KR20130098251A - 오일 필터용 여과재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히, 기어 기구 및 내연기관의 오일회로에서 오일을 여과하기 위한 여과재에 것으로, 이 여과재는 제 1 및 제 2여과층과, 이들 제 1 및 제 2여과층 사이에 배열되는 중간챔버를 포함하며, 제 1여과층은 성긴 여과재를 포함하고, 조밀한 여과재를 포함하는 제 2여과층 상에 배열되어, 제 1 및 제 2여과층이 여과 방향으로 중간챔버의 영역에서 서로 이격되어 있다.
Description
본 발명은 특히, 기어 기구 및 내연기관의 오일회로에서 오일을 여과하기 위한 것으로, 제 1 및 제 2여과층을 포함하며, 제 1여과층은 성긴 여과재를 포함하고, 조밀한 여과재를 포함하는 제 2여과층 상에 배열되는 여과재에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 형태의 여과재를 갖는 흡인식 필터에 관한 것이다.
오일 필터 분야에 이미 공지되어 있는 여과재는 단점을 갖는 한편, 특히 저온(가압식 여과재)에서의 여과재의 효율적인 사용 측면에서, 중대한 압력 손실은 적게 발생하고, 이물질 회수 용량은 낮다. 비록, 저(低)여과재는 높은 이물질 회수 용량에서 수용가능한 낮은 압력손실을 보이지만, 그들은 높은 여과 효율을 갖고 있지 않다. 또한, 여과목적의 공지된 직물 역시 낮은 이물질 회수 용량을 가지며, 그리고 높은 효율을 달성하지 못한다. 특히, (최대 수용가능한 감압이 1바(bar)인)흡인식 필터 분야에서, 상술한 문제들은 효율적이면서 장시간 지속되는 여과 결과를 얻는데 방해가 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 단점을 극복하고 특히 흡인식 필터 분야에서 사용하기에 적합한 여과재를 제공하는데 있다.
상술한 목적은 청구항 1에 따르는 여과재에 의해서 달성된다. 본 발명의 이익적인 개량은 종속항에 개시되어 있다. 또한, 특히 바람직한 용도는 흡인식 필터에서 본 발명에 따르는 여과재의 사용에 있다.
본 발명에 따르면, 상술한 목적을 달성하기 위해, 제 1 및 제 2여과층 사이에 중간챔버가 배열되어, 제 1 및 제 2여과층이 여과 방향으로 중간챔버의 영역에서 서로 이격되어 있다. 그러므로, 본 발명의 기본적인 아이디어는 여과재의 샌드위치식 구성, 즉 작동시에 오일로 채워지는 중간공간을 개재하여 제 1여과층이 제 2층과 이격되어 있는 구성에 있다. 이러한 관점에서 상기 중간공간은 제 1 및 제 2여과층을 하나 위에 다른 하나를 느슨하게 적층해서는 얻어지지 않는 반면에, 작동 시에 여과 방향으로 유지되는 2개의 층이 서로에 대해 소정의 이격 공간을 갖는 점이 가장 중요하다. 제 1여과층은 이 경우에 성긴 여과재를 포함하고, 제 2여과층은 조밀한 여과재를 포함한다. 그러므로, 제 2여과층은 제 1여과층보다 조밀한 여과재로 구성된다.
중간챔버를 얻기 위해서, 여과재는 제 1 및 제 2여과층 사이에 배열되는 프레임 요소를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에, 프레임 요소의 치수는 가령, 여과재질의 어떤 가능한 팽창의 결과로서 제 1 및 제 2여과층이 작동 중에 여과재의 하나가 다른 하나 위에 안착되지 않으며, 서로에 대한 2개의 층의 이격 공간은 작동 중에도 유지되는 방식으로 설계된다. 물론, 이 경우에 프레임 요소는 하나의 부품 또는 다수의 부품으로 만들어진다.
다수의 중간챔버를 형성하는 프레임 요소를 사용하는 것이 신뢰성 및 효율 면에서 매우 바람직하다. 이 경우에, 따라서 여과재는 표면에서 서로 이웃하여 배치된 다수의 중간챔버를 포함한다. 이것은 특히, 본 발명에 따르는 여과재를 이용하여 얻게 되는 다양한 외형을 갖는 특대(特大)의 여과면을 가능케 한다.
각 중간챔버에 대해서, 조밀한 여과재를 포함하는 제 2여과층에는 각각 관통공이 배열되는 것이 바람직하다. 원리상 당업계에 알려진 이러한 가능성은, 여과재로 하여금 특히, 고(高)점도이고 저온에서와 같은 경우에 과도한 점도 범위 이상에서의 사용을 가능케 하며, 오일은 제 2의 조밀한 여과층을 통해서 완전히 여과되지 않는다.
본 발명에 따르는 여과재는 이전 청구항 중 하나에 따르는 여과재를 갖는 흡인 펌프에서 사용할 경우에 특히 인상적인 방식으로 그의 이익적인 효과를 보인다.
요약하면, 본 발명에 따르는 특수 배열은 결과적으로 다음의 이점을 가져온다.
1. 저유속 및 고점도(가령, -30℃)에서 낮은 압력 손실.
2. 고점도(<0.01Pas) 및 상대적으로 높은 침투유속에서 높은 효율.
3. 성긴 여과재의 비균질 충전 및 조밀한 여과재의 균질 충전.
4. 동일 또는 보다 향상된 성능 수준에서도 약 2-3㎜까지 (오일 필터 분야에서 통상적인 다층 필터재와 비교하여)약 100%-300%까지 전체 높이의 감소가 가능하다.
5. 필터재의 정밀한 속성을 개별적으로 설계할 수 있어 (고객이 원하는 대로)특정 용도에 맞게 최적화가 가능하다. 이 목적을 위해서 다양한 여과재, 홀 직경 및 격자 스페이서 설계 및 그들의 비율에 대한 현명한 선택이 가능하다. 홀을 갖는 추가의 여과층 및 상응하는 추가의 격자 스페이서의 사용으로 용량 및 여과 효율의 추가적인 최적화가 가능하다.
6. 샌드위치식 구성은 필터 내의 공기 배출 및 그로 인한 펌프에 대한 바람직하지 않은 공동 효과를 상당히 개선한다. 특히, 이것은 제 1층을 통한 공기 배출을 위해 필요한 속도를 확보하는 구동 스트림에 의해서 각 필드에서 행해진다. 공기 배출은 제 1층과 격자 스페이서를 함께 연결함으로써 보다 최적화할 수 있다. 이 연결은 개별 중간챔버 사이에서 교차류(cross-flow)를 억제하여, 제 1층 아래에서는 공기 집적이 발생할 수 없다. 이 연결은 여과에 아무런 영향을 주지 않는다.
7. 콤팩트한 설계에 의해 평탄한 제품으로 제조할 수 있다.
8. 콤팩트한 설계에 의해 필터의 형상을 포켓 필터로 할 수 있다.
9. 콤팩트한 설계에 의해 필터를 주름형 필터로 할 수 있다.
도 1은 여과재 외관의 개략적인 측면 사시도이다.
도 2는 도 1의 여과재의 격자 스페이서 및 제 1여과층의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1의 여과재의 개략적인 단면도이다.
도 4는 입자 크기에 대한 입자 감소를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 침투류에 대한 압력 강하를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 여과재의 격자 스페이서 및 제 1여과층의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1의 여과재의 개략적인 단면도이다.
도 4는 입자 크기에 대한 입자 감소를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 침투류에 대한 압력 강하를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
이하, 도면에 도시된 예시적인 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1에 따르면, 여과재(4)는 성긴 여과재로 이루어진 제 1여과층(1)과, 상기 여과재(4)의 표면에서 중간챔버(5)를 형성하는 격자 스페이서(2)와, 조밀한 여과재로 이루어진 제 2여과층(3)을 포함하며, 상기 제 2여과층(3)에는 각 중간챔버에 대한 관통공(6)이 배열된다. 상기 제 1여과층(1), 상기 중간챔버(5)를 형성하는 상기 격자 스페이서(2), 및 상기 제 2여과층(3)은 샌드위치 방식으로 서로 적층되어 배열되며, 상기 격자 스페이서는 상기 2개의 여과층(1, 3) 사이에 배열되고, 상기 여과층은 서로 이격되어 있다.
이 샌드위치 구성은 특히 도 3에서 명확하게 볼 수 있다. 상기 2개의 층(1, 3) 사이의 격자 스페이서(2)의 배열은 상기 여과재(4)를 통해 흐르는 오일이 하나의 여과층으로부터 다른 여과층으로 통과하는 상기 중간챔버(5)를 형성한다. 특정 실시예에 있어서, 도 1 및 3에 도시한 바와 같이, 상기 여과재(4)를 통해 흐르는 오일은 상기 제 2여과층(3)으로 유입되어 먼저 조밀한 여과재를 통과하며, 다음에 상기 중간챔버(5)로 흐른 다음, 마지막으로 상기 제 1여과층(1)을 통해서 상기 여과재(4)를 떠난다. 그러나, 원리상으로는 여과재에 대해 오일이 반대방향으로 흐르는 것도 가능하다.
도 2는 상기 격자 스페이서(4)의 실시예를 나타낸다. 상기 격자 스페이서는 정사각형의 중간챔버(5)를 함께 형성하는 종 및 횡 지지대으로 구성된다. 또한, 도 2는 상기 중간챔버(5)에 대한 관통공(6)의 위치를 나타낸다. 각 중간챔버(5)에 대해서, 상기 제 2여과층(3)내에는 관통공(6)이 있으며, 이는 각기 중간챔버(5)에 대해 각 케이스 중앙에서 상기 제 2여과층(3)내에 배열된다.
도 4는 표준 흡인식 여과재("V-Pore 98")에 대한 본 발명에 따르는 여과재("스마트 매질")의 우수한 입자 감소를 나타낸다. 이것은 특히, 5 ~ 40μ(c) 범위의 특정의 작은 입자크기에서 크게 향상된 입자의 감소가 얻어졌음을 명백히 보인다.
마지막으로, 도 5는 침투류와 관련된 압력 강하에 대해서 본 발명에 따르는 여과재의 바람직한 특성을 나타내는 것으로, 도 5는 24℃ 및 -26℃에서 반복해서 표준 흡인식 여과재("V-Pore 98")와 비교하였다.
다음에, 본 발명에 따르는 여과재 작동의 물리적 모드에 대해서 상세하게 보다 설명한다.
A) 상태: 저 오일점도 및 고 유속(열간 오일)
압력은 거의 손실이 없는(다시(Darcy)의 법칙 참고) 성긴 여과재(제 1여과층(1))을 통해 중간챔버 내로 직접 전달된다. 상기 중간챔버(5) 내의 압력은 구멍(bore)에서 생성된 동압(動壓)의 추진 제트, 구멍 내의 손실(파이프를 통한 유동), 및 중간챔버(5) 내의 손실("2개의 판 사이의 유동")에 의해서 결정된다. 이 상태에서, 동압이 상기 중간챔버(5) 내에서의 감압을 지배적으로 결정한다. 홀이 작을수록 동압은 커지며, 상기 중간챔버(5) 내의 감압도 커진다. 이러한 중간챔버(5) 내의 감압은 조밀한 여과재(제 2여과층(3))("다시의 법칙")를 통한 적절한 비율의 유동을 확보한다. 그러므로, 홀의 직경(동압)은 조밀한 여과재(제 2여과층(3))를 통한 유동 비율을 결정한다. 그 관계는 선형관계가 아닌 2차(quadratic)관계이다.
B) 상태: 고 오일점도 및 저 유속(냉간 오일)
압력은 적은 손실로 성긴 여과재(제 1여과층(1))을 통해 중간챔버 내로 전달된다. 상기 중간챔버(5) 내의 압력은 구멍에서 생성된 동압의 추진 제트, 구멍 내의 손실(파이프를 통한 유동), 및 중간챔버(5) 내의 손실("2개의 판 사이의 유동")에 의해서 결정된다. 이 상태에서, 구멍의 직경 및 챔버의 높이가 중간챔버 내에서의 감압을 지배적으로 결정한다. 홀이 작을수록, 그리고 챔버가 평탄할수록 여과재의 전체 압력손실은 커진다. 이 상태에서, 상기 조밀한 여과재(3)는 거의 완벽하게 바이패스된다(다시의 법칙). 그러므로, 홀의 직경, 홀의 길이 및 챔버의 높이는 전체적으로 여과재의 전체 손실을 결정한다.
표면적이 기본적으로 중간챔버(5)의 면적과 상응하는 제 1층의 필드는 흡인 식 필터로서 사용시에 10㎜ x 10㎜의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 압력 여과를 위해서, 7㎜ x 7㎜의 필드 크기를 가져야 바람직하다. 이 필드는 정사각형상을 갖는 것이 바람직하지만, 직사각형 같은 다른 형태도 고려될 수 있다. 이같은 바람직한 필드 크기를 위해서, 상기 격자 스페이서(2)는 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 격자 높이를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 격자 높이가 너무 짧을 경우, 증대된 유동 손실을 초래하는 것으로 판명되었다.
또한, 흡인식 여과의 전체 영역에 대해서 1㎜ 내지 3㎜의 홀 직경이면 충분한 것으로 판명되었다. 압력식 여과를 위해서, 바람직한 홀의 직경은 0.1㎜ 내지 3㎜이다.
원리상, 어떤 재질도 미세 여과재로서 고려할 수 있다. 바람직하게, 1000 이상의 베타 5 내지 1000이상의 베타 35의 베타값을 갖는 여과재가 사용된다. 또한, 성긴 여과재용으로 광범위한 재질이 있다. 이같은 점에서, 지배적인 인자는 보호될 구성요소 및 중요한 입자의 크기이다.
점도는 0.001 내지 30Pas의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 0 내지 100㎜/s 또는 그 이상의 유동 점도가 관찰되었다.
본 발명에 따르는 여과재의 적용분야는 특히, 점도의 강한 변동 및 다양한 삼투현상이 종종 발생하는 환경, 가령 밸브를 가지는 기어(밸브, 펌프, 베어링, 자동기어 보호용), 대형기어(풍력 발전소), 차동기어, 파워 스티어링, 또는 엔진 분야, 항공, 우주산업 분야의 여과가 있다. 비록 이 경우에 점도의 변동이 다소 낮더라도 물의 여과도 고려될 수 있다.
1: 제1여과층
2: 스페이서
3: 제2여과층
4: 여과재
5: 중간챔버
6: 관통공
2: 스페이서
3: 제2여과층
4: 여과재
5: 중간챔버
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Claims (11)
- 제 1 및 제 2여과층, 제 1 및 제 2여과층 사이에 배열된 복수의 중간챔버를 한정하는 프레임 요소를 포함하는 여과재를 포함하는 오일회로에 있어서,
상기 프레임 요소는 다수의 구멍을 형성하며, 각 구멍에 대응하여 배치되는 관통공이 제 2여과층에 형성되고,
오일회로의 오일은 순차적으로 제 2여과층 및 제 1여과층을 통하여 흐르고,
제 2여과층은 제 1여과층보다 조밀한 것을 특징으로 하는 오일회로. - 제 1항에 있어서, 오일회로의 오일은 유체 흐름의 방향으로 순차적으로 제 2여과층 및 제 1여과층을 통하여 흐르며, 상기 유체 흐름의 방향은 상기 제 2여과층및 제 1여과층에 대해 법선 방향 것을 특징으로 하는 오일회로.
- 제 1항에 있어서, 상기 오일회로는 기어 기구와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 오일회로.
- 제 1항에 있어서, 상기 오일회로는 내연기관의 오일회로인 것을 특징으로 하는 오일회로.
- 제 1항에 있어서, 각 관통공은 0.1 내지 3mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일회로.
- 제 1항에 있어서, 각 관통공은 1 내지 3mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일회로.
- 제 1 여과층 및 1000보다 큰 베타 35의 베타값을 갖는 제 2 여과층, 제 1 및 제 2여과층 사이에 배열된 복수의 중간챔버를 한정하는 프레임 요소를 포함하는 오일필터에 있어서, 상기 프레임 요소는 다수의 구멍을 형성하며, 각 구멍에 대응하여 배치되는 관통공이 제 2여과층에 형성되는 것을 특징으로 하는 오일필터.
- 제 7항에 있어서, 제 2 여과층은 1000보다 큰 베타 5의 베타값을 갖는 것을 특징으로 하는 오일필터.
- 제 7항에 있어서, 각 관통공은 0.1 내지 3mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일필터.
- 제 7항에 있어서, 제 2여과층은 제 1여과층보다 조밀한 것을 특징으로 하는 오일필터.
- 제 7항에 있어서, 각 관통공은 1 내지 3mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 오일필터.
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