KR20190008195A - 자동차 분야에서 유체로부터의 물의 분리를 위한 필터 구조체 - Google Patents
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Abstract
유체로부터 물을 분리하기 위한 필터 구조체(100)로서, 필터(100)는 부직포(20)로 구성되는 흡수성 필터 막(2)을 포함하며, 부직포(20)는 베어링 격자(21) 및 물을 흡수할 때 팽창하고 베어링 격자(21)와 고정되는 초-흡수성 재료(22)로 구성되고, 초-흡수성 재료(22)는 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량으로 70% 보다 작은 양으로 존재한다.
Description
본 발명은 자동차 분야의 유체, 예를 들어 내연 기관에 공급 및/또는 윤활하기 위한 연료 또는 윤활제를 여과하기 위한 필터 구조체에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 물의 기계적 기관에 도달시, 산화 및 파손의 문제를 발생시키는 유체의 현탁액에서 물 부분을 제거할 수 있는 필터 구조체에 관한 것이다.
연료 또는 윤활제와 같은 유체로부터 물을 제거하는 문제는 장기간에 걸쳐 다뤄졌으며, 일반적으로 유체에 의해 연속적으로 횡단되는 복수의 필터 막을 구비한 필터 구조체를 사용하여 해결되며, 복수의 필터 막의 제 1 필터 막은 고체 입자를 보유하는 기능을 가지며, 제 2 막은 융합 특성을 가지며 연료 내의 현탁액에 존재하는 미세한 물 입자를 보다 큰 치수의 액적으로 응집시킬 수 있고 제 3 막은 이전에 응집된 물방울을 보유하는 소수성을 가지며 수집 환경으로 물을 운반하면서 연료만 통과시키고, 물을 수집 환경에서 배출시킨다.
어떤 환경에서는 제 2 막이 융합 특성을 갖는 대신에 물 분자의 흡수 특성을 가지며, 실제로 포화 상태까지 물을 내부에 포획하는 것이 가능하며, 포화 상태에서 물은 제거되어야 한다. 필터 구조는 통상적으로 소수성을 갖는 제 3 막을 갖지 않는다.
이러한 필터 구조의 예가 미국 특허 US 5458767에 기술되어 있다. 필터 구조는 미립자를 처리하기에 적합한 제 1 필터 막 및 제 1 필터 막의 하류에 위치하며, 여과되는 유체에 존재하는 물을 흡수하고, 여과되는 유체에 실질적으로 불투과성인 포화 상태까지 그 체적을 점차적으로 팽창시키는 초-흡수성 재료로 제조된 제 2 필터 막을 포함한다.
이러한 필터 구조체에서, 엔진이 멈추는 것을 방지하기 위해, 초-흡수성의 제 2 필터 막이 팽창된 포화 상태에 도달할 때, 제 2 필터 막의 상류 측의 압력 증가의 효과에 의해 개방되고 제 2 필터 막이 새로운 초-흡수성 제 2 필터 막으로 대체될 때까지 여과되는 유체가 제 2 필터 막의 하류로(존재할 수 있는 물 분자들과 함께) 유출되게 하는 바이패스 밸브가 존재한다.
그러나, 이러한 공지된 유형의 구조는 결점이 없지 않으며, 그 중에서도 여과될 유체에 존재하는 물의 양의 함수로서, 제 2 필터 막이 작동 유체에서 포화 상태에 신속하게 도달할 수 있고, 또한 초 흡습성 제 2 필터 막의 치수가 제한될 수 없으며, 필터 환경에서 초-흡수성 재료의 팽창에 필요한 공간을 고려하는 것이 필수적이다.
포화 상태가 작업 유체에 도달하면, 즉 초-흡수성 필터 막이 작동 유체(오일 또는 디젤 연료)에 담겨지고, 초-흡수성 필터에 의한 물의 방출이 관찰되지 않는다; 실제로 (작업 유체, 즉 디젤 연료 또는 오일에서) 물 축적 공정은 가역적이지 않기 때문에, 물이 가득 차면 초-흡수성 필터 막의 교체로 진행할 필요가 있다.
또한, 바이패스 밸브의 존재는 필터 구조체에 대한 추가 비용을 초래할뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 초-흡수성 재료의 포화 상태에 도달하는 순간으로부터 초-흡수성 제 2 필터 막의 교체 순간까지 진행하는 일시적인 단계에서 물과 분리되지 않은 유체의 통과를 가능하게 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 결점을 단순하고 합리적이며 비교적 저렴하게 해결하는 것이다.
목적은 독립항에 보고된 발명의 특징에 의해 달성된다. 종속항은 본 발명의 바람직한 양태 및/또는 특히 유리한 양태를 묘사한다.
특히, 본 발명은 유체로부터 물을 분리하기 위한 필터 구조체에 관한 것으로, 상기 필터는 부직포로 구성되는 흡수성 필터 막을 포함하며, 부직포는 베어링 격자 및 물을 흡수할 때 팽창하고 베어링 격자와 고정(또는 교착)되는 초-흡수성 재료로 구성되고, 상기 초-흡수성 재료는 부직포의 건조 중량에 대하여 건조 중량으로 70% 미만, 바람직하게는 10% 내지 70% 또는 30% 내지 70%의 양으로 존재한다.
이러한 해결책으로, 베어링 격자는 초-흡수성 재료가 포화 상태에 있을 때, 즉 흡수된 유체(물)로 포화될 때를 포함하여 초-흡수성 재료를 기계적으로 지지하는 것과 같으며, 동시에 이 해결책은 포화 상태를 포함하여 여과되는 유체에 의해 횡단되어 포화 수준에 도달한 후에도 계속 사용될 수 있는 흡수성 필터 막을 갖게 한다.
특히, 일단 포화 수준에 도달하면, 상기 비율의 2 구성요소 구조체(베어링 격자 및 초-흡수성 재료) 때문에, 흡수성 필터 막은 흡수 거동에서 유사 융합 거동으로 거동을 변화시키며 유사 융합 거동에서 흡수성 필터 막은 상류 측으로부터 계속해서 흡수되고 치수를 가진 흡수성 필터 막의 하류 측으로 방출되어 분리 및 수집을 용이하게 하는 물방울에 비해 작동 유체에 의해 전달된 물방울의 더 큰 치수의 물방울로의 응집을 가능하게 한다.
포화 상태에서 초-흡수성 재료는 종래의 융합 막으로부터의 출구에서 얻은 물방울을 포함하여 훨씬 더 큰 치수의 물방울의 형성을 특징으로 한다는 것이 관찰되었다.
따라서, 흡수성 필터 막의 물의 분리 효율 및 지속 시간은, 이의 사용이 포화 상태에 도달한 후를 포함하여 연장되기 때문에, 종래 기술에 비해 개선될 수 있다는 것이 관찰되었다.
또한, (포화 상태에 있을 때) 방출된 물방울은 너무 크고 비난류 방식으로 방출되어, 석출될 수 있고 따라서 (일부 작동 상태에서) 필수적으로 흡수성 필터 멤브레인의 하류에 위치하는 소수성 장벽 또는 분리기를 사용하지 않고 연료/오일로부터 효과적으로 분리될 수 있다.
초-흡수성 재료는 유리하게는 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아마이드 및 기능성 합성 재료, 예를 들어, 초-흡수성의 특성을 부여하는 분자로 처리된 폴리에스터 및/또는 폴리아마이드로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
바람직한 실시태양에서, 초-흡수성 재료는 건조 상태에서 10㎛ 내지 40㎛로 이루어진 평균 지름을 가지며 베어링 격자와 교착된 섬유로 구성될 수 있다.
선택적으로 또는 부가적으로, 초-흡수성 재료는 베어링 격자에 고정된 입자로 구성될 수 있다.
포화 상태(최대 흡수 용량을 가짐)의 초-흡수성 재료는 건조 상태에서 초-흡수성 재료의 체적의 30 내지 70배로 이루어진 체적을 갖는다.
예를 들어, 초-흡수성 재료는 부직포가 베어링 격자와 초-흡수성 재료 사이의 개방 다공성을 가지는 건조 또는 불포화 상태 및 초-흡수성 재료의 팽창이 베어링 격자와 초-흡수성 재료 사이의 개방 다공성을 폐쇄하는 포화 상태에서 작동될 수 있다.
초-흡수성 재료가 포화 상태에 있을 때, 부직포는 바람직하게는 베어링 격자와 초-흡수성 재료 사이의 계면에서 모세관 현상에 의해 영이 아닌 유체에 대한 투과율을 갖는다.
이 해결책으로, 초-흡수성 재료가 포화 상태에 있을 때, 디젤 연료가 베어링 격자에 의해 한정된 통로를 통해 부직포에 의해 한정된 장벽을 넘어서 통과될 지라도 - 물은 바이패스 밸브를 갖는 해결책에서 발생하는 것과는 다르게, 흡수성 필터 막에 대한 입구에서의 방울의 평균 치수에 대해 증가된 평균 치수를 갖는 방울의 형태로 흡수성 필터 막을 통과한다.
유리하게는, 베어링 격자는 부직포의 건조 중량의 100%를 완성시키는 것과 같은 양으로 비 흡수성 재료(또는 불충분한 흡수제 또는 고작 흡착제 및 어떠한 경우에도 초 흡수제가 아님)로 제조된다.
이 해결책으로, 베어링 격자는 변화되지 않고 초-흡수성 재료가 포화 상태에 있을 때를 포함하여 베어링 격자와 초-흡수성 재료 사이의 분리면을 한정한다.
제 1 실시태양에서, 베어링 격자는 소수성 재료로 만들어질 수 있는데, 즉 우세하게 소수성 거동을 갖는다.
이 해결책으로, 베어링 격자의 섬유를 따라 여과되는 유체의 흐름이 보장되고 촉진된다.
예를 들어, 베어링 격자는 폴리에스터(PE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 또는 실리콘 또는 폴리테트라플루오르 실리콘으로 기능성화된 다른 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된다.
선택적으로 또는 부가적으로, 제 2 실시태양에서 베어링 격자는 친수성 재료로 제조될 수 있다.
이 해결책으로, 베어링 격자의 섬유는 또한 어떠한 경우에도 섬유를 따라 이동하는 여과되는 유체에 존재하는 물방울을 내부적으로 유지, 감속 및 성장시키는 데 기여한다.
예를 들어, 베어링 격자는 폴리아마이드, 지방족 폴리아마이드, 셀룰로오스, 레이온 및 아세테이트 및 재생 셀룰로오스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된다.
흡수성 필터 막을 구성하는 부직포는 바람직하게는 85% 이상, 바람직하게는 95% 이상의 건조 다공성을 갖는다.
이 해결책으로, 흡수성 필터 막을 구성하는 초-흡수성 재료의 건조 또는 비 포화 상태 및 포화 상태 모두에서, 조건은 제 2 필터 막에 의한 여과시에 유체(디젤 또는 오일 및 물 에멀젼)에 유발된 압력 강하가, 예를 들어, 유체로부터의 고체 미립자(불순물)의 여과를 담당하는 필터 막과 같은 흡수성 필터 막에 결합된 필터 막에 의해 여과되는 동일한 유체에 유발된 압력 강하보다 (매우) 낮다는 것에 의해 만족되는 것이 보장된다.
동일한 목적을 위해, 흡수성 필터 막을 구성하는 부직포는 유체 횡단 방향으로 0.3mm 내지 30 mm로 이루어진 건조 두께를 갖는 치수를 가질 수 있다.
필터 구조체는 유익하게는 유체 횡단 방향으로 흡수성 필터 막의 상류에 위치되는, 유체로부터 고형 미립자(불순물)를 여과할 수 있는 제 1 필터 막을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 필터 막은 3-4g/g 미만의 흡수성을 갖는다. 제 1 필터 막(1)은 유리하게는 융합 특성을 가질 수 있다. 제 1 필터 막은 깊이 필터 막일 수 있다.
선택적으로 또는 부가적으로, 필터 구조체는 여과되는 유체의 횡단 방향으로 흡수성 필터 막의 하류에 위치된 소수성 필터 막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 상기한 바와 같이 필터 구조체에 고정된 지지판을 포함하는 물을 함유하는 유체를 여과하기 위한 필터 카트리지에 관한 것이며, 여기서 필터 구조체의 흡수성 필터 막은 실질적으로 원환체 형상을 가지며 지지판은 흡수성 필터 막의 단부들 중 하나에 고정된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 여과될 유체를 위한 입구, 여과된 유체를 위한 제 1 출구 및 여과되는 유체로부터 분리된 물을 위한 제 2 출구를 구비한 케이싱 및 필터 카트리지를 포함하는 필터 그룹이 개시되며, 융합 필터 막은 케이싱의 내부 체적을 입구와 연결되는 제 1 환경 및 제 2 출구와 연결되는 제 2 환경의 두 환경으로 분리할 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 도면의 첨부된 표에 예시된 도면의 도움으로 비 제한적인 예로서 제공된 다음의 설명을 읽음으로써 나타날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 필터 구조체의 단면(수직)도이다.
도 1a는 본 발명에 따른 필터 구조체의 바람직한 실시태양의 횡단면(수평)을 예시한다.
도 2는 본 발명에 따른 필터 구조체의 건조 또는 포화되지 않은 상태의 흡수성 필터 막의 세부 내용의 단면(수직)도이다.
도 3은 포화 상태에서 도 2의 세부 내용을 도시한다.
도 4는 작업 조건에서 도 2의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 필터 구조체를 포함하는 필터 그룹 및 필터 카트리지의 단면도이다.
도 6a는 제 1 실시태양에 따른 필터 구조체의 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이다.
도 6b는 제 2 실시태양에 따른 필터 구조체의 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 필터 구조체의 단면(수직)도이다.
도 1a는 본 발명에 따른 필터 구조체의 바람직한 실시태양의 횡단면(수평)을 예시한다.
도 2는 본 발명에 따른 필터 구조체의 건조 또는 포화되지 않은 상태의 흡수성 필터 막의 세부 내용의 단면(수직)도이다.
도 3은 포화 상태에서 도 2의 세부 내용을 도시한다.
도 4는 작업 조건에서 도 2의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 필터 구조체를 포함하는 필터 그룹 및 필터 카트리지의 단면도이다.
도 6a는 제 1 실시태양에 따른 필터 구조체의 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이다.
도 6b는 제 2 실시태양에 따른 필터 구조체의 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이다.
도면을 특히 참조하면, 도면 부호 100은, 예를 들어, 연료(특히 디젤 연료) 또는 윤활유(예를 들어, 오일)의 여과 및 유체에 존재하는 물의 분리를 위해, 자동차 분야에서 액체를 여과하기 위한 필터 구조체를 전체적으로 나타낸다.
예를 들어, 여과되는 유체는 제 1 액체(예를 들어 디젤 연료 또는 오일), 제 1 액체와 혼합 가능한 제 2 액체(예를 들어, 물) 및 제 1 및 제 2 액체에 분산된 고체 또는 반고체 미립자로 구성될 수 있다.
도 1은 필터 구조체(100)의 한 실시태양을 도시한다.
필터 구조체(100)는, 예를 들어, 여과되는 유체로부터 고체 미립자를 분리할 수 있는 제 1 필터 막(1)을 포함한다.
제 1 필터 막(1)은 다공성 재료의 층을 포함한다.
예를 들어, 제 1 필터 막(1)의 다공성은 바람직하게는 60% 내지 90%, 바람직하게는 60% 내지 80%로 이루어지며, 여기서 다공도는 필터 막(1)에 존재하는 모든 세공의 전체 체적 및 전체로 고려된 필터 막(1)의 총 체적 사이의 비율을 의미한다.
제 1 필터 막(1)의 세공의 평균 치수는 실질적으로 10㎛ 미만, 바람직하게는 7㎛ 미만이다. 제 1 필터 막(1)의 섬유의 평균 지름은 50nm 내지 5㎛로 이루질 수 있다.
제 1 필터 막(1)은 바람직하게는, 예를 들어, EDANA WSP 10.1 표준을 사용하여 측정 가능한 필터 막(1)의 각 그램(g/g)에 대해 3-4 그램 미만의 전체 물 흡수성을 갖는다.
예를 들어, 제 1 필터 막(1)은 합성 재료, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)와 같은 폴리에스터, 예를 들어 PA6 또는 PA6.6 또는 PA12와 같은 나일론 또는 폴리프로필렌으로 제조된다.
예를 들어, 제 1 필터 막(1)은 폴리에스터(PET 또는 PBT)와 같은 합성 섬유의 부직포로 제조된다.
예를 들어, 제 1 필터 막(1)은 셀룰로오스, 레이온과 같은 반 천연 재료 또는, 예를 들어, 리오셀과 같은 셀룰로오스로부터 제조된 재료로 제조된다.
예를 들어, 제 1 필터 막(1)은 도 1a에 도시된 바와 같이 깊이 필터 막일 수 있다.
예를 들어, 제 3 필터 막(1)은 종축(A)(실질적으로 중심)과 실질적으로 원형 또는 별 형상인 횡단면을 나타내는 실질적으로 원환체 형상을 가질 수 있다.
필터 구조체(100)의 제 1 필터 막(1)은 (구조상 필요에 따라 외부 또는 내부로부터) 여과되는 유체의 흐름에 의해 횡단될 수 있다.
제 1 필터 막(1)은 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 상류로 향한 제 1 면 (1a) 및 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 하류로 향한, 제 1 면(1a)에 대향하고 예를 들어 평행한 제 2 면(1b)을 포함한다.
예를 들어, 제 1 필터 막(1)의 종축(A)은 사용시 수직 또는 거의 수직으로 배열된다.
예를 들어, 제 1 필터 막(1)은, 예를 들어, 여과되는 유체(F)의 횡단 방향 (우선적)에서 0.5mm 내지 20mm로 이루어지거나 임의의 경우에 제 1 필터 막(1)의 제 1 면(1a) 및 제 2 면(1b) 사이의 거리에 의해 정해진 두께를 가질 수 있다.
필터 구조체(100)는 특히 여과되는 유체에 의해 횡단될 수 있고 여과되는 유체에 존재하는 제 2 유체, 즉 물을 흡수할 수있는 흡수성 제 2 필터 막(2)을 포함한다.
제 2 필터 막(2)은 바람직하게는 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 제 1 필터 막(1)의 하류에 배치될 수 있다.
제 2 필터 막(2)은 부직포(예를 들면, 부직포의 층)로 구성될 수 있다.
예를 들어, 부직포(20)는 용융-취입(melt-blown)되거나 스펀-본딩(spun-bonding)에 의해 제조된다.
제 2 필터 막(2)은 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 상류로 향한 제 1 면 (2a) 및 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 하류로 향한, 제 1 면(2a)에 대향하고 예를 들어 평행한 제 2 면(2b)을 포함한다.
예를 들어, 제 1 융합 필터 막(1) 쪽으로 향한 제 2 필터 막(2)의 제 1 면(2a)은 적어도 부분적으로 제 1 필터 막(1)의 제 2 면(1b)과 접촉한다.
예를 들어, 도 6a에 도시된 실시태양에서, 제 2 필터 막(2)의 제 1 면(2a)의 전체 표면은 제 1 필터 막(1)의 제 2 면(1b)과 접촉할 수 있으며, 예를 들어, 이 경우 제 1 필터 막(1) 및 제 2 필터 막(2)은 (종축(A)에 대하여) 실질적으로 동일한 횡단면을 갖는다.
그러나, 도 6b에 도시된 실시태양에 도시된 바와 같이, 제 2 필터 막(2)의 제 1 면(2a)의 표면의 제한된 부분만이 제 1 필터 막(1)의 제한된 부분과 접촉하는 것이 가능하며, 예를 들어, 이 경우 제 1 필터 막(1) 및 제 2 필터 막(2)이 실질적으로 상이한, 예를 들어, 하나의 별 형상 및 하나의 원형인 (종축(A)에 대해) 횡단면을 갖는다.
이 후자의 경우에, 별 형상 필터 막(예를 들어, 제 1 필터 막(1))의 제 2 면(1b)의 산마루만이 원형 필터 막(예를 들어 제 2 필터 막(2))의 제 1 면(2a)의 각 스트립(일부)과 직접 접촉한다.
일부 경우에는 제 2 필터 막(2)이 제 1 필터 막(1)과 접촉하지 않을 수도 있다; 이 경우, 제 1 필터 막(1) 쪽으로 향한 제 2 필터 막(2)의 제 1 면(2a)은 갭(예를 들어, 원환체)을 통해, 예를 들어, 속이 없는 제 1 필터 막(1)의 제 2 면 (1b)과 적어도 부분적으로 분리된다.
제 1 필터 막(1) 및 제 2 필터 막(2)은 수직으로 정렬되거나 또는 서로에 대해 측면에 위치되고 여과되는 작동 유체의 흐름에 의해 연속적으로 횡단하는 2개의 독립적인 필터 요소로서 구성될 수 있다.
부직포(20)는 제 2 유체, 즉 물에 대해 상이한 거동을 갖는 2개의 구성요소로 구성된다.
예를 들어, 섬유의 베어링 격자(21) 및 초-흡수성 재료(22)로 구성되는 부직포(20)는 베어링 격자(21)에 교착되거나 어떤 경우든 고정되거나 용접된다.
베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량으로 30% 이상의 양으로 부직포(20)에 존재한다.
베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 물과 접촉하여 체적을 팽창시키지 않는 (예를 들어 체적이 크게 팽창하지 않는다) 적어도 합성 재료 또는 반 천연 재료로 제조된다.
예를 들어, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유의 팽창 체적은 건조 체적의 2-3배 이하이다.
베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 적어도 합성 물질, 또는 수분 흡수가 3-4g/g 미만인 반 천연 물질로 제조된다.
베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 적어도 초-흡수성이 아닌 합성 재료 또는 반 천연 재료(즉, 흡수제가 아니거나 고작 흡수제)로 제조된다.
예를 들어, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 바람직하게는 랜덤 방식으로, 예를 들어 실질적으로 뒤틀린, 만곡된 종방향 연장부를 갖는다.
베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는, 예를 들어 그 지름을 실질적으로 변경시키지 않고 유지하면서 견인 및/또는 기계적 압축에 의해 사용시 변형, 예를 들어, 신장될 수 있다.
실제로, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유가 제조되는 재료는 물 분자와의 화학 결합을 형성하지는 않지만 (표면 상호작용에 의해) 물리적 형태의 결합만을 생성한다.
예를 들어, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유가 제조되는 재료는 강도가 5 KJoule/mol 이하인 물 분자와 상호작용(또는 결합)하는 에너지를 갖는다.
베어링 격자(21)를 구성하는 섬유(전체 또는 적어도 80% 이상의 백분율)는, 적어도 건조 상태에서, 제 2 필터 막(2)의 제 1 면(2a)에 인접하고, 즉 제 1 면(2a)의 일부분을 한정하거나 이에 대해 드러나는 (제 2 필터 막(2)에 대해 유체의 횡단 방향(F)에서) 적어도 상류 단부 및 제 2 필터 막(2)의 제 2 면(2b)에 인접하고, 즉 제 2 면(2b)의 일부를 한정하거나 이로부터 드러나는 (제 2 필터 막(2)에 대해 유체의 횡단 방향(F)에서) 하류 단부를 갖는 경로를 한정할 수 있다.
제 1 실시태양에서, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 우세하게(또는 완전히) 소수성 거동을 가질 수 있다.
예를 들어, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유의 전체 또는 일부는 소수성 재료로 제조(구성)되거나 소수성 재료 또는 낮은 습윤성으로 피복된다
이 경우, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량의 30% 이상의 양으로 부직포(20)에 존재할 수 있다.
실제로, 베어링 격자(21) (전체)를 구성하는 소수성 재료의 섬유는 90°초과(60진법 각도) 보다 큰 정적 접촉각 θst 및 80°내지 130°(60진법 각도)로 이루어진 진각 접촉각 θav를 갖는다.
베어링 격자(21)를 구성하는 소수성 재료의 섬유는 바람직하게는 폴리머 재료, 바람직하게는 폴리에스터(PE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 또는 소수성 재료, 예를 들어 실리콘 또는 폴리테트라 플루오르실리콘으로 피복된 다른 폴리머로 제조되며, 클래딩은 플라즈마 기능화 공정에 의해 얻어진다.
선택적으로 또는 부가적으로, 제 2 실시태양에서, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 우세하게(또는 완전히) 친수성 거동을 가질 수 있는데 즉, 그 외부 표면상의 물 분자를 흡착할 수 있다.
예를 들면, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유의 전체 또는 일부는 친수성 재료로 제조(구성)된다.
이 경우, 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유는 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량의 30% 이상, 예를 들어 섬유가 소수성 물질로 제조되는 경우에 비해 낮은 백분율로 부직포(20)에 존재할 수 있다.
실제로, 베어링 격자(21)(전체)를 구성하는 친수성 재료의 섬유는 90°미만(60진법 각도)의 정적 접촉각 θst 및 50°미만(60진법 각도)의 후퇴 접촉각 θav를 갖는다.
베어링 격자(21)를 구성하는 친수성 재료의 섬유는 바람직하게는 폴리아마이드(PA 6 또는 PA 66), 지방족 폴리아마이드, 셀룰로오스, 레이온 및 아세테이트 및 재생 셀룰로오스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된다.
제 3 실시태양에서, 베어링 격자(21)는, 예를 들어 서로 교착된(또는 혼합된) 2가지 유형의 섬유로 구성되며, 제 1 유형의 섬유는, 전술한 바와 같이, 소수성 거동을 가지며 제 2 유형의 섬유는, 전술한 바와 같이, 친수성 거동을 갖는다.
또한, 베어링 격자 (21)를 구성하는 섬유는 10㎛ 내지 40㎛로 이루어진 평균 지름을 갖는다.
부직포(20)의 나머지 부분(베어링 격자(21) 및 100% 부직포)을 구성하는 초-흡수성 재료(22)는 0이 아니고 70%(건조 중량/건조 중량) 이하가 아닌 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량의 양을 구성한다.
예를 들어, 베어링 격자(21)가 실질적으로 소수성을 갖는 경우(베어링 격자(21)를 구성하는 섬유의 전체 또는 일부는, 상기한 바와 같이, 소수성 재료로 제조(구성)되거나 소수성 재료 또는 낮은 습윤성으로 피복된다), 초-흡수성 재료(22)는 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량으로 30% 내지 70%로 이루어진 양으로 부직포(20)에 존재한다.
예를 들어, 베어링 격자(21)가 실질적으로 친수성을 갖는 경우(베어링 격자(21)를 구성하는 섬유의 전체 또는 일부는, 상기한 바와 같이, 친수성 재료로 제조(구성)되거나 친수성 재료 또는 낮은 습윤성으로 피복된다), 초-흡수성 재료(22)는 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량으로 10% 내지 70%로 이루어진 양으로 부직 섬유(20)에 존재한다.
초-흡수성 재료(22)는, 예를 들어 화학 결합에 의해 제 2 유체, 즉 물을 내부적으로 보유함으로써 체적을 (상당히) 팽창시키는 폴리머(합성)이다.
예를 들어, 초-흡수성 재료(22)의 팽창 체적은 그 자체의 건조 체적의 20배 이상, 바람직하게는 그 자체의 건조 체적의 30 내지 70배이다.
초-흡수성 재료(22)는 실질적으로 200g/g(물의 그램/건조 초-흡수성 재료(22)의 그램)보다 실질적으로 큰 예를 들어 실질적으로 300g/g인 물 흡수율을 갖는다.
실제로, 초-흡수성 재료(22)는 포확되어 초-흡수성 재료(22)의 구조(내부)에 결합되는 물 분자와 화학 결합(즉, 수소 브릿지)을 생성한다.
예를 들어, 초-흡수성 재료(22)는 물 분자와의 결합 에너지를 가지며, 강도는 실질적으로 21 내지 29 KJoule/mol보다 크지 않다.
초-흡수성 재료(22)는 바람직하게는 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아마이드 및 예를 들어, 기능화되어, 초-흡수성을 갖는 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 폴리머이다.
예를 들어, 부직포(20)를 구성하는 초-흡수성 재료(22)는, 예를 들어 서로 교착 및/또는 서로에 대해 이격된 초-흡수성 재료(22)의 복수의 체적 또는 개별 요소의 형태를 가진다.
한 실시태양에서, 부직포(20)에 존재하는 초-흡수성 재료(22)는, 예를 들어, 용접에 의해, 베어링 격자(21)에 고정되고, 예를 들어, 베어링 격자(21)와 실질적으로 교착되는 복수의 입자(예를 들어, 건조 상태에서 구형 또는 임의의 형상)로 구성될 수 있다.
바람직한 실시태양에서, 초-흡수성 재료(22)는 복수의 섬유(의 형태를 가진다)로 구성된다.
예를 들어, 초-흡수성 재료(22)를 구성하는 섬유(즉, 초-흡수성 재료 섬유 (22))는 바람직하게는 랜덤 방식으로 실질적으로 뒤틀린 만곡된 종방향 연장부를 갖는다.
초-흡수성 재료(22)의 섬유는 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유와, 예를 들어 무작위로 또는 미리 결정된 방식에 따라 예를 들어 교착(및 혼합[블렌드])된다.
따라서, 사실상 부직포(20)는 초-흡수성 재료(22)의 섬유와 베어링 격자(21)의 (비-초-흡수성 재료)의 섬유 사이에 교착에 의해 형성된 매트로 제조된다
초-흡수성 재료의 섬유는 건조 상태에서 10㎛ 내지 40㎛로 이루어진 평균 지름을 갖는다.
부직포의 초-흡수성 재료(22)는 전술한 바와 같이 복수의 섬유 및 전술한 바와 같이 복수의 입자로 구성될 수 있다.
온전한 상태(즉, 베어링 격자(21)와 초-흡수성 재료(22)의 결합체에 의해 입자 또는 섬유로 형성됨)의 부직포(20)는 유체 횡단 방향(F)에서 0.3mm 내지 30mm로 이루어진, (즉 제 2 필터 막(2)의 제 1 면(2a)과 제 2면(2b) 사이의 거리에 의해 정해진) 건조 두께를 갖는다.
전체적으로, 제 2 필터 막(2)을 구성하는 부직포(20)는 85% 이상, 바람직하게는 95% 이상의 측정된 다공성(개방)을 가지며, 다공성(개방)은 (건조 상태에서) 부직포(20)에 존재하는 빈 체적(세공)의 전체 체적 및 (다시 건조 상태에서) 온전한 상태로 고려된 부직포(20)의 총 체적 사이의 비율을 의미한다.
부직포(20)의 개방 다공성은, 예를 들어 베어링 격자(21) 및 초-흡수성 재료(22)를 구성하는 섬유들 사이에(및/또는 베어링 격자(21)의 메쉬들 사이 및 초-흡수성 재료(22)의 체적/개별 요소 - 즉, 입자 또는 섬유 사이의 사이공간 사이) 개입된 빈 체적에 의해 정의된다.
따라서, 제 2 유체(물)를 흡수할 때 점차적으로 팽창함에 따라 초-흡수성 재료(22)(즉, 초-흡수성 재료(22)의 섬유 또는 입자)는 온전한 상태(즉, 베어링 격자(21)와 초-흡수성 재료(20) 사이의 교착에 의해 형성됨)의 부직포(20)가 영이 아닌 소정의 개방 다공성을 갖는 건조 상태 또는 불포화로부터 초-흡수성 재료의 팽창된 체적이 상기 빈 체적을 차지하게 되고, 사실상 강제적으로 베어링 격자(21)의 섬유에 대해 가압함에 따라, 초-흡수성 재료(22)의 팽창이 개방 다공성을 (완전히) 폐쇄하는 포화 상태까지 체적을 증가시킨다.
실제로, 수분을 서서히 흡수하고, 특히, 포화 상태에 있을 때 초-흡수성 재료(22)(즉, 초-흡수성 재료(22)의 섬유 또는 입자)는, 예를 들어, 치수(체적)가 변하지 않거나(또는 약간 변함) 또는 많아야 당겨지고 팽창됨에 따라 적어도 부분적으로 초-흡수성 재료(22)에 의해 신장되는 베어링 격자(21)의 섬유를 포함하는 장벽 또는 실질적으로 균일한 막을 구성하는 겔(하이드로겔) 형태를 취한다.
예를 들어, 도 3 및 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 초-흡수성 재료(22)가 포화 상태로 팽창될 때를 포함하여 베어링 격자(21)를 구성하는 섬유(의 상류 및 하류 단부)는 제 1 면(2a) 및 제 2 면(2b)의 각각의 일부를 한정하거나 서로에 대해 약간 보이며 어떠한 경우든 포화 상태에서 팽창된 초-흡수성 재료(22)에 의해 형성된 장벽 또는 막 외부로부터 접근가능하다.
초-흡수성 재료(22), 즉 초-흡수성 재료(22)의 입자 또는 섬유가 포화 상태에 있을 때, 즉 베어링 격자(21)의 섬유를 포함하는 상기한 장벽 또는 막, 부직포(20) 전체를 형성할 때, 따라서 제 2 필터 막(2)은 여과되는 유체에 대해 영이 아닌 소정의 투과율을 가진다.
이 투과율은 포화 (팽창된) 상태에서 베어링 격자(21) 및 초 흡수 재료(22) 사이, 즉 베어링 격자(21)의 섬유 및 베어링 격자(21)의 섬유에 가압되는(접촉하는) 팽창된 포화 상태에서 초-흡수성 재료(22)에 의해 한정된 장벽 또는 막의 표면 사이의 계면에서 모세관 현상에 의해 정해진다.
실제로, 포화 상태에서 초-흡수성 재료(22)의 섬유 또는 입자는 융합되어 상기 장벽 또는 막을 한정하며, 이는 자체로 여과되는 유체에 실질적으로 불투과성이나 장벽 또는 막에 포함된 베어링 격자(21)의 존재는 부직포(20)(및 따라서 제 2 필터 막(20))가 베어링 격자(21)의 섬유를 통해 (적어도 제 1 유체에 대해) 영이 아닌 여과되는 유체에 대한 소정의 투과율을 유지하는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 더 큰 두께를 갖는 점선 화살표에 의해 도 4에 개략적으로 도시 된 바와 같이, 제 1 유체(예를 들어, 디젤 연료 또는 오일)는 베어링 격자(21)의 섬유에 의해 한정된 경로(곡선)을 따라 유입되고 흘러가서, (포화 상태에서) 제 2 필터 막(2)의 제 1 면(2a)에 들어가는데, 예를 들어, 팽창된 초-흡수성 재료(22)와 베어링 격자(21)의 섬유 사이 및/또는 베어링 격자(21)의 섬유의 메시 및/또는 울퉁불퉁함 사이의 계면에서 정의된 채널링(channellings) 속으로 자체로 흘러가고 유입되고 제 2 필터 막(2)의 제 2 면(2b)으로부터 유출된다.
예를 들어, 제 1 유체는 베어링 격자(21)의 섬유로 한정된 통로의 상류 단부를 통해 (포화 상태에서) 제 2 필터 막(2)을 들어가도록 우선적으로 향하고 베어링 격자(21)의 섬유로 한정된 통로의 내부 부분을 통과한 후에, 베어링 격자(21)의 섬유에 의해 한정된 통로의 하류 단부로부터 유출된다.
제 2 필터 막(2)은 초-흡수성 재료(22), 즉 초-흡수성 재료의 입자 또는 섬유가 포화 상태에 있을 때 제 2 필터 막(2)에 의해 여과되는 유체(제 1 유체 및 제 2 유체의 에멀젼)에 유발된 압력 강하가 제 1 필터 막(1)에 의해 여과되는 유체에 의해 유발된 압력 강하보다 (훨씬) 작도록 치수가 정해질 수 있다.
또한, 제 2 필터 막(2)을 구성하고 초-흡수성 재료(22)의 포화 상태에서도 실질적으로 변형되지 않은 부직포(20)의 베어링 격자(21)는 제 2 필터 막(2)이 소정의 기계적 저항을 유지하게 할 수 있는데, 즉 초-흡수성 재료(22)가 포화 상태에 있을 때를 포함하여 실질적으로 자체 지지되게 하는데, 즉, 변형에 대해 낮은 기계적 저항을 가진다.
베어링 격자(21)의 섬유가 우세하게 소수성 거동을 갖는 경우, 베어링 격자(21)의 섬유는 포화 상태에서 초-흡수성 재료(22)를 향해 밀린 섬유로부터 물방울을 이격시키는 경향이 있다.
베어링 격자(21)의 섬유가 우세하게 친수성 거동을 갖는 경우, 베어링 격자 (21)의 섬유는 예를 들어 물리적 결합을 통한 표면 상호작용에 의해 물방울을 축적하고 성장시키는 경향이 있다.
어떤 경우에도, 초-흡수성 재료(22)(즉, 초-흡수성 재료(22)의 섬유 또는 입자)가 포화 상태에 있는 동안, 제 2 필터 막(2)의 상류에 제 1 유체(디젤 연료 또는 오일)에 존재하고 분산된 작은 치수의 제 2 유체(물)의 입자 또는 방울은 초-흡수성 재료 자체에 의해 유지되고 흡수되고, 따라서 제 2 필터 막(2)의 하류를 통과하지 못한다.
초-흡수성 재료(22)(즉, 초-흡수성 재료(22)의 섬유 또는 입자)가 포화 상태에 도달하면, 제 2 필터 막(2)의 상류에 제 1 유체(디젤 연료 또는 오일)에 존재하고 분산된 작은 치수의 제 2 유체(물)의 입자 또는 방울은 제 1 면(2a) 상에, 즉, 포화 상태(하이드로 겔)의 초-흡수성 재료(22)의 장벽 또는 막에 의해 주로 한정된 제 1 면에 충돌하여, 포화 상태가 될 때, 반대쪽 제 2 면(2b)(즉, 제 2 필터 막(2)의 하류)으로부터, 유체의 충돌력 및/또는 압력 및/또는 초-흡수성 재료(22)에 도달된 물 분자 사이의 응집력에 의해, 제 1 면(2a)에 충돌한 물방울의 숫자보다 작은 숫자이고 제 1 면(2a)에 대해 충돌한 단일 물방울의 체적보다 더 큰 체적을 갖는 물방울을 응집하고 분리한다.
어떤 경우에도, 제 2 필터 막(2)의 상류의 초-흡수성 재료(22)에 진입하는 물의 양은 실질적으로 그 하류에서 유출되는 양과 실질적으로 동일하거나 작다(즉, 초-흡수성 재료(22)는, 일단 포화 상태에 도달하면, 포화 상태에서 실질적으로 평형 상태에 있다).
실제로, 전체적으로, 초-흡수성 재료(22) (즉, 초-흡수성 재료(22)의 섬유 또는 입자)가 포화 상태에 도달하면, 제 2 필터 막(2)은 실질적으로 융합하는 거동을 가지는데, 즉 물의 입자 또는 분자를 응집시켜 상류로부터 받은 방울에 비해 증가된 치수의 방울을 하류로부터 방출시킨다.
특히, 초-흡수성 재료(22)가 포화 상태에 있을 때, 제 2 필터 막(2)의 하류에서 방출되는 제 2 유체(물)의 방울의 치수는 물 분자와 초-흡수성 재료(22) 사이에 존재하는 힘 또는 화학적 결합 에너지의 함수이고(예를 들어, 비례한다), 따라서 힘 또는 결합 에너지(화학적)가 클수록 제 2 필터 막(2)의 하류에서 방출되는 제 2 유체(물)의 방울의 치수가 커진다.
이러한 현상은 제 2 필터 막(2)의 횡단 방향으로 포화 상태에서 초-흡수성 재료(22)로부터의 방울의 분리를 초래하는 힘 및/또는 부유력/침전력이 방울의 치수에 의존하고 물의 분자와 초-흡수성 재료(22) 사이에 존재하는 화학적 결합력을극복해야만 한다는 사실 때문이다.
예를 들어, 초-흡수성 재료(22)가 포화 상태에 있을 때, 제 2 필터 막(2)의 하류에서 방출되는 제 2 유체(물)의 방울은 0.1mm보다 큰 지름을 가질 수 있다.
다른 것들 중에서 특히 낮은 층의 난류, 즉 거의 층류 형태로 방출되는 치수의 물방울(팽창된 상태의 초-흡수성 재료(22)의 두께가 제 2 필터 막(2)의 상류로부터 여과되는 유체의 충격력을 완화시키기 때문이다)은 제 1 유체에서 자연적으로 그리고 자발적으로 침전될 수 있고, 이러한 방식으로, 예를 들어 물리적 분리기의 도움 없이 누적되거나 제거될 수 있다.
선택적으로, 필터 구조체(100)는 또한 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 제 2 필터 막(2)의 하류에 위치하며, 크기가 성장하고 포화 상태에 있을 때, 제 2 필터 막에 의해 방출된 물방울을 분리 및/또는 수집할 수 있는 분리기를 포함할 수 있다.
분리기는 유동 전환기 및 수집 및 경사 분리기를 포함할 수 있다.
분리기는 바람직하게는 소수성 거동을 갖는 제 3 필터 막(3)을 포함할 수 있으며, 상기 필터 막은 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 제 2 필터 막(2)의 하류에 배치될 수 있고 이로부터 분리된다(즉, 접촉하지 않는다).
제 3 필터 막(3)은 여과되는 유체에 의해 횡단되도록 구성되고, 포화 상태에서 제 2 필터 막(2)에 의한 방출 이동시에 응집되어 그 체적(및 질량)이 증가된 물방울에 대한 장벽을 구현한다.
제 3 필터 막(3)은 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 상류로 향하는 제 1 면(3a) 및 여과되는 유체의 횡단 방향(F)에서 하류로 향하는 제 1 면(3a)에 대향하고 예를 들어 평행한 제 2 면(3b)을 포함한다.
예를 들어, 제 2 필터 막(2)쪽으로 향한 제 3 필터 막(3)의 제 1 면(3a)은 제 2 필터 막(2)의 제 2 면(2b)으로부터 소정의 영이 아닌 거리로 분리된다(접촉하지 않는다)
이러한 소정의 차이는 바람직하게는 용도에 따라 0.1mm 내지 20mm로 이루어질 수 있다.
제 3 필터 막(3)은 다공성 재료의 층을 포함한다.
제 3 필터 막(3)은 전체적으로, 바람직하게는 100°이상의 60진법 각도의 정적 접촉각 Qst를 갖는다.
예를 들어, 제 3 필터 막(3)은 합성 재료, 예를 들어, 폴리에스터, 바람직하게는 소수성 재료, 예를 들어, 실리콘 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)과 같은 플루오르화 재료로 피복된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조되며, 예를 들어, 클래딩은 플라즈마 기능화 공정에 의해 얻어진다.
예를 들어, 제 3 필터 막(3)은 합성 섬유의 부직포, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PFE)으로 피복된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조된다.
예를 들어, 제 3 필터 막(3)은 0.05mm 내지 0.2mm로 이루어진 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 3 필터 막(3)은 종축(A)(실질적으로 중앙) 및 실질적으로 원형 또는 바람직하게 별 형상(또는 임의의 형상)인 횡단면을 나타내는 실질적으로 원환체 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 제 3 필터 막(3)은 제 2 융합 필터 막(2)과 동축으로 결합될 수 있다.
예를 들어, 제 3 필터 막(3)의 종축(A)은 수직 또는 거의 수직으로 배열된다. 이러한 방식으로, 제 3 필터 막(3)의 제 1 면(3a)에 모이는 물방울은 제 3 필터 막(3)의 하단부를 향해 중력에 의해 떨어질 수 있으며, 수집 환경에서 수집되고 거기에서 제거될 수 있다.
제 3 필터 막(3)은 원환체와 실질적으로 상이한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 실질적으로 평면이거나 만곡될 수 있고 제 2 필터 막(2)의 종축(A)에 실질적으로 수직하거나 또는 제 2 필터 막(2)의 제 2 면(2b)에 평행하거나 또는 이에 대해 다양하게 경사질 수 있다.
예시된 필터 구조체(100)는, 예를 들어, 종축(A)에 실질적으로 수직인 평면 상에 놓여서, 예를 들어 제 2 필터 막(2) 및/또는 제 1 필터 막(1) 및/또는 제 3 필터 막(3)의 단부 중 하나에 고정된 적어도 하나의 지지판을 포함할 수 있는 임의의 필터 카트리지에 적용될 수 있다.
예를 들어, 지지판은 제 2 필터 막(2)의 축 방향 단부에 (예를 들어, 용접에 의해) 고정되어, 축 방향으로 이를 포함한다.
예를 들어, 필터 구조체는 필터 구조체(100)의 각 축 방향 단부에 대한 지지판을 가질 수 있다.
지지판은 바람직하게는 제 2 필터 막을 구성하는 부직포(20)의 베어링 격 (21)의 적어도 일부에 고정(접착 또는 용접)된다.
예를 들어, 필터 카트리지(및 따라서 원형 또는 별 형상 부분을 갖는 관형 및/또는 원환체/원통형 구조를 갖는 필터 구조체(100))는 외측으로부터 내측으로 또는 내측으로부터 외측으로 동일하게 유체 유동에 의해 (반지름 방향으로) 횡단될 수 있다.
필터 카트리지는 여과되는 유체를 분리하도록 알려진 필터 그룹의 케이싱의 내부에 삽입될 수 있다.
예를 들어, 필터 구조체(100)는 유체, 특히 도 2에 예시된 바와 같이 내연 기관용 연료의 여과를 위해, 예를 들어, 필터 그룹(10)에서 사용되도록 정해진 필터 카트리지(40)에 적용될 수 있다.
필터 조립체(10)는 여과될 연료를 위한 입구 도관(33) 및 물과 분리된 여과된 연료를 위한 출구 도관(34)을 구비한, 전체로 표시된, 외부 케이싱(30)을 포함한다.
예시된 실시태양에서, 케이싱(30)은 컵 형상 몸체(31) 및 컵 형상 몸체(31)를 덮을 수 있는 덮개(32)를 포함하며, 덮개 위에 연료 필터를 위한 입구 도관(33)과 축 방향인 여과된 연료를 위한 출구 도관이 위치한다.
컵 형상 몸체(31)는 폐쇄 캡(36)을 구비하며, 바닥에 위치하여, 컵 형상 몸체(31)의 바닥에 축적되는 물을 위한 배출 도관(35)을 포함한다.
필터 카트리지(40)는 케이싱(30)의 내부에 수용되며, 필터 카트리지(40)는 케이싱(30)의 내부 체적을 두 개의 별개의 챔버(311, 312)로 분할하며, 여과될 연료(실시예에서 외부)를 위한 제 1 챔버(311)는 입구 도관(33)과 연결되며 여과된 연료(실시예에서 내부)의 제 2 챔버(312)는 출구 도관(34)과 연결된다.
필터 카트리지(40)는 상부 지지판(41)과 하부 지지판(42)을 포함하며 그 사이에 상기 필터 구조체(100)가 (축 방향으로) 위치된다.
상부 지지판(41)는 실질적으로 디스크 형상이고 필터 카트리지(40)의 종축(A) 상의 중심에 있는 중심 구멍(410)을 제공한다.
하부 지지판(42)은 또한 실질적으로 디스크 형상이고 필터 막(43)의 종축(A) 상의 중심에 있는 중심 구멍(420)을 갖는다.
상부 지지판(41)의 중심 구멍(410)은 출구 도관(34)의 말단 내부 단부에 삽입되면서, 일반적인 밀봉 링(411)의 개재가 중앙 구멍(410)에 적절한 안착부에 고정된다.
대신에, 하부 지지판(42)는 추가의 밀봉 링(422)의 개재에 의해 컵 형상 몸체(31)의 바닥 근방(이로부터 거리를 두고)에 제공되는 원통형 환형 안착부(421)의 바닥에 진입하여 안착된다.
본 실시태양에서, 제 1 필터 벽(1)과 제 2 필터 벽(2)은 루프 폐쇄된 주름 벽으로 구현되며, 즉 종축(A)를 가로지르는 횡단면에서 (예를 들어 수평), 알려진 별 형상을 나타내고, 전체적으로 실질적으로 원환체 형상을 갖는다.
필터 구조체(100)의 제 1 필터 막(1)과 융합 제 2 필터 막(2)은 상부 지지판(41)과 하부 지지판(42)을 연결하는 원통형의 코어(43)의 외부에 삽입된다.
코어(43)는 실질적으로 관 형상의 케이지-유사 구조 및 흡수성 제 2 필터 막(2)의 내부 지름과 실질적으로 동일한(또는 약간 작은) 지름을 나타낸다.
특히, 코어(43)의 케이지 구조는 유체의 통과를 위한 개구부(432)를 한정하는 복수의 수평 링(431)(예를 들어, 등거리)을 결합하는 복수의 수직 직립체(430)(예컨대, 등거리)로 구성된다.
종 방향 코어 (43)의 대향 단부들은 모두 개방되어 있고, 예를 들어 접착 또는 용접에 의해 상부 지지판(41) 및 하부 지지판(42)의 마주하는 내부면에 각각 고정된다.
제 2 코어(45)는 제 1 코어와 동축이며, 실질적으로 관 형상이고 코어(43)의 지름보다 작은 지름을 나타내는 케이지 유사 구조를 갖는 코어(43)의 내부에 수용된다.
특히, 제 2 코어(45)의 케이지 구조는 유체의 통과를 위한 개구부(452)를 한정하는 복수의 수평 링(451)(예를 들어, 등거리)을 결합하는 복수의 수직 직립체(450)(예컨대, 등거리)로 구성된다.
필터 구조체(100)의 소수성 제 3 필터 막(3)은 제 2 코어(45)의 외부 표면 상에 삽입된다.
본 발명의 다른 실시태양에서, 제 3 필터 막(3)은 예를 들어 용접 또는 접착에 의한 공지된 임의의 기술 해결책으로 제 2 코어(45)의 외부 또는 내부 표면에 결합될 수 있다.
제 2 코어(45)의 상단부는 배출 도관(34)의 내부 연장부(340)에 삽입되고 그 가장자리에 플랜지(453)를 나타내며, 이의 하부 표면은 제 1 코어(43)로부터 내부로 분기하는 환형 선반(433)에 기댄다. 이러한 구성에 의해, 코어의 플랜지(453)는 환형 선반(433)과 상부 판(41) 사이에 고정된다.
제 2 코어(45)의 하단부는, 대신에, 하부 판(42)의 중심 구멍에 위치한 디스크형 몸체(454)에 의해 폐쇄된다.
상기한 관점에서, 필터 조립체(10) 및/또는 필터 구조체(100)의 작동은 다음과 같다.
예를 들어 내연 기관에 공급하는 공급 펌프 또는 내연 기관의 사용자 등에 의해 가압되어 여과되는 유체는 제 1 필터 막(1)을 가로지르도록 추진되어, - 세공의 낮은 평균 지름 때문에 -, 제 1 유체 및 제 2 유체로부터 고형 미립자를 분리한다. 제 1 필터 막(1)을 횡단할 때, 물 입자는 제 1 필터 막에 의해 보유되지 않는다.
그 후, 여과되는 유체(즉, 고체 미립자 및 제 2 유체로부터 분리된 제 1 유체)는 흡수성 제 2 필터 막(2)과 직면한다.
제 2 필터 막(2), 즉 그 내부에 수용된 초-흡수성 재료(22)가 임의의 비-포화 또는 건조 형태인 경우, 즉 초-흡수성 재료(22)에 의해 흡수된 제 2 유체(즉, 물)의 수준은 초-흡수성 재료(22)에 의해 흡수될 수 있는 최대 수준보다 낮으면, 여과되는 유체에 존재하는 제 2 유체(물)는 여과되는 유체에 의해 횡단되는 동안 유체로부터 제거되어 제 2 필터 막(2)에 존재하는 초-흡수성 재료(22)에 의해 흡수된다.
제 2 필터 막(2), 즉 그 내부에 함유된 초-흡수성 재료(22)가 포화 상태에 도달하면, 여과되는 유체, 특히 미립자 및 제 2 유체로부터 분리된 제 1 유체는 강제로 침투되어 베어링 격자(21)에 의해 한정된 횡단 통로를 따라서 통과하여 제 2 필터 막(2)을 횡단한다.
한편, 여과되는 유체에 존재하는 제 2 유체(물)의 입자(방울)는, 예를 들어, 우세적으로 제 2 면(2a)에 의해, 제 2 필터 막(2)에 함유된 초-흡수성 재료(22)와 충돌하거나 임의의 경우에 결합되도록 강제되어, 제 2 면(2b)(즉, 제 2 필터 막(2)의 하류)에서, 수용된 방울에 대해 증가된 치수의 방울의 동일한 양의 제 2 유체(물)의 방출을 야기한다.
배출되어 제 2 필터 막(2), 즉 내부에 수용된 초-흡수성 재료(22)에 의해 방출되는 제 2 유체(물)의 방울은, 예를 들어, 비이커 몸체(31)의 바닥에서, 그 목적을 위한 수집 체적으로 자발적으로 침전될 수 있도록 포화 상태에서 치수를 가진다.
선택적으로 또는 부가적으로, 따라서 응집되고 체적이 증가된 제 2 유체(물)의 방울은 여과된 제 1 유체(연료 또는 오일)에 의해 횡단될 수 있고 출구 도관(34)을 향할 수 있는 제 1 유체로부터 분리될 수 있는 제 3 필터 막(3)(포함되는 경우)에 의해 효과적으로 차단될 수 있다.
소수성의 제 3 필터 막(3)에 의해 차단된 제 2 유체(물)의 방울은 중력의 영향에 의해 하부 판(42)에 의해 구획된 하부 수집 챔버로 우세하게 떨어지고, 이로부터 배출 구멍(35)을 통해 또는 적절한 흡입 수단에 의해 배출된다.
구상되는 본 발명은 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 모두 발명 개념의 범위 내에 있다.
또한, 모든 세부 사항은 다른 기술적으로 동등한 요소로 대체될 수 있다.
실제로, 조건부 형상 및 치수뿐만 아니라, 사용되는 재료는 하기 청구 범위의 보호 범위를 버리지 않고, 요구 사항에 따라 임의로 선택될 수 있다.
Claims (23)
- 유체로부터 물을 분리하기 위한 필터 구조체(100)로서, 필터(100)는 부직포(20)로 구성되는 흡수성 필터 막(2)을 포함하며, 부직포(20)는 베어링 격자(21) 및 물을 흡수할 때 팽창하고 베어링 격자(21)와 고정되는 초-흡수성 재료(22)로 구성되고, 초-흡수성 재료(22)는 부직포(20)의 건조 중량에 대하여 건조 중량으로 70% 보다 작은 양으로 존재하는 필터 구조체(100).
- 제 1 항에 있어서,
초-흡수성 재료(22)는 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 필터 구조체(100). - 제 1 항에 있어서,
초-흡수성 재료(22)는 건조 상태에서 10㎛ 내지 40㎛로 이루어진 평균 지름을 가지며 베어링 격자(21)와 교착된 섬유로 구성되는 필터 구조체(100). - 제 1 항에 있어서,
초-흡수성 재료(22)는 베어링 격자(21)에 고정된 입자로 구성되는 필터 구조체(100). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
포화 상태의 초-흡수성 재료(22)는 건조 상태에서 초-흡수성 재료(22)의 체적의 30 내지 70배로 이루어진 체적을 갖는 필터 구조체(100). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
초-흡수성 재료(22)는 부직포(20)가 베어링 격자(21)와 초-흡수성 재료(22) 사이의 개방 다공성을 가지는 건조 또는 불포화 상태 및 초-흡수성 재료(22)의 팽창이 베어링 격자(21)와 초-흡수성 재료(22) 사이의 개방 다공성을 폐쇄하는 포화 상태에서 작동되는 필터 구조체(100). - 제 6 항에 있어서,
초-흡수성 재료(22)가 포화 상태에 있을 때, 부직포(20)는 베어링 격자(21)와 초-흡수성 재료(22) 사이의 계면에서 모세관 현상에 의해 영이 아닌 유체에 대한 투과율을 갖는 필터 구조체(100). - 제 1 항에 있어서,
베어링 격자(21)는 부직포의 건조 중량의 100%를 완성시키는 것과 같은 양으로 비-흡수성 재료로 제조되는 필터 구조체(100). - 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
베어링 격자(21)는 소수성 재료로 제조되는 필터 구조체(100). - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
베어링 격자(21)는 폴리에스터(PE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 또는 실리콘 또는 폴리테트라플루오르 실리콘으로 기능성화된 다른 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 필터 구조체(100). - 제 1 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
베어링 격자(21)는 친수성 재료로 제조되는 필터 구조체(100). - 제 8 항 또는 제 11 항에 있어서,
베어링 격자(21)는 폴리아마이드, 지방족 폴리아마이드, 셀룰로오스, 레이온 및 아세테이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 필터 구조체(100). - 제 1 항에 있어서,
흡수성 필터 막(2)을 구성하는 부직포(20)는 85% 이상, 바람직하게는 95% 이상의 건조 다공성을 갖는 필터 구조체(100). - 제 1 항에 있어서,
흡수성 필터 막(2)을 구성하는 부직포(20)는 유체 횡단 방향으로 0.3mm 내지 30 mm로 이루어진 건조 다공성을 갖는 치수를 갖는 필터 구조체(100). - 제 1 항에 있어서,
초-흡수성 재료(22)가 포화 상태에 있을 때, 흡수성 필터 막(2)은 여과될 유체에 함유된 물방울에 대해 더 큰 치수를 갖는, 유체 횡단 방향으로, 상기 흡수 필터 막(2)의 하류측으로부터 물방을 방출하여 흡수성 필터 막(2)의 상류측에 도달시키는 실질적으로 융합 거동을 갖는 필터 구조체(100). - 제 1 항에 있어서,
유체의 횡단 방향으로 흡수성 필터 막(2)의 상류에 위치된 제 1 필터 막(1)을 포함하는 필터 구조체(100). - 제 16 항에 있어서,
흡수성 필터 막(2)은 초 흡수성 재료(22)가 포화 상태에 있을 때, 여과시 유체에 유발된 압력 강하가 여과시 동일한 유체에 제 1 필터 막(1)에 의해 유발된 압력 강하보다 작도록 치수가 정해지는 필터 구조체(100). - 제 16 항에 있어서,
제 1 필터 막(1) 및 흡수성 필터 막(2) 모두는 종축(A)을 갖는 실질적으로 원환체 형상 및 서로에 대해 상이한 형상을 갖는 각각의 단면을 갖는 필터 구조체(100). - 제 18 항에 있어서,
제 1 필터 막(1)은 별 형상의 단면을 가지며 흡수 필터 막(2)은 원형 단면을 갖는 필터 구조체(100). - 제 16 항에 있어서,
제 1 필터 막(1)은 깊이 필터 막인 필터 구조체(100). - 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
여과되는 유체의 횡단 방향으로 융합 필터 막(2)의 하류에 위치된 소수성 필터 막(3)을 포함하는 필터 구조체(100). - 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 필터 구조체(100)에 고정된 지지판(41, 42)을 포함하는 물을 함유하는 유체를 여과하기 위한 필터 카트리지(40)로서, 필터 구조체(100)의 흡수성 필터 막(2)은 실질적으로 원환체 형상을 가지며 지지판(41, 42)은 흡수성 필터 막(2)의 단부들 중 하나에 고정되는 필터 카트리지(40).
- 여과될 유체를 위한 입구(33), 여과된 유체를 위한 제 1 출구(34) 및 여과되는 유체로부터 분리된 물을 위한 제 2 출구(35)를 구비한 케이싱(30) 및 제 22 항에 따른 필터 카트리지(40)를 포함하는 필터 그룹(10)으로서, 융합 필터 막(2)은 케이싱(30)의 내부 체적을 입구(33)와 연결되는 제 1 환경 및 제 2 출구와 연결되는 제 2 환경의 두 환경으로 분리하는 필터 그룹(10).
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