KR20140090986A - 필터 장치 및 필터 장치를 포함하는 탱크를 환기하기 위한 장치 - Google Patents

필터 장치 및 필터 장치를 포함하는 탱크를 환기하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필터 장치(10)의 정상 작동에서 입구로서 제공되는 제 1 포트(12)와 필터 장치(10)의 정상 작동 하에서 출구로서 제공되는 제 2 포트(14)를 갖는 하우징(20)을 포함하는, 연료 탱크를 환기하기 위한 필터 장치(10, 특히 공기 흡입 필터 장치에 관한 것으로서, 하우징(20)은 적어도 하나의 필터 및 제 1 포트(12)로부터 필터(50)를 통과하는 제 2 포트(14)로 확장하는 공기 통로(40)를 둘러싼다. 하우징(20) 내부에 제 2 포트(14)와 관련하여 적어도 하나의 제 1 필터(12)를 덮기 위하여 배플 유닛(70)이 하우징(20) 내에 배치되며, 배플 유닛(70)은 제 2 포트(14)를 통하여 필터 장치(10)로 들어오는 유체 흐름을 바꾸도록 배치된다.

Description

필터 장치 및 필터 장치를 포함하는 탱크를 환기하기 위한 장치{FILTER DEVICE AND ARRANGEMENT FOR VENTILATING A TANK COMPRISING A FILTER DEVICE}
본 발명은 필터 장치, 특히 탱크용 공기 흡입 필터 장치(air breather filter device), 및 필터 장치를 포함하는 탱크를 환기하기 위한 장치에 관한 것이다.
공기 흡입 필터(air breather filter)들은 통상적으로 차량, 특히 트럭과 버스들과 같은 상업용 차량에서 사용된다. 그것들은 특히 4 ㎛ 또는 그 이하의 작은 입자들을 걸러낼 수 있는 여과지로 구성된다. 이러한 작은 입자들은 연료 필터들 상에서 여과하는 것이 어렵다. 이러한 작은 입자들의 수집은 연료 펌프와 주입기들과 같은 엔진 부품들의 수명을 강력하게 증가시킨다. 여과지가 젖을 때, 여과지를 통한 압력 강하가 급격히 증가된다. 존재하는 여과지를 완전히 적시고 0 mbar로부터 약 20 내지 30 mbar로 필터의 대한 압력 강하를 변경하는데 단지 5g 디젤의 양으로도 충분하다. 이러한 압력 강하는 엔진 시동성에 부정적 영향을 가지며, 최대 토크를 감소시키며 모든 트럭에 대한 연료 소비를 다소 증가시킨다.
탱크 내부로부터 연료 센더(fuel sender)를 통한 연료의 누출은 언덕 주행, 제동에 의한 출렁거림, 곡선, 가속, 경사면에서의 주차 등과 같은 다양한 상황에서 발생할 수 있다. 이러한 누출은 연료 탱크에 연결된 공기 필터들의 여과지들이 연료로 적셔지도록 야기하며, 이는 증가된 압력 강하에 이르게 한다. 이러한 압력 강하는 상업용 차량에서 통상적으로 사용되는 듀얼 탱크(dual tank)들 상의 연료 레벨의 불균형을 야기하는데, 그 이유는 각각의 탱크가 고유의 공기 필터를 가지며, 주로 마스터 면(master side) 상에서 막힘이 발생하기 때문이다. 예를 들면, 마스터 탱크 필터 상의 약 20 내지 30 mbar 및 슬레이브 탱크(slave tank) 필터 상의 1 mbar의 압력 강하는 연료 탱크 높이의 상당한 부와 상응할 수 있는 240 내지 360 ㎜의 레벨 차이와 상응한다. 그 결과 상당한 양의 연료가 소비될 수 없으며 또한 연료가 탱크 내로 전달된다.
미국특허 2006/0157117A1은 연료 캡, 벤트 다이어프램(vent diaphragm), 및 벤트 디스크(vent disk)를 포함하는 연료 탱크 환기 시스템 내의 필터 장치를 개시한다. 실질적으로 오목한 바닥(bottom)을 갖는 밸브 캐비티가 연료 캡의 바닥에 형성된다. 공기 통로는 벤트 디스크를 통하여 형성된다. 다이어프램 돌출부의 상단 상에 볼록한 표면이 형성된다. 벤트 다이어프램은 오목한 바닥과 볼록한 표면 사이에서 유지된다. 연료 흐름을 위하여 공기가 필요할 때, 연료 탱크 내의 진공은 다이어프램의 둘레를 아래쪽으로 당기고, 다이어프램 위에 배치되는 공기 필터를 통하여 시스템으로 들어가도록 허용하기 위하여 오목한 바닥과의 밀봉을 개봉한다.
필터 장치의 출구를 통하여 필터 장치로 들어오는 유체에 기인하여 여과지가 젖는 것을 방지할 수 있는 필터 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적어도 하나의 필터 장치를 포함하는 탱크를 환기하기 위한 배치를 제공하는 것이다.
목적들은 독립항들의 특징들에 의해 달성된다. 다른 청구항들, 도면 및 설명은 본 발명의 바람직한 실시 예들을 개시한다.
필터 장치, 특히 탱크를 환기하기 위한 공기 흡입 필터 장치는 필터 장치의 정상 작동에서 입구로서 제공되는 제 1 포트와 필터 장치의 정상 작동 하에서 출구로서 제공되는 제 2 포트를 포함하며, 하우징은 적어도 하나의 필터 및 필터를 통하여 제 1 포트로부터 제 2 포트로 확장하는 공기 통로를 둘러싼다. 하우징 내부에 제 2 포트와 관련된 적어도 하나의 제 1 필터를 덮기 위하여 배플 유닛(baffle unit)이 하우징 내에 배치되며, 배플 유닛은 제 2 포트를 통하여 필터 장치로 들어오는 유체 흐름을 바꾸도록 배치된다.
바람직하게는, 연료 탱크의 내부로부터 연료의 누출이 발생하는 경우에 공기 필터의 정상 작동은 방해받지 않는다. 필터 장치 내로 누출된 연료는 필터를 오염시키지 않고 필터 장치로부터 소개될(evacuate) 수 있다. 필터를 직접적으로 치는 유체 흐름을 방지하기 위하여 제 2 포트로부터 들어오는 유체 흐름을 바꾸도록 배플 유닛이 바람직하게 배치된다. 배플은 필터 장치 내로 누출되는 유체 흐름을 대부분 액체 유체의 흐름 및 가스 유체의 흐름으로 분리할 수 있으며, 가스 흐름은 필터로 들어갈 수 있다. 편의상, 배플 유닛은 배플 유닛으로부터 액체의 흘림(dripping)을 조장하도록 배치될 수 있다. 따라서, 액체 유체로서 디젤의 경우에, 필터 내로의 디젤의 진행이 방지될 수 있다. 액체 유제는 필터를 확실하게 피해가도록 인도된다.
편의상, 탱크는 연료 탱크, 특히 마스터 탱크와 슬레이브 탱크가 결합된 듀얼 탱크일 수 있다. 탱크는 또한 특히 필터 장치가 최대 액체 레벨 아래에서 설치되어야만 하는 경우에 적절한, 요소 탱크(urea tank)일 수 있다.
바람직한 실시 예에 따르면, 배플 유닛은 제 2 포트를 통하여 필터 장치로 들어오는 유체 흐름을 제 1 포트를 향하여 필터를 통과하는 가스 유체의 제 1 흐름 및 외부 쉘(shell)의 외부를 따라 하우징의 바닥 부로 흐르는 액체 유체의 제 2 흐름으로 분리할 수 있다. 액체 흐름은 필터로 들어가는 것이 확실하게 방지될 수 있다.
바람직한 실시 예에 따르면, 배플 유닛은 제 2 포트와 마주보고 제 2 포트의 오리피스(orifice)를 오버랩하는 디플렉터 플레이트(deflector plate)를 포함할 수 있다. 누출 유체 흐름의 흐름 편차는 디플렉터 플레이트에 의해 시행된다. 특히, 디플렉터 플레이트는 제 2 포트를 향하여 볼록한 프로파일을 가질 수 있다. 디플렉터 플레이트의 형태는 예를 들면, 우산 형태의 프로파일을 제공함으로써, 필터로부터 멀리 떨어진 영역에서 디플렉터 플레이트로부터 액체를 배수하는 가능성을 향상시키도록 사용될 수 있다.
특히, 바닥 부분을 향하여 디플렉터 플레이트로부터 배플 유닛의 외부로 액체 유체를 안내하는 통로가 디플렉터 플레이트로부터 배플 유닛의 외부로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 통로는 액체 유체를 위한 흐름 경로를 시행하고 따라서 유체가 제 1 필터로 들어가는 것을 차단한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 배플 유닛은 제 1 포트와 제 2 포트 사이에서 확장하는 쉘을 가질 수 있으며, 쉘은 디플렉터 플레이트로부터 멀리 떨어져 배치되는 커버(cover)에 의해 제 2 포트와 인접하게 배치되도록 의도되는 그것의 측면에서 끝난다. 바람직하게는, 커버는 그것의 중간에서 최대 높이를 가질 수 있다. 액체는 커버에 의해 덮인 필터 내로의 흘림이 방지된다. 액체가 커버를 칠 수 있는 경우에, 커버의 굴곡(curvature)이 액체가 커버의 중심으로부터 멀리 떨어지도록 안내한다. 편의상, 정상 작동에서 필터를 배플 유닛 내부로 통과하는 유체를 위한 출구를 제공하는 오리피스가 커버의 중심에 제공된다. 바람직하게는, 커버는 유체를 통과하기 위한 오리피스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 오리피스는 유체를 위한 개구부들을 갖는 튜브일 수 있으며, 튜브는 커버로부터 제 2 포트를 향하여 확장한다. 튜브는 디플렉터 플레이트를 지탱할 수 있으며, 따라서 배플 유닛의 안정성을 증가시킨다.
바람직한 실시 예에 따르면, 커버와 디플렉터 플레이트는 제 1 포트와 제 2 포트 사이의 공기 통로의 일부를 둘러쌀 수 있다. 제 2 포트를 통하여 누출되는 유체 흐름은 커버 내의 오리피스로 들어가기 위하여 각각 약 180도로 두 개의 편각을 실행하여야만 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 배플 유닛은 바깥쪽으로 향하는 칼라(collar)를 가질 수 있다. 특히, 칼라는 커버 반대편의 배플 유닛의 바닥에 배치될 수 있다. 특히, 칼라는 하나 또는 그 이상의 개구부를 포함할 수 있다. 유체 흐름은 칼라를 통과할 수 있다.
바람직한 실시 예에 따르면, 제 2 필터는 배플 유닛과 제 1 포트 사이의 유체 통로 내에 배치될 수 있으며, 유체 통로는 제 1 필터 외부에 배치된다. 제 2 포트로부터 들어오는 액체 연료를 위하여 유체 통로가 제공될 수 있다. 편의상, 제 2 필터는 배플 유닛 내의 적어도 하나의 필터와 동심원으로 배치될 수 있다. 대안으로서, 제 2 필터는 적어도 하나의 제 1 필터에 편심 배치되는 부가적인 필터 구성요소일 수 있다.
제 2 필터는 연료 필터로서 사용될 수 있다. 제 2 필터는 배플 유닛 내에 둘러싸인 적어도 하나의 필터와 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 제 2 필터는 종이 또는 섬유, 특히 플라스틱 섬유로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 제 2 필터는 제 1 필터와 동일하거나 또는 적어도 유사한 필터 특성들을 갖는다. 플라스틱 섬유, 예를 들면, 폴리에스테르(polyester)의 사용은 필터 재료로서의 종이와 비교하여, 예를 들면, 용접 공정을 거쳐 제 1 필터의 재료와 하우징의 재료 사이의 밀봉을 쉽게 보호하도록 한다.
제 2 필터는 링 형태 또는 와셔(washer) 형태일 수 있다. 액체 연료, 예를 들면, 디젤 또는 요소 등에 의해 젖지 않는 경우에 제 2 필터는 가스 유체, 예를 들면, 공기의 여과를 보장하며, 적어도 하나의 필터를 적시지 않고 자체로 액체의 배출을 보장한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 칼라는 제 2 필터와 협력하거나, 특히 제 2 필터와 오버랩할 수 있다. 편의상, 칼라는 제 2 필터를 안정시키도록 사용될 수 있다.
바람직한 실시 예에 따르면, 배플 유닛은 배플 유닛 상의 액체 필름이 적어도 하나의 필터 내로 이동하는 것을 차단하기 위한 수단을 포함한다. 그러한 수단은 디플렉터 플레이트의 아랫면에서의 언더컷(undercut), 아랫면에서의 홈, 미로 구조, 예를 들면, 액체 유체의 흐름 통로에서의 적절한 모서리 구조 중의 하나 또는 그 이상, 혹은 그것들의 조합일 수 있다. 특히, 필터 장치 내의 부품들 사이의 밀봉을 위하여 필터 장치에 미로 구조가 제공될 수 있다. 예를 들면, 미로 구조는 제 1 포트와 제 2 포트 사이에 배치될 수 있으며, 따라서 제 1 필터를 통하여 들어오는 물로부터 제 2 필터와 제 1 필터를 보호한다. 그러한 상황은 필터 장치가 차량 내에 장착될 때 발생할 수 있으며 필터 장치는 차량의 사용 동안에 거친 상태를 경험한다. 예를 들면, 바람직하지 않은 상태들 하에서 빗물이 필터 장치 내로 들어갈 수 있다.
바람직한 실시 예에 따르면, 하우징은 원뿔형 바닥 부를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 원뿔형 바닥은 필터 장치 내의 가스 유체의 속도를 감소시키고 따라서 필터 내의 압력 강하를 위하여 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 탱크를 환기하기 위한 장치가 제공되는데, 필터 장치의 정상 작동에서 입구로서 제공되는 제 1 포트 및 필터 장치의 정상 작동 하에서 출구로서 제공되는 제 2 포트를 갖는 하우징을 포함하는 필터 장치가 제공되며, 하우징은 적어도 하나의 필터를 둘러싸고 공기 통로는 제 1 포트로부터 필터를 통과하는 제 2 포트로 확장하며, 하우징 내부에 제 2 포트와 관련하여 적어도 하나의 제 1 필터를 덮는 배플 유닛이 제공되며, 배플 유닛은 제 2 포트를 통하여 필터 장치로 들어오는 유체 흐름을 바꾸도록 배치된다.
바람직하게는, 본 발명은 가스 필터들, 특히 액체 유체가 필터 장치의 출구를 통하여 필터 장치로 들어올 수 있는 위험성이 존재하는, 공기 필터들을 필요로 하는 탱크들의 환기를 위하여 사용될 수 있다. 연료가 슬레이브 탱크로부터 마스터 탱크로 전달되는 듀얼 탱크들, 또는 공기 필터가 요소 탱크 내의 최대 요소 레벨 아래로 설치되어야만 하는 요소 탱크들과 같은, 연료 탱크 배치들에서 바람직한 사용이 만들어진다.
특히, 배플 유닛은 제 2 포트에 대하여 적어도 하나의 필터를 차폐할 수 있다. 편의상, 필터는 출구 포트를 통하여 필터 장치로 들어오는 액체 유체에 대하여 보호된다.
바람직한 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 필터 장치는 듀얼 탱크 시스템의 제 2 탱크로부터 연료가 공급되는 듀얼 탱크 시스템의 마스터 탱크에 배치된다. 바람직하게는, 연료 탱크 높이의 상당한 부와 상응할 수 있는 마스터 탱크 필터의 원치 않는 압력 강하의 위험이 방지될 수 있다. 그 결과 슬레이브 탱크에서 이용할 수 있는 연료의 양이 마스터 탱크에서 소비될 수 있다.
앞서 언급된 설명과 다른 목적 및 장점들과 함께 본 발명은 아래의 실시 예들의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이나, 본 발명은 실시 예들에 한정되지 않는다.
도 1a, 1b는 본 발명에 따른 필터 장치의 첫 번째 실시 예의 사시도(도 1a), 및 필터 장치의 실시 예의 확대도(도 1b)이다.
도 2a-2d는 본 발명에 따른 필터 장치의 첫 번째 실시 예의 사시도(도 2a), 필터 장치의 실시 예의 확대도(도 2b), 세로 단면도(도 2c), 및 제거된 일부 구성요소들을 갖는 세로 단면도(도 2d)이다.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 두 번째 실시 예에 따른 도 2b-2d에 도시된 배플 유닛의 측면도(도 3a) 및 세로 단면도(도 3b)이다.
도 4는 정상 흐름 상태들을 갖는 정상 작동에서 필터 장치의 실시 예의 세로 단면도이다.
도 5a, 5b는 가스 유체의 통로를 나타내는 제 2 포트를 통하여 필터 장치로 들어오는 유체를 갖는 도 4의 필터 장치의 실시 예의 세로 단면도(도 5a) 및 필터 장치를 통한 액체 유체의 통로의 세로 단면도(도 5b)이다.
도 6은 본 발명에 따른 필터 장치를 포함하는 듀얼 탱크 배치의 실시 예이다.
도면에서, 동일하거나 유사한 구성요소들은 동일한 참조 번호들로 언급된다. 도면들은 단지 개략적인 표현이며, 본 발명의 특정 파라미터들을 나타내는 것으로 의도되지 않는다. 게다가, 도면들은 단지 본 발명의 대표적인 실시 예들을 도시하는 것으로 의도되며 따라서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되어서는 안 된다.
도 1a, 1b는 본 발명에 따른 필터 장치(10)의 첫 번째 실시 예의 사시도(도 1a)와 확대도(도 1b)를 도시한다.
필터 장치(10)는 필터 장치(10)의 정상 작동에서 입구(예를 들면, 공기 입구)로서 제공되는 제 1 포트(12) 및 필터 장치(10)의 정상 작동 하에서 출구(예를 들면, 공기 출구)로서 제공되는 제 2 포트(14)를 갖는 하우징(20)을 포함한다. 튜브들 또는 호스(hose)들이 포트들(12, 14)에 부착될 수 있다(도시되지 않음). 제 2 포트(14)는 탱크, 예를 들면, 필터 장치(10)를 통하여 환기되는 연료 탱크(도시되지 않음)에 부착된다.
하우징(20)은 일반적으로 필터 장치(10)의 세로 확장 주위에 배치되는 실린더형 쉘(30), 및 바닥 부분(22)과 상단 부분(32)을 갖는, 실린더형 또는 약간 원뿔 형태를 가질 수 있다. 편의상, 바닥 부분(22)은 세로 방향으로 낮은 벽 부를 갖는 컵 형태이다. 제 1 포트(12)는 바닥 부분(22)의 중심에 배치되며, 제 2 포트(14)는 상단 부분(32)의 중심에 배치된다. 쉘(30)은 스냅-인(snap-in) 연결, 결합 연결 또는 용접 이음 등일 수 있는 벌지(bulge, 28)로서 도시된 연결을 거쳐 바닥 부분(22)에 연결된다. 예를 들면, 쉘(30)뿐만 아니라 바닥 부분(22)에 벌지(28)를 형성하는 상응하는 칼라(28a, 28b)가 제공될 수 있다.
바닥 부분(22)은 하우징(20) 내부에 칼라(28b)와 환상 소켓(annular socket, 26) 사이에 배치되는 홈(24)을 포함한다. 환상 소켓(26)은 필터(50)가 환상 소켓(26) 내에 안전하게 고정되도록 하기 위하여 그것의 내부 영역에서 필터를 받도록 배치된다. 필터(50)는 폐쇄 바닥, 예를 들면, 금속 바닥, 및 유체가 그것을 통과하도록 상단에 출구를 갖는다. 편의상 유체가 제 1 포트(12)로부터 필터(50)의 외부 둘레(52)로 통과하도록 하기 위하여 환상 소켓(26)에 하나 또는 그 이상의 개구부가 제공된다.
바람직하게는, 바닥 부분(22) 및/또는 제 1 포트(12)에 부착되는 튜브는 바닥 부분(22) 및/또는 튜브가 제 2 포트(14)로부터의 거리가 증가함에 따라 점점 가늘어지도록 하기 위하여 원뿔 형태를 가지며, 따라서 바람직하게는 필터 장치(10) 내의 압력 강하를 위하여 바람직한 효과를 갖는 필터 장치(10) 내의 가스 유체의 속도를 감소시킨다.
하우징(20)은 플라스틱 또는 다른 편리한 재료로 만들어질 수 있다. 필터 장치(10)의 하우징(20) 내부에 필터 장치(10)의 정상 작동에서 제 1 포트로부터 필터(50)를 통과하는 제 2 포트(14)로 확장하는 공기 통로가 제공된다. 필터(50)는 배플 유닛(70)에 의해 둘러싸이며, 배플 유닛(70)은 제 2 포트(14)로부터 들어오는 유체 흐름을 바꾸도록 배치된다.
필터(50)는 여과지 등으로 만들어지는 실린더형 환상체일 수 있다. 제 1 포트(12)로부터 들어오는 가스 유체는 그것의 외부 표면(외부 둘레(52))을 통하여 필터(50)로 들어올 수 있고 그것의 내부 표면(내부 둘레(54))에서 나갈 수 있으며 제 2 포트(14)를 통하여 필터 장치(10)로부터 배출될 수 있다.
배플 유닛(70)은 편의상, 필터(50)와 같이, 제 1 포트 근처의 그것의 바닥 단부에서 개방된 쉘 벽(32) 및 제 2 포트 근처의(필터 어셈블리의 그것의 위치 내의) 그것의 상단에서 커버(80)를 갖는 실린더 형태를 나타낼 수 있다. 커버(80)의 중심에, 예를 들면, 필터(50)로부터 들어오는 유체를 통과시키기 위한 오리피스가 배치된다.
배플 유닛(70)은 홀더(holder, 94)들에 의해 쉘(82)에 연결되는 디플렉터 플레이트(72)를 포함하며, 디플렉터 플레이트(72)는 필터 장치(10) 내에 배치될 때 제 2 포트(14)를 마주본다. 홀더들(94)은 유체, 예를 들면, 연료를 통과시키도록 천공될 수 있다. 디플렉터 플레이트(72)는 그것의 림(rim)이 그것의 중심보다 제 2 포트(14)로부터 더 멀리 떨어지도록 볼록 형태를 갖는다. 디플렉터 플레이트(72)는 기본적으로 커버(80)와 평행하게 지향되고 오리피스를 덮는다. 그것의 아랫면에, 유체가 오리피스(76) 내로 이동하는 것을 방지해야만 하는 언더컷이 배치될 수 있다. 오리피스(76)는 그것의 측면 벽에 하나 또는 그 이상의 개구부를 갖는 튜브에 의해 제공될 수 있다.
커버(80)와 디플렉터 플레이트(72)는 제 1 포트(12)와 제 2 포트(14) 사이의 가스 유체 통로, 예를 들면, 공기 통로의 일부분인 통로를 둘러싼다.
그것의 바닥 단부에서 배플 유닛(70)은 바깥쪽으로 향하는 칼라(90)를 포함한다. 칼라(90)는 유체가 통과하도록 하나 또는 그 이상의 개구부(92)를 포함한다. 도 1b에서 알 수 있는 것과 같이, 칼라(90)는 하우징(20)의 바닥 부분(22)의 홈(24)의 위치와 상응한다.
또한, 필터 장치(10)는 제 2 필터(60)를 포함하는데, 이는 평면 와셔일 수 있으며, 바닥 부분(20)의 홈(24) 내의 제 1 포트(12)에 가깝게 배치될 수 있다. 배플 유닛(70)의 칼라(90)는 제 2 필터(60)와 일치하며 따라서 배플 유닛 내부로 흐르는 제 1 유체는 제 1 필터(50)를 통과하며 제 2 유체, 특히 배플 유닛(70) 외부로 흐르는 액체 유체는 제 1 포트(12)를 통하여 배출되기 전에 제 2 필터(60)를 통하여 흐를 수 있다. 소켓(26)은 제 1 포트(12)의 측면에서 제 1 필터(50)와 제 2 필터(60)를 분리한다. 제 1 포트(12)를 통하여 바닥 부분(22)으로 들어오는 유체, 예를 들면, 공기는 특히 그것의 외부 둘레(52)를 통하여 제 1 필터(50)로만 들어올 수 있다. 제 1 포트를 통하여 들어오는 유체는 소켓(26) 및 배플 유닛(60)의 쉘(82)에 의해 제 2 필터로 들어오는 것이 차단된다.
도 2a 내지 2d는 본 발명에 따른 필터 장치(10)의 두 번째 실시 예를 도시한다. 도 2a에 필터 장치(10)의 사시도가 도시되고, 도 2b에 확대도가 도시된다. 도 2c는 세로 단면도를 도시하고 도 2d에서는 명확성을 위하여 제거된 일부 구성요소들을 갖는 세로 단면도를 도시한다.
첫 번째 실시 예와 같이, 필터 장치(10)는 필터 장치(10)의 정상 작동에서 입구(예를 들면, 공기 입구)로서 제공되는 제 1 포트(12) 및 필터 장치(10)의 정상 작동 하에서 출구(예를 들면, 공기 출구)로서 제공되는 제 2 포트(14)를 갖는 하우징(20)을 포함한다. 튜브들 또는 호스들이 포트들(12, 14)에 부착될 수 있다(도시되지 않음). 제 2 포트(14)는 탱크, 예를 들면, 필터 장치(10)를 통하여 환기되는 연료 탱크(도시되지 않음)에 부착된다.
하우징(20)은 일반적으로 필터 장치(10)의 세로 확장 주위에 배치되는 실린더형 쉘(30), 및 바닥 부분(22)과 상단 부분(32)을 갖는, 실린더형 또는 약간 원뿔 형태를 가질 수 있다. 도시된 것과 같이, 제 1 포트(12)에 실린더형 튜브로부터 바닥 부분(22)으로 원뿔형 전이가 제공된다. 편의상, 바닥 부분(22)은 세로 방향으로 낮은 벽 부를 갖는 컵 형태이다.
제 1 포트(12)는 바닥 부분(22)의 중심에 배치되며, 제 2 포트(14)는 상단 부분(32)의 중심에 배치된다. 쉘(30)은 플러그-인(plug-in) 연결을 거쳐 바닥 부분(22)에 연결되며, 쉘(30)의 하부 단부는 바닥 부분의 홈(24a) 내로 플러그된다. 쉘(30)의 외부 표면에 벌지(28)가 제공되며 벌지(28)는 바닥 부분(22)의 외부 둘레와 동일 높이이다. 바닥 부분(22)을 향하여 지향되는 벌지(28)의 측면은 하우징(20)을 밀봉하도록 사용될 수 있다. 쉘(30)은 하부 림(84)과 함께 홈(24a) 내로 미끄러지고 바닥 부분(22)의 안정적이고 단단한 연결을 달성한다.
홈(24)은 바닥 부분(22)의 외부 둘레와 일반적으로 하우징(20) 내부의 환상 소켓(26) 사이에 배치된다. 환상 소켓(26)은 필터(50)가 환상 소켓(26) 내에 안전하게 고정되도록 하기 위하여 그것의 내부 영역에서 필터를 받도록 배치된다. 필터(50)는 여과지 등으로 만들어지는 실린더형 환상체일 수 있다. 제 1 포트(12)로부터 들어오는 가스 유체는 그것의 외부 표면(외부 둘레(52))을 통하여 필터(50)로 들어올 수 있고 그것의 내부 표면(내부 둘레(54))에서 나갈 수 있으며 제 2 포트(14)를 통하여 필터 장치(10)로부터 배출될 수 있다.
제 1 포트(12)를 통하여 들어오는 액체 유체, 예를 들면, 물이 필터(50)와 제 2 필터(60)에 도달하는 위험성을 최소화하기 위하여 소켓(26)에 특히 미로 구조가 제공될 수 있다. 많은 양의 액체 유체가 들어오는 경우에, 두 필터들(50, 60)이 도달될 수 있다. 그러나, 액체 유체는 제 1 필터(50)의 바닥 플레이트로 향하며 제 1 필터(50) 또는 제 2 필터(60) 상에 직접적으로 떨어질 수 없다.
미로 구조는 바람직하게는 필터 장치(10)의 바닥 영역 내의 부분들을 밀봉한다.
도 2c와 2d에서 알 수 있는 것과 같이, 바닥 부분(22)은 첫 번째 실시 예와 비교하여 더 원뿔 형태를 가지며, 제 1 포트(12)의 원뿔 이동에 더하여 필터 장치(10)에 대한 압력 손실을 더 감소시킨다.
제 2 필터(60)는 제 1 필터(50)와 동일한 필터 특성을 가질 수 있는 링으로서 제공되고 편의상 폴리에스테르 섬유로 만들어진다. 이는 필터 재료로서의 종이와 비교하여, 용접 공정들 동안에 제 2 필터(60)의 폴리에스테르 필터 재료와 하우징(20)의 하우징 재료 사이의 밀봉을 쉽게 보장하도록 한다. 제 2 필터(60)는 바닥 부분(22)의 홈(24) 내의 홈(24a)의 내부 벽 상에 위치된다.
필터(50)는 폐쇄 바닥, 예를 들면, 금속 바닥, 및 유체가 그것을 통과하도록 그것의 상단(58)에 출구를 갖는다. 필터(50)는 소켓(26) 상에 위치되고 제 1 포트(12)로부터 필터 바닥(56)에 가까운 위치로 확장하는 튜브 모양 소켓(16) 위에 근접하게 위치된다. 유체, 예를 들면, 공기는 필터(50)로 들어오기 위하여 소켓(16)의 출구와 필터 바닥(56) 사이의 간격을 통하여 필터(60)의 외부 둘레를 통과할 수 있다.
편의상 유체가 제 1 포트(12)로부터 필터(50)의 외부 둘레(52)로 통과하도록 하기 위하여 환상 소켓(26)에 필터 장치 어셈블리(도 2b)의 세로 방향으로 배치되는 하나 또는 그 이상의 덴트(dent)가 제공된다.
필터(50)는 바닥 부분(22)을 향하여 개방되고 하우징의 상단(32)을 향하여 거의 완전히 폐쇄되는 배플 유닛(70) 내부에 위치된다. 배플 유닛(70)은 편의상, 필터(50)와 같이, 제 1 포트(12) 근처의 그것의 바닥 단부에서 개방되는 쉘 벽(82)을 갖고 제 2 포트(14) 근처의 상단에서(필터 어셈블리의 그것의 위치 내의) 커버(80)를 갖는 실린더형 또는 원뿔 형태를 나타낼 수 있다. 커버(80)의 중심에, 예를 들면, 필터(50)로부터 오는 유체를 통과하도록 하기 위하여 오리피스(76)가 배치된다. 오리피스(76)에 제 1 필터(50)의 중앙 환형 내로 확장하는 튜브(78)가 제공되며, 따라서 필터(50)는 배플 유닛(70)에 내부에 고정된다.
배플 유닛(70)은 홀더(94)들에 의해 쉘(82)에 연결되는 디플렉터 플레이트(72)를 포함하며, 디플렉터 플레이트(72)는 필터 장치(10) 내에 배치될 때 제 2 포트(14)를 마주본다. 디플렉터 플레이트(72)는 기본적으로 커버(80)와 평행하게 지향되며 오리피스(76)를 덮는다. 커버(80)와 디플렉터 플레이트(72)는 제 1 포트(12)와 제 2 포트(14) 사이의 가스 유체 통로, 예를 들면, 공기 통로의 일부분인 통로를 둘러싼다.
배블 유닛(70)은 그것의 상단에서 플러그-인 연결에 의해 하우징 내부에 고정된다. 손가락 사이의 연결을 형성하기 위하여 하우징(20)의 상단(32)의 내부 측면에서 환상 채널과 협력하는, 밀봉 미로 구조로서 디플렉터 플레이트(72)에 환상 채널(72a)이 제공된다(도 2c).
그것의 하부 단부에서 배플 유닛(70)에 제 2 필터(60)의 위치 위에 배치되는 칼라(90)가 제공된다. 칼라(90)는 개구부들(92)뿐만 아니라 제 2 필터(60)를 통과하도록 하기 위하여 하나 또는 그 이상의 개구부로 천공된다.
도 3a와 3b는 도 2b-2d의 배플 유닛의 측면도(도 3a)와 세로 단면도(도 3b)를 더 상세히 도시한다. 디플렉터 플레이트(72)의 상단 표면 상에 배치되는 환상 채널(72a)은 환상 채널(72a)의 세그먼트들 사이의 간격 형성이 중단되는데, 예를 들면, 두 개의 정반대로 배치되는 간격들이 도면에 도시된다. 제 2 포트(14)를 통하여 필터 장치(10)로 들어오는 유체는 디플렉터 플레이트(72)와 제 2 포트(14) 사이의 볼륨에서 잡힐 것이며 간격들을 통하여 공간을 떠날 수 있다. 각각의 간격을 위하여 디플렉터 플레이트를 쉘(72)에 연결하는 홀더(94)가 제공되며, 따라서 유체, 예를 들면, 공기와 연료를 배를 유닛(70) 아래로 강제로 이동시키는 "폭포(water fall)"가 형성되며, 가스 유체, 예를 들면, 공기는 "폭포"(홀더(94)) 뒤로 오를 수 있으며 그리고 나서 오리피스(76)를 통과하며, 반면에 액체 유체, 예를 들면, 연료는 계속해서 아래로 이동하고 제 2 필터(60)를 통하여 나갈 것이다. 홀더(94)의 모서리들(94a)에 홀더(94)의 표면을 향하여 안쪽으로 접힌 림(92a)이 제공되며 따라서 그렇지 않으면 오리피스(76)를 향하여 홀더(94)의 모서리들(94a) 주위를 이동할 수 있는 액체에 대한 효율적인 스톱(stop)으로서 미로 구조를 발생시킨다. 합리적인 상황 하에서 액체는 오리피스(76)와 그 아래의 필터(50)로 들러가지 않을 것이다.
도 4는 도 1a, 1b에 도시된 필터 장치(10)의 정상 작동을 도시한다. 필터 장치(10)를 통한 가스 유체, 예를 들면, 공기의 통로가 굵은 화살표로 도시된다. 점선 화살표는 액체 유체가 배플 유닛(70)의 외부에서 아래로 흐를 수 있다는 것을 나타낸다.
유체, 예를 들면, 공기는 유체 또는 공기 통로(40)의 일부분(40a)인 볼륨(36)에서 제 1 포트(12)를 통하여 필터 장치(10)로 들어오고, 소켓(26)과 바닥 부분(22) 내의 필터 바닥(56) 사이의 간격을 통하여 배플 유닛(70)의 쉘(82)과 필터(50) 사이의 외부 둘레(52) 주위의 볼륨(42)으로 안내되는데, 볼륨(42)은 통로의 일부분(40b)을 형성한다. 유체는 그것의 외부 둘레(52)에서 환상 필터(50)로 들어오고 그것의 내부 둘레(54)에서 오리피스(76)에 연결되고 필터(50)의 중앙 환형 내로 확장하는 튜브(78)에 의해 형성되는 볼륨(44, 통로(40)의 일부분(40c)) 내로 빠져나간다. 필터(50)의 상부 환형 유사 부는 그것의 중심에서 튜브(78)와 쉘(82) 및 배플 유닛(70)의 상단(80)에 의해 고정된다.
배플 유닛(70)은 홀더들(94, 본 단면도에는 도시되지 않음)에 의해 쉘(82)에 연결되는 디플렉터 플레이트(72)를 포함하며, 디플렉터 플레이트(72)는 필터 장치(10) 내에 배치될 때 제 2 포트(14)를 마주본다. 홀더들(94)은 유체, 예를 들면, 연료가 통과하도록 천공될 수 있다. 디플렉터 플레이트(72)는 그것의 림이 그것의 중심보다 제 2 포트(14)로부터 더 멀리 떨어져 위치되도록 하기 위하여 볼록한 형태를 가질 수 있다. 디플렉터 플레이트(72)는 기본적으로 커버(80)와 평행하게 지향되고 오리피스(76)를 덮는다. 이것의 아랫면에서, 유체의 오리피스(76) 내로의 이동을 방지해야만 하는 언더컷(74)이 배치된다. 오리피스(76)에 상단(80) 내의 홀 또는 상단(80)과 디플렉터 플레이트 사이를 확장하는 튜브에 의해 오리피스의 측변 벽 내에 하나 또는 그 이상의 개구부가 제공될 수 있다.
유체는 오리피스(75)를 통하여 커버(80)와 디플렉터 플레이트 사이의 볼륨(46, 통로(40)의 일부분(40d)) 내로 빠져나가고 그 뒤에 필터 장치(10)로부터 예를 들면, 환기되는 탱크(도시되지 않음)를 향하여 배출되는 제 2 포트(14)의 앞쪽에서 디플렉터 플레이트(72) 위의 볼륨(48, 통로(40)의 일부분(40e))에 수집된다.
도 5a, 5b는 유체 흐름, 특히 가스와 액체 유체의 혼합물, 예를 들면, 공기와 연료가 제 2 포트(14)를 통하여 필터 장치(10)로 들어오는 상황을 도시한다. 배플 유닛(70)은 유체를 제 1 포트(12)를 향하여 필터(50)를 통과하는 가스 유체의 제 1 흐름(도 5a), 및 배플 유닛(70)의 쉘(82)을 둘러싸는 볼륨(34)을 통하여 외부 쉘(82)의 외부를 따라 제 1 포트를 통하여 배출되기 전에 제 2 필터(60)를 통과하는, 하우징(20)의 바닥 부(22)로 흐르는 액체 유체의 제 2 흐름(도 5b)으로 분리한다.
도 5a에서 알 수 있는 것과 같이, 가스 유체는 오리피스(76)를 통하여 필터(50)로 들어오기 전에 그것의 방향의 역전을 두 번 경험하는데, 한 번은 디플렉터 플레이트(72)의 앞쪽에서, 그리고 한 번은 디플렉터 플레이트(72)와 커버(80) 사이의 볼륨(46)으로 들어가기 전이다.
디플렉터 플레이트(72)가 제 2 포트(14)의 오리피스를 오버랩하기 때문에, 유체의 액체 부(도 5b)는 그것의 표면으로부터 액체의 흘림을 조장하는 방향으로 형성되는 디플렉터 플레이트(72)를 친다. 액체가 디플렉터 플레이트(72)의 후면으로 이동하는 경우에, 배플 유닛(72)은 배플 유닛(72) 상의 액체 필름이 필터(50) 내로 이동하는 것을 방지하기 위하여 디플렉터 플레이트(72)의 후면에 수단, 예를 들면, 언더컷(74)을 포함한다. 디플렉터 플레이트(72)로부터 흐르고 커버(80)를 치는 액체는 그것의 원뿔 또는 볼록 형태에 의해 쉘(30)로 향하며 따라서 제 1 포트(12)를 통하여 배출되고 거기에 수집되거나 배출될 수 있는 바닥 부(22)를 향하여 볼륨(34) 내로 흐를 수 있다.
디플렉터 플레이트(72)는 제 2 포트(14)를 통하여 들어오는 유체의 액체와 가스 부분을 위한 분리기로서 작동하는데, 따라서 액체 유체가 볼륨(34) 내의 배플 유닛(70)의 외부로 향하도록 하고 가스 유체가 오리피스(76)를 통하여 필터(50) 내로 들어오도록 한다. 비록 첫 번째 실시 예를 위하여 역 유체 흐름(필터 장치(10)의 정상 작동과 비교하여 반대)이 설명되나, 두 번째 실시 예의 기능은 기본적으로 디플렉터 플레이트(72)의 작동을 위한 것과 동일하다.
도 6은 연료 탱크를 환기하기 위한 배치(100)를 도시하는데, 이전 도면들에서 설명된 것과 같이 필터 장치(10)가 제공된다. 배치(100)는 예로서 마스터 탱크(110a) 및 공급 라인(114)을 거쳐 마스터 탱크(110a)로 연료를 공급하는 슬레이브 탱크(110b)를 갖는 듀얼 탱크 시스템을 포함한다. 슬레이브 탱크(110b)는 종래의 형태일 수 있거나 또는 본 발명에 따라 구현될 수 있는 필터 장치(112)에 의해 환기된다. 마스터 탱크(110a)는 연료, 특히 디젤을 차량, 특히 상업용 차량의 내연기관에 공급한다. 필터 장치(10)는 이를 환기하기 위하여 마스터 탱크(110a)에 연결된다. 언덕 주행, 제동에 의한 출렁거림, 곡선 주행, 가속, 경사면에서의 주차 등과 같은 바람직하지 않은 상황에서도, 연료가 필터 장치의 출구를 통하여 필터 장치로 들어오는 위험성이 발생할 때, 여과지의 젖음 및 결과로서 발생하는 필터 장치(10)에 대한 압력 강하의 증가가 방지될 수 있다.
본 발명은 차량, 특히 트럭, 버스 등과 같은 상법용 차량을 위한 간편하고 신뢰할수 있는 필터 장치를 제공한다.
10 : 필터 장치
12 : 제 1 포트
14 : 제 2 포트
16 : 소켓
20 : 하우징
22 : 바닥 부분
24 : 홈
26 : 환상 소켓
28 : 벌지
28a, 28b : 칼라
30 : 쉘
32 : 쉘 벽
40 : 통로
50 : 필터
52 : 필터의 외부 둘레
54 : 내부 둘레
56 : 필터 바닥
58 : 필터 상단
60 : 제 2 필터
70 : 배플 유닛
72 : 디플렉터 플레이트
72a : 환상 채널
74 : 언더컷
76 : 오리피스
78 : 튜브
80 : 커버
82 : 쉘
84 : 하부 림
90 : 칼라
92 : 개구부
92a : 림
94 : 홀더
110a : 마스터 탱크
110b : 슬레이브 탱크
112 : 필터 장치
114 : 공급 라인

Claims (14)

  1. 연료 탱크를 환기하기 위한 공기 흡입 필터 장치(10)에 있어서,
    상기 필터 장치(10)의 정상 작동에서 입구로서 제공되는 제 1 포트(12)와 상기 필터 장치(10)의 정상 작동 하에서 출구로서 제공되는 제 2 포트(14)를 갖는 하우징(20)을 포함하며, 상기 하우징(20)은 적어도 하나의 필터(50) 및 상기 제 1 포트(12)로부터 상기 필터(50)를 통과하는 상기 제 2 포트(14)로 확장하는 공기 통로(40)를 둘러싸며. 상기 하우징(20) 내부에 상기 제 2 포트(14)와 관련하여 상기 적어도 하나의 제 1 필터(12)를 덮기 위하여 배플 유닛(70)이 상기 하우징(20) 내에 배치되며, 상기 배플 유닛(70)은 상기 제 2 포트(14)를 통하여 상기 필터 장치(10)로 들어오는 유체 흐름을 바꾸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배플 유닛(70)은 상기 제 2 포트(14)를 통하여 상기 필터 장치(10)로 들어오는 유체 흐름을 상기 제 1 포트(12)를 향하여 상기 적어도 하나의 필터(50)를 통과하는 가스 유체의 제 1 흐름 및 상기 외부 쉘(82)의 외부를 따라 상기 하우징(20)의 바닥 부(22)로 흐르는 액체 유체의 제 2 흐름으로 분리하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 배플 유닛(70)은 상기 제 2 포트(14)와 마주보고 상기 제 2 포트(14)의 오리피스를 오버랩하는 디플렉터 플레이트(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 디플렉터 플레이트(72)로부터 상기 배플 유닛(72)의 외부로 상기 바닥 부분(22)을 향하여 상기 디플렉터 플레이트(72)로부터 상기 배플 유닛(70)의 외부로 액체 유체를 안내하는 통로가 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  5. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플 유닛(70)은 상기 제 1 및 제 2 포트(12, 14) 사이에서 확장하는 쉘(82)을 가지며, 상기 쉘(82)은 상기 디플렉터 플레이트(72)로부터 멀리 떨어져 배치되는 커버(80)에 의해 상기 제 2 포트(14)와 인접하게 배치되도록 의도되는 그것의 측면에서 끝나는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  6. 제 3항과 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버(80)와 상기 디플렉터 플레이트(72)는 상기 제 1 포트(12)와 상기 제 2 포트(14) 사이의 공기 통로(40)의 일부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  7. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플 유닛(70)은 그것의 바닥 단부에서 바깥쪽으로 향하는 칼라(90)를 갖는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 칼라(90)는 하나 또는 그 이상의 개구부(92)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  9. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플 유닛(70)과 상기 제 1 포트(12) 사이의 유체 통로(34) 내에 적어도 하나의 제 2 필터(60)가 배치되며, 상기 유체 통로(34)는 상기 제 1 필터(50) 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  10. 제 7항 또는 8항, 및 9항에 있어서, 상기 칼라(90)는 상기 적어도 하나의 제 2 필터(60)와 협력하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  11. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플 유닛(70)은 상기 배플 유닛(70) 상의 액체 필름이 상기 적어도 하나의 필터(50) 내로 이동하는 것을 차단하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  12. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(20)은 원뿔형 바닥 부(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  13. 연료 탱크(110a, 110b)를 환기하기 위한 장치에 있어,
    필터 장치(10)의 정상 작동에서 입구로서 제공되는 제 1 포트(12)와 상기 필터 장치(10)의 정상 작동 하에서 출구로서 제공되는 제 2 포트(14)를 갖는 하우징(20)을 포함하는, 적어도 하나의 필터 장치(10)가 제공되며, 상기 하우징(20)은 적어도 하나의 필터(50) 및 상기 제 1 포트(12)로부터 상기 필터(50)를 통과하는 상기 제 2 포트(14)로 확장하는 공기 통로(40)를 둘러싸며. 상기 하우징(20) 내부에 상기 제 2 포트(14)와 관련하여 상기 적어도 하나의 제 1 필터(12)를 덮기 위하여 배플 유닛(70)이 상기 하우징(20) 내에 배치되며, 상기 배플 유닛(70)은 상기 제 2 포트(14)를 통하여 상기 필터 장치(10)로 들어오는 유체 흐름을 바꾸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 탱크를 환기하기 위한 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 필터 장치(10)는 제 2 탱크로부터 연료가 공급되는 듀얼 탱크 시스템의 마스터 탱크(110a)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 탱크를 환기하기 위한 장치.
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