KR20130051425A - 소수성 매체의 배출 및 작용 표면적 증대를 위한 펄스 카트리지의 설계 및 형상 - Google Patents

소수성 매체의 배출 및 작용 표면적 증대를 위한 펄스 카트리지의 설계 및 형상 Download PDF

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Abstract

가스 터빈의 흡입 시스템에서 에어를 여과하기 위한 필터 요소가 제공된다. 필터 요소는 필터 요소를 통한 미립자 및 액체의 통과를 제한하는 소수성 여과재를 포함한다. 여과재는 종방향 축을 따라 연장되는 중앙 통로 주위로 원주방향으로 그리고 상기 종방향 축을 따라 연장된다. 여과재는 복수의 주름부를 더 포함한다. 주름부는 상기 종방향 축 주위로 비선형 또는 나선형 배향으로 연장된다. 인접한 주름부는 그 사이에서 연장되는 골 부분을 형성한다. 주름부의 배향은 골 부분 내에서 액체의 축적 및 고임을 감소시키고, 필터 요소로부터 액체의 배출을 촉진시킨다.

Description

소수성 매체의 배출 및 작용 표면적 증대를 위한 펄스 카트리지의 설계 및 형상{DESIGN AND SHAPE FOR PULSE CARTRIDGES TO ALLOW HYDROPHOBIC MEDIA TO DRAIN AND GENERALLY INCREASE WORKING SURFACE AREA}
본 발명은 여과 장치에 관한 것으로서, 특히, 여과 장치 상의 액체 축적을 감소시키는 소수성 여과 장치(hydrophobic filtering device)에 관한 것이다.
가스 터빈용 흡입 시스템은 가스 터빈에 전달되는 에어를 처리하기 위해 일반적으로 사용된다. 에어는 흡입 시스템 내에서 일반적으로 수평으로 연장되는 하나 이상의 필터 요소로 에어를 여과시킴으로써 처리될 수 있다. 각각의 필터 요소는 주름형 소수성 매체를 통한 입자 및 액체의 통과를 동시에 제한할 수 있는 주름형 소수성 매체(pleated hydrophobic media)를 포함할 수 있다. 그러나, 액체가 주름형 소수성 매체의 외측 표면 상에 축적될 수 있다. 구체적으로, 액체가 필터 요소의 상측 표면의 인접 주름부 사이의 골 부분(trough portions)에 고일 수 있다. 필터 요소의 실질적인 수평 배향으로 인해, 액체는 골 부분으로부터 배출이 제한되고, 따라서, 필터 요소의 부분을 통한 에어 유동이 감소한다. 그 결과, 이러한 액체 축적은 유효 여과 표면적을 감소시킴으로써 각각의 필터 요소의 효율을 저하시킬 수 있다. 더욱이, 액체 축적은 필터 요소 사이에서 큰 압력 강하를 야기할 수 있고, 필터 요소의 상측 표면에서 과도한 마모를 야기할 수 있다.
따라서, 액체를 필터 요소로부터 배출할 수 있는 필터 요소를 제공하는 것이 유용하다. 추가적으로, 필터 요소의 전체 설계에 중대한 변경없이 상술한 문제점을 해결할 수 있는 장치를 제공하는 것이 유용하다.
다음의 요약은 본 명세서에서 설명되는 시스템 및/또는 방법의 일부 형태의 기본적 이해를 제공하기 위해 단순화된 요약을 제공한다. 이러한 요약은 본 명세서에서 설명되는 시스템 및/또는 방법의 폭넓은 개관이 아니다. 이러한 시스템 및/또는 방법의 범위를 상세하게 설명하거나 핵심/중요 요소를 식별하는 것을 의도하지는 않는다. 그것의 유일한 용도는 이후에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 배제사항으로서 단순화된 형태로 소정의 개념을 제시하는 것이다.
일 형태에 따르면, 본 발명은 종방향 축을 따라 연장되는 중앙 통로 주위로 원주방향으로 상기 종방향 축을 따라 연장되는 여과재를 포함하는 필터 요소를 제공한다. 상기 여과재는 상기 종방향 축 주위로 나선형 배향(helical orientation)으로 연장되는 복수의 주름부를 갖도록 구성된다.
다른 형태에 따르면, 중앙 통로 주위로 종방향 축을 따라 원주방향으로 연장되는 지지 장치와, 상기 지지 장치 상에 위치하고 상기 중앙 통로 주위로 원주방향으로 상기 종방향 축을 따라 연장되는 여과재를 포함하는 필터 요소를 제공하며, 상기 여과재는 복수의 주름부를 갖도록 구성되고, 상기 주름부 중 적어도 하나는 상기 종방향 축 주위로 비선형 배향(non-linear orientation)으로 연장된다.
다른 형태에 따르면, 본 발명은 나선형으로 배향된 주름부를 포함하는 필터 요소를 제공하며, 상기 필터 요소는 종방향 축을 따라 연장되는 중앙 통로 주위로 원주방향으로 상기 종방향 축을 따라 연장되는 여과재를 더 포함하며, 상기 여과재는 나선형으로 배향된 주름부를 포함하도록 구성되고, 상기 주름부는 상기 종방향 축 주위로 나선형 배향으로 연장되며, 상기 종방향 축은 가스 터빈 시스템 내에서 실질적인 수평방향을 따라 연장된다.
본 발명의 전술한 형태 및 다른 형태는 다음의 첨부 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명을 읽고 나면 당 업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 예시적인 필터 요소를 포함하는 예시적인 흡입 시스템의 개략화된 단면도,
도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 예시적인 칸막이를 포함하는 예시적인 필터 요소의 사시도,
도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 예시적인 필터 요소의 단면도,
도 4는 지지 장치가 제거된 상태의 예시적인 필터 요소의 사시도,
도 5는 지지 장치가 제거된 상태의 예시적인 종래 기술의 필터 요소의 사시도.
본 발명의 하나 이상의 형태를 포함하는 예시적인 실시예들이 설명되고 도면에 도시된다. 이러한 제시되는 예들은 본 발명에 대한 제한사항으로 간주되어서는 안된다. 예를 들어, 발명의 하나 이상의 형태는 다른 실시예에서, 그리고 심지어 다른 타입의 장치에도 사용될 수 있다. 더욱이, 소정의 용어가 편의상 본 명세서에서 사용될 뿐, 본 발명의 제한사항으로 간주되어서는 안된다. 더욱이, 도면에서, 동일한 요소를 표시하기 위해 동일한 도면 부호가 사용된다.
도 1은 발명의 일 형태에 따른, 가스 터빈과 같은, 장치에 에어 유동을 전달하기 위한 예시적인 흡입 시스템(10)을 도시한다. 유입 에어 유동(3)은 외부 위치로부터 흡입 시스템(10) 내로 이동할 수 있다. 유입 에어 유동(13)은 필터부(18)에 유입되어 하나 이상의 필터 요소(20)를 통과할 수 있다. 에어 유동은, 배기부(24)를 통과하여 배출구(25)를 통해 빠져나가기 전에, 필터 요소(20)에 의해 여과될 수 있다.
흡입 시스템(10)은 흡입부(14)를 포함할 수 있다. 흡입부(14)는 도 1에 개략적으로 도시된 것과 유사하다. 이러한 개략적 표현은 도 1에 도시된 흡입 시스템(10)의 흡입부(14)가 후술하는 바와 같이 본 발명의 하나 이상의 형태에 따른 구조 또는 종래의 구조를 나타낼 수 있다는 개념을 전달하고자 한다. 흡입부(14)는 흡입 시스템(10)의 상류 위치에 위치할 수 있다. 흡입부(14)는 유입 에어 유동(13)이 흡입 시스템(10) 내로 유입되기 위한 개방 영역을 형성할 수 있다.
흡입부(14)는 하나 이상의 후드(hood)(16)를 포함할 수 있다. 후드(16)는, 그렇지 않을 경우, 흡입부(14)에 유입될 수 있는, 적어도 일부의 물질 및/또는 강수(precipitation)를 흡입 시스템(10)이 흡입시키는 것을 방지하기 위해 차폐 기능을 제공할 수 있다. 후드(16)가 차폐시킬 수 있는 이러한 물질의 예는, 낙엽, 나뭇가지, 동물, 먼지, 미립자 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 후드(16)는 흡입부(14)로부터 외향으로 연장된다. 물론, 후드(16)는 도시되는 예에 제한되지 않으며, 다수의 서로 다른 크기, 형상, 및 구조를 취할 수 있다. 더욱이, 후드(16)는 물질 및/또는 강수로부터의 소정 크기의 충격력에 견디도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 후드(16)는 흡입부(14)에 유입되는 강수의 양을 여전히 감소시키면서 파손없이, 큰 비, 바람 또는 눈 축적물과 같은 무거운 강수에 견딜 수 있다.
예시적인 흡입 시스템(10)은 흡입부(14) 하류에서 흡입부(14)에 인접하여 위치한 필터부(18)를 더 포함할 수 있다. 필터부(18)는 흡입부(14)와 유체 연통되어, 필터부(18)가 흡입부(14)로부터 유입 에어 유동(13)을 수용할 수 있게 된다. 필터부(18)는 실질적인 개방 영역을 포함하는 챔버(19)를 형성한다. 챔버(19)는 에어가 챔버(19)에 유입되어 챔버(19)를 통해 유동할 수 있도록, 실질적으로 중공형일 수 있다.
필터부(18)는 챔버(19) 내에 위치한 하나 이상의 필터 요소(20)를 더 포함할 수 있다. 필터 요소(20)는 필터부(18) 내에 실질적으로 수평하게 연장되는 것으로 도시되며, 수직 적층 배향(즉, 하나의 필터 요소 위에 다른 필터 요소가 놓임)으로 배열될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 필터 요소(20)가 수직으로 엇갈린 위치로 배열되어, 필터 요소(20)가 인접한 필터 요소 바로 위에 또는 바로 아래에 위치하지 않게 될 수 있다. 필터 요소(20)는 하측 위치에서 필터부(18)의 후방벽에 인접하여 위치할 수 있다. 필터 요소(20)는 상부벽을 향해 상향으로 수직 적층 배향으로 인접한 필터 요소로부터 실질적으로 균등하게 이격될 수 있다. 추가적인 예에서, 필터 요소(20)는 수직 방향으로 균등하게 이격되지 않아서, 일부 필터 요소들이 인접한 필터 요소로부터 다른 필터 요소에 비해, 가깝거나 멀리 배치될 수 있다. 마찬가지로, 필터 요소(20)는 수평으로 이격되게 배열되어, 필터 요소(20)가 칼럼형 형태로 필터부(18) 사이에서 연장될 수 있다. 필터 요소(20)는 포괄적으로만 도시될 뿐이며, 흡입 시스템(10)은 도시되는 예에서보다 많거나 적은 개수의 필터 요소를 포함할 수 있다.
필터 요소(20)는 필터부(18)의 하류 위치에 위치한 칸막이(partition)(22)에 각각 부착될 수 있다. 칸막이(22)는 에어 유동 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 필터부(18) 사이에서 연장되는, 실질적으로 수직으로 배향되는 벽을 포함할 수 있다. 구체적으로, 칸막이(22)는 필터부(18)의 대향 측벽 사이에서 하부벽으로부터 상부벽을 향해 연장될 수 있다. 칸막이(22)는, 에어 유동이 감소하고 및/또는 칸막이(22)를 통해 유동하지 못하도록, 실질적으로 비다공성 구조를 포함할 수 있다. 칸막이(22)는 칸막이(22)를 통해 연장되는 하나 이상의 개구(23)를 더 포함할 수 있다. 개구(23)는 에어 유동이 필터부(18)를 빠져나가기 위한 개구부를 형성한다. 이와 같이, 각각의 필터 요소(20)는 개구(23)를 둘러싸도록 부착될 수 있다. 따라서, 유입되는 에어 유동(13)은, 개구(23)를 통과하여 필터부(18)를 빠져나가기 전에, 필터 요소(20)를 통과할 수 있다. 필터부(18)를 빠져나간 후, 에어는 배기부(24) 및 배출구(25)를 통과하여, 에어가 배출 에어 유동(26)의 형태로 배출구(25)를 빠져나갈 수 있다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 예시적인 필터 요소(20)의 구조가 이제 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 단일 필터 요소가 칸막이(22)의 일부분에 부착되어 도시된다. 필터 요소(20) 및 칸막이(22)는 도 2 내에서 다소 포괄적으로 도시되어 있고, 본 발명의 하나 이상의 형태에 따라 다양한 구조를 취할 수 있다. 예를 들면, 나머지 필터 요소는 도시되는 예의 필터 요소(20)와 유사 및/또는 동일할 수 있거나, 또는, 대안으로서, 다수의 서로 다른 크기 및 형상을 취할 수 있다.
예시적인 필터 요소(20)는 원추 형상부(32)를 갖는 기다란 실질적인 원통 형상의 구조를 포함할 수 있다. 원추 형상부(32)는 절두 원추 형상을 포함할 수 있고, 원추 형상부(32)의 기부가 칸막이(22)에 부착된다. 원추 형상부(32)의 기부는, 접착제, 기계적 패스너(mechanical fastener), 스냅-끼워맞춤(snap-fit) 수단 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 다양한 방식으로 칸막이(22)에 부착될 수 있다. 이와 같이, 거의 모든 타입의 부착 구조가 칸막이(22)에 원추 형상부(32)를 고정하는 기능을 할 수 있다. 원추 형상부(32)의 기부는 개구(23)의 직경보다 약간 크거나 동일한 직경을 가질 수 있다[개구(23)가 이러한 도면에서는 일반적으로 눈에 보이지 않기 때문에 도 2에서 점선으로만 도시된다]. 원추 형상부(32)는 일 단부에서 칸막이(22)에 부착될 수 있고, 칸막이(22)로부터 먼 방향으로 종방향 축(36)을 따라 연장될 수 있다. 원추 형상부(32)는 원추 형상부(32)가 점진적으로 감소하는 직경을 갖도록, 종방향 축(36)을 따라 칸막이(22)로부터 멀어지는 방향으로 가늘어질 수 있다.
예시적인 필터 요소(20)는 원통 형상부(34)를 더 포함한다. 원통 형상부(34)는 원추 형상부(32)의 일 단부에 인접하여 위치할 수 있다. 원통 형상부(34)는 종방향 축(36)을 따라 원추 형상부(32)와 동축으로 연장될 수 있다. 원통 형상부(34)는 종방향 축(34)을 따라 실질적으로 일정한 직경을 포함할 수 있다. 원통 형상부(34)는 단부 캡(35)을 더 포함할 수 있다. 단부 캡(35)은 원통 형상부(34)의 일 단부를 밀봉시키는 기능을 할 수 있다. 단부 캡(35)은 칸막이(22)로부터 대향하여 위치하는 필터 요소(20)의 일 단부에 위치할 수 있다. 단부 캡(35)은 원형 형상인 것으로 도시되지만, 다각형 형상 등과 같은 다양한 크기 및 형상이 가능하다. 따라서, 단부 캡(35)은 필터 요소(20)의 일 단부를 통한 에어의 통과를 감소 및/또는 방지할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 필터 요소(20)의 단면도가 도시된다. 필터 요소(20)는 스크림(scrim)(40)을 포함할 수 있다. 스크림(40)은 필터 요소(20) 내에 형성되는 중앙 통로(41)를 형성한다. 스크림(40) 및 중앙 통로(41)는 종방향 축(36)을 따라 연장될 수 있다. 종방향 축(36)은 흡입 시스템(10) 내의 실질적인 수평방향으로 연장되어, 중앙 통로(41) 및 스크림(40)이 실질적인 수평방향으로 또한 연장되게 된다. 스크림(40)은 실질적으로 원통 형상일 수 있고, 및/또는 원통부 및 원추부를 모두 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 스크림(40)은, 원통 형상부(34)의 길이를 따라, 일정한 직경을 가짐으로써, 실질적으로 원통 형상을 포함할 수 있다. 스크림(40)은 원추 형상부(32)의 길이를 따라 점진적으로 증가하는 직경을 가짐으로써, 실질적인 원추 형상을 더 포함할 수 있다. 스크림(40)은 스틸, 티타늄, 메시형 와이어 물질 등과 같이, 다수의 서로 다른 금속 물질로 제조될 수 있다. 추가적인 예에서, 스크림(40)은 다수의 서로 다른 플라스틱 물질과 같이, 다양한 비금속 물질로 제조될 수 있다. 스크림(40)은 필터 요소(20)에 소정의 지지력을 제공하도록 충분한 강성을 지녀서, 스크림(40)이 지지 장치로 기능할 수 있다. 스크림(40)은 또한 다공질일 수 있고, 에어가 스크림(40)을 통해 중앙 통로(41)를 통과할 수 있도록 표면 상에 개구부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스크림(40)은 필터 요소(20)의 외부로부터 중앙 통로(41)까지 에어를 통과시키도록, 복수의 천공부, 개구, 구멍 등을 포함할 수 있다.
필터 요소(20)는 지지 장치(42)를 더 포함할 수 있다. 지지 장치(42)는 종방향 축(36)과 동축으로 스크림(40)에 실질적으로 평행하게, 스크림(40) 주위로 동심으로 연장될 수 있다. 지지 장치(42)는 스크림(40)보다 큰 직경을 가져서, 지지 장치(42)가 스크림(40)으로부터 소정의 반경방향 거리만큼 이격되게 된다. 지지 장치(42)는 스크림(40)과 유사 및/또는 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 지지 장치(42)는 실질적으로 원통 형상일 수 있고, 및/또는, 원통 형상부(34) 및 원추 형상부(32)를 모두 포함할 수 있다. 예를 들면, 일례에서, 지지 장치(42)는 원통 형상부(34)의 길이를 따라, 실질적으로 일정한 직경을 가짐으로써, 실질적으로 원통 형상을 포함할 수 있다. 지지 장치(42)는, 원추 형상부(32)의 길이를 따라 점진적으로 증가하는 직경을 가짐으로써, 실질적으로 원추 형상을 더 포함할 수 있다. 지지 장치(42)는 스틸, 티타늄, 메시형 와이어 물질과 같은 다수의 서로 다른 금속 물질로 제조될 수 있고, 필터 요소(20)의 소정의 지지력을 제공하도록 충분한 강성을 지닐 수 있다. 지지 장치(42)는 다공질일 수 있어서, 에어를 지지 장치(42)를 통해 중앙 통로(41)까지 통과시키도록 표면 상에 개구부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 장치(42)는 에어를 필터 요소(20)의 외부로부터 중앙 통로(41)까지 통과시키도록, 복수의 천공부, 개구, 구멍 등을 포함할 수 있다.
추가적인 예에서, 지지 장치(42)는 필터 요소(20)의 단부로부터 칸막이(22)까지 종방향 축(36)을 따라 부분적으로만 연장될 수 있다. 마찬가지로, 지지 장치(42)는 단일 지지 장치 또는 복수의 지지 장치를 포함할 수 있다. 본 예에서, 지지 장치(42)는 종방향 축(36)을 따라 부분적인 거리만큼만 연장되는 보유 스트랩(retaining strap), 밴드(band) 등을 포함할 수 있다. 복수의 지지 장치(즉, 보유 스트랩, 밴드 등)는 종방향 축(36)을 따라 이격된 거리에 제공될 수 있다.
도 3을 계속 참조하면, 필터 요소(20)는 여과재(46)를 더 포함할 수 있다. 여과재(46)는 중앙 통로(41)를 원주방향으로 에워싸도록 관형 배향을 따라 배열될 수 있다. 여과재(46)는 스크림(40)과 지지 장치(42) 사이에 배열될 수 있다. 여과재(46)는 스크림(40)에 의해 중앙 통로(41) 내로 반경방향 내향의 움직임이 제한 및/또는 방지될 수 있다. 마찬가지로, 여과재(46)는 지지 장치(42)에 의해, 중앙 통로(41)로부터 반경방향 외측의 움직임이 제한 및/또는 방지될 수 있다. 여과재(46)는 스크림(40) 및 지지 장치(42) 중 적어도 하나에 부착될 수 있어서, 여과재(46)가 그 사이에서 지지될 수 있다. 예를 들면, 여과재(46)는 접착제에 의해 스크림(40)과 지지 장치(42)에 부착되어, 여과재(46)가 그 사이에 상대적으로 이동할 수 없게 고정될 수 있다. 여과재(46)는 내측 표면(50) 및 외측 표면(52)을 포함할 수 있다. 도시되는 예에서, 내측 표면(50)의 일부분이 여과재(46)의 반경방향 내향으로 스크림(40)에 결합되고, 부착되며, 및/또는 인접하여 위치한다. 마찬가지로, 외측 표면(52)의 일부분은 여과재(46)의 반경방향 외향으로 지지 장치(42)에 결합하고, 부착되며, 및/또는 인접하여 위치한다.
여과재(46)는 스크림(40) 및 지지 장치(42)를 갖고서 또는 가지지 않고서 제공될 수 있다. 예를 들면, 추가적인 예에서, 여과재(46)는 스크림(40) 및/또는 지지 장치(42) 없이 제공되어, 여과재(46)가 자체-지지될 수 있다. 이러한 예에서, 스크림(40) 및 지지 장치(42) 없이, 내측 표면(50)이 필터 요소(20)의 최내측 표면을 형성할 것이고, 외측 표면(52)은 필터 요소(20)의 최외측 표면을 형성할 것이다.
여과재(46)는 종방향 축(36)에 평행한 기다란 복수의 주름부(pleat)(48)를 포함할 수 있다. 주름부(48)는 종방향 축(36)으로부터 멀리, 그리고 종방향 축(36)을 향해 반경방향으로 실질적인 지그재그 패턴으로 연장될 수 있다. 예를 들면, 종방향 축(36) 및 중앙 통로(41) 주위의 원주방향으로, 주름부(48)는 종방향 축(36)을 향해 내향으로 그리고 나서 종방향 축(36)으로부터 외향으로 교대로 돌출할 수 있다. 주름부(48)는 인접한 주름부의 외측 표면(52)들 사이에 형성되는 골 부분(trough portion)(54)을 더 형성할 수 있다. 구체적으로, 골 부분(54)은, 주름부(48)가 종방향 축(36)으로부터 멀리 외향으로 돌출하는 인접한 위치 사이에서 형성될 수 있다. 골 부분(54)은 인접한 주름부들의 외측 표면(52) 사이에서 채널, 드레인 등을 형성할 수 있다. 이와 같이, 골 부분(54)은 주름부(48)와 함께 종방향 축(36)을 따라 그리고 필터 요소(20)의 길이를 따라 연장될 수 있다.
여과재(46)는 다수의 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 여과재는 여과재(46)를 통과하는 에어로부터 미립자를 제거하는 기능을 하는 다양한 여과 물질을 포함할 수 있다. 여과재(46)는 소수성 매체를 더 포함할 수 있다. 추가적인 예에서, 여과재(46)는 내측 표면(50) 및 외측 표면(52) 중 적어도 하나 상에 증착되는 소수성 매체의 층 또는 코팅을 포함할 수 있다. 일례에서, 여과재(46)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 발포 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)을 포함할 수 있다. 그러나, 여과재(46)를 통한 액체의 통과를 제한 및/또는 방지하는 기능을 할 수 있는 다양한 물질이 고려된다. 이와 같이, 여과재(46)는 에어로부터 표적 미립자의 통과를 감소 및/또는 방지할 수 있고, 이와 동시에, 여과재(46)를 통한 액체의 통과를 감소 및/또는 방지할 수 있다. 이러한 예에서, 여과된 미립자 및 액체는 골 부분(54)에서와 같이, 외측 표면(52) 상에 축적될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 명료한 설명을 위해 단부 캡(35) 및 지지 장치(42)를 제거한 필터 요소(20)가 도시된다. 여과재(46)는 종방향 축(36)을 따라 연장되는 스크림(40) 상에 배열될 수 있다. 구체적으로, 여과재(46)의 주름부(48)는 종방향 축(36)에 대해 실질적으로 나선형 배향으로 연장되도록 배열될 수 있다. 실질적인 나선형 배향에서, 주름부(48)는 감김/트위스트 구조로 스크림(40), 종방향 축(36), 및 중앙 통로(41) 주위로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 연장될 수 있다. 주름부(48)는 에워싸는 구조로 스크림(40) 상에 지지되고 스크림 주위로 감길 수 있다. 마찬가지로, 주름부(48)는 가변적인 피치[즉, 주름부(48)가 스크림(40) 주위로 완전한 360° 나선 턴(turn)을 행하기 위한 종방향 축(36)의 방향을 따른 폭 또는 거리]를 가질 수 있다. 예를 들어, 주름부(48)는 도시되는 예에서보다 작은 피치를 가져서, 주름부(48)가 스크림(40) 주위로 보다 많은 완전한 턴을 형성할 수 있다. 대안으로서, 주름부(48)가 도시되는 것보다 큰 피치를 가져서, 주름부(48)가 스크림(40) 주위로 보다 적은 완전한 턴을 형성할 수 있다. 주름부(48)의 피치가 증가함에 따라, 주름부(48)가 나선형 트위스트 배향을 덜 가질 것이고, 더 직선화될 수 있다. 따라서, 여과재(46)의 실질적인 나선형 배향은 골 부분(54)의 동일한 동시적 나선형 배향을 또한 포함할 수 있다.
주름부(48)의 실질적인 나선형 배향으로 인해, 주름부(48)는 필터 요소(20)의 제 1 단부로부터 제 2 단부로 스크림(40) 및 지지 장치(42)에 대해 종방향 축(36) 주위로 감길 것이다. 이와 같이, 각각의 주름부(48) 및 골 부분(54)은 종방향 축(36) 주위로 가변적인 위치에 놓일 수 있다. 예를 들어, 일 위치에서, 골 부분들 중 하나는 필터 요소(20)의 상측 표면에 위치할 수 있다. 그러나, 첫 번째 위치와는 다른 종방향 축(36)을 따른 두 번째 위치에서, 주름부(48)의 나선형 감김 배향으로 인해 필터 요소(20)의 하측 표면 또는 측부 표면에 동일한 골 부분이 위치할 수 있다. 따라서, 각각의 주름부(48) 및 골 부분(54)은 필터 요소(20)를 따라 종방향으로만 연장되지 않을 수 있고, 필터 요소(20)의 길이를 따라 정적 위치(즉, 상측 표면만을 따른 위치, 측부 표면만을 따른 위치, 하측 표면만을 따른 위치 등)를 가지지 않을 수 있다. 주름부(48) 및 골 부분(54) 각각의 나선 회전의 정도는 가변적일 수 있고, 도시되는 예에 제한되지 않는다. 예를 들면, 주름부(48) 및 골 부분(54)이 필터 요소(20)의 전체 길이를 따라 (즉, 제 1 단부로부터 제 2 단부까지) 적어도 약 90° 회전 내지 최대 약 360° 회전의 범위로 나선형 배향으로 종방향 축(36) 주위로 연장될 수 있다.
추가적인 예에서, 주름부(48)는 종방향 축(36)에 대해 다양한 비선형 배향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 주름부(48) 및 골 부분(54)은 스크림(40) 및 종방향 축(36) 주위로 회전, 트위스트, 교차(crisscrossing), 지그재그, 및/또는 곡선 형태를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일례에서, 주름부(48) 및 골 부분(54)은 스크림(40) 및 종방향 축(36) 주위로 원형으로 연장될 수 있어서, 각각의 주름부(48) 및 골 부분(54)이 종방향 축(36)에 수직인 방향으로 종방향 축(36) 주위로 연장되게 된다. 이와 같이, 도시되는 예에서 주름부(48) 및 골 부분(54)의 배향은 추가적인 실시예에서 제한되는 것을 의도하지 않는다. 더욱이, 도 4 및 도 5에서 도시된 예들이 원추 형상부(32) 및 원통 형상부(34) 주위로 제공되는 단일 여과재로 여과재(46)를 포함하지만, 여과재(46)는 개별적인 2개의 여과재를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 원추 형상부(32)는 제 1 여과재를 포함할 수 있고, 원통 형상부(34)는 제 1 여과재와는 다른 별도의 제 2 여과재를 포함할 수 있다.
이하, 필터 요소(20)의 작동을 설명한다. 도 1을 우선 참조하면, 유입 에어 유동(13)은 흡입부(14)를 통해 흡입 시스템(10)에 유입될 수 있다. 유입 에어 유동(13)은 흡입부(14)를 통해 필터부(18) 내로 통과할 수 있다. 필터부(18)에서, 에어는 필터 요소(20)를 통과하여, 에어가 필터 요소(20)에 의해 여과되게 한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 필터 요소(20) 작동을 보다 상세하게 설명한다. 에어는 지지 장치(42), 여과재(46), 및 그 후 스크림(40)을 통과함으로써 여과될 수 있다. 에어는 지지 장치(42) 및 스크림(40) 각각의 개구부를 통과할 수 있다. 여과재(46)를 통과하는 에어는 적어도 부분적으로 여과재(46)의 소수성 및 여과 기능으로 인해 여과된다. 이와 같이, 입자 및 액체의 여과재(46) 통과가 제한 및/또는 방지될 수 있다. 이러한 여과 프로세스 중, 입자 및 액체가 주름부(48)의 외측 표면(52) 상에 축적될 수 있고, 클리닝/여과된 에어가 스크림(40)을 통해 중앙 통로(4) 내로 도달할 수 있다. 클리닝/여과된 에어는 필터 요소(20)를 통과하여 개구(23)를 통해 필터부(18)를 빠져나갈 수 있다. 그 후 에어는 배기부(24)를 통과하고 배출구(25)를 통해 흡입 시스템(10)을 빠져나갈 수 있다.
여과재(46)에 의해 여과된 액체는 인접한 주름부 사이의 골 부분(54)에서 수거될 수 있다. 적어도 부분적으로 주름부(48)의 나선형 배향으로 인해, 골 부분(54)은 실질적으로 원형의 배향으로 종방향 축(36) 주위로 연장될 수 있다. 따라서, 골 부분(54)은 필터 요소(20)의 정적 위치를 따라서만(즉, 상측 표면만을 따라, 측부 표면만을 따라, 하측 표면만을 따라 등) 연장되지는 않을 것이다. 예를 들어, 골 부분(54) 각각은 필터 요소의 상측 표면에 위치할 수 있으나, 종방향 축(36)을 따라 필터 요소의 측부 표면 및/또는 하측 표면에 위치하도록 나선형으로 회전할 수 있다. 이와 같이, 골 부분(54) 내의 상측 표면에, 또는 그 근처에 축적되는 액체는, 예를 들어, 필터 요소(20)의 측부를 따라 아래로 골 부분(54)을 통해 유동함으로써, 중력의 영향 하에서 상측 표면으로부터 자연스럽게 배출될 수 있다. 따라서, 주름부(48)의 나선형 배향은 물이 골 부분(54) 내에 축적되는 것을 감소 및/또는 방지할 것이다.
골 부분(54)으로부터 액체를 배출시키고 축적시키지 않음으로써, 필터 요소(20)는 다수의 이점을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 필터 요소(20)는 보다 많은 에어가 여과될 수 있도록, 보다 큰 유효 여과 표면적으로 인해 개선된 효율을 가질 수 있다. 더욱이, 골 부분(54)에 보다 적은 물이 축적될 것이기 때문에, 여과재(46) 사이에서 압력 강하 역시 감소할 수 있다. 더욱이, 골 부분(54) 내의 물의 축적을 제한 및/또는 방지함으로써, 필터 요소(20)는 적은 마모로 인해 보다 긴 수명을 나타낼 수 있다. 마모는 적어도 부분적으로, 상측 표면 및 상부 측면을 따른 물의 축적으로 인해 발생할 수 있다. 따라서, 필터 요소(20)로부터 배출되는 액체는 중력의 영향 하에서 필터 요소(20)로부터 필터부(18)의 하부를 향해 낙하할 수 있다. 필터부(18)는 필터 요소로부터 낙하되는 액체를 수거하기 위해 드레인, 수거 장치 등(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 종래 기술에 따른 필터 요소(120)의 일례가 도시된다. 필터 요소(120)는 지지 장치(도시되지 않음) 및 스크림을 포함할 수 있다. 필터 요소(120)는 복수의 주름부(148)를 가진 여과재(146)를 더 포함할 수 있다. 여과재(146)는 소수성 여과 물질을 포함한 다양한 여과 물질로 제조될 수 있다. 주름부(148)는 종방향으로 배열되어, 주름부가 필터 요소(120)의 종방향 축(136)에 실질적으로 평행하게 된다. 골 부분(154)은 인접한 주름부 사이에 형성되어, 골 부분(154)이 종방향 축(136)을 따라 종방향으로 연장될 수 있다. 작동 시에, 필터 요소(120)는 여과재(146)를 통과하는 에어로부터 입자 및 액체를 여과할 수 있다. 액체는 골 부분(154)에 축적될 수 있다. 그러나, 필터 요소(120)의 수평 배향 및 골 부분(154)의 종방향 배향으로 인해, 필터 요소(120)의 상측 표면에서 상측 골 부분(154a)에 축적되는 액체는 필터 요소(120)로부터 배출이 감소 및/또는 방지된다. 이와 같이, 액체는 필터 요소(120)의 상측 표면 또는 그 근처의, 인접한 골 부분에, 그리고, 상측 골 부분(154a)과 같이 상측으로 면하는 주름부 내에 축적될 것이다. 이러한 액체 축적은 상부에서(즉, 액체가 골 부분 내에 고여 있는 위치에서) 필터 요소(120)를 통한 에어 유동을 제한 및/또는 방지할 수 있다. 더욱이, 액체 축적은 필터 요소 사이에서 비교적 높은 압력 강하를 야기할 수 있다. 따라서, 나선형으로 배향된 주름부를 갖는 본 발명의 필터 요소(20)는 종래 기술의 필터 요소의 기언급한 단점들을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었다. 본 명세서를 읽고 이해하면 수정예 및 변형예가 나타날 것이다. 발명의 하나 이상의 형태를 포함하는 예시적인 실시예는, 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 한, 이러한 모든 수정예 및 변형예를 포함하는 것으로 간주된다.
20 : 필터 요소 36 : 종방향 축
40 : 스크림 41 : 중앙 통로
42 : 지지 장치 46 : 여과재
48 : 주름부

Claims (20)

  1. 필터 요소에 있어서,
    종방향 축을 따라 연장되는 중앙 통로 주위로 원주방향으로 상기 종방향 축을 따라 연장되는 여과재를 포함하며,
    상기 여과재는 상기 종방향 축을 따라 나선형 배향으로 연장되는 복수의 주름부를 갖도록 구성되는
    필터 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과재가 상기 중앙 통로 내로 반경방향 내향으로 이동하는 것을 방지하도록 상기 여과재의 반경방향 내측에 위치하는 스크림(scrim)을 더 포함하는
    필터 요소.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 여과재가 반경방향 외향으로 이동하는 것을 방지하도록 상기 여과재의 반경방향 외측에 위치하는 지지 장치를 더 포함하는
    필터 요소.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 종방향 축은 실질적인 수평방향을 따라 연장되는
    필터 요소.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 인접한 주름부 사이에서 연장되는 복수의 골 부분을 형성하며, 상기 복수의 골 부분은 상기 나선형 배향으로 상기 종방향 축 주위로 연장되도록 구성되는
    필터 요소.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 골 부분은 상기 필터 요소의 제 1 단부로부터 상기 필터 요소의 대향하는 제 2 단부까지 상기 나선형 배향으로 연장되도록 구성되어, 상기 골 부분 중 하나가 상기 종방향 축을 따른 제 1 위치에서 상기 필터 요소의 상측 표면에, 그리고 상기 종방향 축을 따른 제 2 위치에서 상기 필터 요소의 하측 표면에 위치하며, 상기 복수의 골 부분은 상기 필터 요소의 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 적어도 약 90°의 회전 내지 최대 약 360°의 회전의 범위로 나선형 배향으로 상기 종방향 축 주위로 연장되도록 구성되는
    필터 요소.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 소수성 물질을 포함하는
    필터 요소.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 상기 복수의 주름부를 통과하는 에어 및 액체를 여과하도록 구성되는
    필터 요소.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 액체는 중력의 영향 하에서 상기 골 부분을 통해 유동함으로써 상기 상측 표면으로부터 배출되도록 하는
    필터 요소.
  10. 필터 요소에 있어서,
    중앙 통로 주위로 종방향 축을 따라 원주방향으로 연장되는 지지 장치와,
    상기 지지 장치 상에 위치하고 상기 중앙 통로 주위로 원주방향으로 상기 종방향 축을 따라 연장되는 여과재를 포함하며,
    상기 여과재는 복수의 주름부를 갖도록 구성되며, 적어도 하나의 상기 주름부는 상기 종방향 축 주위로 비선형 배향으로 연장되는
    필터 요소.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 지지 장치는 상기 중앙 통로 내로 상기 여과재가 반경방향 내향으로 이동하는 것을 방지하도록 상기 여과재의 반경방향 내측에 위치하는 스크림을 포함하는
    필터 요소.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 인접한 주름부 사이에서 연장되는 복수의 골 부분을 형성하고, 상기 골 부분은 상기 비선형 배향으로 상기 스크림 주위로 연장되도록 구성되는
    필터 요소.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 상기 복수의 골 부분을 통과하는 에어 및 액체를 여과하도록 구성되며, 상기 액체는 중력의 영향 하에서 상기 필터 요소의 상측 표면으로부터 상기 골 부분을 통해 배출되도록 하는
    필터 요소.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 상기 종방향 축 주위로 나선형 배향으로 연장되도록 구성되는
    필터 요소.
  15. 필터 요소에 있어서,
    나선형으로 배향된 주름부를 포함하는
    필터 요소.
  16. 제 15 항에 있어서,
    종방향 축을 따라 연장되는 중앙 통로 주위로 원주방향으로 상기 종방향 축을 따라 연장되는 여과재를 포함하며,
    상기 여과재는 나선형으로 배향된 주름부를 포함하도록 구성되고, 상기 주름부는 상기 종방향 축 주위로 상기 나선형 배향으로 연장되며,
    상기 종방향 축은 가스 터빈 시스템 내에서 실질적인 수평방향을 따라 연장되는
    필터 요소.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 소수성 물질을 포함하는
    필터 요소.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 복수의 골 부분을 형성하고, 상기 골 부분 중 하나는 상기 종방향 축을 따른 제 1 위치에서 상기 필터 요소의 상측 표면에, 그리고 상기 종방향 축을 따른 제 2 위치에서 하측 표면에 위치하며, 상기 복수의 골 부분은 상기 필터 요소의 전체 길이를 따라 적어도 약 90°의 회전 내지 최대 약 360°의 회전의 범위로 나선형 배향으로 상기 종방향 축 주위로 연장되도록 구성되는
    필터 요소.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 주름부는 상기 주름부를 통과하는 에어를 여과시키고 상기 주름부를 통한 액체의 통과를 감소시키도록 구성되는
    필터 요소.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 골 부분에 축적되도록 하고, 또한 상기 액체는 상기 필터 요소의 상측 표면으로부터 상기 골 부분을 통해 배출되도록 하는
    필터 요소.
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