 내로 돌출한다. 여과 매체(120)는, 예를 들어 탄소 블록(carbon block), 주름형 복합물(pleated composite), 중공-섬유 번들(hollow-fiber bundle), 역삼투막(reverse osmosis membrane), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전형적으로, 내부 포스트(140)는 내부 포스트(140)와 여과 매체(120) 사이의 유체 우회를 방지하는 방식으로 여과 매체(120)에 부착된다. 그러한 실시예에서, 여과될 유체는 유체 입구(110) 내로 유동하여, 여과 매체(120)의 외부 표면(128)으로 침투하여, 여과 매체(120)를 통해 개방 내부 코어(124) 내로, 이어서 내부 포스트(140)의 중앙 도관(144)을 통해, 그리고 최종적으로 유체 출구(112) 밖으로 유동하여야 한다.

전형적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 말단부(104)는 내부 포스트(140)와 여과 매체(120)가 하우징(102) 내에 배치된 후에 하우징(102)에 밀봉가능하게 부착된다.

도 5 내지 도 10은, 각각의 적하-방지 모세관 채널(130)의 평면도를 볼 수 있도록 종축(103)을 따라 보이는 바와 같은, 본 발명에 따른 적하-방지 모세관 채널들(130)의 다양한 구성을 도시한다. 도 2 상의 단면 화살표 10-10이 도 5 내지 도 10에 대한 보는 방향을 지시한다.

도 5 및 도 10은 적하-방지 모세관 채널들(130)이 서로 평행하게 배향된 필터 카트리지(100)를 도시한다.

도 5, 도 9 및 도 10은 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 장측 치수(134)가 실질적으로 직선을 포함하는 필터 카트리지(100)를 도시한다.

도 6 및 도 7은 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)의 장측 치수(134)가 곡선형 부분을 포함하는 필터 카트리지(100)를 도시한다.

도 7은 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)이 종축(103)을 중심으로 원주방향으로 배향된 필터 카트리지(100)를 도시한다.

도 8은 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)의 장측 치수(134)가 정점을 포함하는 필터 카트리지(100)를 도시한다.

도 6, 도 8 및 도 9는 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)이 종축(103)으로부터 외향으로 방사상으로 연장하는 필터 카트리지(100)를 도시한다.

본 발명에 따른 예시적인 적하-방지 모세관 채널들(130)의 평면도가 도 14 내지 도 16에 더 상세히 도시되어 있다. 각각의 이들 도면에서, 단측 치수(136) 및 장측 치수(134)를 용이하게 볼 수 있다. 도 14는 장측 치수(134)가 실질적인 직선을 포함하는 적하-방지 모세관 채널(130)을 도시한다. 도 15는 장측 치수(134)가 곡선형 부분을 포함하는 적하-방지 모세관 채널(130)을 도시한다. 도 16은 장측 치수(134)가 정점을 포함하는 적하-방지 모세관 채널(130)을 도시한다. 도 14 내지 도 16 각각은 그의 단측 치수(136)가 장측 치수(134)를 따라 실질적으로 일정한 적하-방지 모세관 채널(130)을 도시한다. 또한, 적하-방지 기능이 유지되는 한, 단측 치수(136)는 장측 치수(134)를 따른 하나 이상의 위치에서 증가 또는 감소할 수 있는 것으로 고려된다. 일부 실시예에서, 단측 치수(136)는 0.020" (0.0508 ㎝), 0.025" (0.0635 ㎝), 0.030" (0.0762 ㎝), 0.035" (0.0889 ㎝), 0.040" (0.1016 ㎝), 0.045" (0.1143 ㎝), 0.050" (0.127 ㎝), 및 0.055" (0.1397 ㎝)를 포함하여, 약 0.010" (약 0.0254 ㎝) 내지 약 0.060"(약 0.1524 ㎝)의 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 단측 치수(136)는 약 0.025" (약 0.0635 ㎝) 내지 약 0.040" (약 0.1016 ㎝)의 범위 내에 있다. 상대적으로 더 작은 단측 치수(136)가 유동 제한을 증가시키기 쉬울 수 있는 반면에, 너무 큰 단측 치수(136)는 유체를 개구 내로 인입하는 모세관 작용의 실패를 야기할 수 있으며, 그에 따라 개구가 더 이상 적하-방지 모세관 채널(130)이 아니게 할 수 있다.

전형적으로, 장측 치수(134)는 단측 치수(136)의 크기에 약 2배 이상일 것이지만, 장측 치수(134)가 단측 치수(136)보다 큰 경우에는 언제나 적하-방지 모세관 채널(130)에 이로울 수 있다. 일부 실시예에서, 장측 치수(134)는 약 0.080" (약 0.2032 ㎝)보다 크다. 주어진 단측 치수(136)에 대해, 개구가 적하-방지 모세관 채널(130)로서 계속 기능하는 한, 장측 치수는 주어진 응용에서 요구되는 만큼 길게 선택될 수 있는 것으로 고려된다. 장측 치수(134)는, 적하-방지 모세관 채널(130)의 긴 경로 또는 궤도를 따라 측정되고 반드시 직선일 필요는 없는 치수라는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 도 15에서, 장측 치수(134)는 곡선형 부분을 포함하는 긴 경로를 따라 측정된다. 유사하게, 도 16에서, 장측 치수(134)는 급한 굽힘부를 포함하는 긴 경로를 따라 측정된다. 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 7, 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 주어진 필터 카트리지(100) 상의 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)에 대해 장측 치수(134)가 상이할 수 있다.

도 11은, 필터 카트리지(100)가 잔류 물을 함유하고 옆으로 기울어져 있는, 본 발명에 따른 예시적인 필터 카트리지(100)의 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 물이 모세관 작용에 의해 적하-방지 모세관 채널들(130) 내로 인입되었고, 물의 표면 장력으로 인해 포획된 상태로 유지되어, 공기가 적하-방지 모세관 채널들(130) 내로 유입하는 것이 허용되지 않는다. 따라서, 잔류 물은 적하-방지 모세관 채널들(130)을 통해 유동하여 필터 카트리지(100)로부터 적하되는 것이 방지된다. 동시에, 중앙 도관(144) 내의 잔류 물은 적하-방지 모세관 채널들(130) 내에 포획된 물에 의해 생성되는 진공 밀봉으로 인해 유체 출구(112)를 통해 외부로 유동하는 것이 방지된다.

도 13은 모세관 작용에 의해 플랜지(160) 내에 형성된 적하-방지 모세관 채널들(130)로 인입된 유체를 도시하는, 도 5의 13-13에서 취해진 상세한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 적하-방지 모세관 채널(130)은 깊이 치수(138), 단측 치수(136), 장측 치수(134)(도시 안됨), 및 채널 측벽(132)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 채널 측벽(132)에 대항하는 유체의 접촉각(φ)은 90도 미만(즉, 음의 접촉각)이고, 그에 따라 유체는 오목한 단면 프로파일을 형성한다. 채널 측벽(132)의 재료, 채용된 유체 및 대기(전형적으로 공기) 사이의 상호작용의 특성은 유체와 채널 측벽(132) 사이의 접촉각 및 부착 정도를 결정한다. 비교로서, 전형적인 수은-충전 유리관 온도계에서, 수은과 유리는 상호작용하여 볼록한 프로파일을 형성한다. 작동 유체에 따라, 적하-방지 모세관 채널들(130)을 구성하도록 선택된 재료는 적하-방지 기능이 유지되도록, 작동 유체, 채널 측벽(132) 및 공기 사이의 적절한 힘 상호작용을 용이하게 하도록 선택되어야 한다. 전형적으로, 필수적이지는 않지만, 작동 유체는 물이다.

각각의 적하-방지 모세관 채널(130)의 횡단면이 (원형 단면과는 대조적으로) 적어도 한 방향으로 길 때, 깊이 치수(138)는 전형적으로 프리츠 '355 유형의 소직경 보어들이 채용될 때보다 커야 하는 것으로 관찰되었다. 보다 큰 깊이 치수(138)는 비례적으로 유체와의 상호작용을 위한 보다 큰 채널 측벽(132) 표면적을 제공하기 때문에, 유체는 깊이 치수(138)가 증가됨에 따라 적하-방지 모세관 채널(130) 내에 더 양호하게 보유될 수 있다. 그러나, 깊이 치수(138)를 너무 크게 하는 것은 유체 유동의 제한, 및 그에 따른 필터 카트리지(100)에 걸친 증가된 압력 강하를 야기할 수 있다. 이러한 점에서, 깊이 치수(138)는 0.35 인치 (0.889 센티미터), 0.40 인치 (1.016 센티미터), 0.45 인치 (1.143 센티미터), 0.50 인치 (1.27 센티미터), 0.55 인치 (1.397 센티미터), 0.60 인치 (1.524 센티미터), 0.70 인치 (1.778 센티미터), 0.80 인치 (2.032 센티미터), 및 0.90 인치 (2.286 센티미터)를 포함하여, 약 0.30 인치 (약 0.762 센티미터) 내지 약 1.0 인치 (약 2.54 센티미터)의 범위 내에서 유리하게 선택될 수 있다.

또한, 채널 측벽(132)의 상대적으로 더 거친 표면이 놀랍게도 적하-방지 모세관 채널들(130) 내에서의 더 양호한 유체 보유를 제공할 수 있는 것으로 관찰되었다. 예를 들어, 스테레오리소그래피(stereolithography, SLA)에 의해 생성된 적하-방지 모세관 채널들(130)을 포함하는 프로토타입(prototype) 플랜지(160)는 전형적인 주형 표면 마무리로 사출 성형에 의해 생성된 것보다 거친 표면을 가졌다. 예상외로, 거친 SLA 프로토타입은 더욱 폴리싱된 사출 성형된 부품보다 유체를 더 양호하게 보유하였다. 이는, 더 거친 채널 측벽(132) 표면 마무리가 유체와의 상호작용을 위한 더 큰 채널 측벽(132) 표면적을 제공할 수 있기 때문에, 표면 거칠기가 증가됨에 따라 유체가 적하-방지 모세관 채널(130) 내에 더 양호하게 보유될 수 있는 것으로 여겨진다. 사출 성형된 부품에 대한 전형적인 Ra 표면 거칠기 높이는 ASME B46.1에 따라 결정될 때, 약 10 마이크로인치 (약 0.254 마이크로미터) 내지 약 32 마이크로인치 (약 0.8128 마이크로미터)의 범위 내일 수 있다. 이러한 점에서, 채널 측벽(132)의 Ra 표면 거칠기 높이는 128 마이크로인치 (3.251 마이크로미터), 256 마이크로인치 (6.502 마이크로미터), 500 마이크로인치 (12.7 마이크로미터), 1000 마이크로인치 (25.4 마이크로미터), 1250 마이크로인치 (31.75 마이크로미터), 1500 마이크로인치 (38.1 마이크로미터), 또는 심지어 2000 마이크로인치 (50.8 마이크로미터)를 포함하여, 약 64 마이크로인치 (약 1.626 마이크로미터)를 초과하도록 설계되는 것이 유리할 수 있다. 일 실시예에서, 채널 측벽(132)의 Ra 표면 거칠기 높이는 약 900 마이크로인치 (약 22.86 마이크로미터) 내지 약 1600 마이크로인치 (약 40.64 마이크로미터)의 범위 내이다. 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(130)을 형성하는 데 사용된 주형의 부품 상에 상이한 표면 마무리 또는 텍스처(texture)를 지정함으로써, 상이한 Ra 표면 거칠기 높이 값이 얻어졌다.

도 12에 도시된 바와 같이, 또한, 적하-방지 모세관 채널들(130)은 프리츠 '355의 도 3, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 또는 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 프리츠의 미국 특허 제7,481,928호("프리츠 '928")에 도시 및 기술된 바와 같이 구성된 필터 카트리지(100)의 연결 단부(106) 상에 배치될 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 적하-방지 모세관 채널들(130)은 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 바셋(Bassett) 등의 미국 특허 제6,949,189호 및 제7,135,113호에 도시 및 기술된 바와 같은 필터 카트리지 내에 채용될 수 있는 것으로 고려된다.

본 발명의 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명이 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

말단부, 연결 단부 및 종축을 포함하는 하우징 - 상기 연결 단부는 유체 입구 및 유체 출구를 포함함 - ; 및
말단부와 연결 단부 사이에서 하우징 내에 배치되고, 유체 입구를 유체 출구에 유동적으로 연결하는 여과 매체를 포함하며,
유체 입구 또는 유체 출구 중 하나는 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널(anti-drip capillary channel)을 포함하고, 적하-방지 모세관 채널들의 횡단면은 적어도 한 방향으로 긴, 필터 카트리지.
제1항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널의 횡단면은 장측 치수(elongate dimension) 및 단측 치수(minor dimension)를 포함하고, 단측 치수는 약 0.020 인치 (약 0.0508 센티미터) 내지 약 0.060 인치 (약 0.1524 센티미터)의 범위 내에 있으며, 장측 치수는 약 0.080 인치 (약 0.2032 센티미터) 초과인 필터 카트리지.
제2항에 있어서, 단측 치수는 약 0.025 인치 (약 0.0635 센티미터) 내지 약 0.040 인치 (약 0.1016 센티미터)의 범위 내에 있는 필터 카트리지.
제3항에 있어서, 단측 치수는 약 0.030 인치 (약 0.0762 센티미터)인 필터 카트리지.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 장측 치수는 곡선형 부분을 포함하는 필터 카트리지.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 장측 치수는 실질적인 직선을 포함하는 필터 카트리지.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 장측 치수는 정점(vertex)을 포함하는 필터 카트리지.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상의 단측 치수는 장측 치수를 따라 실질적으로 일정한 필터 카트리지.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들은 종축으로부터 외향으로 방사상으로 연장하는 필터 카트리지.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들은 서로 평행하게 배향되는 필터 카트리지.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들은 종축을 중심으로 원주방향으로 배향되는 필터 카트리지.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 단부는,
여과 매체에 대해 밀봉되고, 여과 매체의 개방 내부 코어(core)와 유체 연통하는 중앙 도관을 포함하는 내부 포스트(post); 및
하우징의 연결 단부 내에 형성되고, 내부 포스트를 반경방향으로 둘러싸는 슬리브(sleeve)를 포함하며,
하나 이상의 적하-방지 모세관 채널은 내부 포스트와 슬리브 사이의 환상(annular) 영역에 걸쳐 있는 플랜지(flange) 상에 배치되고, 적하-방지 모세관 채널들은 여과 매체의 외부 표면과 유체 연통하는 필터 카트리지.
제12항에 있어서, 내부 포스트는 플랜지를 포함하는 필터 카트리지.
제13항에 있어서, 플랜지는 슬리브에 부착되지 않는 필터 카트리지.
제13항 또는 제14항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상은 플랜지의 반경방향 외부 에지를 단절시키는 필터 카트리지.
제12항에 있어서, 슬리브는 플랜지를 포함하는 필터 카트리지.
제16항에 있어서, 플랜지는 내부 포스트에 부착되지 않는 필터 카트리지.
제16항 또는 제17항에 있어서, 적하-방지 모세관 채널들 중 하나 이상은 플랜지의 반경방향 내부 에지를 단절시키는 필터 카트리지.
제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙 도관은 유체 출구를 형성하고, 하나 이상의 적하-방지 모세관 채널은 유체 입구를 형성하는 필터 카트리지.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 적하-방지 모세관 채널은 적어도 하나의 채널 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 채널 측벽의 Ra 표면 거칠기 높이(surface roughness height)는 약 64 마이크로인치 (약 1.626 마이크로미터) 초과인 필터 카트리지.
제2항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 적하-방지 모세관 채널은 종축을 따라 측정되는 깊이 치수를 추가로 포함하고, 깊이 치수는 약 0.30 인치 (약 0.762 센티미터) 내지 약 1.0 인치 (약 2.54 센티미터)의 범위 내에 있는 필터 카트리지.
제21항에 있어서, 깊이 치수는 약 0.40 인치 (약 1.016 센티미터) 내지 약 0.70 인치 (약 1.778 센티미터)의 범위 내에 있는 필터 카트리지.
채널 측벽을 갖는 적하-방지 모세관 채널을 형성하도록 주형을 설계하는 단계;
채널 측벽에 64 마이크로인치 (1.626 마이크로미터) 이상의 Ra 표면 거칠기 높이를 부여하도록 주형의 텍스처 형성(texturization)을 지정하는 단계; 및
Ra 표면 거칠기 높이가 64 마이크로인치 (1.626 마이크로미터) 이상인 채널 측벽을 갖는 적하-방지 모세관 채널을 형성하도록 용융된 플라스틱을 텍스처 형성된 주형 내로 사출시키는 단계를 포함하는, 적하-방지 모세관 채널을 형성하는 방법.