KR20140029092A - 기체용 필터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 중공(中空) 필터 외주부나 배출구 근방을 흐르는 기체의 유속(流速) 분포의 불균일을 저감하고, 필터 케이스의 내벽에 부착된 액체가 기체와 함께 배출되는 문제점을 해결하고, 또한 차량탑재 레이아웃(layout)에 있어서도 자유도를 갖게 할 수 있는 기체용 필터 장치를 제공한다. 기밀(氣密)하게 형성한 통형의 필터 케이스 내에, 바닥부가 개구되고, 또한 정상부를 폐색(閉塞)한 중공 필터를 그 중심축이 상기 필터 케이스의 중심축과 대략 중첩되도록 배치하고, 상기 필터 케이스의 바닥부의 유입구로부터의 도입 기체를, 상기 중공 필터의 중공부에 인도하고, 상기 중공 필터의 외주와 상기 필터 케이스의 내주벽과의 사이의 공간을 통해 상기 필터 케이스의 정상부의 배출구로부터 배출하는 기체용 필터 장치로서, 정류판이, 상기 필터 케이스의 내주벽에서의 상기 필터의 정상부와 상기 배출구와의 사이에 장착되도록 구성된다.

Description

기체용 필터 장치{FILTER DEVICE FOR GAS}

본 발명은, 예를 들면, 액화 석유 가스(LPG)나 압축 천연 가스(CNG) 등의 기체 연료에 의해 작동하는 가스 엔진의 흡기측의 연료 유로(流路)에 접속되어 사용되는 기체용(氣體用) 필터 장치에 관한 것이다.

종래, 예를 들면, LPG나 CNG 등의 기체 연료를 사용하는 가스 엔진에 있어서는, 기체 연료 중에 미스트의 상태로 포함되는 타르나 호스로부터 용출(溶出)된 가소제(可塑劑)에 의한 오일형 불순물 등의 연료 잔사(殘渣)(이하, 「연료 잔사」라고 함)가 하류측의 인젝터에 유입되는 것에 의해, 인젝터 기능에 악영향을 미치는 것이 알려져 있다.

그래서, 이와 같은 연료 잔사가 엔진 내로 혼입되는 것을 방지하는 수단으로서, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 연료 유로의 도중에 기체용 필터 장치(4O)를 설치함으로써, 인젝터(47)나 엔진으로 상기 연료 잔사가 혼입되는 것을 방지하는 수단이 알려져 있다.

상기 기체용 필터 장치로서는, 예를 들면, 일본공개특허 제1995―328364호에 개시되어 있는 바와 같이, 원통형상의 필터 케이스의 내측에 동일하게 원통형상의 중공(中空) 필터를 구비하고, 필터 케이스의 정상부에 유입구와 배출구를 구비하고, 유입구로부터 들어간 기체가 필터 케이스의 내측으로부터 상기 중공 필터를 통과하여, 상기 중공 필터의 외측의 공간으로 유출된 후, 상기 배출로로 배출되는 구조로 되어 있는 것이 알려져 있다.

또한, 일본공개특허 제2011―245442호에 개시되어 있는 바와 같이, 유입구로부터 필터 케이스 내에 유입된 기체를 필터 케이스 내에 설치된 중공 필터로 여과하고, 상기 중공 필터의 내측으로 통과한 기체를 배출구로부터 배출시키는 구조로 되어 있는 것도 알려져 있다.

이와 같이, 종래의 기체용 필터 장치에서의, 유입구로부터 배출구까지의 기체가 흐르는 방법에 대해서는, 크게 나누면, 원통형상의 중공 필터의 내측으로부터 외측으로 기체가 통과하는 타입의 장치와, 이와는 반대로 필터 케이스에 유입된 기체가, 상기 중공 필터의 외측으로부터 내측으로 필터를 통하여 유입되어 배출되는 타입의 2가지 타입이 알려져 있다.

여기서, 예를 들면, 후자 타입의 기체용 필터 장치인 일본공개특허 제2011―245442호에 있어서는, 필터 케이스 내에 유입된 기체를 효율적으로 상기 중공 필터에 접촉시키고, 또한 불순물을 분리함으로써, 상기 중공 필터의 수명을 늘린 기체용 필터 장치로서, 유입구에 유입되는 기체의 흐름을 컨트롤하는 정류판(整流板)을 설치하고, 필터 케이스 내를 흐르는 기체를 효율적으로 상기 중공 필터로 포착할 수 있는 기체용 필터 장치가 알려져 있다.

이 기체용 필터 장치에 있어서는, 상기 중공 필터를 통과한 기체는, 상기 중공 필터의 축 방향의 일단에 배치된 배출구로 흐르도록 설계되어 있고, 또한 배출구와 중공 필터의 내경(內徑)이 대략 같은 직경이며, 또한 그 유로가 직선이므로, 유속(流速) 분포가 흐트러지는 것과 같은 장해가 없어, 배출구 측에서의 유속 분포의 불균일 등의 문제는 생기지 않을 것으로 생각된다.

이에 대하여, 전자와 같은 기체가 흐르는 방향으로 하는 기체용 필터 장치의 경우에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 배출구(24)가 편심 구조로 형성되어 있으므로, 상기 중공 필터(3)의 필터 외주부(35)나 배출구(24) 부근의 기체의 유속 분포에 불균일이 발생하여[중공 필터(3)에 있어서 유속이 빠른 부분에서의 포착 효율의 저하를 초래하여], 배출구(24) 부근으로서 필터 케이스의 내주벽(21)의 기체의 유속이 빠른 부분에서는, 상기 필터 케이스의 내주벽(21)에 부착된 연료 잔사 등의 액체가 배출구(24)를 향해 기체와 함께 배출되어 엔진 시스템의 문제점의 원인으로 된다.

이 문제에 대해서는, 예를 들면, 일본공개특허 제1995―328364호에 있어서는, 배출로로 연결되는 바로 앞의 유로를 가늘게 한 연통공을 형성하는 방법이나 일본공개특허 제2009―114996호에 기재되어 있는 바와 같이, 중공 필터와 배출구의 사이에 소정 길이의 공간을 설치함으로써, 유속을 저하시켜 유속 분포 불균일의 영향을 적게 하는 등의 방법이 알려져 있다.

일본공개특허 제1995―328364호 일본공개특허 제2009―114996호 일본공개특허 제2011―245442호

그러나, 일본공개특허 제1995―328364호 공보에 제시되어 있는 필터 케이스의 사이즈를 크게 하지 않고 상기 연통공을 배출구의 바로 앞에 설치하여 유입된 기체를 안내하는 통로로 하는 방법에서는, 중공 필터의 외주부에 발생하는 것으로 생각되는 유속 분포의 불균일이 크고, 또한 배출구 부근의 유속 분포에 대해서도 불균일하게 되는 것으로 생각되므로, 중공 필터의 포착 효율의 저하를 초래하고, 또한 필터 케이스의 내주벽에 부착된 액체가 배출되는 기체와 함께 유출되어 버리는 문제가 있다.

또한, 일본공개특허 제2009―114996호에 기재된 바와 같이, 중공 필터와 배출구의 공간 거리를 길게 하는 방법의 경우에는, 유속 분포의 불균일의 저감에 대해서는 일정한 효과가 있을 것으로 생각할 수 있지만, 필터 케이스의 대형화를 피하지 못하고, 이에 따라, 실제로 기체용 필터 장치를 장착 스페이스가 적은 자동차의 엔진룸 등에 탑재하는 경우에 있어서, 그 배치가 제한되는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 행해진 것이며, 상기 중공 필터 외주부나 배출구 근방을 흐르는 기체의 유속 분포의 불균일을 저감하고, 필터 케이스의 내벽에 부착된 액체가 기체와 함께 배출되는 문제점을 해결하고, 또한 차량탑재 레이아웃(layout)에 있어서도 자유도를 갖게 할 수 있는 기체용 필터 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 본 발명은, 기밀(氣密)하게 형성한 통형의 필터 케이스 내에, 바닥부가 개구되고, 또한 정상부를 폐색(閉塞)한 중공 필터를 그 중심축이 상기 필터 케이스의 중심축과 대략 중첩되도록 배치하고, 상기 필터 케이스의 바닥부에 구비한 유입구로부터 유입시킨 기체를, 상기 중공 필터의 중공부(제1 실)에 도입하고, 또한 상기 중공 필터의 외주와 상기 필터 케이스의 내주벽과의 사이에 형성된 공간을 통해 상기 필터 케이스의 정상부에 구비된 배출구로부터 배출하는 기체용 필터 장치로서, 중앙에 정류구(整流口)가 형성된 정류판이, 상기 필터 케이스의 내주벽에서의 상기 중공 필터의 정상부와 상기 배출구와의 사이에 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 기체용 필터 장치에 있어서는, 중공 필터를 통과한 기체는, 상기 필터 외주와 상기 필터 케이스의 내주벽과의 사이에 형성된 공간(제2 실)으로 이송된 후, 배출로를 향해 흐른다.

이 때, 상기 정류판을, 상기 중공 필터의 정상부와 상기 배출구 사이에서의 상기 필터 케이스의 내주벽에 장착함으로써, 상기 중공 필터 외주부, 상기 필터 케이스의 내벽면 또는 배출구의 근방에서 발생하는 속도 분포의 불균일을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 필터 케이스 및 상기 중공 필터가 함께 원통형상인 것이 바람직하고, 또한 상기 정류판의 정류구는, 상기 필터 케이스의 정상부에 구비한 상기 배출구의 최소 개구 면적보다 크고, 상기 필터 케이스의 내주 단면적(斷面績)보다 작게 개구되고, 바람직하게는, 상기 정류판의 정류구의 개구 면적이, 배출구의 최소 개구 면적의 2배보다 크고, 상기 필터 케이스의 내주 단면적보다 작아지도록 개구된다.

또한, 상기 구성에 의하면, 상기 기체용 필터 장치는, 상기 중공 필터를 수납하기 위한 필터 케이스와 상기 정상부에 위치하는 대략 가로 방향으로 상기 배출구를 구비한 커버체로 구성된다.

본 발명에 의하면, 상기 중공 필터 외주부, 필터 케이스의 내주벽 또는, 배출구의 근방에서 발생하는 유속 분포의 불균일을 저감하고, 또한 배출구를 상기 필터 케이스의 정상부의 어떤 방향에 있어서도 유속 분포의 불균일이 없고, 차에 대한 설치 시의 레이아웃의 자유도를 갖도록 한 기체용 필터 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 기체용 필터 장치의 종단면도(縱斷面圖)이다.
도 2a는 본 발명에 관한 기체용 필터 장치의 종단면 유속 분포도이다.
도 2b는 본 발명에 관한 기체용 필터 장치로부터, 정류판(23)을 제거한 경우의 종단면 유속 분포도이다.
도 2c는 본 발명에 관한 기체용 필터 장치의 종단면 유속 분포도의 정류판 부분의 부분 확대도이다.
도 3은 종래의 기체용 필터 장치의 종단면도이다.
도 4는 종래의 기체용 필터 장치의 종단면 유속 분포의 도면이다.
도 5는 엔진 시스템에 내장되었을 때의 본 발명의 배치예의 도면이다.
도 6은 본 발명에서의 기체용 필터 장치의 배출구의 레이아웃 위치 패턴도이다.

이하에, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

먼저, 본 실시예의 기체용 필터 장치의 전체의 구성에 대하여 설명한다.

도 1은 본 실시예인 기체용 필터 장치의 종단면도를 나타내고, 기체용 필터 장치(1)는, 소정의 압력으로 조정된 LPG나 CNG 등의 기체 연료를 유입시킴으로써, 이에 포함되는 연료 잔사를 포착하여 청정한 상태로 하고, 하류측의 인젝터로 송출하여 엔진에 공급하기 위한 것이다.

이 기체용 필터 장치(1)는, 기밀하게 형성한 통형의 필터 케이스(2)의 내부에, 바닥부(33)를 개구하고, 또한 정상부 측에 엔드 플레이트(31)를 폐색한 중공 필터(3)를 그 중심축이 상기 필터 케이스(2)의 중심축의 위치와 중첩되도록 배치한다.

상기 필터 케이스(2)의 바닥부(22)에 구비한 유입구(25)로부터 유입시킨 기체 연료는, 상기 중공 필터(3)의 제1 실(室)(32)에 도입된다.

그리고, 상기 중공 필터(3)의 내통(30) 측의 제1 실(32)에 도달한 기체 연료는, 상기 중공 필터(3)의 여과부를 통과하여 여과되고, 필터 외주부(35)와 상기 필터 케이스(2)의 내주벽(21)과의 사이에 형성된 공간(제2 실)(27)을 통과하여 상기 필터 케이스(2)의 커버체(29)에 구비된 배출구(24)로부터 배출되어 인젝터(도시하지 않음)로 보내진다.

여기서, 본 실시예에 관한 상기 기체용 필터 장치(1)에 있어서는, 배출구(24)의 바로 앞의 제2 실(27)에 중앙에 정류구(26)가 형성된 정류판(23)이, 상기 필터 케이스(2)의 내주벽(21)으로서 상기 중공 필터(3)의 엔드 플레이트(31)와 상기 배출구(24)와의 사이에 장착되어 중공 필터(3)로부터 유출되는 기체의 유속 분포의 불균일이 저감되고, 또한 연료 잔사가 상기 배출구(24)로부터 기체와 함께 유출되는 것을 막고 있다.

이어서, 본 실시예의 기체용 필터 장치를 구성하는 각 부에 대하여, 상세하게 설명한다.

처음에, 상기 필터 케이스(2)는, 원통형의 통에 상기 필터 케이스(2)를 차량에 고정시키는 고정부를 구비하고, 필터 케이스 재료로서는, 수지에 의해 성형되는 것이 바람직하지만, 기밀성, 내압성이 유지되는 것이면, 다른 재료를 사용해도 되고, 본 실시예에 있어서는, 종래, 이 종류의 필터 케이스에 사용되는 기밀성, 내압성을 가지는 기능성 플라스틱을 사용하였다.

또한, 본 실시예는, 바닥이 있는 통형의 필터 케이스(2)의 정상부 개구에 가로 방향으로 배출구(24)를 구비한 커버체(29)가 피착(被着)되어 있다.

이 커버체(29)는, 상기 필터 케이스(2)와 끼움 장착되는 커버체이며, 가로 방향으로 배출구(24)를 구비하고, 재질은 내압성, 기밀성을 고려하여 선택되지만, 본 실시예에 있어서는, 필터 케이스(2)와 동일한 재료를 사용하여 성형했다.

여기서, 본 실시예에 있어서는, 커버체(29)와 필터 케이스(2)의 끼움 장착 방법으로서, 진동 용착을 사용하였지만, 기밀성 및 내압성의 유지가 가능하면, 사용하는 재료 등에 의해 적절히 선택한 다른 방법을 이용해도 된다.

그리고, 커버체(29)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 배출구(24)의 방향을 360° 어떤 위치에서도 기체의 유속 분포의 영향을 고려하지 않고 설치 가능하게 되어 있어, 장착되는 차의 엔진 시스템 전체의 레이아웃 등을 고려하면서 결정된다.

그리고, 본 실시예에 있어서의 정류판(23)은, 필터 케이스(2), 커버체(29)와 동일한 재료를 사용하여 성형되어, 필터 케이스(2)의 내주벽의 상기 소정의 위치에 환착(環着)된다.

그리고, 이 정류판(23)은, 통상 커버체(29)를 제거한 상태로 내장된다.

또 정류판(23)은, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 상기 정류판(23)의 중앙에 위치하는 정류구(26)의 크기가 문제로 된다.

정류구(26)의 개구 면적에 대해서는, 사용할(장착할) 기체용 필터 장치(1)의 크기나 용도에 따라 적절히 조정될 것이며, 원칙적으로는, 정류구(26)의 크기가 작아질수록, 정류 효과는 증대하지만, 반면, 유로의 압력 손실의 원인으로 된다.

그러므로, 본 실시예에 있어서는, 압력 손실을 최대한 억제하면서 정류 효과가 얻어지는 위치로 조정되어 있고, 상세한 정류구(26)의 크기의 결정에 대해서는, 수치 유체학적인 어프로치(approach)를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 계측하여 조정하였다.

이 결과로부터, 본 실시예에 있어서, 도 2c에 있어서 쇄선으로 나타낸 직경 「A」를 가지는 정류구의 개구 면적은, 적어도 도 2c에 있어서 쇄선으로 나타낸 직경 「B」를 가지는 배출구(24)의 최소 개구 면적의 2배 이상으로서, 도 2c에 있어서 쇄선으로 나타낸 직경 「C」를 가지는 상기 필터 케이스(2)의 내주 단면적 이하로 하는 것이 유속의 불균일을 방지하고, 또한 압력 손실을 방지하는 목적으로부터도 바람직한 것이 판명되었다.

다음에, 본 실시예의 기체용 필터 장치의 정류 효과를 정류판을 가지고 있지 않은 종래의 기체용 필터와 비교했다.

도 4는 종래의 기체용 필터 장치를 사용한 경우를 나타낸 것이며, 유입구(25)로부터 중공 필터 내부로 흐른 기체의 유속은, 그 제2 실의 필터 케이스(2)의 배출구(24)의 주변부의 특히 내주벽(21)에 있어서 유속이 빨라지는 경향이 보여졌다.

그러므로, 이 내주벽(21)의 주변의 빠른 유속은 내주벽(21)에 부착된 중공 필터(3)로부터 누출된 연료 잔사를 배출구(24)로 휩쓸어 올리는 원인으로 되어 있었던 것으로 생각된다.

또한, 종래의 기체용 필터 장치에 있어서는, 유속 분포가 마블형(marble shape)으로 표시되어 있으므로, 중공 필터(3)의 주변이나, 배출구 주변도 포함하여 케이스 전체로 유속의 불균일이 존재하고, 이것은 유속 차이에 의한 중공 필터(3)의 포착 효율의 저하를 초래하는 원인으로 되어 있는 것으로 생각된다.

또한, 도 2a는 본 실시예로서, 정류판(23)을 필터 케이스(2)와 커버체(29)와의 사이에 장착한 기체용 필터 장치에 있어서의 필터 케이스(2) 내의 유속 분포를 나타낸 것이며, 도 2b에 나타낸 정류판(23)을 장착시키고 있지 않은 이외의 다른 모든 구성이 같은 기체용 필터 장치의 필터 케이스 내의 유속 분포를 비교했다.

이 결과, 정류판(23)을 장착한 본 실시예인 기체용 필터 장치[도 2a의 중공 필터(3)]의 외주면의 유속 분포는, 정류판(23)을 장착하고 있지 않은 필터 장치(도 2b)와 비교하여, 중공 필터(3)로부터 제2 실(27)로 배출되는 기체의 유속 분포가 종단면에서 거의 균일하였다.

이 결과, 상기 유속 분포의 불균일을 원인으로 하는 중공 필터(3)의 포착 효율의 저하가 해소되고, 또한, 배출구(24)에 흐르는 기체 연료에 필터 케이스(2)의 내주벽(21)에 부착된 연료 잔사가 연료의 기체와 함께 배출되는 문제도 해소되었다.

또한, 정류판(23)을 통과한 기체의 유속은 상기 정류판(23)의 효과에 의해 안정되어 있으므로, 기체의 배출 방향에 대하여 유속 분포를 고려하여 결정할 필요가 없기 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같이 배출구(24)의 방향은, 다른 엔진 부품의 레이아웃과의 관계로 유연하게 배치 가능해진다.

미설명 부호 "40"은 기체용 필터 장치, "41"은 레귤레이터, "42"는 컷 오프 밸브, "43"은 매뉴얼 밸브, "44"는 냉각수, "45"는 가스 봄베, "46"은 스로틀 챔버, "47"은 인젝터이다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에서 있는 기체용 필터 장치는, 상기 필터 외주부, 필터 케이스의 내주벽, 또는 배출구의 근방에서 발생하는 유속 분포의 불균일을 저감하고, 또한 차에 대한 설치 시의 레이아웃의 자유도를 갖게 할 수 있다.

1: 기체용 필터 장치, 2: 필터 케이스, 20: 주위벽, 21: 내주벽, 22: 바닥부, 23: 정류판, 24: 배출로, 25: 유입로, 26: 정류로, 27: 제2 실, 29: 정상부, 3: 중공 필터, 30: 내통, 31: 엔드 플레이트, 32: 제1 실, 33: 바닥부, 40: 기체용 필터 장치, 41: 레귤레이터, 42: 컷 오프 밸브, 43: 매뉴얼 밸브, 44: 냉각수, 45: 가스 봄베, 46: 스로틀 챔버, 47: 인젝터

Claims (6)

1. 기밀(氣密)하게 형성한 통형의 필터 케이스 내에, 바닥부가 개구되고, 또한 정상부를 폐색(閉塞)한 중공(中空) 필터를 그 중심축이 상기 필터 케이스의 중심축과 대략 중첩되도록 배치하고, 상기 필터 케이스의 바닥부에 구비한 유입구로부터 유입시킨 기체를, 상기 중공 필터의 중공부에 도입하고, 또한 상기 중공 필터의 외주와 상기 필터 케이스의 내주벽과의 사이에 형성된 공간을 통해 상기 필터 케이스의 정상부에 구비된 배출구로부터 배출하는 기체용 필터 장치로서,
   중앙에 정류구(整流口)가 형성된 정류판은, 상기 필터 케이스의 내주벽에서의 상기 중공 필터의 정상부와 상기 배출구와의 사이에 장착되어 있는, 기체용 필터 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 필터 케이스 및 중공 필터는 모두 원통형상인, 기체용 필터 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 정류판의 정류구의 개구 면적은, 상기 필터 케이스의 정상부에 구비한 상기 배출구의 최소 개구 면적보다 크고, 상기 필터 케이스의 내주 단면적(斷面的)보다 작은, 기체용 필터 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 정류판의 정류구의 개구 면적은, 상기 배출구의 최소 개구 면적의 2배보다 크고, 상기 필터 케이스의 내주 단면적보다 작은, 기체용 필터 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기체용 필터 장치는, 상기 중공 필터를 수납하기 위한 필터 케이스와 상기 정상부에 위치하는 대략 가로 방향으로 상기 배출구를 구비한 커버체가 기밀하게 장착된 구조인, 기체용 필터 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필터 케이스에 장착되는 상기 커버체는, 주위 방향으로 자유롭게 위치 결정 가능한, 기체용 필터 장치.
   

Images